【正文】 二、水資源循環(huán)利用原理 ? 生態(tài)工程設(shè)計(jì)中要求強(qiáng)調(diào)水的節(jié)約、高效利用，以降低對這種稀缺資源的耗竭。如果不從理論上解決自然資源及環(huán)境質(zhì)量的價(jià)值問題，實(shí)際生產(chǎn)中不把資源成本和環(huán)境代價(jià)這些潛在的價(jià)值表現(xiàn)出來，恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行人為活動(dòng)的功利性評價(jià)，人們就不可能改變對大自然恩賜的無償耗費(fèi)，濫用、破壞自然資源的現(xiàn)象就不會(huì)杜絕，自然的無情報(bào)復(fù)就難以避免。（短、中、長期） ? 生態(tài)效益可以用價(jià)值形態(tài)的指標(biāo)來度量，但一般是用機(jī)會(huì)成本、影子價(jià)格等度量的。 ? 另一方面，生態(tài)平衡是經(jīng)濟(jì)平衡的自然基礎(chǔ)。 ? 提高資源利用率：就是以單位資源消耗中生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品。 不可更新資源利用 不可更新資源：礦物資源（金屬礦物、非金屬礦物、化石能源）和社會(huì)資源中的化肥、農(nóng)藥、機(jī)具、燃油等生產(chǎn)資料 。 可更新資源：太陽能、地?zé)崮堋L(fēng)能、水力能等與地球起源演變、星體相互作用及地球表面的氣流、洋流等流體力學(xué)過程有關(guān)，人類對這 些可更新資源的利用一般不會(huì)影響其可更新過程；然而森林、草原、魚群、野生動(dòng)植物、土壤等自然資源的更新過程與生物學(xué)過程有關(guān)，其更新速度很容易受到人類開發(fā)利用過程的影響。如森林與草原間，農(nóng)區(qū)與牧區(qū)間，城市與農(nóng)村間等都有過渡帶。當(dāng)種群密度增大時(shí)，種群的群體增長率減小，使得種群數(shù)量增加減速，負(fù)反饋機(jī)制使得種群數(shù) 量逐漸處于平衡水平；在種群數(shù)量低的情況下，群體增長率提高，個(gè)體大量增加，種群密度就提高，形成正反饋。 3. 以正常浮游植物為食而常年生長繁盛的著名藍(lán)點(diǎn)牡蠣因不能利用新興的藻類而逐漸消失。 鴨與牡蠣 1. 紐約長島海峽（ Long Island Sound）的南大灣（ Great South Bay）提供了一個(gè) “鴨與牡蠣 ”的故事。 2. 污泥資源化利用、畜禽糞便的合理利用。 2020 年年 6 月，該村的稻田養(yǎng)魚被聯(lián)合國糧農(nóng)組織評為 “全球農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)保護(hù)項(xiàng)目 ——稻魚共生系統(tǒng) 現(xiàn)場測產(chǎn)結(jié)果，養(yǎng)魚稻田種植的 “岡優(yōu) 725”水稻畝產(chǎn) 762 公斤，比未養(yǎng)魚稻田種植的水稻畝產(chǎn) 650 公斤增產(chǎn) %；稻田魚畝產(chǎn) ,比未實(shí)施工程化改 造稻田養(yǎng)殖的稻田魚（畝產(chǎn) 30 公斤）增產(chǎn) 公斤，增長 %。 2. 農(nóng)林間作：南方的茶膠間作，既可抵抗低溫、風(fēng)害等不利 條件， 減輕水土流失，保持土壤養(yǎng)分，又可促進(jìn)害蟲天敵數(shù)量的增加，增強(qiáng)抗病蟲的能力；土地利用率提高了 50－ 70％，提高了光能利用率，橡膠樹的平 均生長量比單膠林提高了 17%，總產(chǎn)值還比單膠林提高了 80%以上。都江堰渠首的三大主體工程 魚嘴分水 堤 、飛沙堰溢洪道 、 寶瓶口進(jìn)水口 三大部分構(gòu)成，科學(xué)地解 決了江水自動(dòng)分流、自動(dòng)排沙、控制進(jìn)水流量等問題，消除了水患，使川西平原成為“水旱 從人”的“天府之國”。意為每一個(gè)可辨識的組織單元，是由更基本的單元組成，同時(shí) 又是一個(gè)更大的組織單元的一部分。 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)本身也是按層次組織起來的，一個(gè)農(nóng)作物或家畜個(gè)體，既是一個(gè)由基因、細(xì)胞、組織、器官等層次組成的復(fù)雜系統(tǒng)，又是作物群體或畜群、農(nóng)田、農(nóng)場、農(nóng)村、地區(qū)、國家、世界農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的一部分。 