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生态工程

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生态工程(英语:Ecological engineering)是指人类通过生态学系统学工程学经济学等学科的基本原理和方法,利用设计、调控和技术组装的手段,对原有平衡被打破的生态系统进行修复,对会造成环境污染和破坏的传统生产方式进行修善,并提高其生产能力,以至促进人类社会和自然环境的友好发展[1]

美国经济学家莱斯特·R·布朗在《生态经济》中提出,实施生态工程,是实现“循环经济[注 1][2]的一种重要手段,而通过实行“循环经济”可以实现生态经济。布朗认为:生态经济,即“能满足我们的需求而又不危及我们后代满足其需求的经济”,简单来说就是一种可持续发展经济。[3]

美国湿地学家米契(Mitsch)和丹麦生态学家乔更森(Jørgensen)对生态工程的定义归纳为五点[4]

  • 基于生态系统的自我调节能力建立的
  • 可成为生态学理论的实验田
  • 依靠系统学手段
  • 保护不可再生能源
  • 支持生物保护

卑尔根等人则认为[5]

  • 利用生态学的理论和方法
  • 能应用于各种生态系统
  • 适合工程师设计方法
  • 承认对价值观的引导作用

兴起

随着20世纪60年代以来的全球经济快速发展,人类生活水平大大提高,然而,经济增长带来的环境问题也日益严重。在发达国家工业化和高度集约化的农业引发了各种环境污染问题和能源过度利用;受西方“石油农业”[注 2]生产模式的影响,发展中国家资源过度开发,损毁更甚,而且由于技术发展问题,有很多资源的利用率很低,以致抑制人类社会发展。[1]

以往发达国家倾向于将污染物转移到发展中国家的发展方式因有失公平而备受批评。1987年,以挪威前首相布伦特兰夫人为主席的世界环境与发展委员会(WCED)联合国提交了一份报告——《我们共同的未来》(文件名称为“Brundtland Report”),其中提到了“可持续发展”:经济发展不应只满足当代人的需求,还应满足后人的发展能力;应把生态利益、社会利益和经济利益增长一起考虑[注 3][1]

为了解决这里问题,生态学家建立生态工程学,并使之得到较快发展。生态工程目前主要应用于生态治理及建设、环境保护和资源管理等方面。

基本原理

生态工程的基本原理由生态学、系统学、工程学和经济学的原理交织而成。

物质循环与再生原理

物质循环与再生原理的理论基础为生态系统的物质循环,即物质不断在各类生态系统中进行区域间的小循环和全球地质大循环,分层分级利用。若没有物质循环的生态系统,其废弃物中的能量和物质无法再利用,那么这个生态系统的稳定和发展会受到影响。[1]

1910年前后,美国土壤学家富兰克林·金英语Franklin Hiram King东亚国家观察并发现了当地农民在无化肥的条件下维持土地肥力数千年的原因,并写成《四千年的农民英语Farmers of Forty Centuries》一书。当中提到,多种植能固氮的豆科植物,收集粪便、河泥等有机物质进行堆肥和沤肥,使之转化为有机肥料,施于田中。通过这种方法,土壤结构得到改善,等元素都进行循环,得以利用。[1]

物种多样性原理

理论基础为生态系统的稳定性:物种丰富度高的生态系统抵抗力稳定性也较高。通过复杂的食物链食物网将各种生物联系起来,即便有一种生物因某种原因灭绝,原有的其他生物也可迅速地占据其生态位,使生态系统不至于崩溃。[1]通过这种方法,可在有限的资源条件下,产生或容纳更多生物量。

协调与平衡原理

协调生物与环境,强调生物与环境相适应,种群与环境相适应;环境承载力[注 4]要平衡。[1]

整体性原理

这个原理要求人类在设计生态工程时应充分考虑自然体系(生物和非生物因素)、社会体系(政策管理科技文化因素)和经济体系(生产成本消费利益因素)三者的关系,另外也不能忽视社会习惯和法律法规对生态工程设计的影响。

只有应用整体性原理,才能协调当前和长远、局部和整体、开发和环境建设之间的关系,从而保障生态系统的平衡及稳定。[1]因此,在很多生态工程建设中都有应用该原理。

系统工程学原理

  1. 系统结构决定功能原理:建设生态工程时,要充分考虑这个人工生态系统内部各成分之间的结构,通过优化这种结构,以至改善系统功能。[1]
  2. 系统整体性原理:协调系统各部分的关系、比例,实现能量物质讯息等的转换和流通,使整体功能大于各部分的和,可形象比喻为“1+1>2”。[1]

实例

  • 农村综合发展型生态工程:运用物质循环与再生原理、整体性原理、系统工程学原理等理论解决如何在人多地少、资源有限的条件下提高农民经济收益和环境生态效益的一项工程。在中国大陆的沼气工程就是其中一种已实践的工程。沼气工程旨在将一些农业废料输入沼气池,利用产生的沼气进行发电,余下的沼渣、沼液可重新用作肥料投放回农田或鱼塘,如北京大兴区留民营村。[1]
  • 湿地生态系统恢复工程:旨在解决湿地面积缩小,小气候变恶劣等与湿地相关的生态问题。其中涉及的原理有协调与平衡原理,物种多样性原理,整体性原理等原理。[1]
    • 美国密西西比河三角洲湿地资源保护为例,美国采用湿地恢复、湿地创造、湿地改良、湿地转换和湿地弥补等几种方式在原址上重建湿地生态系统,并根据破坏程度选择不同的恢复方式。[6]
  • 小流域综合治理工程:在河流各级支流的集水地区(即小流域)容易发生严重的水土流失。中国大陆农民和工程人员应用生态工程的整体性原理、协调与平衡原理、系统工程等原理,通过保土蓄水等措施减少土壤侵蚀。[1]
    • 以中国黑龙江省拜泉县为例,该县自1986年实施生态工程以来,原有的水土流失现象有所好转,并针对该县不同的的地区采取不同的手段,西部平原:改良草场,中部和西北部丘陵:开展立体农业,东南部丘陵:封山育林、开垦梯田等方式防止水土流失,低洼沼泽:综合种植业、渔业、畜牧业生产发展。[6]

注释

  1. ^ 循环经济的基本原则是:减量化、再循环、再利用。
  2. ^ 指大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式,并会耗费大量石油和天然气等能源。
  3. ^ 原文:Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their needs.
  4. ^ 又称环境容纳量或K值,是某种环境下所能承养的生物种群最大量。

参考资料

  1. ^ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 《生物 选修3 现代生物科技专题》. 普通高中课程标准实验教课书. 中国大陆: 人民教育出版社. 2009年12月: 第105–123页. ISBN 978-7-107-17752-1 (中文(中国大陆)).  使用|coauthors=需要含有|author= (帮助)
  2. ^ 循环经济 Circular Economy 互联网档案馆存档,存档日期2014-02-21.
  3. ^ Eco-Economy: Building an Economy for the Earth (2001)
  4. ^ W.J. Mitsch & S.E. Jørgensen (2003), "Ecological engineering: A field whose time has come", in: Ecological Engineering, 20(5): 363-377.
  5. ^ S.D. Bergen et al. (2001), "Design Principles for Ecological Engineering", in: Ecological Engineering, 18: 201-210.
  6. ^ 6.0 6.1 杨京平. 《生态工程学导论》. 化学工业出版社. 2005年5月. ISBN 7-5025-6844-1 (中文(中国大陆)). 

外部链接

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