第七章生态工程

适当位置布置榕树和清香叶树加以点缀。主要作用是保持 水土、维护湖岸稳定、改善湖岸景观，使原来的荒滩秃岸 变成一道亮丽的风景线。 （ 4）在湖岸上侧公路平台上种植一排景观乔木，同时兼 作工程区边界标识。选用樱花、柳树和榕树等景观效果较 好的高大乔木成排稀植，树间留有空地供观光者休息停 留，驻足观湖。整个绿化带建设应与公路绿化相结合，注 重整体的和谐统一，自上至下，过度自然，层次分明，再 现一幅色彩鲜艳、绿色葱郁、高低变化有序的动感海滨长 廊，体现出优美的人为景观效果，这对提升湖岸旅游资源 价值具有积极的意义。
（五） 物种耐性原理
每种生物都有一个生态需求上的最大量和最小量，两者之间 的幅度，就是该种生物的耐性限度。 由于环境因子的相互补偿作用，一个种的耐性限度是变动的，当
一个环境因子处于适宜范围时，物种对其他因子的耐性限度将会
增大，反之，则会下降。
（六） 景观生态学原理
景观是指由相互作用的斑块或生态系统组成的，并以相似形式重 复出现的，具有高度空间异质性的区域。景观生态学以整个景观为对 象，着重研究某一景观内自然资源和环境的异质性。
（ 2）村庄内集中修建排水沟，沿环湖公路内侧兴建截污 沟，拦截并收集居民生活污水，导入湿地进行净化。 （3）村庄附近沿公路分散安放垃圾筒，村庄内修建集中 的垃圾收集转运场所，避免垃圾随意堆放影响景观、污染 环境。
2 湖滨湿地恢复 工程区内的一些平缓开阔岸段和河流的入湖口处，沉积物 底质条件较好，残存大量的水生湿生植物，是恢复湖滨天 然湿地的良好场所。人工湿地作为湖滨带的有效组成部 分，有着独特的结构和功能，它利用基质、水生植物和微 生物之间的三重协同作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子 交换、植物吸收和微生物分解等作用来实现对污水的高效 净化，其净化的工艺流程如图1所示。
马世骏
二、生态工程设计基本原理
系统原理 生态原理 经济原理 工程原理
系统原理
1、整体性和综合性原理 2、有机关联性原理 3、动态性原理 4、协同性原理 5、层次性原理
生态原理
（一） 物种共生原理
自然界中任何一种生物都不能离开其他生物而单独生存和繁衍，
这种关系是自然界生物之间长期进化的结果，包括互惠共生与竞争抗 生两大类，亦称为“相生相克”关系。 在功能正常的生态系统，这种关系构成了生态系统的自我调节和 负反馈机制。
3 湖岸保护和景观修复 工程区天然湖岸大多植被稀少，地表水土流失严重，加之 修建环湖公路遗弃的大量废石弃土随意堆放，对湖岸自然 景观构成了极大的破坏。而且受人为破坏及风浪影响，水 生植物群落发育不全。湖岸的保护和景观修复工程应主要 针对这一现状，采用生物措施巩固堤岸，增加湖滨绿化， 减少地表侵蚀，形成湖滨带的第一道保护屏障，并使其兼 具工程区边界的功能。具体方法如下:
抚仙湖东岸海镜—居乐段污染控制与湖滨带生态 修复工程
抚仙湖地处滇中盆地中心位置，跨玉溪市境内澄江、江川、华 宁三县，湖泊面积 212km2，平均水深 80.7m，容水量189.3亿 m3，占整个云南省淡水资源的67%以上。近年来，随着湖区的 工农业的发展和旅游业的兴起，湖泊面临着污染逐渐增加、水 体日趋富营养化、湖滨环境破坏、生态功能受阻等环境问题。 抚仙湖作为玉溪市乃至整个滇中社会经济发展重要的水源保 证， 自上个世纪 90 年代以来，围绕湖泊污染控制和生态治理的规 划、研究已相继展开，对保护抚仙湖水质和促进社会经济持续 发展起到了重要作用。 研究区域（工程区）位于抚仙湖东岸华宁县的海镜与居乐两村 之间，全长 4.7km，是整个抚仙湖环境规划和生态治理的有效 组成部分。本工程在系统调查该区段环境现状的基础上，提出 了污染控制与湖滨带生态修复的具体方法与措施，以期实现湖 滨带自然景观的建立与生态功能的恢复。
在自然界中食物链关系是极其复杂的，而且正是这种复杂的食物 关系使生态系统维持着动态平衡，实现着生态系统的功能，即物
