浙江大学生物系统工程生物系统设计技术-知识点整理

系统设计知识点整理第一章生物生态工程技术原理生态学是研究环境与生物相互关系的一门科学。

针对研究的对象不同，生态学可分为个体生态学、种群生态学、群落生态学和生态系统生态学。

但无论其层次水平如何不同，都是为了研究生物与环境之间的相互关系，或者是如何从系统化的角度来研究生物与环境物流、能流及相互之间关系的一门学科。

生态学研究的对象和内容生态学源于生物学，属宏观生物学范畴，但现代生态学向微观和宏观两个方向发展，一方面在分子、细胞等微观水平上探讨生物与环境之间的相互关系；另一方面在个体、种群、群落、生态系统等宏观层次上探讨生物与环境之间的相互关系。

现在生态学研究对象和内容可从以下几个方面来理解:（一）生态学是研究生物与环境、生物与生物之间相互关系的一门生物学分支学科1．如按现代生物学的组织层次来划分，生态学的研究对象为：基因、细胞、器官、有机体种群、群落、生态系统等，研究它们与环境之间的相互关系。

2．如按生物类群来划分，生态学的研究对象为：植物、微生物、昆虫、鱼类、鸟类、兽类等单一的生物类群，研究它们与环境之间的相互关系。

（二）生态学尽管向宏观和微观两个方向发展，但其研究中心为种群、群落和生态系统，属宏观生物学范畴。

*（三）生态学研究的重点在于生态系统和生物圈中各组分之间的相互作用系统的概念(system)1.定义系统论的创始人是奥地利的贝塔朗菲，系统是由相互作用和相互依赖的若干个组成部分结合而成的、具有特定功能的整体。

系统必须具备的三个条件：由二个以上的组分组成；组分之间有密切的联系；以整体方式完成一定的功能。

2.系统的结构特点系统都有边界。

系统具有层次性；即系统由若干个子系统组成，系统本身也是更大系统的子系统。

构成系统的组分间有一定的量比关系。

系统的组分在空间上有一定的排列位置关系。

美国著名的生态学家E.P.Odum给生态系统下的定义是：所谓生态系统，是指生物群落与生存环境之间，以及生物群落内生物之间密切联系、相互作用，通过物质交换、能量转化和信息传递，成为占据一定空间，具有一定结构，执行一定功能的动态平衡体。

地球上有无数大大小小的生态系统，其核心是生物群落。

它具有自我维持、修补和重建的能力。

生态系统就是指在一定的时空范围内，由生物因素与环境因素相互作用、相互影响所构戍的综合体，或者说，是占据一定空间的自然界客观存在的实体，是生命系统与环境系统在特定空间的组合。

生态系统的结构与特点自然界的生态系统多种多样，其结构与功能也不尽相同。

生态系统的结构主要指构成生态系统的诸要素及其在时间、空间上的分布状况，生态系统内物质和能量流动的途径等，主要有物种结构、时空结构和营养结构三种类型。

* 生态系统同一般的系统相比具有一般系统所具有的共同性质，但又与其他系统不同，具有如下的特征：1. 组织成分。

它是由有生命的和无生命的两种成分组成，不仅包括植物、动物、微生物，还包括无机环境中作用于生物物质的物理化学成分，只有在生命存在的情况下，才有生态系统的存在，这是最本质与根本的一点。

