第一章林业生态工程的基本理论

第一章林业生态工程基本理论20世纪末世界人口突破了60亿，随着现代农业生产的发展，人类活动遍布地球的每个角落，地球上已经难以找到一个没有受到人类影响的地方，原始的生态系统几乎丧失，全球生态环境危机不断激化。干裂的土地，赤红的荒山，意味着不断恶化的

，幼苗的上方是蔚蓝的地球，地球似乎化作一滴甘露，滋润着大地；幼苗又可寓意为

工程，虽然柔弱，却顽强地支撑着地球；地球和幼苗组合和谐，象征着希望。生态环境生态生态工程建设目的：

遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。根本原因：长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。1.导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？直接原因：1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？

传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。关注生态工程建设大量使用化肥、农药和机械的生产方式，对石油等能源有高度的依赖性。农业生产：复杂的生物过程→简单的机械和化学过程。投入高，产出也高；产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。1.你对“石油农业”是如何理解的？2.石油农业的生产模式应当怎样改进？在不同的国家有不同的改进措施。在我国，人多地少，应该大力发展生态农业。具体措施包括：

1.不断提高土地的产出水平；2.要减少农业活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。

主要是通过实行“

”原则，使一个系统产生出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的

，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一是

。生态经济

循环经济生产原料

生态工程

本章内容

1.1生态工程基本理论生态学理论系统科学理论可持续发展理论水土保持学理论

1.2植被恢复基本理论

生态环境脆弱带理论

恢复生态学理论

植被恢复理论1.1生态工程基本理论

生态工程是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶，是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的新兴学科。

1.1生态工程基本理论

1.1.1生态学理论

1.1.1.1生态系统理论一、什么是生态系统？

在一定空间范围内，各生物成分（包括人类在内）和非生物成分（环境中物理和化学因子）通过能量流动和物质循环而相互作用、相互依存所形成的一个功能单位。二、生态系统的组成

白尾鹿树木枯枝落叶分解(微生物)土壤森林生态系统生物环境生态系统生产者消费者分解者植物:通过光合作用制造有机物，为自身和动物提供营养——生产者动物:直接或间接地以植物为食——消费者细菌、真菌:分解动、植物体——分解者生产者、消费者食物链下面三种生物之间的关系是怎样的？想一想树叶

虫鸟消费者消费者生产者……1、食物链：生产者与消费者之间吃与被吃的关系。注意：箭头方向指向捕食者，表示能量流动方向。螳螂捕蝉，黄雀在后。画一画树蝉螳螂黄雀食物链注意：箭头方向指向捕食者，表示能量流动方向。其中不包括分解者。资料分析小红点表示有害物质，进入生物体内难以分解、无法排出。A：微小的水生植物B：剑水蚤C；蜻蜓的幼虫子D：小鱼E：大鱼淡水生态系统讨论：1、如果人吃了这些积累了很多有毒物质的鱼，会产生什么样的后果？2、为什么在食物链中营养级别越高的生物，体内的有毒物质积累越多？因为一些有毒物质在生物体内比较稳定，不易分解，而且是生物无法排出的，这些有毒物质随着食物链不断积累，所以在食物链中营养级别越高的生物，体内积累的有毒物质越多。人会中毒资料:日本的水俣病是有毒物质通过食物链富集的典型例子。1953年，日本的水俣市出现了病因不明的“狂猫症”和人的“水俣病”，成群的家猫狂奔乱跳，集体跳入水中，病人感到全身骨痛难忍。直到1965年才查明，此病是由该市60Km以外的一家公司排出含汞废水进入水体引起的。汞在水体中沿着食物链逐级富集，水体→硅藻等浮游植物→食硅藻的水生昆虫及其幼虫→石斑鱼→肉食性鲟鱼和鲶鱼→人或猫，鲶鱼体内含汞量达到10—20mg/kg，最高达50—60mg/kg，比原来含汞水中的汞浓度高1万—10万倍，人或猫吃了鲶鱼，就会出现汞中毒日本的水俣病患者主页假设你是某地区的农业局长，该地区麻雀很多，麻雀能吃害虫，但也吃稻谷。有人建议喷农药杀虫，大量捕杀麻雀，认为这样可以获得高产，你对此有何看法。想一想?有毒物质沿食物链不断的传递下去，积累下去，最终威胁人类自身;麻雀的灭绝会导致生态系统失去平衡。二、生态系统类型：（一）按基质划分陆地生态系统：森林生态系统、农田生态系统、城市生态系统……。水域生态系统：河流生态系统、池塘生态系统、海洋生态系统……。森林生态系统农田生态系统城市生态系统海洋生态系统一个水族箱也是一个生态系统！生物圈是最大的生态系统！（二）根据人类活动及其影响程度划分：（1）自然生态系统：未受到人类活动影响或轻度影响的生态系统。（2）半自然生态系统：系统营养结构、类型或比例受到人类活动的影响较大。（3）人工复合生态系统：人类活动在系统中起主导作用。三、生态系统的特征（一）功能特征生态系统的生产者、消费者和分解者与它们的生存环境相互作用，不断进行着能量和物质的交换，产生能量流动和物质循环，从而保持生态系统的运转。生态系统的结构包括形态结构和功能结构。形态结构即群落结构，功能结构主要是指系统内的生物成分之间通过食物网或食物链构成的网络结构或营养位级。（二）动态特征生态系统是不断变化的系统。随着时间的推移，生态系统总是从比较简单的结构向复杂结构状态发展，最后达到相对稳定的阶段。（三）相互作用和相互联系的特征生态系统内各生物和非生物成分的关系是紧密相连不可分割的整体。四、生态平衡与生态稳态生态平衡生态系统通过发育与调节所达到的一种稳定状态。特征：物质和能量的输入和输出接近平衡；种群结构和数量比例持久地没有明显变化。生态平衡是动态的，在人为有益的影响下，可以建立新的平衡。生态稳态生态稳态是一种动态平衡的概念，是生态系统发育演变到一定状态后才会出现，它表现为一种振荡的涨落效应，系统以耗散结构维持着振荡，能够使系统从环境中不断吸收能量和物质。五、生态系统具有一定的自动调节能力

