《生态工程》课程授课教案（讲义）第一章 绪论

第一章绪论 第一节生态工程的概念和意义 一、生态工程的概念及由来 生态工程作为应用生态学的分支学科之一，其历史不过四十多年，是一个正在形成中的 新兴学科· 首先使用生态工程(ecological engineering)一词的是美国的H.T.Odum。他在1962年 把生态工程定义为：“人运用少量辅助能而对那种以自然能为主的系统进行的环境控制。” 1971年他又指出“人对自然的管理即生态工程”。显然这种定义是很不确切的概念。1983 年他对此定义进行了进 步修正后提出，设计和实施经济与自然的工艺技术称之为生 程 1988、1989年美国Mitsch,W.J.和Jorgenson.S.E.提出的生态工程概念是：“为了人类 社会和其自然环境两方面利益而对人类社会和自然环境的设计”。1993年，在为美国国会撰 写的文件中，他又修改为：“为了人类社会及其自然环境的利益，而对人类社会及其自然环 境加以综合的且能持续的生态系统设计。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、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。 此外，Uhlmann,D.(1983),Straskraba,M.(1984,1985)、Straskraba和Cnanck, A.H(1985)又提出了生态工艺一词，并定义为“在深入了解生态学基础上，在措施上花 最小代价，对环境最少的损伤，.是对生态系统管理技术的运用。”1993年Ssk灯ba进 步阐述，认为生态工艺是 生态原理向生态管理的转移”。也即生态工艺或生态技术是把 生态原理付诸实践的重要手段 从这些描述可见，尽管早在60年代初就有人提出了生态工程的名词，但始终没有一个 确切和完整的概念。1984年我国著名动物学家和生态学家马世骏教授提出的生态工程的定 义被多数人认为是较完整的一个定义。 在《仲国的农业生态工程》这本书中绪论开端，即提出：“生态工程是应用生态系统中 物种共生和物质循环再生的原理，结合系统工程的最优化方法，设计的促进分层多级利用物 质的生产工艺系统。生态工程的目的就是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥物质的 生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益同步发展。它可以是纵向的层次结构， 也可以发展为几个纵向工艺链索横连而成的网状工程系统。”（马世骏，1987）。 早在1954年. 马世骏在研究防治蝗虫灾害时，即从生态学理论出发，提出调整生态系 统结构、控制水位及苇子面积等，改变蝗虫的滋生地，改善生态系统结构和功能的生态工稻 设想、规划与措施，实践结果表明生态效益和经济效益十分显著。1979年，马世骏在中国 环境科学学会作了《环境理论的发展和意义》的学术报告，在总结了他几十年生态学研究的 基础上，进一步形成了生态工程思想。他说：由于工业发展过程中，出现的环境受干扰和迫 切需要采取的保护政管促使人们不得不在补会 涤源物质系统之间」 考虑多方面依赖的特点， 从而近来在社会科学和自然科学之间产生了新的杂交科学前沿，即 社会 一自然生态系统的结合，它是处理当前国际上五大社会问题的重要理论依 据。又说：工业城市生态学是近年开展研究的典型的社会 经济—自然生态系统，在此 复合系统中，包括复杂的物质能量代谢系统及地质化学循环系统。此项研究密切联系废物管 1

1 第一章 绪 论 第一节 生态工程的概念和意义 一、生态工程的概念及由来 生态工程作为应用生态学的分支学科之一，其历史不过四十多年，是一个正在形成中的 新兴学科。 首先使用生态工程（ecological engineering）一词的是美国的 H. T. Odum。他在 1962 年 把生态工程定义为：“人运用少量辅助能而对那种以自然能为主的系统进行的环境控制。” 1971 年他又指出“人对自然的管理即生态工程”。显然这种定义是很不确切的概念。1983 年他对此定义进行了进一步修正后提出，“设计和实施经济与自然的工艺技术称之为生态工 程”。 1988、1989 年美国 Mitsch，W. J. 和 Jorgenson, S.E.提出的生态工程概念是：“为了人类 社会和其自然环境两方面利益而对人类社会和自然环境的设计”。1993 年，在为美国国会撰 写的文件中，他又修改为：“为了人类社会及其自然环境的利益，而对人类社会及其自然环 境加以综合的且能持续的生态系统设计。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、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。 此外，Uhlmann，D.（1983），Straskraba，M.（1984，1985）、Straskraba 和 Cnanck， A. H.（1985）又提出了生态工艺一词，并定义为“在深入了解生态学基础上，在措施上花 最小代价，对环境最少的损伤，.是对生态系统管理技术的运用。”1993 年 Straskraba 进 一步阐述，认为生态工艺是：“生态原理向生态管理的转移”。也即生态工艺或生态技术是把 生态原理付诸实践的重要手段。 从这些描述可见，尽管早在 60 年代初就有人提出了生态工程的名词，但始终没有一个 确切和完整的概念。1984 年我国著名动物学家和生态学家马世骏教授提出的生态工程的定 义被多数人认为是较完整的一个定义。 在《中国的农业生态工程》这本书中绪论开端，即提出：“生态工程是应用生态系统中 物种共生和物质循环再生的原理，结合系统工程的最优化方法，设计的促进分层多级利用物 质的生产工艺系统。生态工程的目的就是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥物质的 生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益同步发展。它可以是纵向的层次结构， 也可以发展为几个纵向工艺链索横连而成的网状工程系统。”（马世骏，1987）。 早在 1954 年，马世骏在研究防治蝗虫灾害时，即从生态学理论出发，提出调整生态系 统结构、控制水位及苇子面积等，改变蝗虫的滋生地，改善生态系统结构和功能的生态工程 设想、规划与措施，实践结果表明生态效益和经济效益十分显著。1979 年，马世骏在中国 环境科学学会作了《环境理论的发展和意义》的学术报告，在总结了他几十年生态学研究的 基础上，进一步形成了生态工程思想。他说：由于工业发展过程中，出现的环境受干扰和迫 切需要采取的保护政策，促使人们不得不在社会——经济——生态——资源物质系统之间， 考虑多方面依赖的特点，从而近来在社会科学和自然科学之间产生了新的杂交科学前沿，即 社会——经济——自然生态系统的结合，它是处理当前国际上五大社会问题的重要理论依 据。又说：工业城市生态学是近年开展研究的典型的社会——经济——自然生态系统，在此 复合系统中，包括复杂的物质能量代谢系统及地质化学循环系统。此项研究密切联系废物管

