生态工程教案

绪论1生态工程产生的背景1.1生态问题的出现1.1.1第一生态环境问题自然灾害、地方病第一环境问题也称原生环境问题，主要指自然界发生异常变化，分两类：一是如火山爆发、山崩、地震、海啸、台风、水旱灾害等自然灾害二是自然界本来就存在对人类和生物有害的因素，如某些地方水土中缺少(或过多)某些人体所需的化学元素而导致疾病的发生(地方病)。1.1.2第二生态环境问题又称次生环境问题。主要指：人类对自然资源利用的不合理和对废弃物处理的不妥，以及由于生产发展和人口膨胀所带来的生态的破坏与环境的污染。次生环境问题在不同时期表现出的现象不同，归纳起来，有两大方面的问题：A生态的破坏林植被破坏；②沙漠化；③土壤侵蚀④环境地质问题(⑤生物物种的消灭。B环境的污染1气污染；②水源与江河水污染；③噪声污染；④土地污染(废弃物)；1.2生态环境问题的发展时期1.2.1人类发展初期的生态问题1.2.2第一次浪潮时期的环境问题(原始农业、畜牧业、新石器时期)1.2.3第二次浪潮的环境问题蒸汽机1.2.4第三次浪潮的环境问题电子工程，遗传工程 2生态工程定义和内涵应用生态学、经济学有关理论和系统论的方法以生态环境保护与社会经济协同发展为目标(或称可持续发展)，对人工生态系统、人类社会生态环境和资源进行保护、改造、治理、调控和建设的综合工艺技术体系或综合工艺过程。生态工程的主要内涵包括：生态工程实践是基于生态学理论，生态工程包括所有类型的生态系统以及与之相互联系、相互作用的潜在人类活动，包括工程设计的概念与含义，存在一个潜在的价值体系。生态工程的应用主要在四个方面：设计各种生态系统，来代替人工系统或能源密集型系统，从而满足人类需要(如环境工程)；恢复受损生态系统，缓解对资源的过度开发(如生态恢复)；管理、利用和保护自然资源(如林业生态工程)；将人类社会与生态系统紧密结合起来，进行环境治理和环境建没(如景观生态工程、城市生态工程等)。2生态工程的类型根据生态工程在国内外的发展现状和趋势，生态工程的划分主要从三大方面进行：不同产业类型的生态工程不同区域类型的生态工程不同工程目的的生态工程第二节国内外生态工程特征1国外生态工程特点国外的生态工程首先是从农业方面开始的，主要是针对现代农业出现的一系列弊端所采取的替代性措施。国外生态工程在环境保护和污染治理方面的研究也比较多，其中尤以污水处理、湖泊或海湾的富营养化等问题的解决方面研究突出。国外生态工程设计原理和技术路线都比较单一，基本还局限在自然科学范畴，以恢复生态系统自组织能力为主2中国生态工程的特点中国生态工程所研究与处理的对象，不仅是自然或人为构建的生态系统，而更多的是社会-经济-自然复合生态系统。中国的生态工程不但要保护环境与资源，更要以有限资源为基础，生产出更多的产品，以满足人口与社会的发展需要，并力求达到生态环境效益、经济效益和社会效益的协调统一，改善与维护生态系统，促进包括废物在内的物质良性循环，最终获得自然一社会一经济系统的综合高效益。发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等资源占有量较多，所以这些国家的生态工程往往注重生态恢复，而较少注重经济效益。而我国人口较多，人均土地、水资源和能源占有量少，所以在进行生态工程时，一定要注重生态效益、社会效益和经济效益的统一。第三节生态工程研究与实践进展1研究进展1.1数学模型及新技术应用种群数量变化模型迁入-迁出模型捕食-猎物模型1.2生态工程设计原理的充实与扩展工程的核心是设计开拓适应、竞争共生、连锁反馈、系统乘补、循环再生、多样性主导性、结构功能、最小风险考虑设计前期和后期的环境影响。1.3多尺度作用的研究生态工程在不同层次上具有不同的目标和多层次的系统作用。不同的尺度上的湿地功能有不同的要求，多尺度湿地功能协同作用会大大提高综合净化功能。存在问题：范围不断扩展，但研究力度和深度不够缺乏全局性模型，模型不能简化评价方法多，但缺乏公认较好的评价方法注重于对物质系统的调控，而在人的行为诱导的方法不多2实践进展国外：综合农业、再生农业、有机农业、持久农业、生物农业、生物动力农业、自然农业环境保护和污染治理方面。中国环境现状退耕还林、还草。五大防护林生态工程：三北防护林体系、太行山绿化工程、海岸带防护林体系、长江中上游防护林体系和农田林网防护林体系。生态林业环保生态工程湿地保护生态农业建设无废弃物农业是我国古代传统农业的辉煌成就之一，也是生态工程最早和最生动的一种模式枣粮间作栗粮间作果粮间作桐粮间作3应用前景3.1生态工程与生物多样性保护保护珍稀濒危生物应用生态系统原理使生物的生态习性和自然环境匹配，才能获得成功。恢复和重建重要生态系统保护植物群落多样性保护良好的植物群落结构3.2生态工程与农林牧业建设现代农业面临的挑战：成本迅速上升而利润递减微生物群落结构发生改变农田污染严重食品安全受到挑战生态农业：“从系统思想出发，按照生态学原理，经济学原理和生态经济原理，运用现代科学技术成果和现代管理手段以及传统农业的有效经验建立起来，以期获得较高的经济效益、生态效益和社会效益的现代化农业发展模式。简单地说，就是遵循生态经济学规律，进行经营和管理的集约化农业体系。”生态林业：应用较晚，但前景广阔。热带亚热带森林以惊人速度减少人工林种群单一，林相简单。生态林业是指遵循生态经济学和生态规律发展林业，是充分利用适当地自然资源和促进林业发展，并为人类生存和发展创造最佳状态环境的林业生产体系。提高森林综合生产能力；提高森林对调节生态环境的整体功能；充分发挥森林效应和互补作用；保护资源永续利用的动态平衡；提高系统各资源单位面积产量，缩短生产周期；形成商品生产能力，提高经济效益；发展加工工业，实现多次增值；协调同有关各业的互利关系，维护生态功能与经济效益的同步性。3.3生态工程与城市生态建设城市生态问题：交通拥挤、环境污染、住房紧张城市是社会-经济-自然复合生态系统。人口与资源工业化与环境保护生产与生活城市与郊区生态城市是人们对按生态学规律包括自然生态、经济生态和人类生态统筹规划、建设和管理市域范围内的人口、资源和环境逐步形成可持续发展机制、体制、技术和行为的市级行政单元的简称。在生态系统承载能力范围内，运用生态经济学原理和系统工程的方法去改变城市的生产和消费方式、决策和管理方法，挖掘市内外一切可以利用的资源潜力，建设一个经济高效、社会和谐、生态安全的可持续发展社区。、生态工程原理第一节生态学原理1生态位原理生态系统中各种生态因子都具有明显的变化梯度，这种变化梯度中能被某种生物占据利用或适应的部分称为生态位。又称小生境或生态区位，是一个物种所处的环境以及其本身生活习性的总称。每个物种都有自己独特的生态位，借以跟其他物种作出区别。生态位包括该物种觅食的地点，食物的种类和大小，还有其每日的和季节性的生物节律。生态系统的垂直结构，第一乔木层、第二乔木层、第一灌木层、第二灌木层、草本层、地被物层及地下不同根群的分布层，分别对太阳光、热、水、土、空气进行多级分层利用，使物质循环最充分，能量转化和利用最合理。生态工程对生态系统进行设计时，一定要首先重视生物圈在物质循环及能量转化中多层分级利用的原理，才能使系统能量损失最小、物质利用最充分，少废物无污染，经济投入少，生态效率高，既生产更多的物质财富，又保持良好的自然环境。相生相克现象是一种植物通过向环境释放化学物质，影响周围其他植物的现象。

