第三章生态工程设计课件.ppt

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,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。,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。,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。,一、生态工程设计原则（一）因地因类制宜原则自然条件：气候、地形、地貌、可供生态工程的土地及水体的类型、面积、体积、植被的类型社会条件：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：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，不适合北方污水处理。主要是由于凤眼莲需要15度以上才能生长；北方要用水芹菜、黑麦草代替凤眼莲,社会条件：我国用鲢鲬等吃浮游植物的鱼类，防止水体污染，转化水中的藻类成为食用鱼。美国：美国自然条件适于养殖鲢鲬鱼，但是美国人不吃这种淡水鱼，所以市场难以销售，因此不能用鲢鲬鱼治理富营养化。,经济条件：我国：用芦苇湿地治理污水，因为我国用芦苇造纸；欧美：不用芦苇造纸，所以湿地系统不种芦苇作为水生植物,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。,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？,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：,自然条件、社会条件：,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,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：,我国世纪年代初苹果畅销，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。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,A城市,B郊区,C郊外,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。,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。,（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。,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：例如避开干旱种植树木,年降雨量、年平均温度、日平均温度、日最高风速,（2）生物的机能节律原则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”,如细胞分裂、高等动植物组织中多种成分的浓度、活性昆虫日间活动、食虫鸟日间活动、鼠类、蚊蝇夜间活动猫头鹰夜间活动,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：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。,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。,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。,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。,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.,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。