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第九章生态工程与生态技术
第九章生态工程与生态技术
§1生态工程与生态工程技术
v一、生态工程、生态技术
v
(一)生态工程(EcologicalEngineering)
1962年H.T.Odum首先使用了生态工程,提出了生态学应用的新领域:
生态工程学。
并把它定义为“为了控制生态系统,人类应用来自自然的能源作为辅助能对环境的控制”。
80年代“在环境管理方面,根据对生态学的深入了解,花最小代价的措施,对环境的损害又是最小的技术。
”或“基于生态学知识,利用技术手段管理生态系统,以减少管理费用,并减轻管理活动对环境的干扰。
”
我国生态学家、生态工程建设先驱马世骏先生于1954年曾提出,在1979年首先倡导的,并于1984给生态工程下定义为:
“生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理,结构与功能协调原则,结合系统分析的最优化方法,设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统”。
生态工程、环境工程、生物工程、传统工程比较
(二)生态技术
生态技术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,达到既合理利用资源,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在较低的水平。
国外在生态技术上的理解基本上在于对环境无害及无污染的清洁生产技术与废物无害化化与资源化技术,如何减少生产过程中废物产生与排放减量;废物回收、废弃物回用及再循环,并把生态工程等同于生态技术。
在我国生态技术与工艺方面有自己独到的模式,如加环(生产环、增益环、减耗环、复合环和加工环)、联结、优化本为相对独立与平行的一些生态系统为共生生态网络,置换、调整一些生态系统内部结构,充分利用空间、时间、营养生态位,多层次分级利用物质、能量、充分发挥物质生产潜力、减少废物,因地制宜促进良性发展。
生态技术、清洁技术、高新技术比较
二、生态工程的目标
在促进自然界良性循环的前提下,充分发挥资源的生产潜力,防治环境污染,达到经济效益与生态效益同步发展。
v三、生态工程的特点
中国生态工程有独特的理论和经验,中国生态工程所研究与处理的对象,不仅是自然或人为构造的生态系统,而更多的是社会-经济-自然复合生态系统(SENCE),这一系统是以人的行为为主导,自然环境为依托,资源流动为命脉,社会体制为经络的半人工生态系统。
其结构可以分成为3个主要集合。
国外的生态工程研究与处理的对象一般是按照自然生态系统来对待。
如各类湖泊、草原、森林等,在自然生态系统中加入或构造原本没有人为结构,如水利设施与土壤改良等工程。
西方生态工程的研究方法的贮备与应用,特别是定量化、数学模型化及其系统组分及机制的分析方面具有自己的特色。
中国和西方生态工程比较
v四、生态工程研究进展
(一)国外生态工程研究进展
1国外农业生态工程研究进展
2国外环保生态工程研究进展
(二)我国生态工程研究进展
1我国农业生态学工程研究进展
2我国环保生态工程研究进展
在我国,环保生态工程的建设就是从整体出发,研究和处理特定生态系统的内部结构与功能,并加以优化与提高生态系统的自净能力与环境容量,从目前我国环境生态工程建设的内容及环保生态工程的5种类型:
①无废(或少废)工艺系统,主要用于内环境治理;
②分层多级利用废料生态工程,使生态系统中的每一级生产中的废物变为另一级生产过程的原料,使废料均被充分利用;
③复合生态系统内的废物循环,再生系统,如桑基鱼塘生态工程;
④污水自净与利用生态系统;
⑤城乡(或工、农、牧、渔、副)结合生态工程来看,都是在一定区域内,应用生态工程理论与技术来分层、多级利用废料实现生态、经济效益的良好协调统一。
