生态工程在环境中应用.ppt
生态工程在环境中的应用,生物技术 黄志明,1.前言 2.生态工程的概念与基本原理 2.1 生态工程概念的提出 2.2 生态工程的概念 2.3 生态工程的基本原理 3.生态工程的基本原则和基本特点 3.1 生态工程的原则 3.2 生态工程的特点 5.生态工程与环境保护,目录,20世纪末世界人口突破了60亿，随着现代农业生产的发展，人类活动遍布地球的每个角落，地球上已经难以找到一个没有受到人类影响的地方，原始的生态系统几乎丧失，全球生态环境危机不断激化。,传统经济模式 是指在处理人类与环境的关系时，采用一种“资源产品污染排放”的单向线性开放式过程，采用这种模式，随着工业的发展，生产规模的扩大和人口数量的增长，环境自身净化能力的削弱，导致环境问题日益加重，资源短缺的危机更加突出。难点 经济效益、社会效益和生态效益的“三赢”,2.1 生态工程概念的提出 1962年美国的H.T.Odum首先使用了生态工程（Ecological Engineering），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”，管理自然就是生态工程，它是对传统工程的补充，是自然生态系统的一个侧面。80年代后，生态工程在欧洲及美国逐渐发展起来，并出现了多种认识与解释，并相应提出了生态工程技术，即“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一些技术”。,在我国生态工程的概念提出是由已故的生态学家、生态工程建设先驱马世骏先生在1979年首先倡导的。马世骏先生（1984）给生态工程下的定义为：“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”。在中国面临的生态危机，不单纯是环境污染，而是由于人口激增，环境与资源破坏，能源短缺、食物供应不足等共同而成的综合效应。因此中国的生态工程不但要保护环境与资源，更迫切的要以有限资源为基础，生产出更多的产品，以满足人口与社会的发展需要，并力求达到生态环境效益、经济效益和社会效益的协调统一，,改善与维护生态系统，促进包括废物在内的物质良性循环，最终是要获到自然社会经济系统的综合高效益。正因为如此，在我国对生态系统的发展与生态工程的建设提出了“整体、协调、再生、良性循环”的理论。生态工程的基础形成了除了以生态学原理为支柱以外，还吸收、渗透与综合了其它许多的应用学科。如农、林、渔、养殖、加工、经济管理，环境工程等多种学科原理、技术与经验，生态工程的目标就是在促进良性循环的前提下，充分发挥物质的生产潜力，防止环境污染，达到经济与生态效益同步发展。,2.2 生态工程的概念 生态工程是指应用生态系统中物质循环原理,结合系统工程的最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统，其目的是将生物群落内不同物种共生、物质与能量多级利用、环境自净和物质循环再生等原理与系统工程的优化方法相结合，达到资源多层次和循环利用的目的。如利用多层结构的森林生态系统增大吸收光能的面积、利用植物吸附和富集某些微量重金属以及利用余热繁殖水生生物等。,生态工程建设目的与特点：,2.3 生态工程的基本原理,遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。,与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。,2.3 生态工程所遵循的基本原理,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。,一、无废弃物农业原理,二、物质循环再生原理,原理含义是指：生态系统中,生物借助能量的不停流动,一方面不断地从自然界摄取物质并合成新的物质,另一方面又随时分解为原来的简单物质,即所谓“再生”,重新被系统中的生产者植物所吸收利用,进行着不停顿的物质循环。,细菌,二、物质循环再生原理,二、物质循环再生原理,物质循环再生原理:要求我们在生态工程设计和建设是要使大多的物质循环再生,以减少污染,三、物种多样性原理,抵抗力稳定性：生态系统抵抗外界干扰使自身结构功能维持原状的能力。生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自动调节能力就越小，抵抗力就越低；反之，抵抗力就越高。物种多，复杂生态系统抵抗力稳定性高,抵抗力很强,抵抗力较弱,物种多样性原理:要求我们在生态工程设计和建设是物种多样性程度高，生态系统稳定性高,以保持生态平衡,资料分析讨论：,水葫芦泛滥对生态系统造成影响,四、协调与平衡原理,环境容纳量:环境所能负担的种群的最高密度是，环境的负载能力。协调-主要是生物与环境的协调(强调生物要和环境相适应)平衡-是种群数量与环境的负载能力要平衡,四、协调与平衡原理,-需要考虑环境承载力（环境容纳量），以及生物与环境的适应,讨论：从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪些特征的树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？,四、协调与平衡原理,协调与平衡原理要求我们在生态工程设计和建设时要考虑:生物要和环境相适应种群数量与环境的负载能力要平衡,五、整体性原理,整体性原理的理论:是指我们在生态工程设计和建设时要考虑自然生态系统的规律还需要考虑经济和社会系统的影响 三者结合才能在生态工程设计和建设中取得成果,五、整体性原理,整体指社会-经济-自然复合而成的巨大系统,六、系统学和工程学原理,（1）系统的结构决定功能原理,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。