1、生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室参考书目：参考书目：生态工程，云正明等著，1998.08第1版；生态工程原理与应用，由文辉编著，1998.09第1版；环境微生态工程，李雪驼编著，2003.08第1版；农业生态工程基础，李维炯 等主编，2004.09第1版；热带农林复合生态工程，胡耀华等编著，2006.12；生态恢复与生态工程技术，冯雨峰，孔繁德主编，2008.8湿地生态工程湿地资源利用与保护的优化模式，安树青主编，2003.01第1版。教材：教材：实用生态工程学环境生态修复工程环境生态修复工程第第
2、1讲讲 生态工程导论生态工程导论徐大勇徐大勇 2013.02生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室内容提要内容提要1、环境问题的生态学审视（包括面临的环境问题和生态学审视，即生态工程研究背景）；2、生态工程的定义及其研究内容和目的；3、生态工程与环境工程及生物工程的区别；4、生态工程的应用前景。生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的生态学审视环境问题的生态学审视1.1.1 面临的环境问题面临的环
3、境问题正像阿西摩夫的预言正像阿西摩夫的预言“如果地球人口继续像现在这样每过如果地球人口继续像现在这样每过35年就年就增加增加1倍到倍到3550年，人类机体的总质量就会等于地球的质量年，人类机体的总质量就会等于地球的质量”。生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的生态学审视环境问题的生态学审视1.1.1面临的环境问题面临的环境问题根据世界自然基金会发表的报告，从根据世界自然基金会发表的报告，从l 970-1995年，地球自然资源年，地球自然资源损失损失1/3，淡水生态系统指数淡水生态系统指
4、数25年中降低年中降低50，海洋生态系统指数海洋生态系统指数下降下降30，而世界森林覆盖率而世界森林覆盖率25年内则下降了年内则下降了10，自然资源的自然资源的消费压力每年以消费压力每年以5的速度递增。的速度递增。二战后地区性环境问题成为全球性环境问题，简单问题变成了复二战后地区性环境问题成为全球性环境问题，简单问题变成了复杂问题。杂问题。这些问题包括气候变化（温室效应）、臭氧层破坏、森林破坏与这些问题包括气候变化（温室效应）、臭氧层破坏、森林破坏与生物多样性减少、大气及酸雨污染、土地荒漠化、国际水域与海生物多样性减少、大气及酸雨污染、土地荒漠化、国际水域与海洋污染、有毒化学品污染和有害废物越
5、境转移等。洋污染、有毒化学品污染和有害废物越境转移等。生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室温室效应温室效应1.1 环境问题的生态学审视环境问题的生态学审视生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的生态学审视环境问题的生态学审视酸雨酸雨生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的生态学审视环境问题
6、的生态学审视大气污染（大气污染（PM2.5）生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的生态学审视环境问题的生态学审视臭氧层破坏和损耗臭氧层破坏和损耗生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的生态学审视环境问题的生态学审视水资源危机水资源危机生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的
7、生态学审视环境问题的生态学审视土地土地荒漠荒漠化和化和污染污染生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的生态学审视环境问题的生态学审视生物多样性生物多样性减少减少生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的生态学审视环境问题的生态学审视1.1.2 生态学审视生态学审视列子列子天瑞天瑞中说：中说：“杞国有人忧天地崩裂，身亡所寄，废寝食者杞国有人忧天地崩裂，身亡所寄，废寝食者”。1972年，