2. 生态系统通常与特定的空间联系，因而具有一定的自然地理特点和一定的空间结构特点。

3. 生物的发展规律。

生物具有生长、发育、繁殖和衰亡的特性，因而生态系统也可以区分为幼年期、成长期和成熟期等阶段，表现出明显的时间变化恃征，有着自身的发展演化规律。

农业生态系统及特点农业生态系统也是一个具有一般系统特征的人工系统。

它是人们利用农业生物与非生物环境之间以及生物种群之间的相互作用建立，并按照人类需求进行物质生产的有机整体。

其实质是人类利用农业生物来固定、转化太阳能，以获取一系列社会必须的生活和生产资料。

农业生态系统是由自然生态系统演变而来，并在人类的活动影响下形成的，它是人类驯化了的自然生态系统。

因此，不仅受自然生态规律的支配，还受社会经济规律的调节。

农业生态系统与自然生态系统一样，也由生物与环境两大部分组成，但亦有所不同。

生物组分是以人工驯化、栽培的农作物、家畜、家禽等为主。

在农业生态系统中的生物组分中增加了人这样一个大型消费者，同时又是环境的调控者。

环境组分则是部分受到人工控制或是全部经过人工改造的环境。

特点l．是人类强烈干预下的开放系统。

2.农业生态系统中的农业生物具有较高的净生产力、较高的经济价值和较低的抗逆性。

3.农业生态系统受自然生态规律和社会经挤规律的双重制约。

4.农业生态系统具有明显的地区性。

案例：该农业生态系统具有以下几方面的优点：②过延长食物链，科学地利用了农业生态系统中的各种成分；②能量最大限度地得到了利用，使能量朝着有利于人类的方向流动；③能够减少化肥的施用，从而减少环境污染。

能量流动的特征1.能流是单向流动2.能流是能量不断递减的过程3.能量流动的途径和渠道是食物链食物网。

提高农业初级生产力的途径1、因地制宜，增加绿色植被覆盖，充分利用太阳辐射能，增加系统的生物量通量或能通量，增强系统的稳定性。

2、适当增加投入，保护和改善生态环境，消除或减缓限制因子的制约。

3、改善植物品质特点，选育高光效的抗逆性强的优良品种。

4、加强生态系统内部物质循环，减少养份水分制约。

5、改进耕作制度,提高复种指数,合理密植,实行间套种,提高栽培管理技术。

6、调控作物群体结构，尽早形成并尽量维持最佳的群体结构。

次级生产:是指异养生物的生产,也就是生态系统消费者、分解者利用初级生产量进行的同化生长发育、繁殖后代的过程。

次级生产者:大农业中的畜牧水产业和虫、菌业生产都属次级生产。

次级生产在农业生态系统中的地位和作用：1.转化农副产品，提高利用价值2.生产动物蛋白质，改善食物构成。

3.促进物质循环，增强生态系统功能。

4.提高经济价值。

次级生产的改善途径1.调整种植业结构，建立粮-经- 饲三元结构2.培育、改良、推广优良畜禽渔品种3.将分散经营适度集约化养殖4.大力开发饲料，进行科学喂养5.改善次级生产构成：发展草食动物、水产业，发展腐生食物链，利用分解能等。

每种食物（或生物）又被许多生物所食，因此形成相互交错、彼此联系的网状结构，故称食物网生态效率即食物链各环节上的能量转化效率生态金字塔是指由于能量每经过一个营养级时被净同化的部分都要大大少于前一个营养级，当营养级由低到高，其个体数目、生物量或所含能量就呈现类似埃及金字塔的塔形分布。