质的循环和能量的转化与传递。
物种共生原理的基础就是食物链和食物网理论。 生态工程设计的合理性，首先应体现在系统内物种的食物关系 上。
（四）物种多样性原理
生态系统中生物多样性越高，生态系统就越稳定。 可实现对资源充分利用； 增加系统的稳定性。
的潜在压力和影响效应、组分的灵敏性和系统平衡及稳定能力， 以及反馈作用的强度和效应等。
（四）工程可行性评价
生态系统模型是生态工程可行性分析或决策分析的基础。 为管理部门提供在不同社会、经济和自然资源条件下，生态工程 实施的多途径或多方案。 使经济效益、生态效益和社会效益达到优化和协调，系统稳定性 和存活进化的机会最大，系统恶化的风险最小。
（九）生态因子综合性原理
在生态工程的设计中，要充分注意生态因子对生物的综合作 用，尤其是主要（或关键）因子的动态变化对其他因子的影响。
整体性、协调性、再生循环与高效益
（十）物质循环再生原理
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。
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。试分 析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。 桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，能 量的流动包含在物质的循环利用过程中，随着食物链的延 伸逐级递减。
经济原理
1、自然资源合理利用原理 2、生态经济平衡原理 3、生态经济效益原理 4、生态经济价值原理
工程原理
1、太阳能充分利用原理 2、水资源循环利用原理 3、无污染工艺原理 4、生物有效配置原理
三、生态工程设计的基本流程
（一）拟定目标
生态工程的对象是自然 - 社会 - 经济复合生态系统，是由相互促 进而又相互制约的三个系统组成。 生态工程设计必须强调复合生态系统的整体协调的目标，即自然 生态系统是否合理，经济系统是否有利，社会系统是否有效。
根据当地的条件，强化某个系统的目标。
自然-社会-经济
（二） 背景调查
1.自然资源条件
生物资源 土地资源 矿产资源 水资源 „„ 市场状况 劳动力及其知识水平 经济实力 „„
2.社会经济条件
3.生态和环境条件
气候条件 土壤条件 污染状况 „„ 调查资料和数据主要包括： 外界的输入状况 系统的组成及其状态
5 河口拦沙截污 工程区内共有 6条季节性河流，流程短，河床比降大。汇 水区内农田耕地少，植被覆盖率低，水土流失严重。河水 中溶解态的 N 、 P 等营养物质含量相对较少，主要污染物 质是悬浮和滚动搬运的砂砾碎屑物以及农业秸秆、生活垃 圾等漂浮杂物。在雨季，河携带大量泥沙在入湖口处沉淀 堆积，四周湖水浑浊，垃圾杂物四处漂浮，污染甚重针对 上述特点，重点选择区内流量较大，污染相对严重的龚家 湾河、大沟河、大龙潭河三条河流实施河口拦沙截污工 程。在靠近河口河道宽缓处修建拦沙坝，沉淀河水中的砂 砾碎屑物。同时，在坝顶溢流口上设置拦污栅栏，阻挡生 活垃圾和农田秸秆进入湖泊。
组分之间的物质、能量和信息的流动
系统的输出以及与外界的货币、物质等因子的交换 „„
（三）模型分析与模拟
根据拟定的目标和收集的数据，构建合适的数学模型。 通过模型的运算，评价所选的模型类型和数据集是否合适。在模 型和数据集合适的基础上，通过运算，找出Hale Waihona Puke Baidu键组分和关键因
子、系统各组分间的物质和能量的流通规律、流通率变化对系统
生态工程
主要内容
• • • • 生态工程的定义 生态工程设计的基本原理 生态工程设计的基本流程 生态工程的主要类型
一、生态工程的定义
Odum H T
一、生态工程的定义
Mitsch W J
1989 年 编 了 世 界 上 第 一 本 生 态 工 程 专 著 （ Ecological Engineering: An Introduction to Ecotechnology） 1992年主编创办了《生态工程》杂志