2限制因子原理2.1最小因子定律植物的生长取决于那些处于最少量因素的营养元素2.2耐性定律任何生态因子不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的，生存就会受到影响，甚至灭绝。每种生物对每个生态因子都有一个耐受范围，耐受范围有宽有窄；对所有因子耐受范围都很宽的生物，一般分布很广；生物在整个发育过程中，耐受性不同，繁殖期通常是敏感期；当一个因子处在不适状态时，对另一个因子的耐受能力可能下降；生物实际上并不在某一特定环境因子最适的范围内生活，可能是因为有其他更重要的因子在起作用。植物修复超积累植物的筛选和发现为重金属污染土壤的植物修复技术开辟了应用前景。3食物链原理经济树林中养殖土鸡鸡粪喂猪猪粪制造沼气沼渣肥田稻田养鱼鱼吃害虫人工食物链林业生态工程中的应用：天敌的放养和招引：人工巢招引益鸟抑制森林害虫，人工放养寄生蜂防治松毛虫。提高人工生态系统效益：林地养鸡加工价值：把低价值产品经加工增值、废品合理利用，加工剩余物归于土壤库，减少物质能量损失的损失食物链加环：根据物质能量通过食物链发生富集以及生物之间相生相克的原理，以人工生物种群来代替自然生物种群，从而达到废弃物的多级综合利用，增加高能量、高价值的产品生产和抑制能量物质损失的生物工艺过程。经济树林中养殖土鸡鸡粪喂猪猪粪制造沼气沼渣肥田稻田养鱼鱼吃害虫生物调控1975年由Shapiro提出，用食物链控制湖泊富营养化，控制“水华”。通过去除食浮游动物者或添加食鱼动物降低浮游动物食性鱼的数量，使浮游动物的生物量增加和体型增大，从而提高浮游动物对浮游植物的摄食效率，降低浮游植物的数量。增加肉食性鱼类数量4整体效应原理生态系统稀释、沉淀、分解植物吸收藻类吸收，传递给动物5生物与环境相互适应、协同进化原理协同进化：两个相互作用的物种在进化过程中发展的相互适应的共同进化。生态系统既要求生物适应期生存环境，又同时伴有生物对生存环境的改造，环境和生物的统一。封山育林、退耕还林生态环境水资源生态环境6效益协调统一原理生态工程的建设与应用都是以最终追求综合效益为目标。生态效益、经济效益和社会效益融为一体。●山顶戴帽子：封山育林。●山腰系带子：还林还草，发挥林草拦蓄作用，减少径流。●坡地修台子：坡耕地改梯田种植作物。●地埂锁边子：地埂种植经济作物。●荒地荒沟栽苗子：在荒山、荒沟、荒坡地建薪柴林。●山脚种果子：山脚发展经济果园●沟底穿靴子：修建坝、堤、拦蓄泥沙，减少山体的崩塌和滑坡。●见缝插针钉扣子：利用零星地种果。●秋田盖罩子：覆盖地膜等保土耕作措施。（1）人畜粪便能自动流入沼气池。（2）使圈舍冬季温度提高3～5℃（3）解决了北方在寒冷冬季产气难（4）增加了棚内二氧化碳的浓度，有助于农作物的生长。7物种多样性原理物种越丰富，生态系统的抵抗力、稳定性越高。为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？第二节经济学原理1可持续发展理论2自然资源价值理论3生态经济理论生态与经济协调发展生态经济系统为研究对象生态和经济的矛盾经济生态化第三节工程学原理1系统工程理论2整体协调理论3层次结构理论生态工程规划与设计第一节生态工程规划1生态工程规划概述1.1生态工程规划的概念工程目标生态工程规划采取的方法生态规划内涵：以人为本，追求人与自然的和谐以资源环境承载力为前提规划标准从量到序规划目标从优到适1.2生态工程规划的基本特征综合性：生态环境要素、社会经济要素、技术要素协调性：经济、社会和生态利益相协调战略性：高度区域性：不同地区建设方向、规划重点、建设步骤差异实用性：可操作性1.3生态工程规划原则经济建设、城乡建设和生态工程同步原则系统原则可持续发展原则因地制宜、因害设防、分类指导、分区突破原则统筹兼顾、分步实施、先易后难、先急后缓原则1.3生态工程规划的类型按规划期划分按规划期可分为长期生态工程规划、中期生态工程规划以及年度生态工程建设规划。按性质划分生态工程规划从性质上分，有土地利用规划、水资源利用规划、水土保持工程规划、林业生态工程规划、防沙治沙规划、生态农业工程规划、草地保护与建设规划、自然保护区规划及土地整理与复垦规划。按人工化程度划分按照人工化的程度可将生态工程规划分为自然保护和生态建设两类。按保护规模划分大尺度往往是指大流域或跨流域的大区域性的破坏和保护，面积在几百万平方千米。2生态工程规划原理人地关系协调理论可持续发展理论，生态系统理论空间结构理论。第二节生态工程设计工程的核心是设计。生态工程的设计应按照物质在自然界迁移、转化、流动与循环的规律，积极地调控其食物链，同时根据生态工程实施的当地自然条件、社会条件和经济条件等，优化组合各种技术，使之相互联系成一个有机系统，达到多层次、多目标，分级利用物质，促进良性循环，兼收经济、生态和社会效益。1设计原则1.1因地制宜原则紧紧围绕当地的自然、社会、经济条件进行生态工程设计的基本原则。一方面受到光、温、水、土壤等条件制约。另一方面符合当地的管理水平和社会要求。1.2生态学原则西方的生态工程设计主要根据自我组织理论，以回归自然为主，人为干预较少，有系统自身的自我组织、自我调节去完成。我国的设计则根据生态工程的整体、协调、自生、再生良性循环及天人合一的传统生态观等原则，多方面干预。1.2.1适当输入辅助能的原则主要能源是太阳能。1.2.2再生循环及商品生产原则1.2.3生物多样性原则1.2.4环境时间节律与生物机能节律原则环境因子的时间节律：年周期、月周期、日周期。生物的机能节律：日周期、月周期、年周期雨季造林1.2.5生物种群选择原则根据生态工程建设的主要目的来选择根据工程所处自然环境特征来选择1.2.6种群匹配原则种群过分简单，是农田、人工林等人工生态系统稳定性差的关键原因。可以根据生物共生互生、生态位等原理，选择匹配次要种群，建造复合群体，形成互惠共存的群落。1.2.7人工压缩演替周期原则1.2.8种群置换原则复合群体的群落组成是经过长期的种间斗争逐渐达到和谐与平衡的。以豆科作物、豆科牧草或中草药植物代替地被物，以经济灌木或小乔木组成下木，以食用菌代替腐生性低等生物，人工控制株行距，减少竞争，这样建成的生态系统就会既具有自然生态系统的物种多样性又具有较高的经济效益。1.2.9经济效益原则2生态工程设计基本程序和路线技术路线建立互利共生网络将平行的原本不相联结的种，食物链生态系统的联结，形成互利共生网络，提高效率，促进物质的良性循环。稻田养鱼（蟹）延长食物链农业生态工程第一节农业生态工程概述1农业生态工程概述1.1农业生态系统的结构和功能农业生态系统是人们运用生态学原理和系统工程方法，利用农业生物与环境之间，以及生物种群之间相互作用建立起来的，按社会需求进行物质生产的有机整体，是一种被人类驯化、较大程度上受人为控制的自然生态系统。1.1.1农业生态系统的结构农业生态系统的结构是指农业生态系统组分在空间、时间上的配置及组分间的能流、物流顺序关系。农业生态系统的组分结构：农业生物的组成结构及农业生物种群结构。水平结构空间结构垂直结构水平结构：温度的纬向梯度，湿度的经向梯度。农业生物因自然和社会条件在水平方向的差异形成带状、同心圆式或块状镶嵌分布。生物因繁殖与行为方式的差异形成规则的、随机的或成丛的各类水平格局。垂直结构：因地理高程，水深、土壤深度和生物群落高度而产生相应的垂直梯度。农业生物因适应环境的垂直变化形成各类层带立体结构。时间结构：指农业生态系统中，各种生物种类的生长发育进程与环境资源节律变化的吻合状态。营养结构：农业生态系统中生物间通过营养关系联结起来的联系方式称营养结构。主要是指食物链结构和食物网结构。1.2农业生态工程概念及原理1.2.1农业生态工程的概念将生态工程原理应用于农业建设，即形成农业生态工程。有效地运用生态系统中生物物种充分利用空间和资源的生物种群共生原理，多种成份相互协调和促进的功能原理，以及物质的能量多层次、多途径利用和转化的原理，而建立的能合理利用自然资源、保持生态稳定和持续高效功能的农业生态系统。1.2.2农业生态工程原理使不同种的生物群体在有限的空间内各得其所，充分利用有限的物质与能量的生物共生原理。通过多层结构，充分挖掘生产潜力的物质循环再生原理。包括食物链的富集与转换作用的多种成分相互协调的功能原理。生物与环境相互适应原理。1.2.3农业生态工程建设的基本原则整体性原则层次性原则因地制宜原则科技先导原则可持续性原则市场协调原则1.3生态农业农业生产面临的生态问题资源匮乏，能源消耗日益严重不少地区出现资源破坏，水土流失，耕地减少，土地质量下降农业环境污染加重我国生态农业的定义为：“运用生态学、生态经济学原理和系统科学的方法，把现代科学技术成就与传统农业技术的精华有机结合，把农业生产、农村经济发展和生态环境治理与保护、资源的培育与高效利用融为一体的具有生态合理性、功能良性循环的新型综合农业体系”。