,产量 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 合计,胶茶群落茶 825 2010 3472.5 3105 2055 1762.5 2287.5 15517.5纯茶 510 1320 2422.5 3120 3187.5 1290 2580 14430,胶茶群落中茶树与纯茶园茶叶产量比较（kg/hm2）,7 人工压缩演替周期原则数百年,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,8 种群置换原则以人工选择的组分代替自然种群；利用习性相同的生物之间的选择与置换来建造新的生态系统。例如：以豆科作物、豆科牧草或中草药植物代替地被物以经济灌木或小乔木组成下木以食用菌代替腐生性低等生物人工控制株行距，减少竞争以结构的人工合理调控代替种间种内竞争，从而减少耗损；,9经济效益原则西方：环保中国：环保+实利,第二节 生态工程设计路线,一、逻辑准备二、技术路线,一、逻辑准备1、拟定目标2、背景调查3、模型分析与模拟4、工程可行性评价5、生态工程设计的科学基础,1、拟定目标（1）社会目标（2）经济目标（3）生态目标,整体协调目标：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（1）社会目标科技、文教、管理和道德水平（2）经济目标生产、消费、积累和流通水平（3）生态目标结构和功能和谐稳定,2、背景调查（1）自然资源条件：生物、土地、矿产、水资源等干旱地区：生物资源短缺，水资源短缺沿海：土地、水资源丰富/生物资源、矿产资源短缺（2）社会经济条件包括：市场状况、劳动力、知识水平、经济实力产品的开发：（加环后的产品）需要的劳动力是否满足、市场需求量、劳动力的知识水平是否可以开展新产品的开发？尤其是工业生态工程或者产业生态工程设计养殖蘑菇：什么品种？如果不能满足，应该怎样解决？（3）生态环境条件气候条件、土壤条件、污染状况等，酸性土壤、盐碱土、干旱是否适合种植特定种的植物等。生物环境例如：存在污染的地区，便不能发展有机食品，除非污染被彻底治理。,总之：搜集数据应该包括：所研究系统中的组成、状态、组分之间的物质、能量、信息流动、系统的输出以及与外界的货币、物质等因子的交换等等。,3、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，找出关键组分和关键因子，找出系统各组分间的物质和能量的流通规律以及流通率变化对系统的潜在压力和影响效应，找出组分的灵敏性和系统平衡及稳定能力，找出反馈作用的强度和效应等等。结合定性研究，评价和分析系统的整体行为特征和发展趋势，并进行综合评价。,4 工程可行性评价生态系统模型提供了复合生态系统的静态特征和动态变化性质，是生态工程可行性分析或决策分析的基础。通过可行性评价和决策分析，可以为管理和政府部门提供在不同社会、经济和自然资源条件下，生态工程实施的多条途径。系统恶化的风险最小。,5 生态工程设计的科学基础(1)多学科性打破学科界限，自然科学、工学和社会科学紧密结合起来(2)多目标性摒弃传统的单目标、单向的思维方式，进行多目标、多层次和多属性的分析研究和决策。多目标：经济目标、自然生态目标、社会目标(3)整合性针对复合系统内存在大量的不确定因素、取得完整数据的艰巨性和大规模、长周期的特点，必须突破传统的定性数学和统计数学的束缚，采用宏观、微观相结合，定性与模糊相结合的手段，开展研究。(4)整体性要着眼于系统和亚系统的综合特征，而非系统组分间的细节分析；重在探索系统的整体结构、功能的行为，而非其数量的绝对变化。,二、技术路线1、建立互利共生网络2、延长食物链,1、建立互利共生网络中国：基于整体、协调和内因与外因关系等理论。着重调控系统内部结构和功能，进行优化组合，提高系统本身的迁移、转化、再生一些物质和能量的能力，对太阳能的利用率及自净作用与环境容量，充分发挥物质生产潜力，尽量充分利用原料、产品、副产品、废物及时间、空间、营养生态位，提高整体的综合效益。