理、营养物质循环和区域性食物供应系统这三个系统的循环关系，可以及时而有效地把人类 构的功能过程，可称为生态系统工程。继而又提出生态工程的原理是生态系统的“整体、协 调、再生、循环”。他强调生态工程是生态学的原理在资源管理、环境保护和工农业生产中 的应用。 他对教学的热爱，对生物圈的创造性 的思维，对许多科学领域的精通，以及无 穷的精力都足以让我们肃然起敬。随着他 的观念被后人充分理解，他对生物圈以及 人类在其中的地位的独特的理解方式才得 以坚持并扩展开来。他虽然留下了许多宝 贵的著作，但是这些著作远远比不上他对 他的学生、同事和人类的贡献 用他自己的话说“有时，由于历史文化的原因，人们可能会对人类作为 地球的代表而感到光荣。”HT奥得姆本身正是这样的一个代表，他总是尽 力地让人们了解自己的职责，了解生物圈的循环和生物体系。 -2003年弗罗里达大学马克，布朗博士纪念H.T.ODUM的发 言 马世骏关于生态工程的研究和理论为引导国内外生态工程研究打开了思路、奠定了坚实 的理论和实我基础。1987年由他和李松华主编的《中国的农业生态工程》一书在我国出版。 1989年，马世骏、颜京松和仲崇信参与了由类国MchW .和丹麦Jorgenson,.SE.主编的 世界上第一本生态工程专著，使生态工程在国内外成为一门新兴的学科而正式问世。 根据Mitsch(2003)在其一篇论文中的介绍，中国生态工程的产生基本上是与西方同步 的，并带有显明的独立性。在马世骏等人的推动下，中国生态工程充分地吸收了几千年传统 思想与智慧结晶，并对一些长期实践的生态工程进行了初步的总结和分析，如稻田养鱼、桑 基渔塘等，相对而言，西方的生态工程应用较窄，局限于小规模的试验研究以及 一些较大的 湿地工程中，而中国的生态工程无论是应用范围，还是应用规模均远过于西方。 2

2 理、营养物质循环和区域性食物供应系统这三个系统的循环关系，可以及时而有效地把人类 和动物废物还回土壤，把工业废物分别加以分解或再生，这对持续地维护现代化都市的优良 环境和支持郊区现代化农业是重要的。它依据的机理就是模拟自然生态系统长期持续链环结 构的功能过程，可称为生态系统工程。继而又提出生态工程的原理是生态系统的“整体、协 调、再生、循环”。他强调生态工程是生态学的原理在资源管理、环境保护和工农业生产中 的应用。 马世骏关于生态工程的研究和理论为引导国内外生态工程研究打开了思路、奠定了坚实 的理论和实践基础。1987 年由他和李松华主编的《中国的农业生态工程》一书在我国出版。 1989 年，马世骏、颜京松和仲崇信参与了由美国 Mitsch,W.J. 和丹麦 Jorgenson, S.E.主编的 世界上第一本生态工程专著，使生态工程在国内外成为一门新兴的学科而正式问世。 根据 Mitsch（2003）在其一篇论文中的介绍，中国生态工程的产生基本上是与西方同步 的，并带有显明的独立性。在马世骏等人的推动下，中国生态工程充分地吸收了几千年传统 思想与智慧结晶，并对一些长期实践的生态工程进行了初步的总结和分析，如稻田养鱼、桑 基渔塘等，相对而言，西方的生态工程应用较窄，局限于小规模的试验研究以及一些较大的 湿地工程中，而中国的生态工程无论是应用范围，还是应用规模均远过于西方。 用他自己的话说“有时，由于历史文化的原因，人们可能会对人类作为 地球的代表而感到光荣。” H.T.奥得姆本身正是这样的一个代表，他总是尽 力地让人们了解自己的职责，了解生物圈的循环和生物体系。 -2003 年弗罗里达大学马克• 布朗博士纪念 H.T. ODUM 的发 言 他对教学的热爱，对生物圈的创造性 的思维，对许多科学领域的精通，以及无 穷的精力都足以让我们肃然起敬。随着他 的观念被后人充分理解，他对生物圈以及 人类在其中的地位的独特的理解方式才得 以坚持并扩展开来。他虽然留下了许多宝 贵的著作，但是这些著作远远比不上他对 他的学生、同事和人类的贡献