农业生态工程实施的技术要点最大限度利用和保护土地资源及各种可利用资源，提高初级生产者转化太阳能为生物能的效率。加速物质在生态系统中的再循环，提高周转率，提高生物产品的高产性能。增加能量和物质的利用层次及环节，减少系统外能量的消耗，提高转化无机物为有机物的能力。利用农业有机废料，强化生态系统还原者的还原作用，建立低消耗高收益的新型生产结构。因地制宜，因资源制宜，规划和配置多层次的产业结构和产品布局。第二节农业生态工程技术1立体农业技术1.1立体农业概念立体农业：立体农业是多种相互协调、相互联系的农业作物(植物、动物、微生物)种群，在空间、时间和功能上的多层次综合利用的优化高效农业结构。类型：异基面：不同海拔、地形、地貌条件下呈现出的农业布局差异。同基面：同一块田地上的间套作及兼养动物、微生物的立体种养系统，如林粮或粮菜间作、稻田养鱼、农田插种食用菌等。2循环再生技术2.1生态果园工程模式该模式是以农户土地资源为基础，以太阳能为动力，以沼气为纽带，从有利于农业生态系统物质和能量的转换与平衡出发，建立起生物种群互惠共生，食物链结构健全，能量流、物质流良性循环的系统工程，形成了以农代牧、以牧促沼、以沼促果、果牧结合、配套发展的良性循环系统，被称为西北“五配套”生态果园程模式。“五配套”能源生态农业模式是解决西北干旱地区的用水，促进农业持续发展，提高农民收入的重要模式。其主要内容是，户建一个沼气池、一个果园、一个暖圈、一个蓄水窖和一个看营房。2.2生态养殖厂工程模式生态养殖场工程模式以辽宁省大洼县西安养殖场最为典型，它是一项以养猪为主，利用生态模式净化废水，产出多、效益高，具有广泛应用价值的农-牧复合生态工程。2.2.1平面闭路的生态系统2.3基塘物质能量循环生态工程桑基-鱼塘生态工程利用鱼池(塘)堤坡栽植桑树，桑叶用于养蚕，将养蚕获得的蚕沙、蚕蛹投入鱼塘，为鱼类提供食料，鱼塘中鱼类吃剩的食料加上排泄物，可培育浮游生物，浮游生物又供鱼类取食，而沉落到塘底的饲料残渣及排泄物则被微生物分解，形成富含有机质和其他营养元素的塘泥，经过一定时间的积累后挖取塘泥上桑基，既净化了鱼塘，又为桑基施入高效的有机肥。草基-鱼塘生态工程草基鱼塘是利用鱼塘的塘边坡地种草，以草养鱼，鱼池淤泥为草地施肥，促进草地增产为循环的基本模式。饲草的选择与栽培，通常以黑麦草为普遍，因其生长快、产量高、营养丰富、适应性强，是草食性鱼类喜食的饲料。桑-蚕-猪-鱼生态工程模式该模式是桑基-鱼塘生态工程模式的进一步发展，其流程是将蚕沙、蚕蛹、剩叶用于喂猪，猪粪施入鱼塘养鱼，加入生猪饲养这一环节更加提高了物质转化效率。3农业环境调控与保护技术3.1水土流失治理的农业生态技术以治理水土流失为中心的农业生态技术，就是以小流域为治理单元，合理布设水土保持各项生物与工程措施，依据系统工程方法，安排农、林、牧、渔、副各业用地，使各项措施互相协调，互相促进，形成综合防治技术体系。技术手段3.1.1植树造林治沟治坡技术在坡顶岗脊栽树戴帽，开挖截流沟，控制坡水下山；坡耕地等高种植，修梯田，种植生物缓冲带；荒坡造林种草，达到拦截径流，蓄水保墒的目的；沟壑中修跌水、谷坊和塘坝，以便拦泥蓄水，控制沟壑发展。3.1.2植物篱笆坡地生态农业技术植物篱笆依据生态经济原则选择物种(以多年生灌木为主)，依据不同坡度、岩性和侵蚀强度设计篱带宽度和密度，采用沿等高线布设的方法，形成密集型篱笆，达到防止水土流失的目的；篱笆带间为农地，进行农业耕作，与植物篱笆共同构成农林复合经营技术。3.1.3坡耕地培肥保水技术改冬春施肥为伏秋施肥，主要结合伏秋整地施入土壤中；改浅施肥为深施肥；以农肥为主，化肥为辅，进行配方施肥；推广种植绿肥；根茬和秸秆还田。此项技术的实施，促进了土壤熟化，改善了土壤结构，提高了肥料利用率。3.1.4土地永续利用的耕作技术在发展畜牧业、增加土壤有机肥投入的同时，针对春旱、低温、早霜、土壤含水量低等自然特点，探索劳力、规模、技术三个效益统一的农机和土地相组合的模式，更新大型拖拉机、实行连片种植、建立土壤水库，进行土地耕作制度的改革，注重伏翻、秋翻，坚持深翻、轮翻、平翻后起垡和翻耙与深松相结合，有效地调节土壤中的水肥气热。3.2沙地培肥改土技术沙地培肥首先要稳定沙面，使沙地固定，否则，因风蚀、风积的影响，培肥效果就不会显著。在沙河地区，除在主沙源营造防沙、阻沙林带以外，对已开发的沙地营造农田防护林网，其内以发展林果业为主，栽植桃、梨、杏、山楂、葡萄等，果树行间采用立体种植，间作套种花生、黄豆、牧草、西瓜等。3.3水资源高效利用技术田间灌溉节水技术。一般包括改进地面灌水技术，喷灌、微灌等新灌水技术，以及抗旱补灌技术。田间农艺节水技术。包括地面覆盖、耕作保墒、合理施肥、以肥调水等。3.4防洪治涝技术修筑和加固水利设施，实施退耕还林，退耕还牧，退耕还渔和改种水田。在沿江区域选择适当位置修筑拦洪大堤，拦阻江水的泛滥。堤内植造防风林带，堤外植造防浪林带，减轻洪水压力。堤内农田改造水田，并修筑排灌渠系配套工程，建造鱼塘，建设高产农田。4农业生态工程主要模式4.1充分利用空间和土地资源的农林立体结构型生态工程4.1.1各种农作物的轮作、间作与套种农作物的轮作、间作与套种在我国已有悠久的历史，并已成为我国传统农业的精华之一。常见的有以下几种类型：豆、稻轮作，棉花、麦套作，棉花、油菜间作，甜叶菊、麦套作。4.1.2农林间作农林间作是充分利用光、热资源的有效措施。我同采用较多的是桐粮间作和枣粮间作，还有少量的杉粮间作。4.1.3林药间作林、药间作不仅大大提高了经济效益，而且大大改善了生态环境，有力地促进了经济、社会和生态环境向良性循环发展。此种间作如吉林省的林、参间作，江苏省的林下栽种黄连、白术、绞股蓝、芍药等的林、药间作。4.2物质能量多层分级利用型生态工程秸秆还田是保持土壤自机质的有效措施，但秸秆若不经处理直接还田，则需很长时间的发酵分解，方能发挥肥效。在一定条件下，利用糖化过程先把秸秆变成饲料，而后牲畜的排泄物及秸秆残渣用来培养食用菌；生产食用菌的残余料又用于繁殖蚯蚓，最后才把剩下的残物返回农田，收效就会好得多，且增加了生产沼气、食用菌、蚯蚓等的直接经济效益。4.3水陆交换的物质循环型生态工程桑基鱼塘是比较典型的水陆交换生产系统。桑基鱼塘是由基面种桑、桑叶喂蚕、蚕沙养鱼、鱼粪肥塘、塘泥为桑施肥等各个生物链所构成的完整的水陆相互作用的人工生态系统。4.4相互促进的生物物种共生型生态工程这种生物物种共生模式在我国主要有稻田养鱼、稻田养蟹等。在养鱼的稻田中，水稻为鱼提供遮阴、适宜水温和充足饵料，而鱼为稻田除草、灭虫、充氧和施肥，使稻田的大量杂草、浮游生物和光合细菌转化为鱼产品。稻、鱼共生互利，相互促进，形成良好的共生生态系统。案例：浙江青田稻田养鱼工程4.5农-渔-禽水生生态系统型生态工程该生态系统是充分利用水资源优势，根据鱼类等各种水生生物的生活规律和食性以及在水体中所处的生态位，按照生态学的食物链原理进行组合，以水体立体养殖为主体结构，以充分利用农业废弃物和加工副产品为目的，实现农-渔-禽综合经营的农业生态类型。4.6多功能的污水自净生态工程在通常情况下，自然生态系统内部不易出现由于某种物质的过多积累而造成系统崩溃或主要生物成分的大量死亡，这是由于系统本身就拥有自行解毒的“医生”(微生物)和解毒的工艺(物理的、化学的)过程。即使由于某种物质过分积累，破坏了系统的原来结构，也会出现适应新情况的生物更新。4.7山区综合开发的复合型生态工程通常的结构模式为林-果-茶-草-牧-渔-沼气。该模式以畜牧业为主体结构。一般先从植树造林、绿化荒山入手。根据山区自然条件、自然资源和物种生长特性，在高坡处栽种果树、茶树；在缓平岗坡地引种优良牧草，大力发展畜牧业，饲养奶牛、山羊、兔、禽等草食性畜禽，畜禽粪便养鱼；在山谷低洼处开挖鱼塘，实行立体养殖，塘泥作农作物和牧草的肥料。