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基础生态学课程论文
基础生态学课程论文
——生态工程的研究与运用
班级:
农村区域发展201401
小组成员:
李易玲20144846
刘欣悦20144879
刘嘉昕20144886
毛莉20144837
叶晓翠20144889
生态工程的研究与运用
摘要:
在经济高速发展的时代里,全球却正在面临着不同程度的生态与环境危机,生态工程与技术也因需求而产生并不断发展,被大范围地运用于生态环境保护中。
在不断的实践与探索中取得了一定的成果。
本文从解决我国所面临的生态问题出发,把所学基础生态学知识和构建生态工程的思想原理相联系,结合具体生态工程实例,追本溯源,认识到生态工程的构建历程,剖析出其基本思想,总结学习经验,并从中不断增强了我们对生存环境的危机意识和责任感。
关键词:
生态工程生态问题
一、生态工程
(一)生态工程起源
生态工程起源于生态学的发展与应用,至今不过50年的历史。
60年代以来,全球面临的主要危机表现为人口激增、资源破坏、能源短缺、环境污染和食物供应不足,表现出不同程度的生态与环境危机。
所有这些问题都进一步孕育、催生了生态工程与技术,它对解决实际社会与生产中所面临的各种各样的生态危机产生积极作用。
(二)生态工程概念
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。
(三)生态工程的基本原理
生态工程是从系统思想出发,生态工程的基础形成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,运用现代科学技术成果、现代管理手段和专业技术经验组装起来的,以期获得较高的经济、社会、生态效益的现代农业工程系统,达到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,实现经济与生态效益同步发展。
二、生态工程设计
(一)设计总原则
生态工程的设计和实施要按照生态工程的原理,特别是整体、协调、自生、循环、因地制宜原理,以生态系统自组织、自我调节功能为基础,在少量人类辅助能的帮助下,充分利用自然生态系统功能的过程。
(二)设计原则
1、因地因类制宜原则
因地制宜原则,是紧紧围绕当地的自然、社会和经济条件进行生态工程设计的基本原则。
生态工程的基础是生态系统的合理运行,而生物种群是生态系统的核心,生物的分布、生存、生活和繁育,不可避免地受到其自然环境条件,如温度、营养、土壤、光照、水分等条件的制约.也受到当地土著生物的制约。
2、生态学原则
西方的生态工程设计原理主要根据自我组织理论,以回归自然为主,人为的干预仅是提供系统的一些组分间匹配的机会,其余则由系统本身的自我组织、自我调节去完成。
而中国生态工程的设计,则是根据生态工程的整体、协调、自生、及再生良性循环等理论,多方面人为干预,按预期目标,因时因地制宜地调整复合生态系统结构和功能;联结原本无直接联系的不同成分和生态系统形成互利共生网络;分层多级利用物质、能量、空间、时间;促进系统良性循环,以达到经济、生态和社会的综合效益。
3、适当输入辅助能原则
无论中国的生态工程,还是西方的生态工程,主要能源均是太阳能。
而适当地输入辅助能,可以人为改变生态系统的网络结构,增加反馈机会,提高生态系统主要能流途径的效率,同时,也可以获得多种经济产品。
比如,中国西北的草方格与固沙;珠三角的桑基鱼塘;高寒地区农田薄膜覆盖等。
4、再生循环及商品生产原则
西方生态工程以环境保护为主,虽然也应用与发挥再生与循环的作用,但一般不注重生产商品或可利用的原料,即使生产一些,也非绝对必要的。
5、生物多样性原则
中国生态工程中,生物多样性往往是高的,因为要求充分利用各类生态位和多层分级利用物质,就必须保护与增加生物种类。
而在西方由于目标单纯,生物多样性往往较低。
现在西方正吸收中国在这方面的经验,在生态工程中注意保存与增加生物多样性和食物链网的复杂性。