马世骏(1915-1991)：山东滋阳（充州）人，1937年毕业于 北平大学农学院生物系，1938-1943年先后在山东省、湖北 省从事有关农业害虫的研究工作，1948年赴美国犹他州立大 学攻凌昆虫生态学，1949年获科学硕十学位，1951年获明尼 当年回国，并创建了国内第 个昆虫 北京大学、南开大学、北京农业大学、复且大学教授外，先 后任中国科学院实哈生物研究所研究员、昆中生态学研究室主任、西北高原生物 研究所研究员 业务所长 、动物研究所副所长 、学术委员会主任、中国科学院生 态环境研究中心主任、生态环境研究中心名誉主任、学术委员会主 。历任国务 院环境保护委员会顾问、中国生态学会第一届和第二届理事长。在国际上，曾担 任联合国粮农组织和环境规划署有害生物专家委员会委员、国际昆虫学会常务理 事、国际系统与讲化生物学委员会委员、闲际生物科学联合会中国委员会主席 国际地圈一生物图计划中国委员会副主席、欧洲生态科学院通讯院士、英国皇家 科学院昆虫学 会员。马世骏先生共发表 文150 多篇，专著7 培养了硕 生20多名、博士生19名。先后在东亚飞蝗生态、生理研究、系统生态学理论等 方面作出了重大贡献。在国内外开创了生态工程领域，提出和建立了社会经济 自然复合生态系统理论，为中国生态学事业发展作出了开创性和草基性的工作。 早在0年代就提出了可持续发展的论点，曾与挪威首相Brundtland夫人等共同 “我们共同的未 学的才华 ,求的 学精神与精深的学术造诣，使他成为生态学的巨匠、系统生态学理论与生态控制、 可持续发展理论与应用的先驱。 -http://www.rcees.ac.cn/dse/cn/intro/yuanshi.php 二、生态工程产生的时代背景 生态工程是在 一世纪60年代以来全球生态危机的爆发和人们寻求解决对策以及资泻 环境保护的宏观背景条件下应运而生的，是科学发展和社会需求的必然结果，有着客观的历 史背景和坚实的理论和方法基础。 二十世纪60年代以来，由于人口激增、资源破坏、能源短缺、环境污染和食物供应不 足造成了全球性的生态危机，是人类所面临的共同间题。但在不同的国家和地区表现不尽相 同，在发达国家中主要面临的是由于高度的工业化和强烈集约型的农业经营带来的环境污染 问题。为解决这一问题，60年代未、70年代初人们认真讨论过： “无废物 Zerodischarge 目标，并希望完全消除污染，防止其进入环境。当时人们对改善环境的技术充满信心，后来 的实践使人们逐渐认识到，由于种种原因运用常规方法不可能实现所谓“无污染”目标。主 要是因为治污需要大量的人力、物力和财力，发达国家难以满足，发展中国家更是如此。同 时，当采用某种净化技术时，有可能将污染物由一种介质转移到另一种介质中去，导致二次 污染。 了减少甚至消除污染、保护有限的 人们试图运用生态系统的某些自净功能如 生物净化功能来实现其污染治理的目标，于是在发达国家便产生了生态工程研究。 在发展中国家，所面临的不是单纯的污染问题，而是人口增长，资源破坏、生产不足和 环境污染共同组成的“综合症”。这些国家不但要保护资源和环境，更迫切地要以有限的资 3

