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恢复生态学与生态工程教学讲稿第一章 绪论（2学时）第一节 生态工程和生态技术1.1. 1生态工程和生态技术 Odum最早（1962）提出“生态工程”时定义为“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 马世骏定义为：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生态工程的目标就是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Mitsch1993年定义为：为了人类社会及其自然环境的利用，而对人类社会及其自然环境加以综合的且能持续的生态设计它包括开发、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、生物控制等目的我理解的生态工程：通过增加新的生物成员，调整生态系统的结构，建立起生态系统的某些功能，以自然能维持系统功能持续发挥，达到防治环境污染、提高经济收益的目的，实现持续发展欧美学者人为：生态工程就是生态技术中国学者人为：生态技术只是生态工程的一个环节。

生态工程是一门新兴学科1989年有中、美、丹、日等国生态学家合著的《Ecological enginerring: an introduction to ecotechnology》正式出版，系统地阐述了生态工程研究对象、理论方法及一些案例，标志生态工程成为一门学科生态工程核心是以自然的方式解决生态环境问题1.1. 2生态工程和环境工程环境工程这门学科是60年代建立起来的而在此之前几十年曾被称为“卫生工程”环境工程的目标很明确，就是利用一系列科学原理，去净化或防治环境污染环境工程已有一系列有价值的环境技术，如“曝气池法”、“氧化塘法”、“砂滤法”、“活性污泥法”等等而生态工程与其最大区别在于：生态工程考虑利用生态系统的自我设计特点，是有利于人类和自然两者的设计；生态工程的“工具箱”包括全世界能提供的所有生态系统、生物群落及物种现今，我们正面临自然资源日趋匮乏、人口不断增长以及环境连年恶化等世界性难题生态学家和环境学家们面临着严峻的挑战约20年前，曾有人为完全解决环境污染问题提出“零排放”，认为依靠环境技术是可以奏效的事实上，这是不可能的例如，我们在提供一种环境技术选择时，常常将污染物从一种介质(如空气)转移到另一种(如水)中去。

我们必须寻找另外的办法，以减少污染物的转移，同时保护我们的自然生态系统和非再生性资源再如环境工程不可能解决农业面源污染生态技术和生态工程提供了这样的思路，即利用自然生态系统无废弃物和物质循环等特点来解决污染问题同时，生态工程利用太阳能为基本能源，并保持或增加生态系统内部的物种多样性，而环境工程以化石能为基础能源，往往会改变或减少生态系统的生物多样性，如表1—1所示与环境工程和传统工程相比，生态工程是一类低消耗、多效益、可持续的工程体系生态工程与环境工程、生物工程和传统工程的比较传统工程环境工程生态工程生物工程基本单元自然系统、社会系统自然系统生态系统细胞基本理论工程学环境科学生态学遗传学细胞生物学基本能源化石能化石能太阳能化石能基本费用大量大量合理大量设计特点人为人为人类辅助下的自组织人为控制结构任意污染源有机体遗传结构与自然的关系破坏再污染协调、无污染干扰生物多样性减少改变保持或增加改变1.1. 3生态技术和清洁技术传统技术企业和高新技术企业在运营过程中，耗费大量的化石能，往往对环境造成污染为了减轻对环境的影响，在原有的工厂运作过程的基础上，加配污染物处理系统，如污水处理系统、大气二氧化硫处理系统等，最大限度地减少污染物的排放或污染物的零排放，这些污染治理技术成为清洁技术。