8、罗局俱乐部一群年，罗局俱乐部一群“现代杞人现代杞人”，在世界财富高度增长的年代，在世界财富高度增长的年代，发表了发表了增长的极限增长的极限一书，给还陶醉在高增长和高消费的西方发达一书，给还陶醉在高增长和高消费的西方发达国家提出了严厉的警告。书中开篇第一句却是引用中国古代智者韩非国家提出了严厉的警告。书中开篇第一句却是引用中国古代智者韩非子的名言：子的名言：“今人有五子不为多。子又有五子，大父末死而有二十五今人有五子不为多。子又有五子，大父末死而有二十五孙。是以人民众而货财寡，事力劳而供养薄孙。是以人民众而货财寡，事力劳而供养薄”。韩非子死后，西方一个叫马尔萨斯的经济学家在韩非子死后，西方一个叫
9、马尔萨斯的经济学家在1798年出版了著名的年出版了著名的人口论人口论，他认为：人口是按几何级数增长的，如，他认为：人口是按几何级数增长的，如1、2、4、8、16、32、64、，而食物是按算术级数增长的，如，而食物是按算术级数增长的，如1、2、3、4、；、；、6、7、几代之后，粮食供给与需求差距急剧增大，于是产生疾病、瘟、几代之后，粮食供给与需求差距急剧增大，于是产生疾病、瘟疫，甚至战争，导致人口锐减。疫，甚至战争，导致人口锐减。增长的极限增长的极限生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的
10、生态学审视环境问题的生态学审视 根据罗根据罗马俱乐部发布的著名世界模型预测；如果现有系统没有重大变马俱乐部发布的著名世界模型预测；如果现有系统没有重大变化，人口和工化，人口和工业的增长，最迟在下一个世纪内停业的增长，最迟在下一个世纪内停止。即使科学有重大止。即使科学有重大进步：核动力会使可以利用的资源储藏量翻一番，进步：核动力会使可以利用的资源储藏量翻一番，75%的资源获得循的资源获得循环利用，污染减少到环利用，污染减少到1970年的年的1/4，土地产量翻一番，生育得到控制。，土地产量翻一番，生育得到控制。整个世界最后的命运仍然是：当资源枯竭，污染积累、粮食生产下降整个世界最后的命运仍然是：当
11、资源枯竭，污染积累、粮食生产下降时、工业的增长停止，死亡率上升。时、工业的增长停止，死亡率上升。增长的极限增长的极限生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的生态学审视环境问题的生态学审视 1978年，苏联的索恰瓦在年，苏联的索恰瓦在地理系统学说导论地理系统学说导论中提出中提出“人类与自然人类与自然共同创造共同创造”的思想。这赋予自然改造以新的意义，把与自然对立转变的思想。这赋予自然改造以新的意义，把与自然对立转变为同自然合作。为同自然合作。1980年，英国的本耐特和乔利合著的年，英国的本
12、耐特和乔利合著的环境系统环境系统中专门阐述了人与中专门阐述了人与自然共生的意义。即，当人类对长时间大范围及大规模物质与能量调自然共生的意义。即，当人类对长时间大范围及大规模物质与能量调节无能为力是，可通过共生来对环境系统进行干预，使人类社会与自节无能为力是，可通过共生来对环境系统进行干预，使人类社会与自然环境互为有利。然环境互为有利。同年，美国的托夫勒在同年，美国的托夫勒在第三次浪潮第三次浪潮一书中提出，强调人与自然和一书中提出，强调人与自然和睦相处，可以改变以往的对抗状况。睦相处，可以改变以往的对抗状况。1983年，荷兰的乌英克也指出，同自然合作比同自然对立较为有利并年，荷兰的乌英克也指出，
13、同自然合作比同自然对立较为有利并常常是更为有效的。常常是更为有效的。生态学思考生态学思考生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.1 环境问题的生态学审视环境问题的生态学审视 生态学思考使我们认识到：如果人类与自然只有生态学思考使我们认识到：如果人类与自然只有寄生关系寄生关系，终将导致全，终将导致全球的温室效应，热带雨林的破坏、臭氧层的空洞，使得生态物种的生存球的温室效应，热带雨林的破坏、臭氧层的空洞，使得生态物种的生存空间大幅缩减，进而造成其他物种的灭绝。最终人类也无法生存。空间大幅缩减，进而造成其他