3 二、生态工程产生的时代背景 生态工程是在二十世纪 60 年代以来全球生态危机的爆发和人们寻求解决对策以及资源 环境保护的宏观背景条件下应运而生的，是科学发展和社会需求的必然结果，有着客观的历 史背景和坚实的理论和方法基础。 二十世纪 60 年代以来，由于人口激增、资源破坏、能源短缺、环境污染和食物供应不 足造成了全球性的生态危机，是人类所面临的共同问题。但在不同的国家和地区表现不尽相 同，在发达国家中主要面临的是由于高度的工业化和强烈集约型的农业经营带来的环境污染 问题。为解决这一问题，60 年代末、70 年代初人们认真讨论过：“无废物”（Zerodischarge） 目标，并希望完全消除污染，防止其进入环境。当时人们对改善环境的技术充满信心，后来 的实践使人们逐渐认识到，由于种种原因运用常规方法不可能实现所谓“无污染”目标。主 要是因为治污需要大量的人力、物力和财力，发达国家难以满足，发展中国家更是如此。同 时，当采用某种净化技术时，有可能将污染物由一种介质转移到另一种介质中去，导致二次 污染。为了减少甚至消除污染、保护有限的资源，人们试图运用生态系统的某些自净功能如 生物净化功能来实现其污染治理的目标，于是在发达国家便产生了生态工程研究。 在发展中国家，所面临的不是单纯的污染问题，而是人口增长，资源破坏、生产不足和 环境污染共同组成的“综合症”。这些国家不但要保护资源和环境，更迫切地要以有限的资 马世骏（1915-1991）：山东滋阳（兖州）人，1937 年 毕业于北平大学农学院生物系，1938-1943 年先后在山 东省、湖北省从事有关农业害虫的研究工作，1948 年 赴美国犹他州立大学攻读昆虫生态学，1949 年获科学 硕士学位，1951 年获明尼苏达州哲学博士学位。 当年 回国，并创建了国内第一个昆虫生态学实验室。1980 年当选为中国科学院学部委员。除兼任北京大学、南 开大学、北京农业大学、复旦大学教授外，先后任中 马世骏（1915-1991）：山东滋阳（兖州）人，1937 年毕业于 北平大学农学院生物系，1938-1943 年先后在山东省、湖北 省从事有关农业害虫的研究工作，1948 年赴美国犹他州立大 学攻读昆虫生态学，1949 年获科学硕士学位，1951 年获明尼 苏达州哲学博士学位。 当年回国，并创建了国内第一个昆虫 生态学实验室。1980 年当选为中国科学院学部委员。除兼任 北京大学、南开大学、北京农业大学、复旦大学教授外，先 实验生物研究所研究员、昆虫生态学研究室主任、西北高原 生物研究所研究员、业务所长、动物研究所副所长、学术委 员会主任、中国科学院 后任中国科学院实验生物研究所研究员、昆虫生态学研究室主任、西北高原生物 研究所研究员、业务所长、动物研究所副所长、学术委员会主任、中国科学院生 态环境研究中心主任、生态环境研究中心名誉主任、学术委员会主任。历任国务 院环境保护委员会顾问、中国生态学会第一届和第二届理事长。在国际上，曾担 任联合国粮农组织和环境规划署有害生物专家委员会委员、国际昆虫学会常务理 事、国际系统与进化生物学委员会委员、国际生物科学联合会中国委员会主席、 国际地圈－生物圈计划中国委员会副主席、欧洲生态科学院通讯院士、英国皇家 科学院昆虫学会会员。马世骏先生共发表论文 150 多篇，专著 7 本。培养了硕士 生 20 多名、博士生 19 名。先后在东亚飞蝗生态、生理研究、系统生态学理论等 方面作出了重大贡献。在国内外开创了生态工程领域，提出和建立了社会-经济- 自然复合生态系统理论，为中国生态学事业发展作出了开创性和奠基性的工作。 早在 70 年代就提出了可持续发展的论点，曾与挪威首相 Brundtland 夫人等共同 起草了著名的 Brundtland 宣言："我们共同的未来"。博学的才华、孜孜以求的治 学精神与精深的学术造诣，使他成为生态学的巨匠、系统生态学理论与生态控制、 可持续发展理论与应用的先驱。 -http://www.rcees.ac.cn/dse/cn/intro/yuanshi.php