6、环境的时间节律与生物的机能节律原则
环境因子与生物的机能都不是一成不变的,这种变化规律十分明显,对环境因子来讲这种方式称之为环境因子的时间节律,对生物的机能变化称之为生物的机能节律或称为“律动”。
7、生物种群选择原则
生态工程是一种目的性极强的工程项目,生物种群选择的原则一般有两条:
(1)根据生态工程建设的主要目的来选择。
同时,在保证主要目的的原则下尽量考虑其它对人类有益的作用,也就是常讲的多功能;要尽量选择兼有其它功能的种群。
(2)根据工程所处自然环境特征来选择。
选定适生种,这就是常说的“因地制宜”。
8、种群匹配原则
种群过分简单,是农田、人工林等人工生态系统稳定性很差的关键原因。
目前,复合群体的应用已为很多人所接受并显示出良好的结果。
因此,当一项生态工程的主要种群选定后,如何匹配次要种群本身就成为一门技术。
(三)生态工程设计路线
1、生态工程设计的逻辑:
拟定目标,背景调查
2、模型分析与模拟
根据拟定的目标和收集的数据,构建合适的数学模型。
通过模型的运算,评价所选的模型类型和数据集是否合适,在模型和数据集合适的基础上,通过运算,找出关键组分和关键因子,找出系统各组分间的物质和能量的流通规律以及流通率变化对系统的潜在压力和影响效应,找出组分的灵敏性和系统平衡及稳定能力,找出反馈作用的强度和效应等等。
结合定性研究,评价和分析系统的整体行为特征和发展趋势,并进行综合评价。
3、工程可行性评价
生态系统模型提供了复合生态系统的静态特征和动态变化性质,是生态工程可行性分析或决策分析的基础。
通过可行性评价和决策分析,可以为管理和政府部门提供在不同社会、经济和自然资源条件下,生态工程实施的多条途径。
从而,使经济效益、生态效益和社会效益达到最高,复合生态系统稳定性和存活进化的机会最大,系统恶化的风险最小。
三、我国生态环境问题
目前,由于人们对于经济效益的热衷和对金钱的崇拜,世界范围内自然生态平衡逐渐被打破,以破坏环境来换取表面上的经济增长的现象随处可见。
这一现象在中国尤为严重,我国的环境形势不容乐观。
我国生态环境的基本状况是:
总体在恶化,局部在改善,治理能力远远赶不上破坏速度,生态赤字逐渐扩大。
经相关调查研究,目前我国存在的生态问题主要有以下几个方面。
(一)耕地面积急剧减少
我国土地广袤、幅原辽阔,国土总面积约960万平方千米,但是可耕地资源十分有限。
当前,我国人均耕地面积约为778平方米,不及世界人均耕地的三分之一。
改革开放以来,我国耕地面积急剧减少。
实施《土地管理法》之后,耕地减少速度趋缓,但仍为减少趋势。
耕地面积减少的原因多种多样,其中建筑占地最为严重,包括住房、工厂等的修建。
在很多农村地区,出现了荒村或者是“村中荒”现象。
荒村现象大多是由于整村迁移导致的。
“村中荒”则是由于宅基地外要导致的,村子面积不断扩大,但村中间的老宅或倒塌、或用来放置废弃物品。
这些都体现了农村建设规划的不科学、不合理。
其次是铁路、高速公路等基础设施的建设占地。
例如青藏铁路的修建,不可避免的占用了部分耕地资源。
(二)土地沙漠化日趋严重
我国目前有沙漠化土地约7.1×105km2,占国土面积的7.4%;戈壁面积5.7×105km2,占国土面积的5.9%。
更为严重的是,我国沙漠化土地每年正以2.1×103km2的速度扩展,相当于每年减少两个香港的土地。
政府虽然实施了相关政策,如退耕还林,但效果微乎其微。
土地沙漠化现象在我国西北地区尤为突出,这些地区原本就处于干旱和半干旱的脆弱生态环境之下,由于缺水,动植物多样性不像其他地区那么丰富。
再加上人类的过度开发,如伐木毁林,破坏了生态平衡,从而导致土地肥力下降、质量退化,最终变成沙漠。
可以说我国土地沙漠化主要是由于过度的人类活动引起的。
(三)森林资源缺乏且急剧减少
经统计,在世界160个国家或地区中,我国森林覆盖率位居第120位,人均占有林地面积位居第128位。
可见,我国森林资源极度缺乏,是世界森林资源最少的国家之一。