4.8沿海滩涂和荡滩资源开发利用的湿地型生态工程草-畜-禽-蚯蚓-貂的湿地生态系统，苇-萍-鱼-禽的湿地生态系统，林-牧-猪-鱼-沼气的荡滩生态系统，鱼-苇-草-牧生态系统，农-桑-鱼-畜生态系统，棉-牧-禽-鱼-花-加工的复合生态系统。4.9以庭院经济为主的院落生态工程以庭院经济为主，把居住环境和生产环境有机地结合起来，以达到充分利用每一寸土地资源和太阳辐射能，并用现代化的技术手段经营管理生产，以获得经济效益、生态环境效益和社会效益协调统一。4.10多功能的农副工联合生态工程这样的系统往往由四个子系统组成，即农业生产子系统、加工工业子系统、居民生活区子系统和植物群落调节子系统。它的最大特点是将种植业、养殖业和加工业有机地结合起来，组成一个多功能的整体。城市生态工程（少）第一节城市生态学1城市的起源与城市化城市的概念城市(city)—以非农业人口为居民主体，以空间与环境利用为基础，以聚集经济效益为特点，以人类社会进步为目的的一个集约人口、经济、科学技术和文化的空间地域综合体。 —人类社会与地域空间的高度结合特点：人口集中，工商业发达，居民以非农业人口为主的地区。常为周围地区的政治、经济、文化中心。城市的产生(三次社会分工与私有制)第一次:畜牧业与农业分离—聚落(城市胚胎)第二次:农业与手工业分离—产生聚落中心第三次:手工业与商业分离—“市”(集)形成私有制产生—聚落争斗防卫—“城”(镇)形成城市的发展自然条件：大河冲积平原区；经济技术发展水平：冲破自然束缚向外扩张拓展城市化(urbanization)—通常是指农业人口转化为城市人口的过程。其表现为：空间上城市规模的扩大数量上农业人口向城镇非农业人口的转变质量上城市居民生活方式的现代化城市人口增长:(过去)自然®(目前)机械城市的优势——在于工业、人口、市场、文化和科学技术的集中。这有利于生产的专业化、协作化和新型高度精尖技术密集工业的发展，有利人员流动、物质流通。城市的缺点——也恰恰在于人口和工业的过量集中和密度过大，在城市化地区，进行着大量的资源利用、物质变换、能量流动、产品消费等活动，从而使自然资源大量耗用和各种生产、生活废料大量产出，引起了一系列城市问题。城市化带来的城市问题当城市人口膨胀到一定程度，城市扩大到一定规模时，势必造成城市用地紧张、交通拥挤、住房短缺、基础设施滞后、水源短缺、环境污染、生态条件恶化、疾病流行，并导致失业率增加和犯罪率上升等一系列现代城市社会弊病城市化的生态后果与生态问题生态后果土地利用与景观格局发生变化生态系统结构发生变化、部分生态功能丧失局地气候发生变化生态问题环境污染及由此影响到食品安全部分生态条件恶化自然资源供应常短缺城市人口增加导致社会问题2城市生态学城市生态学(urbanecology)—生态学的一个分支，是以城市空间范围内生命系统和环境系统之间联系为研究对象的学科。城市生态学是研究城市人类活动与城市环境之间的关系的学科。将城市视为以人为中心的人工生态系统。第二节城市生态系统1城市生态系统的结构由自然环境和社会经济环境以及沟通自然、社会、经济的各种人工设施和上层建筑共同构成社会—经济—自然复合生态系统在该复合生态系统中:各种自然及物理组分是城市赖以生存的基础各个部门的经济活动和代谢过程是城市生存发展的活力和命脉每个人的社会行为及文化观念是城市演替与进化的动力按社会学角度划分城市社会：城市居民；城市组织城市空间：人工环境；自然环境（自然资源；地域环境）按环境学角度划分生物系统：城市居民；家养生物；野生生物非生物系统：人工物质系统；环境资源系统；能源系统按人居环境科学角度划分2城市生态系统的功能组织社会生产，方便居民生活生产功能生活功能还原功能生产功能：生物性生产：生物性生产是生物体通过新陈代谢作用与周围环境进行物质交换进行自身生长、繁衍的作用和过程。社会性生产：具有创造物质与精神财富，满足城市人类的物质消费与精神需求的生产。生活功能：城市生态系统满足城市生物，特别是城市人类各种需求的能力。基本需求和高层次需求。还原功能：还原是城市生态系统内各组成要素发挥自身机制协调生命与环境的相互关系，增强生态系统稳定性与良性循环能力的功能。分为自然还原功能与人工调节功能。“功能”通过“生态流”实现城市生态系统的物质流城市生态系统的能量流城市生态系统的信息流能量流动的基本过程原生®次生®有用®最终自然界®加工转化，便于输送或贮存®做功利用®转移至产品中或投入到使用中2.3城市生态系统的信息流信息(information,message)—就是指消息，是对某一事物不确定性的度量，或者说指对某事物知道和了解的程度。城市的信息功能(反映城市的现代化程度):第三节城市生态规划与设计1城市生态规划城市生态规划是生态规划思想和方法在城市规划领域的应用和发展。它是应用生态学原理和整体综合思想对城市生态系统各要素的组成、结构、关系的规划。2城市生态规划的原则整体综合优化原则协调共生原则功能高效原则生态可持续性原则景观多样性保护原则谨慎性原则3城市生态规划的内容城市生态功能分区规划城市土地利用规划城市人口容量规划城市环境规划城市生态功能分区规划城市自然生态功能区指各种自然植被、湖泊、沼泽及人工建立模拟自然景观的生态区域。生产服务功能区指耕地、果园等农业耕作区域，以及近海养殖区域。生活功能区指城市、乡村居住地和交通、道路用地等完全为人类所改造的土地类型，是人类生活和活动的主要场所。生态恢复区指裸地、盐碱地、荒地，及人为破坏后(如矿山)的未利用土地。城市土地利用规划城市用地构成一般可分为工业用地、居住用地、市政设施用地、道路交通用地、绿化用地、特殊用地、保留地和其他用地等。根据城市的性质、规模和城市产业结构调整的需要，结合用地大小、地形、山脉、河流、气候、水文及工程地质等自然制约因素，因地制宜地进行土地利用布局的研究。城市人口容量规划人口是城市生态系统的主体，城市人口密度增加会加重人的生理和心理压力，降低城市人口的生活质量。制定适宜的人口规划是城市生态规划的重要内容，将有助于充分发挥城市的综合功能，提高社会、经济和环境效益，实现可持续发展。城市应根据规模、自然条件以及消费状况选择适宜的人口容量。从水资源容量、土地资源容量、绿地容量、环境容量等方面预测城市人口规模。城市环境规划制定城市环境保护规划，要根据污染源、环境质量评价和预测结果准确掌握当地环境质量现状、发展趋势以及未来社会经济发展阶段的主要环境问题，还要针对主要环境问题确定污染控制目标和生态建设目标，在此基础上制定污染总量控制方案。4城市生态规划步骤第三节生态城市生态城市是按照生态学原理建立起来的具有社会、经济、信息、高效率利用且生态良性循环的人类聚居地。2生态城市的涵义：一是社会生态化，即社会和谐。二是经济生态化，即经济高效。三是环境生态化，即自然融入城市，城市归于自然联合国关于生态城市6项评价标准：有战略规划和生态学理论作指导、工业产品是绿色产品，提倡封闭式循环工艺系统、走有机农业的道路、居住区标准以提高人的寿命为原则、文化历史古迹要保护好、自然资源不能破坏，把自然引入城市等标准。国际生态城市建设经验：充分贯彻可持续发展理念，制定明确的生态目标和发展措施，重视与区域协调，强大的科技手段，以政策和资金为支撑，全面实行公众参与。生态城市指标体系构建环境生态工程第二节环境生态学1环境生态学的概念环境生态学是研究在人为干扰下生态系统内在的变化机制、规律等，寻求受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学。即运用生态学理论，阐明人与环境间的相互作用及解决环境问题的生态途径。2环境生态学的研究内容人为干扰下生态系统内在变化机制和规律生态系统受损程度的判断各类生态系统的功能和保护措施的研究解决环境问题的生态对策维护生物圈的正常功能，改善人类生存环境，并使两者得到协调发展，这是环境生态学的根本目的。运用生态学理论，保护和合理利用自然资源，治理被污染和被破坏的生态环境，恢复和重建生态系统，以满足人类生存发展的需要，是环境生态学的主要任务。