1 村庄污染控制 村庄污染控制工程主要针对工程区海镜、居乐两村的农村生活 污水和垃圾废物的排放，通过工程措施，对生活污水进行收集; 通过生物措施集中净化处理，对固体垃圾废物进行收集、转 运。具体措施主要包括: （ 1 ）人工湿地生态公园的建设。生态公园突出自然景观和生 物净化功能相结合，营造出人与自然和谐相处的良好生态环 境。分别于环湖公路以上，利用海镜和居乐两村现有的废弃水 塘和低洼耕地，进行适当的人工开挖，建设氧化塘，种植具一 定污水吸收净化功能的经济水生植物，如荷花、水芹菜等。运 用氧化塘的生物净化机理，将收集来的污水中的复杂有机物逐 步分解成简单的无机物，并在生物系统中逐级转化。氧化塘四 周铺以鹅卵石的人行便道，布置些人工景致，并辅以高大景观 乔木点缀，为提供人们休憩、乐、观赏风光的场所。整个公园 的边界密植一排美人焦和迎春花的树篱，以形成自然的隔离。
5.4 天然沙滩恢复 工程区内现有天然沙滩仅在海镜小山、大沙沟河口和居乐 大营以北一带较好地保留，其他地段大都遭到了不同程度 的围垦等破坏。沙滩物质组成以颗粒粗大的沙砾碎屑为 主，受湖浪冲刷，分选、磨圆较好，沙滩一般宽度 2m～ 6m 不等。沙滩恢复工程主要以原有的地形为基础，通过 人工适当拓宽、改造，使之形成自然缓坡，延伸入湖，恢 复沙滩的自然状态，营造出适于游泳、漫步、垂钓、娱乐 的绝佳环境。湖滨沙滩具有较强的污水过滤净化功能，可 有效处理公路路面积水和农田退水，是面源污水净化的重 要环节，如图 2 所示。
在设计方案时，要有区域尺度的概念，尤其是环境保护生态工
程、污染治理生态工程等，必须从区域的尺度考虑其合理性，要 有意识地把工程本身及其与整个区域布局的合理性相结合。
（七） 耗散结构原理
耗散结构原理是指一个开放系统的有序性来自非平衡态，也就是
说，系统的有序性因系统向外界输出熵值（如呼吸作用等）的增加而 趋于无序，要维持系统的有序性，必须有来自于系统之外的负熵流的
生态学的这一原理，是进行生态工程设计的基本理论依据之一。
（二） 生态位原理
生态位（niche）或译为“生态龛”，是指某一生物在生态系统
中的地位和作用。 在生态工程设计和调控中，合理运用生态位原理，可以构成一个 具有多种群的稳定而高效的生态系统。
（三） 食物链原理
食物链和食物网是生态系统中物种关系的另一种表现形式。
人工湖滨湿地的建设在植物种类选择及布局上既要考虑较 强的净化功能，又要能体现自然的湖岸景观特色。可种植 以挺水植物如芦苇、菖蒲为主的湿地植物，其间相应种植 一些诸如水花生、美人焦、茭白等低矮水生植物，并可适 当发展一些水草，沿湖岸种植垂柳以再现人与自然和谐的 湖滨环境。通过对人工湖滨湿地内经济植的不断收获，可 以从中转移出氮、磷等污染物—发达的水生植物根系为微 生物及微型动植物提供了良好的微生态环境，根系微型生 物的大量繁殖，为污染有机物的高效降解、迁移和转化提 供了保证。
输入，即有来自于外界的能量补充和物质输入。
注重系统内部的设计，即系统自身熵输出的功能潜力； 注意系统外的输入能力，即可提供的能量和物质的成本。
（八） 限制因子原理
生态因子中使生物的耐受性接近或达到极限，生物的生长发育、 生殖、活动以及分布等受到其直接限制、甚至造成死亡的因子称为限 制因子。 正确运用生态因子规律，可建立系统的反馈调节，使某些不希望 出现的生态现象得到抑制； 限制因子的作用可以通过提高或改变其他因子的强度而增强或削 弱。
（ 1）加强湖滨浅水区沉水植物保护，根据湖岸开阔程度 及底质条件，适当发展挺水植物和浮叶植物，以恢复湖滨 水生植物群落的自然分布。 （ 2）在湖岸侵蚀严重地段的浪击带种植一排根系发达、 护岸作用明显的大叶水柳保护湖岸。它同时也有一定的景 观效果。 （ 3）在松散土质湖岸坡面之上种植爬山虎、叶子花等生 长迅速、覆盖度较好、景观效果极佳的植物 ; 在坚固的岩 质湖岸上选择石坑、石窝、石缝，人工填土分散种植迎春 花和叶子花等，