森林资源的缺乏给我们的生产生活带来了极大的不便,同时也阻碍了我国经济的可持续发展。
森林资源缺乏、林地面积急剧减少是由于人类过度的伐木开垦、毁林造田,以及火灾、病虫害等原因引起的。
森林面积的减少同时也加剧了水土流失、土地沙漠化等灾害。
(四)水土流失日益加重
水土流失是我国土地资源遭到破坏的最常见的地质灾害,以黄土高原地区最为严重。
我国水土流失面积达150万平方公里,每年流入江河的泥沙量约为50亿吨,属于世界水土流失十分严重的国家之一。
造成我国水土流失严重的原因有两个方面,自然原因和人为原因。
从自然方面来看,主要有多山,土质疏松,垂直节理发育,易冲刷;降水集中,多暴雨,冲刷力强;植被稀少,对地面的保护性差,易造成水土流失。
从人为方面来看,主要有乱砍滥伐,植被破坏严重;不合理的耕作制度;开矿及其他工程建设对生态环境的破坏等。
(五)淡水资源严重缺乏
我国是一个淡水资源奇缺的国家。
虽然我国的淡水资源总量为28000亿立方米,占全球水资源的6%,名列世界第四位,但是我国拥有十三亿人口,若按人均计,约为世界人均水量的1/4。
我国淡水资源奇缺的原因主要有两个方面,一是自然因素,我国水资源时空分布不均衡,总体而言,南多北少、东多西少,夏秋多春冬少,这导致有些地区水灾频发,有些地区又极度干旱。
二是人为因素,我国国民惜水、节水意识薄弱,节水措施不到位,这导致水资源浪费现象随处可见。
(六)生物多样性不断减少,大量物种面临灭绝
我国是世界上生物多样性最丰富的国家之一,然而,近年来我国生物多样性成骤减趋势,且大量物种面临灭绝的威胁。
生物多样性的减少,同时也使生态平衡遭到严重破坏。
我国生物多样性骤减的原因多种多样,主要包括以下几个方面:
物种生存环境的改变与破坏,人类掠夺式的开发与利用,环境污染,外来物种的入侵或不合理的引种等,此外人类非法收集、采挖、走私等行为也会造成生物多样性的减少。
(七)各种污染严重
在我国,各种污染日趋严重,包括大气污染、水污染、光污染、噪音污染、土壤污染、固体废弃物污染等等。
其中,水污染和大气污染尤为严重。
改革开放以来,我们把经济建设作为一切工作的中心和重心,为了追求经济增长,大肆发展第二产业,人们长期只片面的注重经济效益而置社会整体效益于不顾,先污染后治理曾是我们一度采用的发展策略。
这种粗放式的发展模式不仅带来的是没有发展的增长,同时给生态环境造成了巨大的破坏,严重威胁到人们的生存与发展。
四、理论与实践
在生态系统演替过程中,有两种基本功能在起着重要作用,一是通过生物或子系统间相互协调形成的合作共存、互补互惠的共生功能;另一个是以多层营养结构为基础的物质转化、分解、富集和循环再生功能。
这两种功能的强弱决定了生态系统的兴衰及其稳定性。
生态系统动态过程中,通常包含复杂的物理作用、化学作用和生物作用;其中生物起着传递者、触媒乃至建造者的作用。
生物在长期演化和适应过程中,不仅建立了相互依赖和制约的食物链联系,而且由于生活习性的演化形成了明确的分工,分级利用自然提供各种资源。
正是由于这种原因,有限的空间内才能养育如此众多的生物种类,并可保持相对稳定状态和物质的持续利用。
把自然生态系统中这种高经济效能的结构原理应用到人工生态系统中,设计和改造工农业生产工艺结构,促进系统组分间的再生和共生关系,疏通物质能量流通渠道,开拓资源利用的深度及广度,减少对外部“源”和“汇”的依赖性,促进环境和经济持续稳定发展,是生态工程的基本目标。
由于近些年来生态问题的不断扩大化,国民生态环境保护意识的不断增强,人们都在积极寻找方式来改善这样的形势,走理论与实践相结合的方式,不仅仅只是在纸上空谈。
我国城乡建设中出现了各种不同类型的生态工程雏形和具体生态工程实例。
(一)生态工程雏形
1、物质能量的多层利用工程
模拟不同种类生物群落的共生关系,包含分级利用和各取所需的生物结构,如利用秸秆生产食用菌和蚯蚓生态工程设计。