源生产出足够的产品，达到高产、优质、低耗、高效以供养日益增长的人口。它们不应当再 走发达国家所走的先污染、后治理发展模式，必须立足于本地资源和条件去寻求适合于自己 的发展途径和技术。生态工程恰怡提供了这样 一种发展战略和实现低耗、高效、无或少废物 生产的适用技术。因此，受到了「泛的重视。 作为一个新的学科研究领域，生态工程的产生除社会需求外，还必然要有其科学理论基 础和方法论基础。 首先 ,二十世纪30、40年代以来，生态学研究的各个领域都取得了重大进展。生态学 的多数重要理论在 一时期中得以形成。特别是生态系统概念的提出 ,生态系统生态学和 球生态系统观的建立，使生态学的研究提高到一个崭新的水平。而且这一时期整个科学技术 与生产力进入了一个突飞猛进的新时代，它不仅直接来源于自然科学及技术手段的纵深突 破，更主要的是各分支学科的横向渗透与发展。即由单一学科的微观研究，逐步向多学科综 合的宏观研究方向发展。 生态工程学导源于生态学，虽然是应用生态学的一个分支学科，但其重要概念、理论 方法已经并正在为系统论、控制论、信息论、协同论、耗散结构理论、突变论及混沌现象 自组织理论等所渗透，正从过去传统的自然科学分析为主，对自然界分门别类的研究，且越 分越细的倾向，而变为以系统论的整体观、综合观为指导，在分析的基础上综合，将物理学 化学、生理学、毒理学、数学等自然科学的不同分支学科的基础理论、方法、成就以及在农 学、土壤学、水产学、畜牧学、林学、环保工程学、运筹学、计算科学等多种技术科学，还 有社会学、经济学等人文科学成就吸收 透进来，形成应用生态学中 门多学科交叉 渗透的 新兴分支边缘学料。与此同时，应用生态学的其它分支学科，如农田生态学、农业生态学 城市生态学、区域生态学等也得到了迅速发展，为生态工程概念的完善和生态工程学的建立 奠定了科学基础 其次，系统科学的发展特别是系统工程学在各领域中的广泛应用为生态工程的研究也招 供了理论方法论基础，发挥了重要作用。正如马世骏教授199年所预料的那样：我们现在 的生活状态已在相当长的时间内逾越了某种确定的概念水平，现代生态学阐明，在网状连接 的结构内，一个新水平的复杂系统正从以前的非系统概念中上升出来，许多科学家预料此种 相互作用的新结构及其理论，即将在今后数年中有所创造和突破。 第三，近年来讯速发展起来的系统分析方法和计算机技术，以及生态学、生物学、农学 土壤学等学科领域新技术、新方法的发展，为生态工程学的研究和实践提供方法论和技术的 基础 综上所述，生态工程的产生有着历史的背景与实际的需要，在理论上、方法上和技术上 都已有了一定的基础。 三、生态工程相关概念及特点 1、工程 尽管工程在众多领域都在应用着，但令人惊奇的是其尚未有准确的定义，至少与科学定 义相比是这样。分析科学和工程间的差异可有益于这种理解： “科学家主要是产生知识，而工程师主要是生产物品”(Kemper.1982) “科学力求理解事物如何作用，而工程则力求让事物产生作用”(Drexler,.1992) “科学家在描述是什么，而工程师在制造新的东西”(T.von Karrsan,见Jackson,.2001 McCabe and Eckenfelder(I958)对工程科学作了如下描述： 工程历史上即发源于基于经验的艺术，通过研究、应用数学分析和科学原理，经验主义 就逐步被工程科学所取代。当今工程及工程教有的重点是发展工程科学以解决工程问题

4 源生产出足够的产品，达到高产、优质、低耗、高效以供养日益增长的人口。它们不应当再 走发达国家所走的先污染、后治理发展模式，必须立足于本地资源和条件去寻求适合于自己 的发展途径和技术。生态工程恰恰提供了这样一种发展战略和实现低耗、高效、无或少废物 生产的适用技术。因此，受到了广泛的重视。 作为一个新的学科研究领域，生态工程的产生除社会需求外，还必然要有其科学理论基 础和方法论基础。 首先，二十世纪 30、40 年代以来，生态学研究的各个领域都取得了重大进展。生态学 的多数重要理论在这一时期中得以形成。特别是生态系统概念的提出、生态系统生态学和全 球生态系统观的建立，使生态学的研究提高到一个崭新的水平。而且这一时期整个科学技术 与生产力进入了一个突飞猛进的新时代，它不仅直接来源于自然科学及技术手段的纵深突 破，更主要的是各分支学科的横向渗透与发展。即由单一学科的微观研究，逐步向多学科综 合的宏观研究方向发展。 生态工程学导源于生态学，虽然是应用生态学的一个分支学科，但其重要概念、理论、 方法已经并正在为系统论、控制论、信息论、协同论、耗散结构理论、突变论及混沌现象、 自组织理论等所渗透，正从过去传统的自然科学分析为主，对自然界分门别类的研究，且越 分越细的倾向，而变为以系统论的整体观、综合观为指导，在分析的基础上综合，将物理学、 化学、生理学、毒理学、数学等自然科学的不同分支学科的基础理论、方法、成就以及在农 学、土壤学、水产学、畜牧学、林学、环保工程学、运筹学、计算科学等多种技术科学，还 有社会学、经济学等人文科学成就吸收渗透进来，形成应用生态学中一门多学科交叉渗透的 新兴分支边缘学科。与此同时，应用生态学的其它分支学科，如农田生态学、农业生态学、 城市生态学、区域生态学等也得到了迅速发展，为生态工程概念的完善和生态工程学的建立 奠定了科学基础。 其次，系统科学的发展特别是系统工程学在各领域中的广泛应用为生态工程的研究也提 供了理论方法论基础，发挥了重要作用。正如马世骏教授 1979 年所预料的那样：我们现在 的生活状态已在相当长的时间内逾越了某种确定的概念水平，现代生态学阐明，在网状连接 的结构内，一个新水平的复杂系统正从以前的非系统概念中上升出来，许多科学家预料此种 相互作用的新结构及其理论，即将在今后数年中有所创造和突破。 第三，近年来迅速发展起来的系统分析方法和计算机技术，以及生态学、生物学、农学、 土壤学等学科领域新技术、新方法的发展，为生态工程学的研究和实践提供方法论和技术的 基础。 综上所述，生态工程的产生有着历史的背景与实际的需要，在理论上、方法上和技术上 都已有了一定的基础。 三、生态工程相关概念及特点 1、工程 尽管工程在众多领域都在应用着，但令人惊奇的是其尚未有准确的定义，至少与科学定 义相比是这样。分析科学和工程间的差异可有益于这种理解： “科学家主要是产生知识，而工程师主要是生产物品”（Kemper, 1982） “科学力求理解事物如何作用，而工程则力求让事物产生作用”（Drexler, 1992） “科学家在描述是什么，而工程师在制造新的东西”（T.von Karrsan, 见 Jackson, 2001） McCabe and Eckenfelder(1958)对工程科学作了如下描述： 工程历史上即发源于基于经验的艺术，通过研究、应用数学分析和科学原理，经验主义 就逐步被工程科学所取代。当今工程及工程教育的重点是发展工程科学以解决工程问题

