第一章林業生態工程基本理論20世紀末世界人口突破了60億，隨著現代農業生產的發展，人類活動遍布地球的每個角落，地球上已經難以找到一個沒有受到人類影響的地方，原始的生態系統幾乎喪失，全球生態環境危機不斷激化。干裂的土地，赤紅的荒山，意味著不斷惡化的

，幼苗的上方是蔚藍的地球，地球似乎化作一滴甘露，滋潤著大地；幼苗又可寓意為

工程，雖然柔弱，卻頑強地支撐著地球；地球和幼苗組合和諧，象征著希望。生態環境生態生態工程建設目的：

遵循自然界物質循環的規律，充分發揮資源的生產潛力，防止環境污染，達到經濟效益和生態效益的同步發展。與傳統的工程相比，生態工程是一類少消耗、多效益、可持續的工程體系。根本原因：長江上游亂砍濫伐森林，水源涵養和水土保持功能急劇降低，造成大量泥沙淤積河道；中游圍湖造田、亂占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面積急劇減少。1.導致1998年長江洪水泛濫的主要原因是什么？直接原因：1998年度的罕見降雨。但這也與全球溫室氣體排放量增加而導致的溫度升高、氣候異常有關。2.洪災的發生反映出經濟發展模式存在什么問題？

傳統的經濟發展模式不注重生態環境的保護，沒有考慮生態成本，經濟的發展以巨大的生態環境破壞為代價。關注生態工程建設大量使用化肥、農藥和機械的生產方式，對石油等能源有高度的依賴性。農業生產：復雜的生物過程→簡單的機械和化學過程。投入高，產出也高；產生的廢棄物和有害物質的數量也很龐大，大大削弱了農業生態系統的穩定性和持續生產力，并造成日益嚴重的農產品污染和環境污染等問題。1.你對“石油農業”是如何理解的？2.石油農業的生產模式應當怎樣改進？在不同的國家有不同的改進措施。在我國，人多地少，應該大力發展生態農業。具體措施包括：

1.不斷提高土地的產出水平；2.要減少農業活動對環境的污染，促進社會的可持續發展。

主要是通過實行“

”原則，使一個系統產生出的污染物，能夠成為本系統或者另一個系統的

，從而實現廢棄物的資源化，而實現循環經濟最重要的手段之一是

。生態經濟

循環經濟生產原料

生態工程

本章內容

1.1生態工程基本理論生態學理論系統科學理論可持續發展理論水土保持學理論

1.2植被恢復基本理論

生態環境脆弱帶理論

恢復生態學理論

植被恢復理論1.1生態工程基本理論

生態工程是人類學習自然生態系統“智慧”的結晶，是生態學、工程學、系統學、經濟學等學科交叉而產生的新興學科。

1.1生態工程基本理論

1.1.1生態學理論

1.1.1.1生態系統理論一、什么是生態系統？

在一定空間范圍內，各生物成分（包括人類在內）和非生物成分（環境中物理和化學因子）通過能量流動和物質循環而相互作用、相互依存所形成的一個功能單位。二、生態系統的組成

白尾鹿樹木枯枝落葉分解(微生物)土壤森林生態系統生物環境生態系統生產者消費者分解者植物:通過光合作用制造有機物，為自身和動物提供營養——生產者動物:直接或間接地以植物為食——消費者細菌、真菌:分解動、植物體——分解者生產者、消費者食物鏈下面三種生物之間的關系是怎樣的？想一想樹葉

