第三章-生态工程设计

• • • • • • • •
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。
• 锌对人体的重要作用 ： • - 促进人体的生长发育 • 处于生长发育期的儿童、青少年如果缺锌，会导致发育不 良。缺乏严重时，将会导致＂侏儒症＂和智力发育不良。 • - 维持人体正常食欲 • 缺锌会导致味觉下降，出现厌食、偏食甚至异食。 • - 增强人体免疫力 • 锌元素是免疫器官胸腺发育的营养素，只有锌量充足才能 有效保证胸腺发育，正常分化T淋巴细胞，促进细胞免疫 功能。 • - 促进伤口和创伤的愈合 补锌剂最早被应用于临床就是 用来治疗皮肤病。 • - 影响维生素A的代谢和正常视觉
• 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：
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： • 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。
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
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。
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。
• 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。
A城市
（二）生态学原则 1、适当的输入辅助能的原则 主要能源： 中、西方：太阳能 辅助能：（目的不同） 西方：化石燃料和电能 中国：人力
• 2、再生循环及商品生产原则 • 西方：以环境保护为主，发挥再生与循环 的作用，但一般不注重生产商品或可利用 原料； • 中国：再生循环，去除污染，还要生产出 高产、低耗、优质、高效的生产适销对路 的商品或可利用的原料，化废为宝，收到 经济效益。
• • • •
• • • • • •
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.
• 苹果种植规模的扩大及后来的滞销主要是受什么 因素的影响？ • 市场需求量
C处选择种水稻、 小麦、玉米。这里 远离城市，地形平 坦、耕地面积大、 水源充足。在山区 可发展林业，栽种 果树。
C郊外
B郊区
Ｂ处种植蔬菜、发 展肉、乳、禽、蛋 生产。因为B处靠 近城市中心区，这 些农产品的市场需 求量大。
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。
• 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。
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
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：
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
胶茶群落茶 825 2010 纯茶 510 1320
1762.5 2287.5 2580
3187.5 1290
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？
• 例如避开干旱种植树木
•
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”
• 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。
• 上节课思考题： • 说出一个系统整体功能大于部分之和的例 子。
• 举例说出发生在你身边的物质循环利用形 式，并阐明物质循环利用的优点。
第三章 生态工程设计
主要内容
第一节 生态工程设计原则（Z） 第二节 生态工程设计路线（Z） 第三节 生态工程设计示范
教学要求
掌握生态工程设计原则、路线 深刻理解生态工程设计的案例
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wk.baidu.com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