任何一个工程均包括设计、建设和运行这样三个阶段，虽然不同的步骤有不同的专业参 与，但设计本身始终存在着反馈（图14），对于一个新的工程领域来说，只有通过反复的 实线修正才能逐渐完普起米。可以说，设计是工程的核心(F1omam.1976,La10m,1976 Mikkola,1993） 在制定一个计划解决问题或建造某个东西时，设计是一个创新的过程，它会涉及到众 的科学知识和己有经验，并需要作出合理的、通常要量化的决策。一个设计在全面实施前需 要采用已有的一系列指标进行检验，包括不同设计规模的检验（图1-4B)以建立对替代技 术方案的信心，这通常要用到一组工具或方法 4, 设计一+建设一→运行 B 实验室+小试 +生产规模 图14设计在工程中的作用 而过比较一个工程的好坏可以讲一步明断其特点(Horenstein,199g)(表1.5) 表1-5工程设计衡量 好的设计 差的设计 开 台运行，但短期后即停止运行 满足所有技术需要 仪满 术需要 满足成 要或很少需要维打 成一种风险 无伦理问愿 结果有争议 2、生态工程与环境工程的区别 环境系统和经济系统是两个共存的系统，双方通过物质、服务交换发生着联系，而技术 和工程则在其间发辉着重要作用。 一般来说，环境工程目的 就是通过开发技术及工艺解决经济系统的污染问题，并保障环 境的健康安全。基本的做法是把污染物集中到系统外进行处理。 生态工程则寻求一条系统内解决的思路，通过生态系统的自设计和其它工艺的结合，实 现系统污染的零排放或最小排放。 比较而言，生态工程边界要大于环境工程

5 任何一个工程均包括设计、建设和运行这样三个阶段，虽然不同的步骤有不同的专业参 与，但设计本身始终存在着反馈（图 1-4A），对于一个新的工程领域来说，只有通过反复的 实践修正才能逐渐完善起来。可以说，设计是工程的核心（Florman, 1976; Layton, 1976; Mikkola, 1993）。 在制定一个计划解决问题或建造某个东西时，设计是一个创新的过程，它会涉及到众多 的科学知识和已有经验，并需要作出合理的、通常要量化的决策。一个设计在全面实施前需 要采用已有的一系列指标进行检验，包括不同设计规模的检验（图 1-4B）以建立对替代技 术方案的信心，这通常要用到一组工具或方法。 A： 设计 建设 运行 B： 实验室 小试 生产规模 图 1-4 设计在工程中的作用 通过比较一个工程的好坏可以进一步明晰其特点（Horenstein，1999）（表 1-5）。 表 1-5 工程设计衡量 好的设计 差的设计 一直在运行 开始运行，但短期后即停止运行 满足所有技术需要 仅满足一些技术需要 满足成本需要 成本超出计划 不需要或很少需要维护 需要经常维护 安全 给使用者造成一种风险 无伦理问题 结果有争议 2、生态工程与环境工程的区别 环境系统和经济系统是两个共存的系统，双方通过物质、服务交换发生着联系，而技术 和工程则在其间发挥着重要作用。 一般来说，环境工程目的就是通过开发技术及工艺解决经济系统的污染问题，并保障环 境的健康安全。基本的做法是把污染物集中到系统外进行处理。 生态工程则寻求一条系统内解决的思路，通过生态系统的自设计和其它工艺的结合，实 现系统污染的零排放或最小排放。 比较而言，生态工程边界要大于环境工程

工程界限 环墙 人类设田 怀境自我设田 生态工国 环境 图15.生态工程与环境工程边界区别（上图为环境工程边界，下图为生态工程边界） (引自Howard T.Odum,2003) 具体来讲，环境工程研究对象是自然系统，而生态工程的对象是生态系统：环境工程的 基本理论是环境科学，而生态工程的理论基础是生态学：环境工程仍要利用大量化石能，其 成本较高，人为设计明显，而生态工程主要采用自然能，成本较低，是一种人为辅助下的自 设计。环境工程处理结果仍有再污染的情形，而生态工程则追求无污染 表1-6生态工程与环境工程区别 工程类型 环境工程 生态工程 基本单元 自然系统 生态系统 基本理论 环境科学 生态学 基本能源 化石能 太阳能 基本费用 大量 合理 设计特点 人为 人类辅助下的自组织 控制结构 污染源 有机体 与自然关系 再污染 协调、无污染