,（2）系统整体性原理,系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+12”。,珊瑚礁“白化”,六、系统学和工程学原理,（2）系统整体性原理,豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌为豆科作物提供氮素，而豆科作物为其提供能量和其他营养，两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长；当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。,3.1 生态工程的原则,因地制宜（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。,密集相交叉的集约经营模式,（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是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。在生态效益方面要实现生态再生，使自然再生产过程中的资源更新速度大于或等于利用速度，在经济效益方面要实现经济再生，使社会经济再生产过程中的生产总收入大于或等于资产的总支出，保证系统扩大再生产的经济实力不断增强，在社会效益方面要充分满足社会的要求，使产品供应的数量和质量大于或等于社会的基本要求，通过生态工程的建设与生态工程技术的发展使得三大效益能协调增长，实现高效益持续稳定的发展。,3.2 生态工程的基本特点,中国与国外蓬勃发展的生态工程各有自己的特点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，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。,4.生态工程与环境保护,环境污染：是指人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量，从而使环境的质量降低，对人类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响的现象。具体包括：水污染、大气污染、噪声污染、放射性污染等。随着科学技术水平的发展和人民生活水平的提高，环境污染也在增加，特别是在发展中国家。环境污染问题越来越成为世界各个国家的共同课题之一。,环境污染的类型,一，大气污染：按照国际标准化组织（ISO）的定义，“大气污染通常是指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境污染的现象”。,二、水污染由有害化学物质造成水的使用价值降低或丧失，污染环境。污水中的酸、碱、氧化剂，以铜、镉、汞、砷等化合物，苯、酚、二氯乙烷、乙二醇等有机毒物，会毒死水生生物，影响饮用水源、风景区景观。污水中的有机物被微生物分解时消耗水中的溶解氧，影响鱼类等水生生物的生命，水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、硫醇等难闻气体，使水质进一步恶化。还会因石油漂浮水面，影响水生生物的生命，引起火灾。,三、土壤污染：土壤污染致可分为无机污染物和 有机污染物两大类。无机污染物主要包括酸、碱、重金属，盐类、放射性元素铯、锶的化合物、含砷、硒、氟的化合物等。有机污染物主要包括 有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂、3，4-苯并芘以及由城市污水、污泥及厩肥带来的有害微生物等。当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累通过“土壤植物人体”，或通过“土壤水人体”间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度，就是土壤污染,三、生态工程在环境保护中的应用,一、生态工程在水污染控制中的应用 1、利用水生高等植物控制水体营养盐及浮游植物许多国家用大 型水生植物污水处理系统净化富营养化的水体。有凤眼莲、芦苇、狭叶香蒲等许多种类。可根据不同的污染条件和污染物的性质进行适宜的选栽。净化原理是植物和根区微生物共生 产生协同效应净化水质。经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒同时对重金属分子也有降解效果。,2、以浮游动物、鱼类控制浮游植物。生物调控主要有以下途径：一、先向水体中投放适当密度的鲢、鳙鱼藻类吸收水体中的氮磷放养鱼类摄食含氮磷的藻类捕捞成鱼带出氮磷遏制水华、减轻水体富营养化；二、放养食鱼性鱼类如鳜鱼等抑制野杂鱼食用浮游动物增加浮游动物生物量食用浮游植物减少浮游植物等现存量提高水体透明度增加水体自净能力；三、放养滤食性双壳类即蚌类滤食能力极强从而使其食物浮游植物、细菌、腐屑和小型浮游动物减少增加水体透明度提高水体的自净能力,南昌艾西湖湿地公园局部图,二、生态工程在土壤污染控制中的应用 土壤污染本身具有自我净化能力，因为土壤中生活的微生物(细菌、真菌、放线菌、藻类等)及动物(原生动物、蚯蚓、线虫类等)对进入土壤的有机污染物的降解及无机污染物(如重金属)的形态转化起着主导作用，是土壤净化功能的主要贡献者。,细菌,放线菌,蚯蚓,线虫,因此在生太工程方面我们可以通过制作某种某种工程菌来净化土壤。如可以制作某种工程菌来降解白色污染中塑料盒的化学成分，从而净化土壤。,谢谢欣赏,谢谢各位观赏,