達(dá)爾文提出的 “適者生存 ”的思想是自然選擇的重要機(jī)制，它使研究者的注意力集中在自然中的各種競爭上；于是對種間合作的重要性就往往低估。從理論上而言，這種演變總是從裸地上的先鋒植物開始而最終發(fā)展到演替頂極；因此，任何生態(tài)系統(tǒng)中的植物群落都將隨著時(shí)間的推移而從數(shù)量和質(zhì)量上改變著其中的植物種類成分；與此同時(shí)，消費(fèi)水平和土壤條件也都在不斷地變化。 各 個(gè)因素在系統(tǒng)中不僅是各自獨(dú)立的子系統(tǒng)，而且是組成母系統(tǒng)的有機(jī)成員，是由各組成部分的有機(jī)聯(lián)系而形成的整體，因此在一般系統(tǒng)論中，不僅要研究其各個(gè)組成部分的特性和功能，而且要著重研究系統(tǒng)的諸因素之間的相互聯(lián)系、相互作用。他在顯微鏡下把剛剛完成第一次分裂的海膽一分為二，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分開后的兩個(gè)細(xì)胞各自形成了一個(gè)完整幼蟲。早在 1875 年，奧斯卡 第二章 生態(tài)工程基本原理及設(shè)計(jì) 第一節(jié) 系統(tǒng)原理 一、整體性和綜合性原理 系統(tǒng)首要的原理就是整體性原理，整體性是針對機(jī)械論的系統(tǒng)觀而提出的。 ? 大型農(nóng)牧場的 “種 —養(yǎng) —加 ”良性循環(huán)生態(tài)工程的研究 ? 國家重大生態(tài)工程項(xiàng)目建設(shè)的長期生態(tài)問題預(yù)測及其模擬試驗(yàn)研究 ? 合理開發(fā)國土資源的立體景觀生態(tài)工程設(shè)計(jì)及技術(shù)的研究。 ? 綜合評價(jià)方法及指標(biāo)體系的研究 從微觀與宏現(xiàn)兩個(gè)層次探索與評價(jià)農(nóng)業(yè)生態(tài)工程及環(huán)保生態(tài)工程的評價(jià)方法，目的是引導(dǎo)與促進(jìn)農(nóng)民由自發(fā)建立的生態(tài)工程向定量化、規(guī)范化與工程完善化方向發(fā)展。 對象與目 的差異 針 對自然生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和環(huán)境污染治理，內(nèi)容單純、規(guī)模較小，目的偏于污染治理和環(huán)境保護(hù) 針對我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)與生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀了進(jìn)行的的綜合性工程。 國內(nèi)外生態(tài)工程的特點(diǎn)比較 國外 國內(nèi) 哲學(xué)思想 的差異 世界萬物都是上帝創(chuàng)造的， 上帝可以改變一切，創(chuàng)造一切。 ? 生態(tài)工程的思想和方法也被用于大型工程項(xiàng)目的研究和建設(shè)之中。 環(huán)境保護(hù)生態(tài)工程特點(diǎn)及趨勢 環(huán)境保護(hù)生態(tài)工程類型： ? 無（或少）廢工藝系統(tǒng)（如工廠廢熱源的再利用，工業(yè)廢物的凈化 等） ? 分層多級利用廢物生態(tài)工程 ? 復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的廢物循環(huán)、再生系統(tǒng)（如?；~塘生態(tài)工程 ） ? 污水自凈與利用生態(tài)工程（污灌、污水養(yǎng)魚） ? 城鄉(xiāng)結(jié)合生態(tài)工程（如城市糞便 /垃圾 —沼氣 —農(nóng)田或魚塘；食品廠廢物 —飼料 —農(nóng)田） 環(huán)境保護(hù)生態(tài)工程的發(fā)展 ? 植物修復(fù)，如應(yīng)用鳳眼蓮富集回收電影膠片廠廢水中的銀； ? 廢物資源化利 用，如上海崇明島東風(fēng)農(nóng)場實(shí)施以奶牛場為主的廢物分層多級利用生態(tài)工程； ? 污染湖泊及水體生物修復(fù)生態(tài)工程，如中科院南京地理研究所等單位實(shí)施鳳眼蓮為主的污水處理與利用生態(tài)工程； ? 應(yīng)用微生物技術(shù)對畜禽糞便、生活垃圾除臭的研究 其他方面生態(tài)工程的研究 ? 除上述之外，還在再生能源開發(fā)、防護(hù)林的重大建設(shè)工程等方面進(jìn)行了研究與實(shí)踐。 