14、物种的灭绝。最终人类也无法生存。因此，维持地球生物多样性与完整性及自然环境的相互作用关系对人类因此，维持地球生物多样性与完整性及自然环境的相互作用关系对人类生存而言是极为重要的，人类无法复制一个类似地球的环境，所以更加生存而言是极为重要的，人类无法复制一个类似地球的环境，所以更加要去保护，并将寄生的心态转为与地球要去保护，并将寄生的心态转为与地球共生的关系共生的关系。而这正是近年来绿色建筑、环境共生、而这正是近年来绿色建筑、环境共生、生态工程生态工程方法产生和被高度提倡方法产生和被高度提倡的原因。的原因。生态工程的产生生态工程的产生生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化
15、学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.2 生态工程的定义及其研究内容和目的生态工程的定义及其研究内容和目的1962年年奥奥德德姆姆（H.T.Odum）定定义义生生态态工工程程为为“由由人人类类用用少少量量的的能能源源对对环环境境进进行行熟熟练练操操纵纵以以控控制制那那些些主主要要是是由由自自然然能能源驱动的系统源驱动的系统”。1983年年奥奥德德姆姆提提出出新新的的生生态态系系统统设设计计工工程程的的概概念念，认认为为“生生态态工工程程属属于于自自组组织织的的应应用用系系统统领领域域，是是对对自自然然的的管管理理，是同自然合作最好的术语是同自然合作最好的术语”
16、密密奇奇（W.J.Mitsch）定定义义生生态态工工程程为为“人人类类社社会会同同自自然然环环境境合合作作进进行行的的对对双双方方都都有有利利的的设设计计”。“它它是是应应用用数数量量方方法法和和我我们们的的基基本本科科学学方方法法对对自自然然环环境境进进行行设设计计的的工工程程；它它也是以生态系统的自我设计作为基本工具的也是以生态系统的自我设计作为基本工具的”。1.2.1 定义定义生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1993年年Mitsch把把原原来来的的生生态态工工程程定定义义修修改改为为“为为
17、了了人人类类社社会会及及其其自自然然环环境境的的利利益益，而而对对人人类类社社会会及及其其自自然然环环境境加加以以综综合合的的而而且且能能持持续续的的生生态态系系统统设设计计。它它包包括括开开发发、设设计计、建建立立和和维维持持新新的的生生态态系系统统等等一一系系列列工工程程，如如污污水水处处理理（水水质质改改善善）、地地面面矿矿渣渣及及废废弃弃物物的的回回收收、海海岸岸带带保保护护等等，以以期达到生态恢复、生态更新、生物控制等目的期达到生态恢复、生态更新、生物控制等目的”。尤尤尔尔曼曼（Uhlmann）强强调调了了生生态态工工程程的的技技术术性性，认认为为“生生态态技技术术是是费费用用最最少
18、少和和对对环环境境损损害害最最小小的的具具有有生生态态系系统统管管理理意意义义的的应应用用技技术术”，并并认认为为“生生态态技技术术与与生生态态工工程程是是同同义义语语”（1992）。）。1.2 生态工程的定义及其研究内容和目的生态工程的定义及其研究内容和目的生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室早早在在20世世纪纪50年年代代，我我国国著著名名生生态态学学家家马马世世骏骏就就提提出出生生态态工工程程这这一一名名词词，并并于于1983年年提提出出“模模拟拟生生态态系系统统原原理理而而建建成的生产工艺体系
19、即生态工程成的生产工艺体系即生态工程”。在在1984年年给给生生态态工工程程下下了了更更为为明明确确的的定定义义：“生生态态工工程程是是应应用用生生态态系系统统中中物物种种共共生生与与物物质质循循环环再再生生原原理理，结结构构与与功功能能协协调调原原则则，结结合合系系统统分分析析的的最最优优化化方方法法设设计计的的促促进进分分层层多级利用物质的生产工艺系统多级利用物质的生产工艺系统”。1.2 生态工程的定义及其研究内容和目的生态工程的定义及其研究内容和目的生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室生生态态工