3环境生态学的应用与发展干扰和受害生态系统特征的判断受害生态系统恢复和重建途径重视生态规划积极参与区域污染治理环境生态工程是在生态学原理的指导下，为使受损生态系统恢复，进行重建和保护的生态工程。运用生态控制论原理去促进资源的综合利用、环境的综合整治及人类社会的综合发展是环境生态工程的核心。第三节污染生态工程1污水土地处理技术1.1污水土地处理技术概念及组成利用土壤植物系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能处理城市污水及某些类型的工业废水，使水质得到根本的改善。完整的土地处理系统由预处理、水量调节与贮存、配水与布水、土地处理田间工程、植物、排水及监测等七部分组成。土地处理田间工程是土地处理技术系统的核心部分，处理污水的主要过程在这里发生，可分为慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地系统与地下渗滤等不同类型。1.2土地处理系统对污水的净化作用机制物理过滤土壤颗粒间的孔隙具有截留、滤除水中悬浮颗粒的性能。污水流经土壤，悬浮物被截留，污水得到净化。物理化学吸附金属离子与土壤中的无机胶体和有机胶体颗粒，由于螯合作用而形成螯合化合物；有机物与无机物的复合化而生成复合物；重金属离子与土壤颗粒之间进行阳离子交换而被置换吸附；某些有机物与土壤中重金属生成螯合物而固定在土壤矿物的晶格中。化学反应与化学沉淀重金属离子与土壤的某些组分进行化学反应生成难溶性化合物而沉淀；如果调整、改变土壤的氧化还原电位，能够生成难溶性硫化物；改变pH，能够生成金属氢氧化物；某些化学反应还能够生成金属磷酸盐等物质，而沉积于土壤中。微生物代谢作用下的有机物分解在土壤中生存着种类繁多、数量巨大的土壤微生物，它们对土壤颗粒中的有机团体和溶解性有机物具有强大的降解与转化能力，这也是土壤具有强大的自净能力的原因。1.3污水土地处理系统基本工艺慢速渗滤处理系统将污水投配到种有作物的土地表面，污水缓慢地在土地表面流动并向土壤中渗滤，一部分污水直接为作物所吸收，一部分则渗入土壤中，从而使污水得到净化的一种土地处理工艺。本工艺适用于渗水性能良好的土壤如砂质土壤和蒸发量小、气候湿润的地区。快速渗滤处理系统将污水有控制地投配到具有良好渗滤性能的土地表面，在污水向下渗滤的过程中，在过滤、沉淀、氧化、还原以及生物氧化、硝化、反硝化等一系列物理、化学及生物的作用下，得到净化处理的一种污水土地处理工艺。回收处理水是本工艺的特征，可用地下排水管或井群回收经过净化的处理水或将净化水补给地下水。地表漫流系统本系统是将污水有控制地投配到种植有多年生牧草、坡度和缓、土壤渗透性差的土地上，污水以薄层方式沿土地缓慢流动，在流动的过程中得到净化。净化出水大部分以地面径流汇集、排放或利用。这种工艺对地下水的污染较轻。污水在地表漫流的过程中，只有少部分水量蒸发和渗入地下，大部分汇入建于低处的集水沟。本系统适用于渗透性较低的黏土、亚黏土，最佳坡度为2％～8％。2污水稳定塘处理技术2.1稳定塘系统概述稳定塘（氧化塘）。稳定塘是经过人工适当修整的土地，设围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠自然生物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术。传统的塘处理系统大都为菌藻共生系统塘。其中细菌将进入塘中污水的有机污染物氧化降解为二氧化碳和水、氨氮、硝酸盐和磷酸盐，藻类摄取上述物质进行光合作用，使藻类增殖，同时释放氧供好氧菌氧化降解有机物质。2.2稳定塘对污水的净化机制在太阳能(日光辐射提供能量)作为初始能源的推动下，通过稳定塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中污水的有机污染物进行降解和转化，最后不仅去除了污染物，而且以水生植物和水产，水禽的形式作为资源回收，净化的污水也可作为再生水资源予以回收再用，使污水处理与利用结合起来，实现污水处理资源化。稳定塘中的生物作用好氧微生物的代谢作用厌氧微生物的代谢作用浮游生物的作用水生维管束植物的作用物理稀释作用物理化学的沉淀和絮凝作用2.3稳定塘系统组成用于处理污水的稳定塘系统包括预处理系统，厌氧塘、兼性塘、曝气塘、好氧塘、生物塘、水生植物塘、养鱼塘、控制排放塘和储留塘，通过上述这些塘的不同组合从而形成了多种多样的塘系统。预处理系统。稳定塘系统的预处理系统主要是通过物理的方法分离、去除对后续塘处理单元有害和产生影响的大块污染物、砂粒等无机固体颗粒，减小这些无机物质在稳定塘内的淤积，减轻后续塘处理的负荷，延长其使用寿命，保证稳定塘的正常运行和处理效果。厌氧稳定塘。厌氧稳定塘即在无氧状态下净化污水的塘。塘水深度一般在2.0m以上，有机负荷率高，其功能旨在充分用厌氧反应高效低耗的特点去除有机负荷，改善原污水的可生化降解性，保障后续塘的有效运行。兼性稳定塘。简称兼性塘，塘水较深，一般在1.0m以上，从塘面到一定深度(0.5m左右)，阳光能够透入，藻类光合作用旺盛，溶解氧比较充足，呈好氧状态；中层呈缺氧(兼性)状态，介于好氧与厌氧之间为兼性区，存活大量的兼性微生物；塘底为沉淀污泥，处于厌氧状态，进行厌氧发酵。兼性塘的污水净化是由好氧、兼性、厌氧微生物协同完成的。好氧稳定塘。简称好氧塘，深度较浅，一般不超过0.5m，阳光能够透入塘底，主要由藻类供氧，全部塘水都呈好氧状态，由好氧微生物起降解有机污染物与净化污水的作用。曝气稳定塘。简称曝气塘，塘深在2.0m以上，曝气塘是设有曝气充氧设备的好氧塘和兼性塘，其有机物和营养物的容积负荷比普通兼性塘或好氧塘大得多。适于土地面积有限，不足以建设成靠风力自然复氧为特征的塘系统。生物塘。生物塘是具有菌藻共生系统、人工种植水生植物或养殖水生动物(水产)的塘，在生物塘中菌类、藻类、水生植物以及水生动物形成许多条食物链，并由此构成食物网，使污水中的有机污染物和营养物质被生物塘中的生物摄取，在食物链中逐级传递、迁移和转化，最终得到去除，同时实现资源化。水生植物塘。种植水生维管束植物和高等水生植物的塘称为水生植物塘。塘中的水生植物主要起如下作用：水生植物通过光合作用吸收氮、磷等营养物质用于自身的合成和增殖，提高塘中有机物和氮磷的去除功能；水生植物根部具有富集金属的功能，可提高金属的去除效率；拥有较大的表面生长区的大型水生植物物种已被证明对于那些不被溶解的金属氢氧化物沉淀的截留作用也十分有效。养鱼塘。养鱼塘是利用养殖鱼类来摄食水中藻类和各类水生植物达到水体净化，实现资源回用，获得经济效益的塘。在用于污水处理和利用的稳定塘系统中，适宜于放养的鱼类有杂食性鱼类(如鲤鱼、鲫鱼)，它们捕食水中的食物残屑和浮游动物；鲢、鳙等滤食性鱼类；以及草食性鱼类如草鱼、鳊鱼等，它们能够控制藻类和水草的过度增殖。在北部干旱地区应用的稳定塘污水：预处理—兼性塘—储存塘或储留塘(在温暖季节中运行的养鱼塘或水禽养殖塘)—农田灌溉—出水补充地下水或地表水体。高浓度有机废水：预处理—厌氧塘—兼性塘—储存塘(温暖季节进行养鱼和/或水禽养殖)—农田灌溉—出水补充地下水或地表水体。在南部地区应用的稳定塘污水：预处理(格栅—沉砂池)—生长有水生植物的兼性塘—稻田养鱼—出水。有机废水：预处理(格栅—沉砂池)—生长有浮水植物的兼性塘—养鱼塘—水禽养殖塘—荷塘或芦苇塘—出水。3受损水体生态修复工程水体富营养化水体生态修复技术原理就是利用培养的生物或培育、接种的微生物的生命活动，对水中营养盐进行转移、转化及降解，从而使水体得到恢复。这种技术是对自然界自我恢复能力、自净能力的一种强化，工程造价低、运行成本低、治污效果好，应用前景广阔。3.1改变水动力要素，改善水体交换污染源的控制是保护水环境的先决条件，从源头控制污水排入河网应该是解决水质污染问题的最根本措施。目前，我国大型的湖泊治理工程都基本上采用这一措施。