,原则：将平行的不相联结的两个种，联系在一起，二者相辅相成，相得益彰，能动的发挥共生作用，形成网络，做到物质循环利用。互利共生网络：鱼鸭混养稻田养鱼稻田养蟹基塘系统：桑基鱼塘、草基鱼塘、菜基鱼塘、果基鱼塘、林牧复合生态系统、林农复合生态系统等,鱼鸭混养,稻田养鱼联合国粮农组织在世界范围内评选出了5个古老的农业系统，作为世界农业遗产进行保护。作为有着700多年历史的农作方式，浙江青田的稻田养鱼成为中国乃至亚洲惟一的入选项目。,稻田养鱼,稻田养鱼,稻田养鱼(或蟹)：草食性、滤食性和杂食性鱼非生物因子：光、水、水温、C02、pH值和一些无机营养盐；生物因子：初级生产者：水稻植株、杂草、藻类。消费者：浮游动物(原生动物、昆虫、甲壳类)，底栖动物(软体动物、寡毛类、甲壳类、水生昆虫等)，鱼类(泥鳅、黄鳝及人为放养的鱼种)水稻害虫及其天敌，鱼苗的敌害动物。,鱼减耗：鱼吃草（吃浮游的生物、底栖动物，减耗、增益），减少草对肥料、阳光等竞争（杂草量可达每亩30435 kg之多，使水稻减产1030）鱼增益：（1）生产环：滤食性鱼及杂食性鱼摄食田中浮游生物、底栖生物，他们将一些本无经济价值不能直接为人类利用的源转化成商品鱼，增加收益；（2）增益环：稻田中放养110天，密度每亩400尾，每亩稻田鱼粪可达176kg，增加肥源，增益作用。,桑基鱼塘,2、延长食物链（实质是加环）加环：在一个生态系统或复合生态系统中的食物链网或生产流程中，增加一些环节，改变食物链(或生产流程)结构，扩大与增加系统的生态环境及经济效益，以发挥物质生产潜力，更充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量，促使物质流与能量流的途径畅通，此即称之为加环。,传统生产的目的：提高单一产品的净生产量 整个系统的效益提高了吗？没有！空间、时间及副产品、废弃物的利用不够充分,生态工程的目的：持续地、充分地利用空间、时间、物质生态系统中的各类物质的分层多级利用和物质循环,地上部分占生物量的60%,根占生物量的40%,秸秆占50%,籽粒占50%,直接食用的占65-70%,副产品占30-35%,供人直接需用的产品仅占20，80未被高效的利用,植物-产品-人,玉米,玉米芯,木糖醇或糠醛,残渣,食用菌,残渣,蚯蚓,蚓粪,有机肥,植物-产品-副产品-加工-植物,秸秆燃料、还田,玉米,秸秆,微生物发酵,饲料,禽、鱼、畜,粪便,沼气,沼液沼渣,有机肥,植物-产品-副产品-加工-植物,立体养殖,加环的种类5类：（1）生产环：使非经济产品或废物(或部分用非经济产品与废物)为人利用的经济产品畜禽粪便，棉籽壳，木糖醇渣等食用菌无毒的有机废水水培蔬菜或花卉（既处理净化了废水(渣)，又生产出商品）,（2）增益环：不能直接生产出商品，但可加大或提高生产环的效益。种植凤眼莲、细绿萍处理与净化无毒的有机废水达到养殖要求养鱼种植凤眼莲、细绿萍饲料饲养家畜、家禽、养殖鱼类,（3）减耗环：在损耗环上增加一新环节，或者增大原有的环节，使之抑制和削弱损耗环的作用，即减耗环损耗环：农田害虫、害鼠等如：用三叶草套种在白菜行间，可使白菜甲虫数量降低90，而只要行距合适，白菜并不减产。,油菜蚜虫,七星瓢虫增多,油菜,棉花,+,棉花蚜虫,油菜、棉花间作,被食,（4）复合环：添加的环节具有上述各环的多种功能,农、林生态系统,蜜 蜂,花粉,花蜜、黄腊、蜂王浆,生产环,传粉,增产,增益环,棉花的皮棉增产：20油菜籽增产：18梨、苹果分别增产：3050及2047,鱼塘、鱼,商品鸭,生产环,鸭子,饲料泼溅,鸭子粪便,有害水昆虫、有病鱼种或苗,被食用,减耗环,增益环,鱼鸭混养,（5）加工环：将食物链中的废物、副产品、产品加工，促使生产环、增益环、复合环联结，增加经济收入，物质循环利用农业、林业生态系统产品输出，多以原粮、毛菜、水果等形式输出，产值低，输出物中一部分如留在系统内可参加循环，节约成本、减少物质和产量损失的部分，但输出后却成为废物，使垃圾增量，是无效输出。