§2生态工程学原理
一、生态工程的原则
(1)必须因地制宜,根据不同地区的实践情况来确定本地区的生态工程模式。
(2)由于生态系统是一个开放、非平衡的系统,在生态工程的建设中必须扩大系统的物质、能量、信息的输入,加强与外部环境的物质交换,提高生态工程的有序化、增加系统的产出与效率。
(3)在生态工程的建设发展中,必须实行劳动、资金、能源、技术密集相交叉的集约经营模式,达到既有高的产出,又能促进系统内各组成成分的互补、互利协调发展。
生态工程建设的目标:
使人工控制的生态系统具有强大的自然再生产和社会再生产的能力。
二、生态工程学原理
(一)生态工程学的核心原理
1整体性原理(整体论和还原论、社会经济自然复合生态系统)
2协调与平衡原理(协调原理、平衡原理)
3自生原理[自我设计和自组织原理、自我维持原理、自我调节(同种生物种群间密度的自我调节、异种生物种群之间数量调节、生物与环境之间的相互适应调节)]
4循环再生原理(物质循环和再生原理、多层次分级利用原理)
(二)生态生物学原理
1物种共生原理;2生态位原理;3食物链原理;4物种多样性原理;5物种耐性原理;6景观生态原理;7散结构原理;8限制因子原理;9环境因子的综合性原理
(三)系统工程学原理
1结构的有序性原理
2系统的整体性原理
3功能的综合性原理
(一)生态位原理
生态位又称生态龛或小生境,通常是指生物种群所占据的基本生活单位、对于生物个体与其种群来说,生态位是指其生存所必须的或可被其利用的各种生态因子或关系的集合。
每一种生物在多维的生态空间中都有其理想的生态位,而每一种环境因素都给生物提供了现实的生态位。
这种理想生态位与现实生态位之差一方面迫使生物去寻求、占领和竞争良好的生态位。
另一方面也迫使生物不断地适应环境,调节自己的理想生态位,并通过自然选择,实现生物与环境的世代平衡。
(二)限制因子原理
生物的生长发育离不开环境,并适应环境的变化,但生态环境中的生态因子如果超过生物的适应范围时,对生物有一定的限制作用,只有当生物与其居住环境条件高度相适应时,生物才能最大限度地利用环境方面的优越条件,并表现出最大的增产潜力。
1最小因子定律2.耐性定律
(三)食物链原理
在自然生态系统中,由生产者、消费者、分解者所构成的食物链,从生态学原理看,它是一条能量转化链,物质传递链,也是一条价值增值链。
绿色植物被草食动物所食,草食动物被肉食动物吃掉,植物和动物残体又可为小动物和低等动物分解,以这种吃与被吃而形成了食物链关系,但是食物链并非单一的简单的一种关系,如水稻-蝗虫-鸟类这样,而是形成了一种复杂的食物链网。
生态系统的食物链原理,在农业生态系统中,可以将各营养级因食物选择而废弃的生物物质和作为粪便排泄的生物物质,通过加环与相应的生物进行转化,延长食物链的长度,并提高生物能的利用率。
如在经济树林中养殖土鸡、鸡类喂猪、猪粪制造沼气,沼渣肥田,稻田养鱼,鱼吃害虫,保障水稻丰产,从而形成了一种以人为中心的网络状食物链的种养方式,其资源利用效率与经济效益要比单一种养方式大的多。
(四)整体效应原理
系统基本的特性就是集合性,整体的作用和效应要比各部门之和来的大。
农业生态工程与技术的建设要达到能流的转化率高,物流循环规模大,信息流畅,价值流增加显著-即整体效应最好。
就要合理调配组装协调农业的各个生产部门,使整个系统的总体生产力提高,整体效应的取得要取决于系统的结构,结构决定功能。
因此我国生态农业及农业生态工程强调不同层次上,根据自然资源,社会经济条件按比例有机组装和调节,以整体协调优化求高产、高效、持续发展
五)生物与环境相互适应、协同进化原理
生物的生存、繁衍不断从环境中摄取能量、物质和信息,生物的生长发育依赖于环境,并受环境的强烈影响,外界环境中影响生物生命活动的各种能量、物质和信息因素称为生态因子,生态因子既有对生物和生命活动所需的利导因子,也有限制生物生存和生命活动的限制因子。