从一些湖泊的引水经验来看，从外流域引水对降低湖泊的富营养化水平有较好的效果，如引江济太(湖)工程，引水入滇(池)工程等。3.2底泥生态疏浚湖泊底泥中累积了大量的营养物质，当湖泊底层氧化还原环境发生变化时，底泥中的营养物质和污染物质会重新释放加入水体，成为水体富营养化的主要营养源。底泥疏浚工程就是用装有搅吸式离心泵的船只在湖中抽出底泥，经过管道输送到岸上一个专用的堆积场所。3.3沉水植被恢复如果没有水生植物将大量的营养束缚在体内，湖泊的富营养化速度将是迅速的。从整体上看，以水生植物为主要初级生产者的湖泊水质较好，水生生物的多样性程度较高，因为大量的营养物质被积存在水草中，从营养上抑制了浮游藻类的生长，使得水质清澈，这常常被称为水草的“净化功能”。3.4漂浮植物恢复漂浮植物都有较强的过滤和吸收，吸附污染物、悬浮物的作用，同时还是水中生物栖息、繁殖的场所，能够提供各类水生动物的食物。水中植物的多样性，不仅发挥了很强的水质净化作用，而且还为水中生物的生长繁殖创造了必备条件，更为水边环境增添了自然风光。3.5水生动物生态恢复水生动物的多样性，使它们在水中互相依存，与水生植物互相依赖、互相作用，形成生态平衡，同时也不断地消耗和降解着水体中的有机物质，使水体得以净化。3.6植被缓冲带建设植被缓冲带是一个位于水生和陆地之间的过渡地带，一般被描述为长的、线状的邻近溪流，河流湖泊水库等各种水体的植被带。它既受陆地系统影响，又受水体的影响。植被缓冲带可以是生长于湖滨，也可以是河岸、河口海岸带，因此这里通称为岸线植被缓冲带或岸线缓冲带。岸线缓冲带是保护湖泊生态系统健康的最后一道防线，它将水体与其他各种土地利用类型分离，一方面阻止水体的波浪和洪水对岸线的侵蚀；另一方面，在径流进入湖泊以前过滤其中的多种有害物质，包括化肥和除草剂等；同时它还提供了水生昆虫、微生物、鱼类和其他动物的栖息地，从而维持一个脆弱的水生生态系统的平衡。4固体废物处理工程固体废物一般指被丢弃的固体和泥状物质，以及从废水、废气中分离出来的固体颗粒等。主要来源于人类生产和消费活动。有机废物，无机废物有害废物和一般废物固体状(颗粒状、粉状、块状)，泥状矿生固体废物、工业固体废物、农业废弃物、城市垃圾与污水处理厂固体污泥固体废物处理主要包括物理处理化学处理生物处理热处理固化处理固体废物处置是固体废物污染控制的末端环节，是解决固体废物的归宿问题。处置方法分为：海洋处置和陆地处置。海洋处置包括深海投弃和海上焚烧，陆地处置包括土地耕作、土地填埋和深井灌注等。控制固体废弃物污染的技术政策包括减量化、资源化和无害化。处理处置技术发展方向为最终实现资源化。减量化：通过适宜手段减少固体废物的数量，减小其容积。资源化：通过各种方法从同体废物中回收有用组分和能源，旨在减少资源消耗，加速资源循环，保护环境。无害化：将固体废物通过工程处理，达到不损害人体健康，不污染周围自然环境的目的。4.1固体废物处理生态工程模式①肥料化，通过直接利用或加工利用的方式，将固体废物转化为肥料或土壤改良剂。②饲料化，将固体废物转化为养殖业所必需的饲料。③原料替代化，利用固体废物可替代部分生产活动中的宝贵资源，如利用米糠、蔗渣等可替代木材生产木腐性食用菌。④能源化，即利用工业废物生产沼气，其发酵残余物又可在农业生产中广泛应用。4.2城市生活垃圾堆肥技术堆肥化是在微生物作用下通过高温发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程，在微生物分解有机物的过程中，不但生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物，而且还合成新的高分子有机物—腐殖质，它是构成土壤肥力的重要活性物质。垃圾堆肥是在微生物作用下垃圾中有机物的生化降解过程。由于堆肥内的环境不同，既可以是厌氧菌为主的腐败发酵过程，也可以是好氧菌为主的氧化分解过程。厌氧堆肥是在不通气条件下，将有机废弃物(包括城市垃圾、人畜粪便、植物秸秆、污水处理厂剩余污泥等)进行厌氧发酵，制成有机肥料使固体废弃物无害化的过程。①酸性发酵阶段。产酸细菌分解有机物，产生有机酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氢等，使pH下降。②产气发酵阶段。产甲烷菌分解有机酸和醇，产生甲烷和二氧化碳，随有机酸下降，pH迅速上升。好氧堆肥主要优点为处理周期短，不产臭气，其堆肥产物化学性质稳定，不会对环境造成影响，故当前垃圾堆肥均以好氧堆肥为主。微生物湿度养分温度通风5大气污染防治生态工程大气污染可分为物理性污染、化学性污染与生物性污染三种类型。目前对大气污染的控制工程技术可分为两种，即常规控制技术与生态工程技术。大气污染净化的生态工程主要靠绿色植物完成。5.1植物对大气中化学污染物的净化作用大气中的化学污染物包括：二氧化碳、二氧化氮、氟化氢、氯气、乙烯、苯、光化学烟雾等无机、有机气体，以及汞、铅等重金属蒸气及大气飘尘所吸附的重金属化合物。在选择植物对大气污染物净化时，不仅要考虑其对污染物的吸收净化能力，同时也要求其对该污染物有较强的耐性。对芳烃抗性较强的植物品种包括：侧柏、龙柏、桧柏、毛白杨、山桃、臭椿、紫穗槐、刺槐、银杏、垂柳、泡桐、大叶女贞、新疆杨等。对烯烃污染物抗性较强的树种包括：侧柏、云杉、臭椿、垂柳、紫穗槐、毛白杨、新疆杨、刺槐、大叶黄杨等。5.2植物对大气物理性污染的净化作用植物对大气飘尘的去除效果。植物对噪声的防治效果。植物对城市热污染的防治作用。植物对放射性物质的去除。5.3植物对大气生物污染的净化效果空气中的细菌借助空气中的灰尘等飘浮物传播，由于植物有阻尘、吸尘作用，因而也减少空气病原菌的含量和传播。同时，许多植物分泌的气体或液体也具有抑菌或杀菌作用。研究表明，茉莉、黑胡桃、柏树、柳杉、松柏等均能分泌挥发性杀菌或抑菌物质，柠檬、桦树等也有较好杀菌能力。第四节湿地生态工程1湿地的概念和分类1.1湿地的概念湿地是指不问其为天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地、水域地带，静止或流动的淡水、半咸水、咸水，包括低潮时水深不超过6m的海水水域。湿地广泛分布于世界各地，拥有众多野生动植物资源，与海洋、森林并称为地球三大生态系统。湿地是位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带，在土壤浸泡在水中的特定环境下，生长着很多湿地的特征植物。1.2湿地的分类湿地公约的湿地分类1999年国家林业局为了进行全国湿地资源调查，参照《湿地公约》的分类将中国的湿地划分为近海与海岸湿地、河流湿地、湖泊湿地、沼泽与沼泽化湿地、库塘等5大类28种类型。我国的湿地分类2湿地生态系统的结构2.1淡水沼泽湿地所有远离海岸带或不受海水影响的湿地统称为内陆湿地生态系统，主要包括淡水草本沼泽生态系统、泥炭湿地生态系统、淡水木本沼泽生态系统和河漫滩湿地生态系统。2.1.1淡水草本沼泽生态系统占湿地总面积的20％，是最复杂的湿地生态系统之一。淡水草本沼泽湿地的剖面结构自上而下一般分为草根层，腐殖质层(泥炭层)，潜育层和母质层(一般为黏土或亚黏土)。淡水草本沼泽有许多植被类型，常见优势种有芦苇、香蒲、黑三棱等挺水植物，水葫芦等浮水植物，马尾藻等沉水植物。以碎屑食物链为主要能量通道的生态系统。低等生物起着重要作用。分解者有线虫、放射菌等；昆虫，如蚊子，是重要的消费者。大型消费者有两栖类、鱼类、贝类、鸟类和哺乳动物等。2.1.2泥炭湿地生态系统泥炭湿地的两个主要特征是：多余的水分和泥炭积累。潮湿、寒冷的气候是泥炭湿地发育的基本条件。泥炭湿地通常具有酸性环境和有限的可用养分，是贫营养和低生产力的生态系统。泥炭沼泽湿地的植被主要是由泥炭藓、莎草、石楠、柳树等一些嗜酸植物组成。植物呈垫状，木本植物高度通常不到1m。该区域只能发现极少量的两栖与爬行动物，驯鹿、黑熊是比较常见的哺乳动物，泥炭沼泽湿地的鸟类较多。