蟲鳥消費者消費者生產者……1、食物鏈：生產者與消費者之間吃與被吃的關系。注意：箭頭方向指向捕食者，表示能量流動方向。螳螂捕蟬，黃雀在后。畫一畫樹蟬螳螂黃雀食物鏈注意：箭頭方向指向捕食者，表示能量流動方向。其中不包括分解者。資料分析小紅點表示有害物質，進入生物體內難以分解、無法排出。A：微小的水生植物B：劍水蚤C；蜻蜓的幼蟲子D：小魚E：大魚淡水生態系統討論：1、如果人吃了這些積累了很多有毒物質的魚，會產生什么樣的后果？2、為什么在食物鏈中營養級別越高的生物，體內的有毒物質積累越多？因為一些有毒物質在生物體內比較穩定，不易分解，而且是生物無法排出的，這些有毒物質隨著食物鏈不斷積累，所以在食物鏈中營養級別越高的生物，體內積累的有毒物質越多。人會中毒資料:日本的水俁病是有毒物質通過食物鏈富集的典型例子。1953年，日本的水俁市出現了病因不明的“狂貓癥”和人的“水俁病”，成群的家貓狂奔亂跳，集體跳入水中，病人感到全身骨痛難忍。直到1965年才查明，此病是由該市60Km以外的一家公司排出含汞廢水進入水體引起的。汞在水體中沿著食物鏈逐級富集，水體→硅藻等浮游植物→食硅藻的水生昆蟲及其幼蟲→石斑魚→肉食性鱘魚和鯰魚→人或貓，鯰魚體內含汞量達到10—20mg/kg，最高達50—60mg/kg，比原來含汞水中的汞濃度高1萬—10萬倍，人或貓吃了鯰魚，就會出現汞中毒日本的水俁病患者主頁假設你是某地區的農業局長，該地區麻雀很多，麻雀能吃害蟲，但也吃稻谷。有人建議噴農藥殺蟲，大量捕殺麻雀，認為這樣可以獲得高產，你對此有何看法。想一想?有毒物質沿食物鏈不斷的傳遞下去，積累下去，最終威脅人類自身;麻雀的滅絕會導致生態系統失去平衡。二、生態系統類型：（一）按基質劃分陸地生態系統：森林生態系統、農田生態系統、城市生態系統……。水域生態系統：河流生態系統、池塘生態系統、海洋生態系統……。森林生態系統農田生態系統城市生態系統海洋生態系統一個水族箱也是一個生態系統！生物圈是最大的生態系統！（二）根據人類活動及其影響程度劃分：（1）自然生態系統：未受到人類活動影響或輕度影響的生態系統。（2）半自然生態系統：系統營養結構、類型或比例受到人類活動的影響較大。（3）人工復合生態系統：人類活動在系統中起主導作用。三、生態系統的特征（一）功能特征生態系統的生產者、消費者和分解者與它們的生存環境相互作用，不斷進行著能量和物質的交換，產生能量流動和物質循環，從而保持生態系統的運轉。生態系統的結構包括形態結構和功能結構。形態結構即群落結構，功能結構主要是指系統內的生物成分之間通過食物網或食物鏈構成的網絡結構或營養位級。（二）動態特征生態系統是不斷變化的系統。隨著時間的推移，生態系統總是從比較簡單的結構向復雜結構狀態發展，最后達到相對穩定的階段。（三）相互作用和相互聯系的特征生態系統內各生物和非生物成分的關系是緊密相連不可分割的整體。四、生態平衡與生態穩態生態平衡生態系統通過發育與調節所達到的一種穩定狀態。特征：物質和能量的輸入和輸出接近平衡；種群結構和數量比例持久地沒有明顯變化。生態平衡是動態的，在人為有益的影響下，可以建立新的平衡。生態穩態生態穩態是一種動態平衡的概念，是生態系統發育演變到一定狀態后才會出現，它表現為一種振蕩的漲落效應，系統以耗散結構維持著振蕩，能夠使系統從環境中不斷吸收能量和物質。五、生態系統具有一定的自動調節能力

生態系統的調節主要通過系統的反饋能力、抵抗力、恢復力、持久性和變異性等4個方面的內涵。正反饋是系統更加偏離位置點，因此不能維持系統平衡，如生物種群數量的增長；負反饋是反偏離反饋，系統通過負反饋減緩系統內的壓力以維持系統的穩定，如密度制約種族增長的作用。生態系統的抵抗力：指系統抵抗外力干擾的能力。特定資源生產力水平下群落種群多樣性的高低直接影響到群落對擾動的抵抗力。例如，對因外來種入侵而引起的擾動：多樣性程度高缺乏閑置生態位外來種群難以立足抵抗力強恢復力：指群落經擾動后恢復到初始狀態的能力。它直接決定了擾動后群落中種群構件和種子庫的豐富度。