秸秆经过糖化过程制成家畜喜食的饲料,再用家畜排泄物及残渣来培养食用菌;生产食用菌后的残余菌床又可用以繁殖蚯蚓,或与无毒有机废物及生活污水混合以生产沼气;最后把利用后的残物返回农田,这样就可以分级地充分利用其中的能量。
这种分级利用的工艺不但可生产食用菌和蚯蚓及沼气,还可以充分发挥秸秆的肥效。
2、桑基鱼塘的水陆交互补偿工程
桑基鱼塘(或蔗基鱼塘)是中国广东农家行之有效的多目标生产措施。
桑树通过光合作用生成有机物质桑叶,桑叶饲蚕,生产出蚕蛹及蚕丝(加工工艺中的物质转化),桑树的脱落物蚕沙施用到鱼塘,经过鱼塘内另一食物链过程,转化为鱼。
鱼的排泄物及其未被利用的有机物沉积于塘底,经底栖生物分解后可成为桑树的肥料,返回桑基。
这种交互补偿水陆物质的方式,广泛适用于沼泽及低湿地区。
3、工业城市废物再生利用工程
工厂排出的余热,燃料释放的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物以及某些加工工业废液中的重金属,是广泛存在的污染环境的污染物。
回收和净化此类物质,是城市建设及工业建设必须重视的社会问题。
利用工厂余热(包括气热及水热)作为冬季住房的热源,已在许多城市实行。
如能根据热系数,在工厂附近建造不同温梯度的温室,便可利用余热培植各种作物;作物的一部分制成饲料,饲养禽畜;禽畜排泄物施于农田或园林。
而环境中林木还可吸收工厂燃料所产生的二氧化碳以及其他一些气态的及存在空中悬浮的废物。
这种兼顾生产和环境保护的工艺,当做到基本不排污时,称为无污染工艺;若干这种工艺所构成的工程体系,称为无污染工程。
另外,不少种陆生和水生生物可以吸附和富集某些微量金属物质,因而可以用作回收某种微量元素的活介质。
4、区域污水多功能的自净系统
在结构复杂的自然生态系统中,往往同时在进行物质的富集与扩散、合成与分解、颉颃与加成等多种调控过程。
在正常情况下,自然生态系统内部不易出现由于某种物质过度积累而造成的死亡,这是由于系统内具备自我解毒的机制(微生物)和解毒工艺过程(物理的、化学的作用过程)。
即使由于某种物质积累破坏了系统的原来结构,也会出现适应新情况的生物更新。
模似这种复杂功能的工艺体系是今后解决和防止工业污染以及实现废水资源化的有效途径,是系统生态原理在环境保护中的应用,这种生态工程包括相互交错的食物链及三个方向的物质流与能流以及不同性质的输入与输出。
5、多功能的农工商联合生产体系
把生态系统通过一定的网络结构和自调节功能而实现物质循环不已和生物生生不息的原理,应用到以农产品为原料的加工工业中,使农工业产品(包括副产品)在农工商发展中相互补偿原料,以保持该地区稳定的生产体系,减少废物,防止污染,并改善农村生态环境。
农工商联合生产体结构模式应包括农、林、牧、副、渔业等一定范围的居民点设施;农、林、牧、渔、副业等的产品数量和加工工业的范围应与当地人口及计划产值保持相应的比例。
此类型的农工商联合生产有机体系可作为现代化农村建设的模式之一。
(二)具体生态工程案例
1、三北防护林
三北防护林的建设规模之大、速度之快、效益之高均超过美国的“罗斯福大草原林业工程”、前苏联的“斯大林改善大自然计划”和北非五国的“绿色坝工程”,在国际上被誉为“中国的绿色长城”、“世界生态工程之最”。
1987年,作为这项生态工程主管单位的国家林业局三北防护林建设局,被联合国环境规划署授予“全球环境保护先进单位”奖章。
1989年,邓小平同志为三北防护林体系工程亲笔书写了“绿色长城”的题词。
三北防护林在保护好现有森林草原植被基础上,采取人工造林、飞机播种造林、封山封沙育林育草等方法,营造防风固沙林、水土保持体、农田防护林、牧场防护林以及薪炭林和经济林等,形成乔、灌、草植物相结合,林带、林网、片林相结合,多种林、多种树合理配置,农、林、牧协调发展。
在风沙治理方面,从新疆到黑龙江的风沙危害区营造防风固沙林1亿多亩,使20%的沙漠化土地得到有效治理,沙漠化土地扩展速度由20世纪80年代的2100平方公里下降到1700平方公里。