農(nóng)業(yè)生態(tài)工程研究發(fā)展趨勢 ? 研究廣度、深度更加擴(kuò)大與加深。 ? 注重傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)和現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合。 我國生態(tài)工程的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 我們的祖先很早就開創(chuàng)出一條獨(dú)有的發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的途徑，自覺不自覺地采用了某些生態(tài)工程原理和技術(shù)，產(chǎn)生了古代農(nóng)業(yè)生態(tài)工程最早的雛型。 在生態(tài)工程領(lǐng)域一直率先推動(dòng)生態(tài)學(xué)理論的實(shí)踐和適應(yīng)，他開展了許多主要的生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，如在德州 Port Aransas(, et al., 1963), 北卡州的 Morehead城(, 1985, 1989)和佛羅里達(dá)州的 Gainesville(Ewel and , 1993)開展的試驗(yàn)，后兩個(gè)試驗(yàn)包含了利用濕地處理生活污水的內(nèi)容。既要生產(chǎn)出足夠的產(chǎn)品來滿足不斷增長的人口需要，又要不破壞資源和環(huán)境，生產(chǎn)綠色（無公害）食品以保證人類健康的需要。既要考慮眼前生產(chǎn)和生活的需要，使生產(chǎn)者和消費(fèi)者在經(jīng)濟(jì)上和精神上都滿意；也要考慮到長遠(yuǎn)的生態(tài)效益，保護(hù)資源、保護(hù)環(huán)境，讓子孫后代有個(gè)舒適的安身立命場所。 2. 利用生態(tài)系統(tǒng)的反饋控制和穩(wěn)態(tài)機(jī)制等穩(wěn)定性特點(diǎn)，生態(tài)工程重視培育和利用生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)、自我調(diào)節(jié)功能。亦即對精巧微妙的、人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)的模擬和創(chuàng)造。生命科學(xué)同時(shí)涉及了對生物體和人 腦的研究。 諸如此例林業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等較多 …… 。 它們的結(jié)構(gòu)和功能，不單純決定于自然環(huán)境的諸多因素，更重要的是還要受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的強(qiáng)烈制約。例如城市污水處理生態(tài)工程，工業(yè)廢水余熱利用的溫室農(nóng)業(yè)生態(tài)工程，農(nóng)牧產(chǎn)品加工業(yè)的副產(chǎn)品及廢棄物的利用等等。 ? 所有這些戰(zhàn)略、技術(shù)和生態(tài)工程的思想與技術(shù)正相吻合，因此，可以認(rèn)為農(nóng)業(yè)生態(tài)工程建設(shè)是適于我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方向與技術(shù)路線的。 ? 低耗、高效、無或少廢物生產(chǎn)的適用技術(shù)。 ? 生態(tài)工程的原理是生態(tài)系統(tǒng)的 “整體、協(xié)調(diào)、再生、循環(huán) ”，是生態(tài)學(xué)的原理在資源管理、環(huán)境保護(hù)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。他說：由于工業(yè)發(fā)展過程中，出現(xiàn)的環(huán)境受干擾和迫切需要采取的保護(hù)政策，促使人們不得不在社會(huì) —— 經(jīng)濟(jì) —— 生態(tài) —— 資源物質(zhì)系統(tǒng)之間，考慮多方面依賴的特點(diǎn)，從而近來在社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)之間產(chǎn)生了新的雜交科學(xué)前沿，即社會(huì) —— 經(jīng)濟(jì) —— 自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)合，它是處理當(dāng)前國際上五大社會(huì)問題的重要理論依據(jù)。 ? Uhlmann,D.（ 1983） ,Straskraba,M.（ 1984,1985）、 Straskraba 和 Cnauck,.（ 1985）又提出了生態(tài)工藝一詞，并定義為 “在深入了解生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上，在措施上花最小代價(jià)，對環(huán)境最少的損傷， …… 是對生態(tài)系統(tǒng)管理技術(shù)的運(yùn)用。第一章 緒論 第一節(jié) 生態(tài)工程的概念和意義 ? 生態(tài)是指生物與其生存環(huán)境之間的相互關(guān)系，研究這種關(guān)系的 學(xué)問就是生態(tài)學(xué)。 ” “Environmental manipulation by man using small amounts of supplementary energy to control systems in which the main energy drives are still ing from natural sources” ? 198 1989 年美國 Mitsch,W. J. 提出的生態(tài)工程概念是： “為了人類社會(huì)和其自然環(huán)境兩方面利益而對人類社會(huì)和自然環(huán)境的設(shè)計(jì) ”。 1979 年，馬世駿在中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)作了《環(huán)境理論的發(fā)展和意義》的學(xué)術(shù)報(bào)告，在總結(jié)了他幾十年生態(tài)學(xué)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn) 一步形成了生態(tài)工程思想。 ? 目標(biāo)是在促進(jìn)良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮物質(zhì)的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境污染，達(dá)到生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的同步發(fā)展。 生態(tài)工程和環(huán)境工程的比較 工程類型 環(huán)境工程 生態(tài)工程 基本單元 自然系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng) 基本理論 環(huán)境科學(xué) 生態(tài)學(xué) 基本能源 化石能 太陽能 基本費(fèi)用 大量 合理 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 人為 人類輔助下的自組織 控制結(jié)構(gòu) 污染源 有機(jī)體 與自然關(guān)系 再污染 協(xié)調(diào)、無污染 生物多樣性 改變 保持或增加 生態(tài)工程與其他工程比較 、生態(tài)工程產(chǎn)生的時(shí)代背景 社會(huì)需求 上世紀(jì) 60年代以來全球生態(tài)危機(jī)的爆發(fā)和人們尋求解決對策以及資源環(huán)境保護(hù)的宏觀形勢條件下應(yīng)運(yùn)而生 發(fā)達(dá)國家 ? 高度的工業(yè)化和強(qiáng)烈集約型的農(nóng)業(yè)經(jīng)營帶來的環(huán)境污 . 染 “無廢物 ” 、 “無污染 ” （ Zerodischarge） ? 經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重、污染轉(zhuǎn)移 發(fā)展中國家 ? 人口增長，資源破壞、生產(chǎn)不足和環(huán)境污染共同 組成的 “綜合癥 ”。 生態(tài)工程的意義 1. 生態(tài)工程與我國的農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展 ? 通過資源合理開發(fā)及物質(zhì)循環(huán)利用，發(fā)展資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)； ? 