6 图1-5. 生态工程与环境工程边界区别（上图为环境工程边界，下图为生态工程边界） （引自Howard T. Odum，2003） 具体来讲，环境工程研究对象是自然系统，而生态工程的对象是生态系统；环境工程的 基本理论是环境科学，而生态工程的理论基础是生态学；环境工程仍要利用大量化石能，其 成本较高，人为设计明显，而生态工程主要采用自然能，成本较低，是一种人为辅助下的自 设计。环境工程处理结果仍有再污染的情形，而生态工程则追求无污染。 表 1-6 生态工程与环境工程区别 工程类型 环境工程 生态工程 基本单元 自然系统 生态系统 基本理论 环境科学 生态学 基本能源 化石能 太阳能 基本费用 大量 合理 设计特点 人为 人类辅助下的自组织 控制结构 污染源 有机体 与自然关系 再污染 协调、无污染 工程界限 技术 技术 环境 环境 生态工程 环境自我设计 人类设计

生物多样性 改变 保持或增加 生态工程与环境工程相比，均以解决环境问愿为目的，但若重点不同。一般认为，生态 工程是利用生态多样性和活的生态系统及技术来解决环境问题，而环境工程则依赖新的化 学、机械或物质技术来解决这些问题。 从实际丁程实施角度比较： 1、环境工程中生物作用相对有限，是一种被动的应用：而生态工程中则十分强化生物 的作用： 2、环境工程侧重集中处理，而生态工程侧重分散处理： 3、环境工程多华中于生产过程后端废弃物的处理，而生态工程则贯穿整个过程，既包 括前端的生态治理，如植被恢复，也包括中间的生产如生态产业和生态农业以及后端的污染 修复。 另外生态工程还包括 些新生态系统的设计和建设。 三、生态工程的意义 当前，影响工农业发展的因素是自然资源和环境问题，这是国际上公认的。但是自二十 世纪50年代后期以来，大量可再生资源遭到破坏，工业三废以及农药、化肥等人工合成的 化学物质侵入了自然环境和人类社会，加速着自然生态平衡的破坏和人类生存环境的恶化 自然环境 是由多种因素共同构成的空间 ,其中包括生物因素和光 热 水 气等人类赖以 存的基本成分。生物资源的大量破坏和毁灭不仅必然要影响工业原料来源，也直接损伤环境 对有害物质的自净能力。所以从大环境概念出发，合理利用自然资源和保护环境就成为一个 问题的两个侧面。因而，一些国际组织认为当前世界上影响经济发展的核心问题是工业与环 境的关系。如何处理好二者的关系，使工业生产与环境保护同步发展，己成为各国科学家和 政府共同关心的重要课题， 工业原料，包括能源，主要来自生物与矿物。过去，由于科学技术不发达 只考虑原料 的单项功能，忽视了副产物，这样不仅浪费了资源，而且“废物”还会成为环境污染源。所 谓废物不外乎包括三个方面：未全部转化为产品的少量原料，未能回收的微量产品和加工过 程中产生的其它代谢产物。在这些废物中，可能包含着许多可利用的东西，在科学技术发达 的今天，我们有能力把某些“废物”变为有用材料。 也就是“变废为宝”。根据生态系统的 原理而设计的无污染工艺和无废物工艺，将成为我们实现经济建设与环境保护同步发展的有 力武器。 我国是一个发展中国家，我国的工农业生产正经历若巨大的变革。尤其是农业生产，正 在由自给半自给经济向商品经济转化，由传统农业向现代农业转化，资源合理利用和环境保 护的矛更加突出，生态工程的研究和南用意义球更大，而日载来城明显地表现出来，主要 表现在以下几个 1.生态工程与我国的农业持续发展 我国是一个农业大国，农业是整个国民经济的重要组成部分，是基础，农业能否持续发 展直接关系到整个国民经济的发展。长期以来，农业发展的道路和模式选择是科研人员与政 府部门所最关注的问颗。我国人口众多、资源相对短缺，中低产田面积较大，经济基础濂弱 农民科技素质较差，这些基 本因 一定程度上制约者我国农业发展道 系的选择。实践证明，通过资 理开发及物质循环利用， 展资源节约 农业是适合我国国情而且行之有效的，通过提高资源的利用率和转化效率，是能够在有限的 资源上生产出尽可能多产品来的。例如黄土高原的混农林业、黄淮海平原的节水农业是对水 土资源的高效利用，水的利用率可上升至90%。又如各地以绿肥和有机肥培肥土壤，土境 肥力呈上升趋势。实践又证明，我国的农业现代化不可能也不一定走西方依靠高投入的农业 7