辽宁、吉林、黑龙江、北京、天津、山西、宁夏等七省(自治区、直辖市)结束了沙进人退的历史,沙漠化土地每年481平方公里,拓宽了沙区广大人民的生存地区。
重点治理的科尔沁、毛乌素两大沙地森林覆盖率分别达到20.4%和29.1%,不仅实现了土地沙漠化逆转,而且进入综合治理、综合开发的新阶段。
赤峰市治理开发沙地2100万亩,占沙化土地的58%;榆林沙区森林覆盖率已由1977年的18.1%上升到38.9%,沙化土地治理度达68.4%。
在森林资源方面,三北防护林体系建设使三北地区的森林资源快速增长,木材及林产品产量不断增加,改变以过去缺林少木的状况。
民用材自给有余,而且由于木材产量的增加也带动了木材加工业和乡镇企业、多种经济的发展。
“四料”俱缺的状况已有很大改变,特别是已建成了1870万亩薪炭林,加上林木抚育修枝,解决了600万户农民的燃料问题。
营造的牧防林保护了大面积草场,营造的7500万亩灌木林和上亿亩杨、柳、榆、槐树的枝叶为畜牧业提供了丰富的饲料资源,三北地区牲畜存栏数和畜牧业产值成倍增长。
在农区防护林方面,农田防护林作为改善农业生产条件的一项基础设施,始终放在三北防护林体系优先发展的地位,共营造农田防护林3600多万亩,有3.23亿亩农田实现的林网化,占三北地区农田总面积的65%。
平原农区实现了农田林网化,一些低产低质农田变成了稳产高产田。
三北地区的粮食单产由1977年的118公斤/亩,提高到2007年的311公斤/亩,总产由0.6亿吨提高到1.53亿吨。
2、小流域生态治理工程——甘肃陇南县“九子登科”模式
山顶戴帽子:
封山育林。
山腰系带字:
还林还草,发挥林草拦蓄作用,减少径流。
坡地修台子:
坡耕地改梯田种植作物。
地埂锁边字:
地埂种植经济作物。
荒地荒沟栽苗子:
在荒山、荒沟、荒坡地建薪柴林。
山脚种果子:
果园
沟底穿靴子:
修建坝、堤,拦蓄泥沙,减少三体的崩塌和滑坡。
见缝插针钉扣子:
利用零星地种果。
秋田盖罩子:
覆盖地膜等保土耕作措施。
3、湿地生态恢复工程——江西鄱阳湖湿地生态恢复工程
我国历来人多地少,围湖造田,种植农作物,以生产更多的粮食。
片面强调经济发展,没有认识到湖泊的巨大生态调节功能。
退耕还湖包括退耕地为湖区。
湖区上游以及湖区周围的生态环境保护工作,更重要的是原耕地上居民的迁移,要解决迁出居民的生活和就业等问题,这是退耕还湖工程的主要困难。
4、矿区废弃地的生态工程——赤峰市元宝山矿区生态恢复工程
恢复植被的措施:
矿区土壤条件恶劣,不适宜农作物的生长,因此代之适应性强,耐旱的灌木、草和树。
合理筹划养殖肉牛的数量:
首先要考虑到牧草的产量,以草定畜;更重要的是要考虑到土地对粪肥的承载力,要保持在承载力范围以内,以免养殖规模过大,粪肥数量巨大而造成新的污染。
5、城市环境生态工程——城市绿化、污水净化和废弃物处理等综合治理
减少汽车尾气和汽车噪音污染的措施:
制定法律法规,禁止市区内鸣笛,禁止使用含铅汽油,鼓励使用电力、天然气等无污染能源的新型汽车,以及对其的研究和应用等。
解决城市水污染问题的措施:
减少或禁止工厂的污水排放,进行污水净化回收利用。
实行雨水和污水分流。
每一个城市居民都应该树立节水意识。
宣传节水的意义,家庭生活中应该使用无磷洗衣服和洗涤剂,制止或减少生活中的水污染行为。
五、联想与探讨
(一)了解到我国当前所面临的生态问题,有利于我们在生活中的每一件小事上约束完善自己
(二)争强了爱护我们生存环境的危机意识和责任感
(三)了解了构建生态工程的基本思想,即注重整体性、系统性、协调性、可持续发展性
(四)更好的运用基础生态学所学的知识
(五)能够跳出课本,激活思维,拓宽视野
六、参考文献
【1】王如松《生态与农村环境学报》,2001
(1)
【2】周跃《应用生态学报》,2004(12)
【3】郑光美,王勇《生物多样性》,2012
【4】杨森山《生态与环境》,2002
【1】《生态工程研究进展》汪敏2004
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