20、工程程可可定定义义为为：应应用用自自然然生生态态系系统统原原理理，通通过过同同自自然然环环境境合合作作，进进行行的的对对人人类类社社会会和和自自然然环环境境双双方方都都有有利利的的复复合合生生态态系系统统设设计计的的科科学学；生生态态工工程程是是建建立立在在少少花花费费、低低能能耗耗而而更更有有效效地地利利用用自自然然资资源源的的基基础础上上，增增加加社社会会财财富富的的同同时时，又又能能使使人人类类社社会会与与自自然然环环境境都都可可持持续续发发展展的的生生态态设设计计、生态保育、生态恢复、生态更新和生态管理等的技术综合。生态保育、生态恢复、生态更新和生态管理等的技术综合。模模拟拟自自然然生
21、生态态的的整整体体、协协同同、循循环环、自自生生原原理理，并并运运用用系系统统工工程程方方法法去去分分析析、设设计计、规规划划和和调调控控人人工工生生态态系系统统的的结结构构要要素素、工工艺艺流流程程、信信息息反反馈馈关关系系及及控控制制机机构构，疏疏通通物物质质、能能量量、信信息息流流通通渠渠道道，开开拓拓未未被被有有效效利利用用的的生生态态位位，使使人人与自然双双受益的系统工程技术。与自然双双受益的系统工程技术。1.2 生态工程的定义及其研究内容和目的生态工程的定义及其研究内容和目的生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工
22、程教研室环境工程教研室生态工程研究的领域：自然生态工程研究的领域：自然社会社会经济复合生态系统。经济复合生态系统。生态工程的任务：对这个复合生态系统进行设计和管理。生态工程的任务：对这个复合生态系统进行设计和管理。生生态态工工程程的的目目的的：通通过过对对复复合合生生态态系系统统的的管管理理，使使投投入入的的能能量量和和物物质质最最小小，对对资资源源利利用用最最合合理理，社社会会产产品品更更丰丰富富，风风险险最最小小而而综综合合效效益益最最高高，达达到到对对人人类类社社会会和和自自然然环环境境双双方方都都有有利利并并能能可可持持续续发发展展的的目目的的，以以解解决决工工业业化化过过程程带带来来
23、的的产产业业发发展展与与资资源源消消耗耗、人人口口增增长长与与环环境境退退化化、社社会会发发展展与与生生态态恶恶化化的的矛矛盾盾。同同时时，通通过过生生态态工工程程的的设设计计手手段段，把把本本来来矛矛盾盾的的事事物物，转转化化为为相相互互协协调调、彼彼此此促促进进，不不断断向向良良性性方方向向发发展展的的事事物物，使使人人类类社社会会、经经济济生生产产和和生生态态环环境境实实现可持续发展。现可持续发展。1.2 生态工程的定义及其研究内容和目的生态工程的定义及其研究内容和目的1.2.2 研究内容和目的研究内容和目的生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工
24、程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.3 与环境工程、生物工程的区别与环境工程、生物工程的区别生态工程与环境工程及生物工程的区别是明显的。什什么么是是环环境境工工程程？环环境境工工程程是是研研究究和和从从事事防防治治环环境境污污染染和和提提高高环环境境质质量量的的科科学学技技术术。强强调调的的是是污污染染防防治治和和治治理理，水水、气、固的治理；气、固的治理；什什么么是是生生物物工工程程？也也称称生生物物技技术术，应应用用生生命命科科学学及及工工程程学学的的原原理理，借借助助生生物物体体作作为为反反应应器器或或用用生生物物的的成成分分作作工工具具以以提提供供产产品品来来为为社社
25、会会服服务务的的生生物物技技术术。包包括括基基因因工工程程、细细胞胞工程、发酵工程、酶工程等。工程、发酵工程、酶工程等。生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.3 与环境工程、生物工程的区别与环境工程、生物工程的区别生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.4 生态工程研究的应用前景生态工程研究的应用前景1.4.1 生态工程与可持续发展生态工程与可持续发展“可可持持续续发发展展是是既既满满足足当当代代人人的的需