2.1.3淡水木本沼泽生态系统在整个生长季或生长季的大部分时间内滞留有较深地表淡水的木本群落称为淡水木本沼泽，如池杉沼泽、落羽杉沼泽、白蜡树沼泽、红栎沼泽及多种水生木本植物的混生群落。在所有的森林生态系统中，淡水木本沼泽生态系统的土壤环境和水环境及其参与的生物地球化学循环是最为复杂的。从富饶的冲积平原到极度贫瘠的酸性水体，从常年的深水区到短时间内没有地表水的洼地，均可发育多种类型的淡水木本沼泽。在淡水木本沼泽中，一些植物发育出呼吸根和根膝进行呼吸，或者发育出板根和不定根起支撑作用。2.1.4河漫滩湿地生态系统是介于河流和丘陵之间、地下水位较高的生态系统，其土壤至少在生长季期间被泛滥的河水所覆盖。主要特征有三个方面：①沿河流分布，呈带状或线形。②既与丘陵陆地生态系统和河流水体生态系统侧向相连，又与上游和下游的生态系统相协调。③开放的生态系统，接受丘陵、河流和上游生态系统的能量与物质输入，仅向下游输出，输入大于输出。2.2滨海湿地即海岸湿地生态系统，包括盐沼生态系统、潮汐淡水沼泽生态系统、红树林生态系统和河口湾生态系统4个主要类型。2.2.1盐沼生态系统盐沼是发育于淤泥滩地的自然和半自然盐生草地与低矮灌丛，周围被潮汐或非潮汐水位变化的盐水所包围。盐沼植被从海向陆具有明显的梯度分布规律，包括裸滩、碱蓬植被、芦苇、白茅植被。盐沼植被的带状分布和发育主要受土壤盐度、有效营养和通气性的影响。除了高等植物外，盐沼内生存着大量的低等植物和微生物，如绿藻、蓝藻、硅藻、硫细菌等，成为盐沼生态系统的生产者和分解者；消费者包括软体动物、鱼类、虾和多种昆虫。它们分别生活在气生境、水生境和底泥生境中。盐沼中的潮汐沟、水塘是部分鱼类的繁育场所、临时栖息地和食物来源区；涨潮时，浅海鱼类随潮水进入盐沼取食和产卵。2.2.2潮汐淡水沼泽生态系统在降水丰富或者较大河口湾的附近，盐沼生态系统由于接受了大量的淡水而形成潮汐淡水沼泽，致使该生态系统具有盐沼生态环境特征的同时也具有淡水沼泽的生物群落。因此，潮汐淡水沼泽往往分布于盐沼和内陆淡水沼泽之间。与盐沼不同，潮汐淡水沼泽有大量不同类型的无脊椎动物，如变形虫、枝角类和淡水蜗牛等。依据自由动物活动范围将其分作5个基本类型：淡水种、河口湾种、河口湾—海洋种、海洋产卵—淡水生活种和溯河产卵与半溯河产卵种。潮汐淡水沼泽可能是所有湿地中鸟类最丰富的区域。2.2.3红树林生态系统红树林是分布于热带、亚热带海岸的木本沼泽。包含有盐生乔木，灌木和一些草本、藤本植物。植物具有气生支柱根、胎生现象、呼吸根等特征。与盐沼植物不同，红树植物的生长发育不需要盐水，它们之所以生长于海岸潮间带是因为它们能够忍受盐水。红树植物通过根系避盐和叶片泌盐降低体内组织的盐分。螃蟹是红树林内最重要的动物，其选择性取食行为能够改变红树林的区系和分布，螃蟹在土壤里的洞穴可以大大增加土壤的氧气，进而影响红树林生态系统的碳循环、土壤化学和物种生活等生态过程。2.2.4河口湾生态系统河口湾是一个与外海直接相连的半封闭的沿海水体，受潮汐和河水的强烈影响形成半咸水或咸淡水环境。在大江、大河的入海口，当河水的作用超过潮汐的作用时，淡水在很大的范围内流动于海水的上层，出现明显的淡水与海水分层现象，也即盐跃层现象。由于河口湾的自我富营养作用和经常接受河流污水的输入，因此它非常容易受到污染破坏，金属污染物常被富集，有机污染物常导致“赤潮”的发生。2.3湖泊湿地湖泊湿地是典型的水体生态系统。从湖岸到深水，一般分为三个主要的植被带：沿岸带湖沼带深底带沿岸带阳光能够穿透水底，有根植物常可生长，还可细分为沉水植物、浮水植物、挺水植物亚带，并过渡为陆生群落；湖沼带有一定量的阳光透人，可以有效进行光合作用，有丰富的浮游植物如硅藻、绿藻、蓝藻等；深底带没有光线透入，自养生物不能生存，消费者的食物依赖沿岸带和湖沼带下沉的食物颗粒。2.4人工湿地人工湿地泛指以人为利用为目的而建立或改造的湿地，包括稻田、盐田、水产养殖场、污水湿地处理系统、水库以及各种沟渠、运河等。稻田生态系统是人工生态系统。耕耙、施肥、播种、收获、灌溉与排水都在人为控制下进行。该系统的生物产量往往高于相类似的自然湿地和旱地农田生态系统。灌溉、排水、渗漏与蒸腾蒸发构成稻田水循环特点，其循环强度远大于旱作农田。稻田生态系统中生物种类繁多。我国各地根据其自然环境条件发展了许多不同类型的稻田生态工程：稻—鱼、稻—蟹、稻—萍—鱼、稻—萍—蟹、稻—鸭—鱼。3湿地生态系统的功能3.1湿地的水资源功能直接利用的水资源作为集水区内地势较低的另一块湿地的水源补充地下水3.2湿地抵御自然灾害的功能洪水控制防止盐水侵入3.3地球之肾滞留与降解污染物吸纳多余的营养物湿地的碳库作用3.4湿地的生物多样性保护功能生物多样性保护基因保存库3.5湿地的天然产品直接来源于湿地间接来源于湿地3.6湿地的社会功能在多湿地的国家，水运是最有效和有利于环境保护的运输和交通方式。湿地是休闲旅游的理想之地，可为潜水、游泳、垂钓等旅游项目提供多样化的场地。在宗教、历史、美术等方面湿地也具有一些独特的功能。4退化湿地的生态恢复与重建4.1我国湿地退化现状与原因我国湖泊已有2/3受到不同程度的富营养化污染，不仅水质恶化，也对湿地生物多样性造成了严重危害。掠夺性开发和不合理利用湿地，加剧湿地功能退化甚至丧失。持续大量围垦湿地，已经使我国自然湿地面积迅速减少。据有关部门统计，建国以来，我国约有2/3的滨海滩涂湿地不复存在，约13％的湖泊已经消亡，黑龙江三江平原约78％的天然沼泽湿地丧失；洪湖水生植物种类减少了20余种、鱼类减少了约50种；七大水系（松花江、辽河、海河、黄河、淮河、长江、珠江）有2/3的河段水质污染问题突出。目前，在一些天然湿地相对集中的地区，因围垦、污染及过度开发利用，所造成的湿地破坏仍在加剧。4.2湿地恢复所谓湿地恢复，是指通过生态技术或生态工程对退化或消失的湿池进行修复或重建，再现干扰前的结构和功能，以及相关的物理、化学和生物学特性，使其发挥应有的作用。建立湿地自然保护区湿地水质的恢复湿地水量的恢复湿地面积及调蓄洪水功能的恢复景观生态工程第一节景观生态学基本原理1景观生态学的核心概念1.1景观及景观生态学1.1.1景观的概念美学上的意义地理学上的理解生态学对景观的理解美学上的意义生态学对景观的理解是希望将地理学家采用的表示空间的“水平”分析方法，和生态学家使用的表示功能的“垂直”分析方法结合起来，研究景观整体的结构、功能和变化。自然-生物综合体。空间上相邻、功能上相关、发生上有一定特点的生态系统的聚合。特征1生态系统的聚合。2各生态系统之间的物质能量流动和相互影响。3具有一定的气候和地貌特征。4与一定的干扰状况的聚合相对应。1.1.2景观生态学景观生态学：是研究景观的结构、功能和变化，以及景观的科学规划和有效管理的一门生态学新分支（属于宏观生态科学）。景观生态学的发展显示出三个特点：一是研究和教学活动普遍化，二是国际学术活动频繁，三是出版物大量涌现。1.2格局、过程、尺度格局：指空间格局，广义地讲，它包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置。过程：强调事件或现象的发生、发展的动态特征。景观生态学常常涉及多种生态学过程，其中包括：种群动态，种子或生物体的传播，捕食者—猎物相互作用，群落演替，干扰传播，物质循环，能量流动等。尺度：指在观察或研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位，同时又可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。尺度可分为空间尺度和时间尺度。尺度往往以粒度(grain)和幅度(extent)来表达。空间粒度指景观中最小可辩识单元所代表的特征长度、面积或体积。时间粒度指某一现象或某一干扰事件发生的频率或时间间隔。空间幅度：所研究区域的总面积。时间幅度：研究项目持续的时间。在生态学中，尺度的用法往往不同于地理学或地图学中的比例尺（Scale），并且表现为相反的含义。