利导因子促进生物的生长发育,而限制因子则制效生物生长与生产的发展,因而在当地的生态农业工程建设中必须充分分析当地利导因子及限制因子的数量和质量,以选择适宜的物种和模式。
协同进化原理认为生物与环境应看作相互依存的整体,生物不只是被动地受环境作用和限制,而在生物生命活动过程中,通过排泄物、死体、残体等释放能量、物质于环境,使环境得到物质补偿,保证生物的延续,封山育林,植树种草,退耕还林,合理间套轮作都是为了改善农业生态环境。
同时在对可更新资源(再生资源)利用中做到保护其可更新能力,确保资源再生和循环利用,达到永续利用,充分保护环境,提高资源利用率
(六)效益协调统一原理
农业生态系统是一个社会-经济-自然复合生态系统,是由自然再生产和经济再生产交织的复合生产过程,具有多种功能与效益,既有自然的生态效益,又有社会的经济效益,只有生态与经济效益相互协调,才能发挥系统的整体综合效益。
生态工程及技术的建设与应用都是以最终追求综合效益为目标的。
在其建设与调控中,将经济与生态工程建设有机交织地进行,如农业开发与生态环境建设结合,资源利用与增殖结合,乡镇农业开发与环保防污建设等等,就是将所追求的生态效益,经济效益和社会效益融为一体。
三、生态工程技术特点
1、实现可再生资源的持续作用
2、因时因地制宜采取多种技术措施
3、自然调节与人工调节相结合
4、专业化与多种经营相结合
5、产品无污染、安全性与高效益
1、实现可再生资源的持续作用
生态工程技术的本身就是要求对可再生资源进行科学管理和合理利用,即有效地将这类资源转化为农产品,又能实现这类资源的再生增殖和可持续利用;建立起与当地环境资源组合相适应的合理农业生态系统。
2、因时因地制宜采取多种技术措施
生态工程的地域性、时间性与多样性决定了其技术的地域性、时间性与多样性。
因此生态工程模式与相应的配套技术必须与当地、当时生态经济条件相适应。
只有这样才能将各地的资源优势变为生产优势,并进一步较变为商品优势,充分利用和发挥各地的社会资源优势,按照各地社会经济的特点,合理进行农业生产布局,即宜林则林,宜粮则粮,宜牧则牧,建立起具有区域性特点的综合农业生态工程与技术。
3、自然调节与人工调节相结合
生态工程技术既注重自然调节的作用,同时又注重人工调节的功能,并把两者有机地结合起来。
人工调节是对自然起补充、调整和增强的作用,社会经济调节是更大范围的人工调控。
生态工程的发展不能缺少合理的社会经济调节和管理,同时也必须立足于生产者的直接调控,而天然无污染食品的生态工程技术就是社会经济系统作用于农业生态工程的技术调控手段之一。
4、专业化与多种经营相结合
通过多样化的生产与生态工程技术,使生物物质得到多级利用,实现生物能的高效化。
根据社会需求和自然、社会资源条件,各业之间的经济联系和多种农业生态工程与农业生物之间的食物链关系来安排农业生态工程与技术生产,使系统的结构与功能平衡,具有良好的生产性能,,专业化生产效率高,在一定的范围内,实行“一业为主,多种经营”进行综合经营,可以获得更好的效益。
5、产品无污染、安全性与高效益
生态工程通过对环境的建设和生产过程的有目的的控制,可以最大限度的减少生产中对环境和最终产品的各种有毒有害积累、残留影响,从而生产出高质量、安全的无污染的农产品与食品,满足人类对食品的量于质两方面的要求。
§3环境生态工程
一、环境生态工程新领域
1由工业“三废”处置技术,扩展到综合治理技术;
2由污染源治理技术,扩展到区域性综合防治技术;
3由综合防治技术,扩展到自然与农业生态工程技术;
4由未端控制技术,扩展到全过程监控技术,继而扩展到可持续发展和清洁生产技术;
5面向市场经济的单向思维的产品设计,扩展到面向复合生态系统的生态设计技术(可持续发展设计)。
二、清洁生产技术
(一) 产生的背景
(二)清洁生产技术的特点
(三)可持续发展技术
(四)清洁生产技术
(一) 产生的背景
1由工业“三废”处置技术,扩展到综合治理技
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