一般的清洁技术投入高、耗能大，其应用受到一定的限制生态技术，被认为是又一次产业革命的基础，是利用生态系统原理和生态设计原则，如物质多层次分级利用原理t种群匹配原理等，从工厂使用的原料开始，系统全面地对工厂的运作过程进行合理设计，做到既有可观的经济效益和社会效益，又将其对环境的破坏作用维持在最小的水平，甚至根本杜绝对环境的破坏第二节 生态恢复和恢复生态学的定义1.2.1恢复生态学的涵义美国自然资源委员会1995年认为：使一个生态系统恢复到较接近干扰前的状态即为生态恢复Jordan1995年认为：使生态系统恢复到先前或历史上（自然的或非自然的）的状态即为生态恢复Egan1996年认为：生态恢复是重建某区域历史上有的职务和动物群落，而且保持生态系统和人类的传统文化功能的持续性的过程以上这些定义都强调，受损生态系统要恢复到理想的状态才为生态恢复但实际上这种理想状态是很难实现的原因在于，不了解过去是什么，恢复时间太长，所需费用太高，等等国际恢复生态学会1995年定义为：生态恢复是帮助研究生态整合性的恢复和管理过程的科学，生态整合性包括生物多样性、生态过程和结构、及历史情况、可持续的社会实践等广泛的范围。

1.2.2 恢复生态学基本内容a自然因素及其作用与生态系统的响应机制自然因素从大的方面包括一些天文因素变异引起的全球环境变化以及地球自身的地质地貌过程和地球化学过程等，这些因素直接影响到陆地、水生生态系统格局的形成和变化，如全球环境的暖干化如果继续发展，达到一定的阂值就可能引起全球生态景观格局的根本变化但恢复生态学的研究一般更注重包括气候因素和土地因素在内的区域地域系统1．气候因素 任何生态系统都存在于具有一定区域特性的气候环境中，各气候因素，如，热量、光照、降水、风等随时都会对生态系统产生动态影响，因而，恢复生态学研究首先是要对区域气候因子及其动态有基本的了解，对它作用于生态系统的响应进行综合研究，这是恢复生态学的研究基础如，风对生态系统的作用是十分复杂的，风一方面有助于植物传粉及种子传播，另一方面也是风蚀、堆积引起生态系统退化的可能因素降水是植物水分补给的主要来源，但过多和集中的降水又是水力侵蚀引起生态退化的根本原因因而，气候因素对于生态系统退化的作用是极其复杂的，必须在综合分析研究的基础上，才能了解其综合作用机制和过程对于恢复生态学研究的另一方面生态恢复来说，气候因子是物种选择、配置、目标生态系统确定及其演进、稳定的主要影响因子。

同时气候因子不仅是动态变化的，而且其各因子之间又相互影响，存在着复杂的关系，因而其作用于生态系统的机制更为复杂，这也是恢复生态学需要研究的一个方面2．土地因素 土地因素包括土壤和地形两个方面，土壤作为生态系统构成的一部分，是生态系统中生物群落赖以生存的基础，可指示生态环境之顺向或逆向演变土壤的特性直接影响生物区系构成及生物群落的结构，它与生态系统的演变有互为因果的关系，一方面，土壤理化性状变化引起生物群落的变化，另一方面，生物群落变化也引起土壤理化性状的变化，虽然它们之间存在时间周期上的差异性，但它们之间的关系是协同变化的虽然我们不能鉴别二者之间谁影响谁，但大多数恢复生态学研究者认为，在生态退化过程中，如果仅仅是植物群落的退化，生态系统会很快复原土地因素的另一方面为地形，地形主要通过高度、坡向与坡度影响生物因素，包括生物区系、群落构成等同时，地形因素也是恢复生态学中生态恢复工程技术体系与生物配置体系的一个重要因素 地域系统中各自然因素对生态系统的影响不仅是复杂的，而且通过各因素之间的相互作用、相互影响而产生综合作用过程，其对生态系统的作用机制远比我们了解的复杂得多，因而作为恢复生态学研究的内容之一，在研究过程中应重视其复杂性和影响的多向性。

