生态工程

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[外文]：ecological engineering

模拟自然生态系统中物质能量转换原理并运用系统工程技术去分析、设计、规划和调整人工生态系统的结构要素、工艺流程、信息反馈关系及控制机构，以获得尽可能大的经济效益和生态效益的一门学科。它是建立在生物工艺、物理工艺及化学工艺基础上的一门系统工艺学。

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。近年来，我国城乡建设中出现了各种不同类型的生态工程雏形，如：

（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(见图)。

（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。