充分利用我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)之精華和我國勞動(dòng)力充分之優(yōu)勢，遵循生態(tài)學(xué)原理與生態(tài)工程技術(shù)，發(fā)展勞動(dòng)密集型與技術(shù)密集型相結(jié)合的農(nóng)業(yè)是可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合理、低投入而高效地持續(xù)發(fā)展的。我國舉世矚目的 “三北 ”防護(hù)林體系建設(shè)、環(huán)境自凈工程、污染環(huán)境修復(fù)工程等均是例子 3. 生態(tài)工程與我國工業(yè)與城市發(fā)展 ? 根據(jù)社會(huì) ——經(jīng)濟(jì) ——自然三系統(tǒng)的循環(huán)關(guān)系， “模擬自然生 態(tài)系統(tǒng)長期維持鏈環(huán)結(jié)構(gòu)的功能過程 ”的生態(tài)工程機(jī)理研究可望在緩解這些城市及工業(yè)發(fā)展矛盾中積極發(fā)揮 “有效管理 ”及 “化害為利，化廢為寶 ”的重要作用。 人工生態(tài)系統(tǒng)是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，基本都是屬于自然 經(jīng)濟(jì) 社會(huì)復(fù)合系統(tǒng)范疇。 由于沒有考慮到國內(nèi)外市場的需求，造成了產(chǎn)品過剩，山楂從原來的到 2 元 / kg (最高 45 2元 / kg )，降到到 元 / kg；農(nóng)民只好把山楂樹刨掉。圍繞對這三類系統(tǒng)的研究形成了當(dāng)代科學(xué)的幾個(gè)重要的前沿學(xué)科和領(lǐng)域。如果說仿生學(xué)是對生命體的模擬研究，人工智能是對人腦的模擬研究，那么，生態(tài)工程發(fā)展正如 H. T. Odoum 所說是使人類生存與競爭中與其環(huán)境變?yōu)榛锇榈脑O(shè)計(jì)。使生物與生物、生物與環(huán)境間相互協(xié)調(diào)、和諧統(tǒng)一，共同進(jìn)化與發(fā)展，投資少、耗能低，生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益顯著。 3. 生態(tài)工程強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的高度統(tǒng)一。在現(xiàn)代科學(xué)的指導(dǎo)下，充分發(fā)揮傳統(tǒng)技術(shù)的作用，使傳統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)很好地結(jié)合起來。 第三節(jié) 生態(tài)工程的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 國 外生態(tài)工程的發(fā)展 生態(tài)工程一詞自 提出后 ,即在北美和歐洲得到了廣泛應(yīng)用。 總的來說，西方生態(tài)工程研究及實(shí)踐范圍較窄，重點(diǎn)集中于環(huán)保生態(tài)工程，農(nóng)業(yè)生態(tài)工程的應(yīng)用也局限于持續(xù)農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)的試驗(yàn)與推廣。 ? 我國的農(nóng)業(yè)生態(tài)工程研究目標(biāo)注重生產(chǎn)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的結(jié)合。前者是指對一個(gè)特定區(qū)域整體的農(nóng)業(yè)生態(tài)工程設(shè)計(jì)和建設(shè)而言；而生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)則是對某個(gè)具體的工藝設(shè)計(jì)而言，如間套作技術(shù)等。 ? 涉及的不僅是農(nóng)村的大農(nóng)業(yè)部分 ，而且與非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的第二、三產(chǎn)業(yè)密切結(jié)合，在農(nóng)業(yè)生態(tài)工程基礎(chǔ)上發(fā)展成農(nóng)村生態(tài)工程。林業(yè)部還在我 國一些地區(qū)開展了縣級生態(tài)林業(yè)工程建設(shè)，特別是長江中上游防護(hù)林工程。 ? 綜上所述，我國的生態(tài)工程研究狀況與趨勢是：