生态工程学1-2014.3
56页1、生态工程学 研究生课程讨论,刺槐+银合欢+多花木蓝 刺槐+多花木蓝,专题1 生态工程学的概念与原理 专题2 生态工程模型与生态工程设计 专题3 生态恢复生态工程 湿地的生态恢复,河道驳岸生态工程,矿区 废弃地的生态恢复,道路边坡的生态恢复 专题4 环保与污染物处理利用的生态工程 专题5 农林复合生态工程 专题6 立体绿化,参考书目 生态工程学,钦佩、安树青、颜京松,南京大学出版社,1998,2002 林业生态工程学,王礼先等,林业出版社,2000 实用生态工程学,盛连喜等,高等教育出版社,2005 水生态工程,蔡守华,水利出版社,2010,专题一 生态工程学的概念与原理,生态工程ecological engineering,ecoengineering 1.1 定义 (1)早起阶段 1960s,分别由美国生态学家H.T.Odum及我国生态学家马世骏提出的。 马世骏:运用物种共生与物质循环再生原理,发挥资源的生产潜力,防止污染,采用分层多级系统的可持续发展能力的整合工程技术并在系统范围内同步获取高的经济、生态和社会效益。,H . T . Odum(1963年) 提出生态工程一词。 定义为
2、:“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”。 内涵:“人类利用少量的辅助能对环境进行管理,来控制以自然资源为基础的生态系统”,管理自然就是生态工程,它是对传统工程的一个补充,是自然生态系统的一个侧面。 1980s逐渐完善。,(2) 快速发展阶段 欧洲的 Uhlmann(1983)、Straskraba(1984,1985 ) 与 Gnauck(1985)提出生态工艺技术(ecotechnology,林镇洋等生态工法,2002),将它作为生态工程的同义词。 定义: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。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。,马世骏(1984) :自然-社会-经济复合生态系统。 定义: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。 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。 体系:可以是纵
3、向的层次结构,也可以发展为几个纵向工艺链索横向联系而成的网状工程系统。,美国 Mitsch (1988) 、丹麦Jorgensen (1989 ) : “为了人类社会及其自然环境二者的利益而对人类社会及其自然环境进行设计” , “提供了保护自然环境,同时又解决难以处理的环境污染问题的途径”。 为了人类社会及其自然环境的利益,而对人类社会及其自然环境加以综合的且能持续的生态系统设计。它包括开发、设计、建立和维持新的生态系统,以期达到诸如污水处理(水质改善)、地面矿渣及废弃物的回收、海岸带保护等,同时还包括生态恢复、生态更新、生物控制等目的( Mitsch 1993) 。,奥德姆兄弟(H.T.Odum,B.odum):为了使生态系统自我设计达到最大,而对有利于环境的技术进行研究和实践。 欧美学者认为生态工程就是生态技术。我国学者:生态技术仅仅是生态工程的一个环节,生态工程是多技术系统。,1.2 生态工程的产生 (1) 背景 1960年代以来,全球生态危机表现为人口激增、资源破坏、能源短缺、环境污染,等。 我国传统的生态工程的实践:“轮、套种制度”、 “垄稻沟鱼”、 “桑基鱼塘”等等就是相当
4、成熟的生态工程模式。,马世骏,1954年研究防治蝗虫灾害时,即提出调整生态系统结构、改善生态系统功能的生态工程设想、规划与措施。 1979年,生态系统工程。连接多系统的循环关系,及时有效地把人类和动物的废物运回土壤,把工业废物分别加以分解或再生。 1987年,马世骏主编中国的农业生态工程。 1989年, 马世骏及颜京松、仲崇信等与美国Mitsch,和丹麦 Jorgensen主编第一本生态工程专著Ecological Engineering, 成为标志。,(2) 学科及理论发展 生态系统多层次结构:-个体、种群、群落、生态系统。 基础型学科分支:生态学基础、植物生态学、系统生态学 应用生态学分支:景观生态学、环境生态学、恢复生态学、湿地生态学、生态系统服务、等。 相关工程学科:水土保持、林业生态工程、土壤修复、生态农业等; 其他:系统控制论、自组织理论与技术,计算机技术。,1.3 生态工程的应用 (1) 环保生态工程 1960年代起,试图运用生态工艺来达到污染治理、环境保护的目的。 研究、分析生态系统组成成分及机制,并在此基础上建立定量揭示系统的物流、能流和行为特征的动态模型与优化控制模
5、型。 美国1992年提出的生产过程中废物产生与排放减量 (Reduction)、废物回收(Recovery)、废弃物回用(Reuse)及再循环(Recycle )的环保 4 个R策略。,生态工艺技术: 加环(生产环、增益环、减耗环、复合环和加工环),联结本为相对独立与平行的一些生态系统为共生网络; 调整内部结构充分利用空间、时间、营养生态位,多层分级利用物质、能量,充分发挥物质生产潜力,减少废物,根据自然、经济(特别是市场)情况,因地制宜地促进良性循环受破坏的生态系统的恢复和重建等。,(2) 水环境生态工程 美国在从属于不同水文周期的湿地,建立了利用香蒲等去除重金属,并进行复垦(Brown 1991) 。以蒲草为主的湿地处理煤矿含硫化铁酸性废水(Fennessy 1989)。德国建立了以芦苇为主的湿地处理废水的生态工程(1991)。 瑞典的 Stensund学院应用室内水生生物的生态工程,处理净化生活污水 (1991),应用伊乐藻和刚毛藻植物为主的人工生态系统去除过多的氮、磷(1993)。 荷兰调控湖泊中生物种类结构(食物链网上一些环节)比例的方法防治富营养化。 匈牙利应用中国传统的综
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