第三章 生态工程设计

第一节
生态工程设计原则（Z）
什么是生态工程设计？
• 生态工程设计:指按照生态工程的原理，特别是整 体、协调、循环、自生、因地制宜原理，以生态 系统自组织、自我调节功能为基础，在少量人类 辅助能的帮助下，充分利用自然生态系统功能的 过程。同时根据生态工程实施的地方自然条件按、 社会条件、经济条件等，优化组合各种技术，使 之相互联系成为一个有机系统，达到多层次多目 标分级利用物质，促进物质良性循环，同步增加 与兼收经济、生态和社会效益。
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例如： 猫头鹰夜间活动并以昼伏夜出的小动物为食， 鹰白天活动并以夜伏昼出的小动物为食 两种同是食肉类猛禽就可以生活在同一片森林中各 得其所。 再如： 在大小兴安岭的落叶松林中，我们可以看到春美草、 赤莲等地被植物在早春落叶松出叶以前开花结实， 而紫菀和一枝黄花则在晚秋完成其生活周期。 它们与主要种群落叶松形成合理的时间节律配合。
• 海南橡胶园中选定的茶树-胶茶间作 • 茶树生长环境：光照是茶树生存的首要条件，不 能太强也不能太弱，对紫外线有特殊嗜好，因而 高山出好茶；
• 橡胶树既可抵抗低温、风害等不利条件，减轻水 土流失，保持土壤养分，又可促进害虫天敌数量 的增加，增强抗病虫的能力，也将土地利用率提 高了50-70%，提高了光能利用率，橡胶树的平均 生长量比单胶林提高了17%，总产值比单胶林提 高了80%以上。
• 5 生物种群选择原则（目的性极强） • 生物种群选择的原则一般有两条： • 根据生态工程建设的主要目的来选择。所选择的生物 种群都要服从这一主要目的。同时，在保证主要目的 的原则下应当尽量考虑其他对人类有益的作用，也就 是常讲的“多功能”。在同样可以达到主要目的的种 群抉择中，要尽量选择兼有其他功能的种群。 • 根据工程所处自然环境特征来选择。选定适生种群， 这就是常说的“因地制宜”，这两条原则并不是主从 关系，而是处于同等重要的地位。有些地带以前者居 先，像一些生态较好的地区。有些则以后者居先，像 一些环境脆弱、恶劣地域。
2）月周期： 约29.5天为一期，主要反映在动物动情和生殖 周期上。 月的圆缺与潮汐活动
• 3）年周期： • 动物的冬眠、休眠、候鸟、蛇的褪皮夏蛰、 洄游,植物的发芽、开花、结实等现象均有 明显的年周期节律。
• 如何利用生物的机能节律和环境因子的时 间节律？
• 在生态工程种群的选择在生态工程种群的选择与 匹配过程中合理地利用不同生物的机能节律，与 当地环境节律合理配合，就可以做到环境资源的 合理利用。
• 例如避开干旱种植树木
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如细胞分裂、高等动植物组织中多种成分的浓度、活性 （ 2）生物的机能节律原则 昆虫日间活动、食虫鸟日间活动、鼠类、蚊蝇夜间活动 猫头鹰夜间活动
• 1）日周期：生物的生命活动显示出24h循环一 次的现象 • 例如：光合作用、叶子形状、开花的现象。 • 人的记忆特点：“早晨型”、“夜晚型”
美国：美国自然条件适于养殖鲢鲬鱼，但是美 • 自然条件：气候、地形、地貌、可供生态工程的土地 经济条件： 国人不吃这种淡水鱼，所以市场难以销售，因 及水体的类型、面积、体积、植被的类型 我国：用芦苇湿地治理污水，因为我国用芦苇造纸； 此不能用鲢 鲬 鱼治理富营养化。 欧美：不用芦苇造纸，所以湿地系统不种芦苇作为水生 • 社会条件：体制、文化、有关的方针政策、社会习惯 • 经济条件：投资、物力、产品的市场及其潜力等
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6 种群匹配原则 主要种群选定后就要匹配次要种群。 如何进行种群匹配？ 利用生态位、共生互生，充分利用空间、时间、 营养、生态位 实验研究 向大自然学习 例如： 四川黄连农场匹配的白马桑 白马桑：适于山坡林下、山顶灌丛和沟边等地 太行山白果树试区选定的多种豆科牧草；果园中 加入的食用菌.