林德曼的十分之一定律：在自然条件下，每年从任何一个营养级上能收获到的生产量，按能量计只不过是它前一个营养级生产量的十分之一左右。

辅助能辅助能其实也是太阳能的一种变换形式，我们把除太阳能以外人类可以利用的能源，包括工业能、生物能、自然能等都称之为辅助能。

工业能有煤、石油、天然气等；生物能有人力、畜力和沼气等；自然能有风能、水能、地热能、潮汐能等。

输助能的使用主要是用于改善农业生产环境，提高作物光能利用率及能量转化效率，用于灌溉、排水、施肥、耕作与农田基本建设，培育苗木、田间管理、收获和贮藏加工等。

当然在辅助能的使用量与技术上必须给予足够的重视，大量使用工业能、化学能与生物能，将带来一系列的生态向题。

如水土流失、资源衰竭、能源紧张、环境污染、上壤板结、地力下降、天敌减少、能效降低和过分依赖石油等问题，因此必须给予高度重视。

人工辅助能对农业增产的意义1.辅助能输入的作用是改善不良的生态环境条件，解除环境中一些限制因子的制约，促进农作物对日光能的吸收、利用和转化。

2.总的来说，随着人工辅助能投入的增加，特别是工业辅助能投入量的增加，产量明显提高。

3.工业辅助能投入的增加也带来了能源短缺、环境污染和成本提高等问题。

今后应优化辅助能投入，提高辅助能的利用效率。

未来农业更多的是应该更多地投入科学技术和信息，替代工业辅助能的直接投入。

物质循环的特征物质循环在生态系统中是时刻进行的，并与能量流动紧密结合在一起，它们把各个组分有机地结合在一起，共同构成及其复杂的能量流动与物质循环网络系统，从而维持了生态系统的存在。

生态技术通常被认为是利用生态系统原理和生态设计原则，对系统从输入到转换关系与环节直到输出的全部过程进行合理设计，达到既合理利用贤源，获得良好的经济及社会效益，又将生产过程对环境的破坏作用降低到较低的水平。

工业化农业系统也叫机械化的集约农业系统，指将工业技术的革新成果引入农业，提高农业生产力。

主要措施是操作机械化、设施（温室、畜舍等）现代化，大量施用化肥及除草剂等。

通过大量的工业产品的投入来维持系统的高产出，是一个能量、物质投入与输出的开放性较强的系统。

有机农业有机农业是一种完全不用或者基本不用人工合成的化肥、农药、生长调节剂和家畜饲料添加剂的生产体系。

它主要靠作物轮作、作物秸杆、家畜粪肥、豆科作物、绿肥、农场外的有机废弃物、含有矿物营养的岩石保持土壤肥力，尽可能采用生物防治抑制杂草和病虫危害。

有机农业在降低能耗、充分利用光合产物、加强营养物质再循环、保护环境及提高农畜产品质量方面，具明显优势，但单产较低。

只有在人们认识到其产品的优质后，主要靠优质优价提高经济。

自然农业日本的福岗正延先生受我国道教思想的影响提出了自然农业。

他认为人类对自然的干预太多，主张农业应与自然合作，而不是征服自然，所以应采取以下措施进行农业生产：（1）不翻耕，让植物根系、土壤动物及微生物疏松土壤。

（2）不施化肥，靠绿肥、秸杆还田及动物粪肥培肥地力。

（3）不中耕、不除草，用秸杆和种植三叶草覆盖农田，保护土壤。

（4）不施农药，靠自然平衡机理控制病虫杂草。

生态农业是按照生态学原理和生态经济规律，因地制宜地设计、组装、调整和管理农业生产和农村经济的系统工程体系。

也就是以生态学的原理为指导，应用农业生态工程的方法及现代科技成就建立起来的具有生态合理性、经济有效性的技术集约型农业.农业生态系统是一个复合系统，他包括生态系统、经济系统和农业技术系统。

物质循环、能量流动、信息传递以及价值转移是该系统的基本功能，当农业生态系统的结构合理时，这些功能能够协同发挥作用，使系统处于良性循环状态，其生产力稳步、持续地提高。

相反，系统处于恶性循环之中，可能生产力暂时较高，但对于系统的持续发展产生影响。

实现农业生态系统良性循环、持续发展的途径1、调整农业生态系统的内部结构。

2、维持农业生态系统输入和输出的平衡。

3、增加植被的覆盖面，防止农业环境污染。

4、在生态系统中增环加链提高经济效益。

5、合理利用生态农业技术。

第二章:环境生态工程与技术可持续设计是指在产品整个生命周期中优先考虑产品环境属性，同时保证产品应有的基本性能、使用寿命和质量的设计，是传统产业向可持续性产业转型的一种战略性设计方法.与传统的产业设计相比,可持续设计技术有两个特点：一是设计时所考虑的时间跨度大，涉及产品整个生命周期，即从产品的概念形成、生产制造、施工使用直至报废后处置环节；二是保证产品的环境属性，从根本上防止污染，节约资源和能源。