在生态学中，大尺度(或粗尺度)是指大空间范围或时间幅度，对应于小比例尺、低分辨率；而小尺度(或细尺度)则常指小空间范围或短时间，对应于大比例尺、高分辨率。景观生态学的研究基本对应着中尺度范围，即从几十公里到几百公里，从几年到几百年。森林动态的时空尺度1.3空间异质性和斑块性异质性：景观内部事物或者其属性在时间或空间分布上的不均匀性。斑块：泛指与周围环境在外貌或性质上不同，并具有一定内部均质性的空间单元。斑块性：强调斑块的种类组成特征及其空间分布与配置关系。空间异质性：某种生态学变量在空间分布上的不均匀性及复杂程度。时间异质性：景观空间结构在不同时段的差异性，景观动态变化。功能异质性：景观结构的功能指标，如物质、能量和物种流等空间分布的差异性。1.4生态学干扰干扰（disturbance）：是一个偶然发生的不可预知的事件，是发生在一定地理位置上，对生态系统结构造成直接损伤的、非连续性的物理作用或事件。常见的干扰现象：火干扰放牧土壤物理干扰土壤施肥践踏外来物种入侵干扰的生态学意义干扰与景观异质性一方面，干扰对景观的影响决定于干扰的性质。低强度的干扰可以增加景观的异质性，但在极强干扰下，将会导致更低的景观异质性。另一方面，干扰对景观的影响在较大程度上还与景观的性质有关。对干扰敏感的景观结构，在受到干扰时，受到的影响较大，而对干扰不敏感的景观结构，可能受到的影响较小。干扰与生物多样性适度干扰下生态系统具有较高的物种多样性，在较低和较高频率的干扰作用下，生态系统中的物种多样性均趋于下降。1.5斑块—廊道—基质模式组成景观的结构单元：斑块(patch)廊道(corridor)基质(matrix)1.5.1斑块依赖于尺度的，外观上不同于周围环境（基质）的非线性地表区域，具有一定内部均质性的空间实体。主要成因机制或起源包括：自然干扰环境异质性人类种植1.5.2廊道又称走廊，指景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构。可以看作是线状或带状的斑块。常见的廊道包括农田间的防风林带、河流、道路、峡谷、输电线路等。廊道的作用双重作用：将景观分离、将景观连接1.传输通道功能：公路、铁路、运河、输电线等2.过滤和屏障功能：长城、围墙、林带等3.生境功能：野生动物丰富、植物种类较多4.资源或产品功能5.美学观赏功能：长城、颐和园的长廊、西湖的苏堤、廊道类型线状廊道：是一条很窄的，主要由边缘物种组成的狭长条带。如小道、树篱、排水沟、道路、铁路、输电线。带状廊道：景观中与相邻两边环境不同的带状结构。包含一个内部环境；除有边缘种外，内环境中还含有较丰富的内部种。宽林带河流廊道：沿河流分布而不同于周围基质的植被带，包括河床边缘、河漫滩、堤坝和部分高地。1.5.3基质景观中分布最广、连续性最大的景观要素类型。如：森林基质、草原基质、农田基质通常基质的面积超过现存的任何其它景观要素类型的总面积。如果某种景观要素占景观面积的50%以上，那么它很可能就是基质。基质是景观中连接最好的景观要素，并包围其它景观要素。但基质通常并不完全连接在一起，而是被分成几块地段。1.5.4网络农田防护林网生态交错带不同景观斑块空间邻接会产生与斑块特征不同的边缘带。河岸带农牧交错带城乡交错带森林边际带（1）通道或廊道：景观中的许多流(物流、能流、信息流、物种流等)是沿生态交错带流动的，此时交错带相当于廊道。（2）过滤或屏障：穿越生态交错带的流在质、量和速度上大都会受到不同程度的影响，此时的交错带相当于—个半透膜。（3）生境：生态交错带有其持有的物种和环境特征，因此也成为一种栖息地类型。第二节景观生态工程建设1景观生态规划1.1概念根据景观生态学的原理及其它相关学科的知识，以区域景观生态系统整体优化为基本目标，通过研究景观格局与生态过程以及人类活动与景观的相互作用，建立区域景观生态系统优化利用的空间结构和模式，维持景观的异质性。1.2原则自然优先原则可持续发展原则因地制宜原则整体性原则动态性原则经济性原则1.3步骤1.4目标为保护生物多样性而进行的自然保护区规划与设计为自然（景观）资源的合理开发而进行的规划为当前不合理的景观格局（土地利用）而进行的景观结构调整2景观生态设计2.1概念以生态学原理为基础，建立在生物工艺、物理工艺及其它工艺基础上，使人类投入系统内较少的能量与物质，通过系统内部物质循环，能量转换获得较大的生产量、生态效益和社会效益，它是设计具有人工特征的景观来改造、治理以及协调生态环境。景观设计特点：大量使用水稻和当地农作物，和乡土野生植物（如蓼，杨树）为景观的基底，显现场地特色。不但投资少，易于管理，而且形成独特的、经济而高产的校园田园景观。收获的稻米——“建大金米”被作为学校的礼品，赠送给到访者。2.23景观生态与生物多样性保护生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性四个层次。景观多样性是指景观结构、功能和时间变化方面的多样性，是景观水平上生物组成多样化程度的表征。3.1斑块与生物多样性根据斑块的起源或成因机制将常见的景观斑块类型分为4种：干扰斑块残存斑块环境资源斑块引进斑块干扰斑块：自然干扰和人类干扰。一般由短期局部性干扰形成；也可由长期持续干扰形成，主要是由人类干扰引起的；有时，长期自然干扰也能够形成干扰斑块。残存斑块：基质受到大面积自然干扰和人类干扰的影响，在其局部范围内幸存的自然或半自然生态系统或其片断，其成因机制与干扰斑块相同。环境资源斑块：根本原因是景观内环境资源分布的空间异质性。引进斑块：人们有意或无意地活动在某些地区而形成的局部生态系统。景观中斑块面积的大小、形状以及数目对生物多样性和各种生态学过程都会有影响。主要通过影响斑块与基质或其他斑块间的物质和能量的交换而影响斑块内的物种多样性。一般地说，物种多样性随斑块面积的增加而增加。3.2廊道与生物多样性环境资源廊道：由环境资源在空间上的异质性线性分布形成。如河流廊道。干扰廊道：由带状干扰所致。残存廊道：是周围基质受到干扰后的结果。种植廊道：由于人类种植形成。3.3基质与生物多样性基质至少在三个力面对生物多样性保护起着关键作用：①为某些物种提供小尺度的生境。②作为背景，控制、影响与生境斑块之间的物质、能量交换，强化或缓冲生境斑块的“岛屿化”效应。③控制整个景观的连接度，从而影响斑块间物种的迁移。第三节景观退化与景观安全1景观退化与恢复重建1.1景观结构退化景观破碎化景观结构退化主要表现为景观破碎化，它是指景观中各生态系统之间的各种功能联系断裂或连接性减少的现象。景观破碎化产生斑块数目、形状和内部生境等三个方面的影响，它不仅会引起外来种的入侵、改变生态系统结构、影响物质循环、降低生物多样性，还会影响景观的稳定性。景观聚集化景观聚集与景观破碎化过程相反，但在很多情况下同样具有造成景观退化的负面效应。它主要发生在干扰引起的景观破碎化之后的植被恢复过程中，这种现象在自然景观中普遍存在，但人们往往却只注意到破碎化引起的景观资源破坏，而事实上，聚集而成的景观中异质性和(区域)多样性都会降低。1.2景观功能退化景观功能退化是因景观异质性的改变而导致景观稳定性和景规服务功能的衰退，如土地荒漠化景观，富养化湖泊景观等。研究表明，干扰对景观异质性的改变决定于景观的初始状态，若景观初始状态是异质的，则干扰降低其异质性；若景观初始状态是同质的，则随干扰的继续，景观异质性变化呈现正态曲线，即先增加后降低。1.3景观生态恢复恢复完全受损生态系统和退化生态系统。多数生态恢复是局域性的。以点为基础的生态恢复对解决大尺度的生态恢复问题是不够的。区域生态恢复需要在特殊地点和景观尺度上同时进行。景观生态恢复目标：使退化生态系统恢复某种外形使之具有保护性、生产性和美学效应进一步发展成为一种可持续性生态系统景观生态恢复原则：首先，保护状态良好的组分其次，促进景观要素的恢复最后，对片段化和残存景观进行重建景观生态恢复步骤：I发现问题：生物分布变化：物种消失、生物入侵景观流的变化：物种运动、水分和养分运动美学价值变化：宜人景观类型的减少景观生态恢复步骤：II寻找原因