• 例如： • 中国科学院太行山白果树生态工程试区，在进行立 体林业工程的生物种群选择上，根据当地干旱贫瘠、 降雨集中的情况，确立以水土涵养为主，尽量增加 林地覆盖率为主要目的，兼顾中短期经济效益，以 做到在改善生态环境的同时改善当地山区人民的生 活条件。 • 选定了火炬树(兼具美化效益)和兼顾经济效益的果 树石榴、山桃、山杏、毛樱桃和中药材山茱萸为主 要种群。而排除了在当地经济性状不良的刺槐和没 有成林希望的侧柏、油松。
自然条件、社会条件： 事例5：贵州麻江成为“锌硒米之乡” 贵州省麻江县是一个苗族占80%的内陆山区农业县，由于该县土 壤富含锌硒元素，近几年，他们大力开拓特色米产业，经科技专 家的指导，目前，“锌硒多元素米”已成为该县的特色产业。麻 江县也由此成为“锌硒米之乡”。 据测定，麻江锌硒米平均含硒量达0.04 mg/kg，能满足人体每天 摄入量的要求，此外，麻江锌硒米的其他十种微量元素的含量也 高于一般大米，使这一锌硒米成为一种优质保健米，为山区群众 增收创出了一条路子。 为什么麻江能成为优质保健米“锌硒米之乡”？ 自然条件：这里的土壤富含锌硒元素，适合该种米的生长 社会条件：社会认可，需求 锌功能： 硒功能：
• 3、生物多样性原则
• 生物多样性高，可以充分利用各类生态位和多层 分级利用物质。 • 西方：生物多样性低 • 中国：生物多样性高
4、环境的时间节律与生物的机能节律原则 （1）环境因子的时间节律原则 （2）生物的机能节律原则
• （1）环境因子的时间节律原则 • 由于光照的周期性变化，地球上温度、湿 年降雨量、年平均温度、日平均温度、日最高风速 度、降水等因子随着时间变化而不断变化 • 周期性因子： • 年周期、月周期、日周期、季节变化 • 非周期性因子：
组合的技术的特点： 物理的、化学的、生物的； 涉及专业广泛，可以是农、林、牧、副、渔等； 可以是早已应用过的，但过去尚为联系到生态工程 中去 虽在当地尚未用过，但是在国内或国外其他地方已 经应用过的成熟技术 少量或个别技术是创新的 关键在于技术的优化组合
组合的方法：
加环或减环 增加或改变接合点，改善或加强食物链网及生产流 程中各环节的系列连接与协调比量，疏通物流、能 流通路； 连结原本平行、独立的、无或少联系的一些生产单 位，成为互利共生的网络系统； 通过组合，促进多系统内空间、时间及所有生产过 程的产品、副产品及废物。
• 7 人工压缩演替周期原则
土壤颗粒增加 地衣植物阶段 苔藓植物阶段 草本植物阶段 土壤有机质积累 土层增加 阳性树种入侵 阴性树种进入 高草灌木阶段 阳性乔木阶段 土壤肥力增加
多层次森林群落阶段
• 数百年
• 例如： • 我国干旱半干旱地区、严重水土流失地区、贫瘠 黄山丘陵区、盐碱化地区等 • 第一期工程：抗性较强的先锋树种或抗旱灌木、 牧草，旱生的柠条、胡枝子、沙棘、沙打旺等豆 科植物，抗风沙、改良土壤 • 第二期工程：乔木树种，形成疏林结构 • 第三期工程：乔、灌、草结合
硒的作用： 增强免疫力： 防止糖尿病： 防止白内障： 防止心脑血管疾病： 防止克山病、大骨节病、关节炎： 解毒、排毒： 防治肝病、保护肝脏：
自然因素、社会、经济因素：
• 我国２０世纪９０年代初苹果畅销，北方许多地 区盲目扩大苹果的种植规模。到1996年，我国市 场上苹果供过于求，不仅价格大跌，而且出现了 严重的滞销局面。
• 又如： • 北方干旱半干旱地区春季干旱少雨，造林成活率 极低，而我们如果采取一些技术手段使造林绿化 避开这一严酷的时间阶段，改在雨季造林，就可 以使成活率成倍数提高。 • 中国科学院石家庄农业现代化研究所在太行山造 林绿化生态工程中采取了塑料袋集约化育苗，雨 季造林，取得了成活率85％以上的好成绩。
植物
• 一般规律： • 地形平坦、土壤肥沃、水源丰富的地方适合发展耕作业。例长江 三角洲、珠江三角洲、三大平原区等地区，这些地方地形、土壤、 水源、气候条件相对来说都比较优越。 • 地形陡峭、水土容易流失的地方适合发展林业。既增加收入，又 可保持水土，发挥森林的环境效益。 • 气候干旱、降水稀少，但牧草生长良好地方，适合发展畜牧业。 • 河湖较多，水资源充足的地方适合发展渔业。 • “宜林则林”“宜粮则粮”“宜牧则牧”“宜渔则渔”这是“因 地制宜”发展农业的四大原则，违背这些原则不合理利用土地或 利用过度都将遭到大自然的报复。
采用的设备：
大部分是自然界所有：植物、动物、微生物； 少部分人为制造的：沼气发酵罐、养鱼池、畜禽 舍等。
•自然条件：北方是否适合用凤眼莲净化污水？ 凤眼莲适合南方的气候，可用于污水处理，不适合北方污 •• 一、生态工程设计原则 水处理。 社会条件： •主要是由于凤眼莲需要 15度以上才能生长； 我国用鲢鲬等吃浮游植物的鱼类，防止水体污 北方要用水芹菜、黑麦草代替凤眼莲 染，转化水中的藻类成为食用鱼。 • • （一）因地因类制宜原则
自然条件：
• 例1：桔生淮南则为桔，生于淮北则为枳（zhi^）。 为什么？(土壤差异、气候差异) • 例2：我国海南岛上香蕉树、四川盆地柑橘树、山 东丘陵苹果树。为什么？(热量条件的差异) • 例3：我国农作物种植中，北方以小麦为主，南方 以水稻为主。为什么？(水源条件差异)
• 例4：贵州威宁彝族回族苗族自治县草海，是我国著 名的高原湿地，包括保护珍禽黑颈鹤在内的140多种 候鸟在此越冬。草海周围居住着3万多农民，人均不 到5分耕地，农民生活贫困，人鸟争地，矛盾尖锐。 • 历史上的草海，水域面积45平方公里。上世纪70年 代，人们围湖造田，水域面积减小到5平方公里。80 年代重新筑坎蓄水，草海水域面积有所恢复，农民 弃田上岸，骤感生计艰难。 • 草海地区农民围湖造田的做法是否合理？为什么？ • 不合理，这种做法违背因地制宜的原则，破坏了草 海地区的生态平衡 • 草海地区农民该怎么办？请你为他们出主意？
胶茶群落中茶树与纯茶园茶叶产量比较（kg/hm2）
产量
1978 1979
1980
3472.5 2422.5
1981
3105 3120
1982 1983
2055
1984
合计
15517.5 14430