生态系统的调节主要通过系统的反馈能力、抵抗力、恢复力、持久性和变异性等4个方面的内涵。正反馈是系统更加偏离位置点，因此不能维持系统平衡，如生物种群数量的增长；负反馈是反偏离反馈，系统通过负反馈减缓系统内的压力以维持系统的稳定，如密度制约种族增长的作用。生态系统的抵抗力：指系统抵抗外力干扰的能力。特定资源生产力水平下群落种群多样性的高低直接影响到群落对扰动的抵抗力。例如，对因外来种入侵而引起的扰动：多样性程度高缺乏闲置生态位外来种群难以立足抵抗力强恢复力：指群落经扰动后恢复到初始状态的能力。它直接决定了扰动后群落中种群构件和种子库的丰富度。

1、假如草长得繁茂，兔的数量短期内会怎样变化？长时间呢？为什么？

短期内，兔子有了充足的食物，数量会急剧增加。一段时间后，数量又会恢复到原来水平。因为生态系统具有一定的自动调节能力，使得生态系统中的各种生物的数量和所占比例相对稳定。

人类应该爱护生态系统，合理利用资源。给我们的启示——2、如果在草原上过度放牧，会有哪些后果？3、为什么会呢？生态系统的自动调节能力是有限度的。

过度放牧，草不能及时再生，导致草原的食物网会受到破坏，严重时则会造成沙漠化。1）物质循环和再生原理2）多层次分级利用原理

1.1生态工程基本理论

1.1.1生态学理论

1.1.1.2循环再生理论物质循环和再生原理(Circulationprinciple)人类能以有限的空间和资源持续地长久维持众多生命的生存、繁衍与发展，其奥妙就在于物质在各类生态系统中，生态系统间的小循环和在生物圈中的生物地球化学大循环。在物质循环中，每一个环节是给予者，也是受纳者，循环是往复循环，周而复始，无底也无源的。因此，物质在循环中似乎是取之不尽，用之不竭的。（光合作用和营养循环）1物质循环和再生原理没有物质循环的系统,就会产生废弃物,造成环境污染,并最终影响到系统的稳定和发展.与物质循环有关的肥料问题：化肥有机肥复合肥生物有机肥类型尿素、钾肥、磷肥等用植物残落物添加粪尿等进行堆肥(陆地)和沤肥(水中)含一定有机质，又补充了特定元素的肥混有根瘤菌、固氮菌、磷细菌等的有机肥优点单一肥份高、肥效快、水溶性好、利用率较高成本低、肥效长、养分全面、改善土壤结构、少量有益微生物，能调节生态环境综合化肥和有机肥的特点成本低、肥效长且稳定、营养全面、含有大量有益微生物、不烧苗缺点养分单一，流失快而污染环境、易造成土壤板结、降低农作物品质养分含量较低，肥效慢、发酵不彻底易造成烧苗、易传播土传病虫害、有臭味肥效较慢、易传播土传病虫害肥效较慢Goback多层次分级利用原理(Multileveluseprinciple)多层次分级利用是自然生态系统中各个成分长期的协同进化与互利共生的结果，也是自然生态系统自我维持与持续发展的方式。在生态工程中应当遵循、模拟和应用这一原理和模式，同步兼收生态环境、经济及社会效益。一种成分的输出物是另一物质的原料。景观生态学是近年来兴起的一个生态学分支理论，景观是指以类似方式出现的若干相互作用的生态系统的聚合。