毛菜：菜根、豆荚或边上老叶占 2040，一个中等城市：消费毛菜50100t有机垃圾1029t,毛 菜,净 菜,加工环,废 叶,饲 料,畜 禽,粪 便,沼 气,沼液、渣,生产效益：每10t玉米芯1t木糖醇产值：1400元 50000元,玉米,玉米芯,木糖醇或糠醛,残渣,食用菌,残渣,蚯蚓,蚓粪,有机肥,秸秆燃料、还田,玉米,玉米粒,玉米淀粉、葡萄糖、葡萄糖内酯,废水、渣,纤维板,秸秆,水培蔬菜、青绿饲料,养殖,一、环境管理（洪泽湖）生态工程设计二、污水资源化生态工程设计三、生态重建生态工程设计,第三节 生态工程设计示范,一、环境管理（洪泽湖）生态工程设计,（一）洪泽湖蝗区调查自然条件：湖水量变化不定：水位经常变化，沿湖12-13米等高线，不能经常开垦，仅仅在较高坡地种植一 季春作物或一季秋作物旱-涝灾害频繁：大雨或汛期，高地间和沙岗积水无法排 出，造成内涝内涝地不能耕种：蝗虫适合发生水、旱、蝗三大自然灾害频繁发生的重灾区食料丰富、天敌作用小和水热条件适宜，干旱导致蝗灾爆发,蝗虫在我国各地皆系以卵在土壤内越冬。越冬后，蝗卵开始发育的时间为南方早，北方迟。一般除东亚飞蝗在我国一年可发生24代外，其它大部分蝗种都是一年发生一代。东亚飞蝗发生代数的多少主要受温度、湿度和降水的影响。光与气压在正常变化幅度内则影响不显著。温度：据研究，东亚飞蝗发育温度范围为2042，适宜发育温度在2540之间，最适温度范围为2834。由一龄蝗蝻发育至成虫所经历时间在恒温25条件下为41.2d，在30为28.4d，在35为20.1d，40为17.6d。水分：一般干旱年所历时间比多雨年为短，干旱年完成一代最少要35d，一般年份需7080d，而阴雨较多年份需95100d。降水过多会产生孵化期的推迟效应；同时蝗卵易于霉变，蝗蝻出土数量减少。降水过少对蝗卵孵化也很不利，由于土壤过于干燥，易导致蝗卵失水干瘪。以华北蝗区为例，蝗卵在土壤含水量8%22%的范围内可发育孵化，土壤含水量在18%22%时孵化率最高，但土壤含水量超过30%时，在绝大多数情况下，蝗卵不能孵化。,（二）生态工程设计解决问题的关键：（1）解决干旱-前提（2）稳定水旱面积，把时涝时旱的地带改造成适合种植水旱作物的农田，杜绝飞蝗繁殖（3）进一步发展农业、水产，芦苇种植-完成水产区的生态环境管理和社会经济建设,二、污水资源化生态工程设计,自然条件：苏州蓟门塘河位于该市东郊长约5km，宽40-100米不等接纳部分生活污水和雨水约1亿多m3。,（一）问题：河水污染严重,（二）生态工程处理种植凤眼莲 污水处理后达标养鱼 凤眼莲青饲料养家禽原理：互利共生网络建立 加环（增益环）,（三）机制凤眼莲的生活习性：漂浮植物，叶覆盖面积大，光合作用不受到水和透明度的限制，竞争有利；无性繁殖或种子繁殖，生物量高（是世界10种产量最高的植物之一）；耐污，可以从水中大量吸收N、P，迁移、转化营养盐凤眼莲的根系为微生物生长提供大量着生面积，微生物大量繁殖，分解有机质，释放氧气进入水体中，保证微生物的正常生长。,分泌化学物质到体外，水中浮游藻类受抑制,青绿饲料制造堆肥制沼气,处理及结果,凤眼莲与微生物的协同、互利共生的综合作用大于各个成分孤立的作用,二次污染？！关键：凤眼莲的收获与利用,凤眼莲净化污水饲料养鱼、鸭、鹅、猪,凤眼莲是否有经济价值？是否可以作为饲料？,水面：凤眼莲上层：鲢鱼中层：鳙鱼下层：草鱼、武昌鱼、罗非鱼底层：鲤鱼、鲫鱼、青鱼,凤眼莲,下层：草鱼,底层：武昌鱼、小青鱼、罗非鱼、鲤鱼,粪便,微生物,被食,粪便,上层：枝角类、水蚯蚓、摇蚊幼虫、鲢鱼、中层：鳙鱼,分解有机质、释放矿物质,浮游藻类,被食,凤眼莲净化污水池塘养鱼,互利共生,（四）效益（13年）费用：柴油、凤眼莲苗、管理+人工 1-2万,（五）关键技术（1）因地制宜科学设计，保证足够的凤眼莲种植面积。根据流经污水处理河段(或池塘)的进水量、滞留时间、主要污染物浓度及总量、对出水的水质要求、各种主要污染质需降低到的浓度、凤眼莲在当地不同月份生产量及其吸收、降解和转化各主要污染物速率，计算并实施保证有足够的风眼莲种植面积与密度，才能保障净化污水达到一个预定要求，如果没有科学的设计和计算，任意地、随便地种植一些风眼莲难以达到预期要求。,（2）及时调整凤眼莲密度：同种生物种群密度自我调节。