1、假如草長得繁茂，兔的數量短期內會怎樣變化？長時間呢？為什么？

短期內，兔子有了充足的食物，數量會急劇增加。一段時間后，數量又會恢復到原來水平。因為生態系統具有一定的自動調節能力，使得生態系統中的各種生物的數量和所占比例相對穩定。

人類應該愛護生態系統，合理利用資源。給我們的啟示——2、如果在草原上過度放牧，會有哪些后果？3、為什么會呢？生態系統的自動調節能力是有限度的。

過度放牧，草不能及時再生，導致草原的食物網會受到破壞，嚴重時則會造成沙漠化。1）物質循環和再生原理2）多層次分級利用原理

1.1生態工程基本理論

1.1.1生態學理論

1.1.1.2循環再生理論物質循環和再生原理(Circulationprinciple)人類能以有限的空間和資源持續地長久維持眾多生命的生存、繁衍與發展，其奧妙就在于物質在各類生態系統中，生態系統間的小循環和在生物圈中的生物地球化學大循環。在物質循環中，每一個環節是給予者，也是受納者，循環是往復循環，周而復始，無底也無源的。因此，物質在循環中似乎是取之不盡，用之不竭的。（光合作用和營養循環）1物質循環和再生原理沒有物質循環的系統,就會產生廢棄物,造成環境污染,并最終影響到系統的穩定和發展.與物質循環有關的肥料問題：化肥有機肥復合肥生物有機肥類型尿素、鉀肥、磷肥等用植物殘落物添加糞尿等進行堆肥(陸地)和漚肥(水中)含一定有機質，又補充了特定元素的肥混有根瘤菌、固氮菌、磷細菌等的有機肥優點單一肥份高、肥效快、水溶性好、利用率較高成本低、肥效長、養分全面、改善土壤結構、少量有益微生物，能調節生態環境綜合化肥和有機肥的特點成本低、肥效長且穩定、營養全面、含有大量有益微生物、不燒苗缺點養分單一，流失快而污染環境、易造成土壤板結、降低農作物品質養分含量較低，肥效慢、發酵不徹底易造成燒苗、易傳播土傳病蟲害、有臭味肥效較慢、易傳播土傳病蟲害肥效較慢Goback多層次分級利用原理(Multileveluseprinciple)多層次分級利用是自然生態系統中各個成分長期的協同進化與互利共生的結果，也是自然生態系統自我維持與持續發展的方式。在生態工程中應當遵循、模擬和應用這一原理和模式，同步兼收生態環境、經濟及社會效益。一種成分的輸出物是另一物質的原料。景觀生態學是近年來興起的一個生態學分支理論，景觀是指以類似方式出現的若干相互作用的生態系統的聚合。

1.1生態工程基本理論

1.1.1生態學理論

1.1.1.3景觀生態學理論景觀系統的整體性與異質性原理。格局過程關系原理尺度分析原理景觀結構鑲嵌性原理景觀生態流與空間再分配原理景觀演化的人類主導性原理景觀多重價值與文化關聯原理1.1生態工程基本理論1.1.2系統科學理論一、什么是系統？由兩個或兩個以上相互聯系、相互作用的若干要素結合而成的具有一定功能的整體。四要素：元素、結構、狀態、過程構成系統的條件：由若干要素所組成。要素之間要相互聯系，相互作用，相互制約。要素之間通過相互作用，產生與各個組成成分不同的新功能，即整體功能。二、系統論的基本原則作為一種嶄新的綜合性理論，系統論的基本原則一般包括以下幾個方面：（1）整體性原則。（2）自組織性和動態性原則。（3）相關性的原則。（4）目的性原則。（5）優化性原則。（1）整體性原則。即系統、要素和環境之間的辯證統一。首先，系統與要素、要素與要素、系統與環境之間存在著有機的聯系，它們相互作用、相互影響，構成一個整體。其次，系統的性質和規律，只有從整體上才能顯示出來，整體可以出現部分未有的新功能，整體功能不是各部分功能的簡單相加。