b人为因素对生态系统的作用过程与机制人类即是生态系统的利用者和破坏者，又是生态恢复工作中生态系统的设计者和缔造者，因而，恢复生态学研究更关注人与自然的相互作用机制普遍认为，在生态系统退化过程中人为干扰是不容忽视的人为因素主要包括人类社会中所发生的一系列的社会、经济、文化活动或过程，如工农业活动、城市化、商业、旅游、战争等，人为干扰往往叠加在自然干扰之上，共同加速生态系统的退化人为干扰对生态系统的影响表现在生态系统动态的各个方面首先，某些干扰如人口过度增长、人口流动等对生态系统或环境形成静态和动态压力，通过对生物个体的综合影响，进而引起种群的年龄结构、大小和遗传结构以及群落的丰富度、优势度及结构的改变，同时，也可直接破坏或毁灭环境和生态系统中的某些组分，造成系统短缺和某些生态系统过程或生态链断裂，甚至导致整个生态系统崩溃而在生态恢复过程中，仅通过解除干扰、附加以生物、生态及工程技术和方法，是人类对生态系统的贡献因而，恢复生态学研究更注重人与自然和谐关系的建立，注重人为干扰的类型、程度对生态系统退化过程影响机理的研究c生物群落与生态系统演替机制任何生态系统都具有特定的生物群落，生物群落由不同的植物、动物、微生物种群构成各自独立又相互联系的生物群落，各生物群落中存在食物链关系。

如植物群落利用光能和无机盐及C02合成最初的有机物质，而动物直接利用或间接利用这些有机物为食物，进行动物性生产，微生物使植物产品和动物产品分解为植物所需物质回到土壤或大气，就这样周而复始地进行生物层面的循环 恢复生态学在生物群落层次研究的主要内容有：①土壤恢复中微生物的重要性及其作用；②植物群落演替的内在机理，包括物种的个体竞争、互生、共生作用及其相互作用机制，生物生态位理论及其在生态恢复工作中的运用等；⑦动物群落的种群、行为生态学及其在甥态恢复中的作用，物种的多样性及濒危动物的保护等 从生态系统层面上，针对生态系统退化和生态恢复进行不同层次的研究，生态系统研究是恢复生态学研究最主要的一个方面主要有：(1)生态系统结构(包括生物空间组成结构、不同地理单元与要素的空间组成结构及营养结构等)、功能(包括生物功能，地理单位与要素的组成结构对生态系统的影响与作用，能流、物流与信息流的循环过程与平衡机制等)以及生态系统内在的生态学过程与相互作用机制；(2)生态系统的稳定性、多样性、抗逆性、生产力、恢复力与可持续性；(3)先锋与顶级生态系统发生、发展机理与演替规律；(4)不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响应机制；(5)生态系统退化的景观诊断及其评价指标体系；(6)生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测；(7)生态系统健康；(8)退化生态系统恢复与重建的关键技术；(9)生态系统结构与功能的优化配置与重构及其调控技术；(10)物种与生物多样性的恢复与维持；(11)生态工程设计与实施技术；(12)环境规划与景观生态规划技术；(13)典型退化生态系统恢复的优化模式试验示范与推广。

第三节 生态工程的研究简史1、 国外生态工程研究进展1．国外农业生态工程研究进展 从本世纪30年代起，大型农业机械的出现，化学工业的飞速发展，以及农业生物技术，尤其是新品种的不断涌现，使西方发达国家的农业劳动生产率大大提高，农畜产品也大幅度增加这种以开发化石能源及工业技术装备为特征的农业为集约化农业，它在60年代达到鼎盛时期但进入70年代后，随着集约化农业的普遍推行，其自身的问题逐渐暴露出来，这些问题包括：①能耗高，随着石油大规模涨价而表现为农田能量投入产出比值下降；②加剧了土地资源的衰竭，特别是水土流失、风蚀和地下水过量开采等；⑧动植物品种上的单一和结构上的单调，加重了病虫害和杂草的发生和蔓延；④大量化学物质的投入造成土壤、水体和农产品严重污染这些问题不但影响到农业生产条件的维持能力，还威胁到农产品持续供应的可能性。