当密度=k/2时，生物量生产量最大，有利于吸收去处水中的N、P采用分区分批轮收方法，人为调控种群密度。（3）及时收获和利用凤眼莲：防止二次污染，收获的量和利用的量相协调。（沼气、青饲料）,（4）凤眼莲的完全利用：凤眼莲做饲料一方面需要计算附近鱼池面积及所需要的凤眼莲饲料量；另一方面，由于凤眼莲含水量高，且含钾及氮量也偏高，高钾高氮的饲料会影响动物的无机代谢，尤其是高钾含量饲料如动物食之较多会引起腹泻，以鲜凤眼莲喂猪及牛，食量超过5kg及30kg将引起腹泻。故需要搭配其他饲料(如干草及其他干饲料)，以及干燥脱去过多水分，青贮发酵等加工，使之更适口及增加蛋白质含量，务必使所收获凤眼莲能充分、高效利用。利用凤眼莲发酵生产沼气，6070湿度的凤眼莲可使发酵加快。一般每吨干凤眼莲每天可生产4000L沼气，1kg新鲜凤眼莲可生产13.9L沼气。但沼气生产设备一般投资较大，而经济效益不如作饲料高。,（5）人工基质的投入：为微生物的生长提供表面积，使得微生物的种类、密度和生产力都有所提高，从而提高净化能力。（6）接种细菌，提高有机污染物的生物降解根据不同有机物类型，接种不同类型微生物，提高效率,三、生态重建生态工程设计,（一）问题与对策（太行山）自然环境压力：气候干旱、土层瘠薄、生物产量极低人口压力：245-300人/km2自然条件：自然群落：草地或高草灌木群落，降雨量低，形不成森林群落只能建造疏林结构生态环境脆弱：低山丘陵区生态破坏严重,总体指导方案：生态脆弱绿色植物多层次覆盖；人工压缩演替周期干旱、水土流失严重保土、改土结合，生物措施与工程措施互补；保水与节水结合，利用与改造互补；长短结合，科研与开发推广互补的人口压力大贫穷生态效益和经济效益互补造林绿化和治穷结合乔灌草结合，经济林和林材互补总体布局：“自给型种植业、商品型果(树)畜(牧)业、防护型林业、生态型病虫害防治”,（二）生态工程设计1、环境辨识评价工程（1）立地类型调查植物区系调查：土壤调查：土层厚度、坡向、坡位的相关图。土层厚度变化曲线：沟谷阶地、坡下部、坡中部、坡上部、山顶部五种位置和阴、阳坡面，绘制土层厚度变化曲线土壤肥力不足：因为土层薄55-40cm（2）地理位置分析：山地和海河平原的过渡地带，是山地森林生态系统与农业生态系统的交错地带。（3）气象观测：降水量、气温（4）社会、经济环境：人口压力过大。人均收入175.9元因此在获取经济效益和生态效益的同时要增加经济效益在三大效益中的比重。试区建设目标：建造以耐旱小乔木、灌木为主的，多层人工疏林结构类型。同时确定适当增加经济效益在三大效益中的比重，以便在生态环境建设过程中解决人口压力给山区造成的贫困现状问题。,2、水分多梯度富集现实环境特征：干旱瘠薄根源：水土流失措施：采用工程措施，使在重力影响下的水土及养分在一定的区域富集形成相对优良的生态环境。水分富集工程：等高鳞坑、等高竹节沟、穴状整地蓄水集流与保水：用化学保水剂、塑料薄膜、覆草保墒、压石保水等。西北的“石田”就是一种行之有效的保水工程。盖膜覆草压片石盖草皮,鱼鳞坑,鱼鳞坑,鱼鳞坑,竹节沟,竹节沟,3、人工生物种群选择工程比较不同生物种群的形态特征和生物学特性与试区环境资源条件的相关程度，以及种群功能性共生匹配的需要，根据不同生物对主导生态因子的忍耐程度，按着试区生态环境条件和所建群落的结构组成，在生态学特性和生物学特性与之相应的范围内，进行大量的生物种群选择和引入。引入：47科68属203种主要生物种群选择：林木选择 果树经济植物 牧草引种选择 动物昆虫引种 品比实验,4、种群匹配工程主要种群确定后要匹配其他种群获取生态效益和经济效益25种种群匹配类型,（1）沟谷台田：葡萄豆科作物葡萄草莓葡萄兔葡萄东亚钳蝎葡萄蔬菜葡萄中草药材苹果豆科作物苹果草莓桃豆科作物桃豆科牧草山茱萸豆科作物核桃牧草核桃矮秆作物,（2）山坡石榴牧草石榴木牛瓜石榴抗旱矮秆作物山樱桃牧草山茱萸牧草山杏牧草山桃牧草火炬树牧草洋槐 黄连木,（3）山顶灌木禾本科牧草油松牧草豆科禾本科牧草混播,5、时间节律工程自然资源节律与人工生物种群机能节律的合理匹配，是将自然资源转化为生物产量的关键，也是人工模拟自然生态系统和谐与高效的重要手段。