1.1生态工程基本理论

1.1.1生态学理论

1.1.1.3景观生态学理论景观系统的整体性与异质性原理。格局过程关系原理尺度分析原理景观结构镶嵌性原理景观生态流与空间再分配原理景观演化的人类主导性原理景观多重价值与文化关联原理1.1生态工程基本理论1.1.2系统科学理论一、什么是系统？由两个或两个以上相互联系、相互作用的若干要素结合而成的具有一定功能的整体。四要素：元素、结构、状态、过程构成系统的条件：由若干要素所组成。要素之间要相互联系，相互作用，相互制约。要素之间通过相互作用，产生与各个组成成分不同的新功能，即整体功能。二、系统论的基本原则作为一种崭新的综合性理论，系统论的基本原则一般包括以下几个方面：（1）整体性原则。（2）自组织性和动态性原则。（3）相关性的原则。（4）目的性原则。（5）优化性原则。（1）整体性原则。即系统、要素和环境之间的辩证统一。首先，系统与要素、要素与要素、系统与环境之间存在着有机的联系，它们相互作用、相互影响，构成一个整体。其次，系统的性质和规律，只有从整体上才能显示出来，整体可以出现部分未有的新功能，整体功能不是各部分功能的简单相加。

再次，系统内部各要素或部分的性质和行为，对其他要素或部分的性质和行为有依赖性，并对整体的性质和行为有影响。整体性原则是系统论的基本出发点，它要求人们在认识和处理系统对象时，都要从整体着手进行综合考察，以达到最佳效果。系统整体性原理你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗?

系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+1>2”。珊瑚礁“白化”豆科作物和固氮菌的共生

豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌为豆科作物提供氮素，而豆科作物为其提供能量和其他营养，两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长；当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。

整体性原理整体指社会-经济-自然复合成的巨大系统例：林业工程建设中的问题一方面号召农民种树，另一方面要考虑农民的生活问题生产成本消费效益经济系统植物动物微生物非生物的因素自然系统政策管理科学文化社会系统社会习惯、法律制度等也都对生态工程建设有重要影响。只有应用整体性原理,才能统一协高当前与长远、局部与整体、开发与环境建设之间的关系，保障生态系统的平衡和稳定（2）自组织性和动态性原则。系统具有能够自动调节自身的组织、活动的特性。是系统与环境相互作用的结果。（3）相关性的原则。

即系统的整体性是通过各要素间的物质和能量的相互交换、转换及守恒的规律，还有信息的传递、交流等多种形式加以实现的。研究系统整体性时，必须搞清系统内外部物质、能量、信息的流动状态。（4）目的性原则。即在反馈机制的作用下，系统能保持内部的稳定以及与环境的协调的一种特性。要掌握系统发展的趋向，必

须把握它的这种机制。（5）优化性原则。即现实系统都是变化、发展的，应当在动态中协调系统各方面的关系，使系统达到最优化。

桑基鱼塘分布在我国长江三角洲、珠江三角洲一带的水乡，是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程。

桑基鱼塘分布在我国长江三角洲、珠江三角洲一带的水乡，是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程。1.1生态工程基本理论

1.1.3可持续发展理论

什么是可持续发展？按照世界环境和发展委员会在《我们共同的未来》中的表述，即“既满足当代人的需要，又对后代人满足其需要的能力不构成危害的发展。”可持续发展的水平可通过五个基本要素及其间的复杂关系去衡量。1）资源的承载能力2）区域的生产能力3）环境的缓冲能力4）进程的稳定能力5）管理的调节能力（1）资源的过渡开发（2)环境的恶化----需要考虑环境承载力（环境容纳量），以及生物与环境的适应需要考虑：生物与环境的适应性，因地制宜1.1生态工程基本理论

1.1.4系统工程理论

概念：以某些组设想的目标为依据，应用有关的科学知识和技术手段，通过一群人的有组织活动将某个（或某些）现有实体（自然的或人造的）转化为具有预期使用价值的人造产品过程。就广义而言，工程则定义为由一群人为达到某种目的，在一个较长时间周期内进行协作活动的过程。系统的结构决定功能原理运用：改善和优化生态系统的结构例：桑基鱼塘模式⑴系统结构决定功能原理系统工程的一般步骤1）明确课题2）收集信息3）模型建立4）系统分析5）决策问题6）反馈调整1.1生态工程基本理论

1.1.5水土保持学原理

水土保持学是一门研究水土流失规