26、需要要，又又不不对对后后代代人人满满足足其需要的能力构成危害的发展其需要的能力构成危害的发展”；生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.5 生态工程研究的应用前景生态工程研究的应用前景1.5.2 生态工程与生物多样性保护生态工程与生物多样性保护生生物物多多样样性性保保护护主主要要是是对对遗遗传传多多样样性性、物物种种多多样样性性、群群落落多多样样性性、生生态态系系统统多多样样性性和和景景观观类类型型多多样样性性进进行行保保护护。由由于于生生态态工工程程是是对对生生态态系系统统进进行行设设计计，使使其其
27、符符合合生生物物圈圈的的组组织织原原则则，它它超超出出了了种种群群和和群群落落水水平平，因因而而对对物物种种多多样样性性、遗传多样性、群落多样性都具有积极的保护意义。遗传多样性、群落多样性都具有积极的保护意义。1）对珍稀濒危生物的保护）对珍稀濒危生物的保护2）对重要生态系统的恢复和重建）对重要生态系统的恢复和重建3）植物群落多样性的保护）植物群落多样性的保护生生物物多多样样性性是是指指一一定定范范围围内内多多种种多多样样活活的的有有机机体体(动动物物、植植物物、微微生生物物)有有规规律律地地结结合合所所构构成成稳稳定定的的生生态态综综合合体体。这这种种多多样样包包括括动动物物、植植物物、微微生
28、生物物的的物物种种多多样样性性，物物种种的的遗遗传传与变异的多样性及生态系统的多样性。与变异的多样性及生态系统的多样性。生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.5 生态工程研究的应用前景生态工程研究的应用前景1.5.3 生态工程与农林牧业建设生态工程与农林牧业建设在在世世界界范范围围内内，农农业业经经过过农农业业机机械械化化的的使使用用、杂杂交交优优势势的的利利用用、化化肥肥农农药药的的大大量量使使用用及及现现代代农农业业技技术术的的推推广广，使使传传统统农农业业走走上上现现代代农农业业的的道道路路。
29、初步实现了高产、稳产的目标。初步实现了高产、稳产的目标。但现代农业也带来了一些新的挑战：但现代农业也带来了一些新的挑战：由于高投入造成农业生产成本迅速上升且出现报酬递减现象；由于高投入造成农业生产成本迅速上升且出现报酬递减现象；化化肥肥、农农药药的的大大量量使使用用，使使土土壤壤生生态态系系统统中中微微生生物物群群落落结结构构发发生生改改变变，自身肥力下降；自身肥力下降；农农田田面面源源污污染染严严重重，引引起起河河流流和和地地下下水水硝硝酸酸盐盐含含量量普普遍遍超超标标，并并通通过过食物链危害各类动物；食物链危害各类动物；人类的食品安全受到挑战。人类的食品安全受到挑战。生物与化学工程学院生物
30、与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室1.5 生态工程研究的应用前景生态工程研究的应用前景1.5.4 生态工程与城市生态建设生态工程与城市生态建设生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院 环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室环境工程教研室思考题思考题何为生态工程学？生态工程学的研究对象是什么？何为生态工程学？生态工程学的研究对象是什么？生态工程和生物工程、环境工程有何本质的区别？生态工程和生物工程、环境工程有何本质的区别？生态工程学是在什么背景下发展起来的？生态工程学是在什么背景下发展起来的？你怎样理解生态工程学和生态学之间的关系？你怎样理解生态工程学和生态学之间的关系？在生物多样性保护中生态工程有何应用价值？在生物多样性保护中生态工程有何应用价值？研究生态工程学有何理论意义与实践意义？研究生态工程学有何理论意义与实践意义？举例说明生态工程在城市生态建设中的应用。举例说明生态工程在城市生态建设中的应用。环境生态修复工程环境生态修复工程