复合生物群体之间各种群机能节律的配合是人工复合群体机能性共生互利互惠的根本。,a造林种草与降水的配合采取营养杯阔叶树苗雨季造林，躲过严酷的旱季：因为华北半干旱半湿润区7月-9月降水占全年降水量的6070，而当年10月到第二年6月降水量仅占3040，过去传统的山区造林基本是在春秋少雨季节进行，这是造林成活率不高的原因。因此在系列化造林技术中采取营养杯阔叶树苗雨季造林，躲过严酷的旱季，利用雨季多水有利于幼树成活的好时机，使得造林成活率由以前的30提高到90以上。,b复合群体时间匹配利用生物不同的机能节律是实验中采用的另一种提高复合生态系统生物间共生互利的方式。草莓果树(葡萄)木牛瓜肉兔 葡萄肉兔(钳蝎)核桃蜜蜂 这些结构与蔬菜多茬生产一样都表现了较高的效益。,6、人工食物链工程基本原理：利用高生产力的人工驯化种群，取代生态系统中的自然食物链种群，从而提高人工生态系统效益，保持系统稳定，形成比较完整高效的人工生态系统。这种做法也称为食物链“加环”。,a.林地肉鸡起源：林地有野鸡。现在用蛋、肉具佳的家鸡代替野鸡。由于肉鸡的捕食使实验林地虫口密度降低了8090。根据生物间共生互惠原理，大量的肉鸡排泄物归还林地，提高了林地土壤肥力，使养鸡林地植被覆盖度增加了10以上，形成了林鸡互惠良性循环。,b林草肉兔。起源：野兔原本就是林地中的草食小兽，在森林食物链(网)中居于重要地位，把优种肉兔引入人工林中舍饲，是把林地绿色植物产品转化为人们急需的高蛋白、低脂肪食用肉类的重要手段。从1987年开始先后引入国内外9个优良肉兔品种，建成种兔群50只，到目前已繁育优种仔兔1 098只，并向山区大量供种。与此同时，进行了品种对比及适于山区农户使用的兔舍结构、饲养、防疫灭病、林草资源转化等多项实验研究工作，作了林草肉兔葡萄和林草肉兔油瓜等良性结构试验。,c黄粉虫钳蝎葡萄。,麸皮,黄粉虫,东亚钳蝎,肉兔,蝎池种葡萄,剩余物,遮阴,d山地养蜂。为了充分利用山区蜜源植物，生产社会需求量很大的蜂蜜，同时提高果树授粉率，从1989年开始加入蜜蜂种群，现已繁殖蜜蜂10箱，平均年产优质蜜150kg，果树增产幅度20一50。,e.益鸟招引。为了利用益鸟消灭林地虫害，采取了人工招引措施。试区共悬挂人工巢箱175个，引巢率平均达45，使林冠害虫的群体数量下降76。(减耗环),f用合成梨小性信息素以速效法防治杏果梨小食心虫作用明显。对梨小雄蛾的阻断率为95.2；合成梨小性信息素对雄蛾的引诱力远比雌蛾引诱力大；卵的孵化率降低20.2，可减少2次一3次施药；虫果率减少50。g用7216菌粉防治危害杏树、桃树嫩叶的小卷叶蛾低龄幼虫，效果达65.1+-86.5。h.美国七彩鸡、肉鹅、细绿萍、黑光灯诱虫等项目已取得了良好的进展，试验工作仍在继续。,研究内容：1、试区立地类型调查与绿化工程设计：利用航片或地形图，采用地面详查的办法，全面搞清试区不同立地类型，包括母质、土层厚度、土壤结构、土壤水分、养分、植被现状；编绘现状图、编写本底值调查报告。并以此为依据进行立体绿化工程设计，按地形、坡度、坡向，上、中、下衔接，形成浑然一体的多层次绿化工程体系。2、太行山立体造林绿化工程实用配套技术的研究。具体内容有：群体组合技术，如山顶陡坡牧草、灌木工程，中低山林、果、草、油工程，沟谷梯田粮、果、林工程等5种群体组合技术；现有经济林丰产技术；苗木引种与速繁技术；模拟压缩自然群落更替工程、经济林木(经济植物)引种栽培技术；保土增收与植物培肥地力技术等。,3、示范区主要昆虫、动物区系现状调查、变化监测与病虫害综合防治技术。采用综合防治(生态、药物、性引诱剂)技术，使示范区主要病虫危害降低到5，并使产品无残毒，无公害。4、低山丘陵区立体林业综合效益研究。包括气候、水分、土壤、植被、水土流失、生物量、经济流等项。5、山区植物资源开发利用研究。利用太行山野生植物资源，开展多途径开发试验。6、优种核桃引种及其复层结构技术7、试区植物区系与生物链研究8、干旱山地生态“农林业”试验示范模式建造,工程子系统,小 结,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 思路 原理,