再次，系統內部各要素或部分的性質和行為，對其他要素或部分的性質和行為有依賴性，并對整體的性質和行為有影響。整體性原則是系統論的基本出發點，它要求人們在認識和處理系統對象時，都要從整體著手進行綜合考察，以達到最佳效果。系統整體性原理你能舉出系統整體功能大于部分之和的例子嗎?

系統各組分之間要有適當的比例關系，只有這樣才能順利完成能量、物質、信息等的轉換和流通，并且實現總體功能大于各部分之和的效果，即“1+1>2”。珊瑚礁“白化”豆科作物和固氮菌的共生

豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌為豆科作物提供氮素，而豆科作物為其提供能量和其他營養，兩者的共生使豆科作物能夠在氮素缺乏的土地上生長；當把它們分開時，兩者的生長都要受到損害。

整體性原理整體指社會-經濟-自然復合成的巨大系統例：林業工程建設中的問題一方面號召農民種樹，另一方面要考慮農民的生活問題生產成本消費效益經濟系統植物動物微生物非生物的因素自然系統政策管理科學文化社會系統社會習慣、法律制度等也都對生態工程建設有重要影響。只有應用整體性原理,才能統一協高當前與長遠、局部與整體、開發與環境建設之間的關系，保障生態系統的平衡和穩定（2）自組織性和動態性原則。系統具有能夠自動調節自身的組織、活動的特性。是系統與環境相互作用的結果。（3）相關性的原則。

即系統的整體性是通過各要素間的物質和能量的相互交換、轉換及守恒的規律，還有信息的傳遞、交流等多種形式加以實現的。研究系統整體性時，必須搞清系統內外部物質、能量、信息的流動狀態。（4）目的性原則。即在反饋機制的作用下，系統能保持內部的穩定以及與環境的協調的一種特性。要掌握系統發展的趨向，必

須把握它的這種機制。（5）優化性原則。即現實系統都是變化、發展的，應當在動態中協調系統各方面的關系，使系統達到最優化。

桑基魚塘分布在我國長江三角洲、珠江三角洲一帶的水鄉，是一種典型的水陸物質和能量交換型生態工程。

桑基魚塘分布在我國長江三角洲、珠江三角洲一帶的水鄉，是一種典型的水陸物質和能量交換型生態工程。1.1生態工程基本理論

1.1.3可持續發展理論

什么是可持續發展？按照世界環境和發展委員會在《我們共同的未來》中的表述，即“既滿足當代人的需要，又對后代人滿足其需要的能力不構成危害的發展。”可持續發展的水平可通過五個基本要素及其間的復雜關系去衡量。1）資源的承載能力2）區域的生產能力3）環境的緩沖能力4）進程的穩定能力5）管理的調節能力（1）資源的過渡開發（2)環境的惡化----需要考慮環境承載力（環境容納量），以及生物與環境的適應需要考慮：生物與環境的適應性，因地制宜1.1生態工程基本理論

1.1.4系統工程理論

概念：以某些組設想的目標為依據，應用有關的科學知識和技術手段，通過一群人的有組織活動將某個（或某些）現有實體（自然的或人造的）轉化為具有預期使用價值的人造產品過程。就廣義而言，工程則定義為由一群人為達到某種目的，在一個較長時間周期內進行協作活動的過程。系統的結構決定功能原理運用：改善和優化生態系統的結構例：桑基魚塘模式⑴系統結構決定功能原理系統工程的一般步驟1）明確課題2）收集信息3）模型建立4）系統分析5）決策問題6）反饋調整1.1生態工程基本理論

1.1.5水土保持學原理

水土保持學是一門研究水土流失規