7 生物多样性 改变 保持或增加 生态工程与环境工程相比，均以解决环境问题为目的，但着重点不同。一般认为，生态 工程是利用生态多样性和活的生态系统及技术来解决环境问题，而环境工程则依赖新的化 学、机械或物质技术来解决这些问题。 从实际工程实施角度比较： 1、环境工程中生物作用相对有限，是一种被动的应用；而生态工程中则十分强化生物 的作用； 2、环境工程侧重集中处理，而生态工程侧重分散处理； 3、环境工程多集中于生产过程后端废弃物的处理，而生态工程则贯穿整个过程，既包 括前端的生态治理，如植被恢复，也包括中间的生产如生态产业和生态农业以及后端的污染 修复。另外生态工程还包括一些新生态系统的设计和建设。 三、生态工程的意义 当前，影响工农业发展的因素是自然资源和环境问题，这是国际上公认的。但是自二十 世纪 50 年代后期以来，大量可再生资源遭到破坏，工业三废以及农药、化肥等人工合成的 化学物质侵入了自然环境和人类社会，加速着自然生态平衡的破坏和人类生存环境的恶化。 自然环境是由多种因素共同构成的空间，其中包括生物因素和光、热、水、气等人类赖以生 存的基本成分。生物资源的大量破坏和毁灭不仅必然要影响工业原料来源，也直接损伤环境 对有害物质的自净能力。所以从大环境概念出发，合理利用自然资源和保护环境就成为一个 问题的两个侧面。因而，一些国际组织认为当前世界上影响经济发展的核心问题是工业与环 境的关系。如何处理好二者的关系，使工业生产与环境保护同步发展，已成为各国科学家和 政府共同关心的重要课题。 工业原料，包括能源，主要来自生物与矿物。过去，由于科学技术不发达，只考虑原料 的单项功能，忽视了副产物，这样不仅浪费了资源，而且“废物”还会成为环境污染源。所 谓废物不外乎包括三个方面：未全部转化为产品的少量原料，未能回收的微量产品和加工过 程中产生的其它代谢产物。在这些废物中，可能包含着许多可利用的东西，在科学技术发达 的今天，我们有能力把某些“废物”变为有用材料，也就是“变废为宝”。根据生态系统的 原理而设计的无污染工艺和无废物工艺，将成为我们实现经济建设与环境保护同步发展的有 力武器。 我国是一个发展中国家，我国的工农业生产正经历着巨大的变革。尤其是农业生产，正 在由自给半自给经济向商品经济转化，由传统农业向现代农业转化，资源合理利用和环境保 护的矛盾更加突出，生态工程的研究和应用意义就更大，而且越来越明显地表现出来，主要 表现在以下几个方面。 1. 生态工程与我国的农业持续发展 我国是一个农业大国，农业是整个国民经济的重要组成部分，是基础，农业能否持续发 展直接关系到整个国民经济的发展。长期以来，农业发展的道路和模式选择是科研人员与政 府部门所最关注的问题。我国人口众多、资源相对短缺，中低产田面积较大，经济基础薄弱， 全民文化水平不高，农民科技素质较差，这些基本因素在一定程度上制约着我国农业发展道 路和现代技术体系的选择。实践证明，通过资源合理开发及物质循环利用，发展资源节约型 农业是适合我国国情而且行之有效的，通过提高资源的利用率和转化效率，是能够在有限的 资源上生产出尽可能多产品来的。例如黄土高原的混农林业、黄淮海平原的节水农业是对水 土资源的高效利用，水的利用率可上升至 90%。又如各地以绿肥和有机肥培肥土壤，土壤 肥力呈上升趋势。实践又证明，我国的农业现代化不可能也不一定走西方依靠高投入的农业

发展道路。充分利用我国传统农业之精华和我国劳动力充分之优势，遵循生态学原理与生态 工程技术，发展劳动密集型与技术密集型相结合的农业是可以实现农业生产合理、低投入而 高效地持续发展的。所有这些战略、 技术和生 程的思想与技术正相吻合，因此，可以认 为农业生态工程建设是适于我国农业持续发展的战略方向与技术路线的。 2.生态工程与我国生态环境的保护与治理 1979年马世骏教授提出了关于环境的确切概念。他说：“环境”是一定空间与时间内， 多种成分相互作用的多维结构，通常虽然只 二个成分在当时起若显著作用，但成分之 间的相互作用关系则依然存在 。因此 个成分所 生的作用 都不同程 E的带有其 成分的影响，有些成分的作用，可能是两种成分的合力或相互激发与加强的结果，从而有可 能导致事物质量的突破。又说：只有依靠多方面的有效的环境管理，方能造成比较健康的环 境和科学地利用自然资源。 环境保护是我国国簧的重要内容之一，也是国士整治的一项根本性战路。对历史上人类 有意识或无意识地不适当经营所造成的生态环境恶化和现状，生态工程原理和技术，为缓解 与恢复恶化的生 环境提 供了有效的途径。例如我国 北”防护林生态工程建设所取得的 成就已为这些提供了有力的证明。而“运用生态系统的再生原理，以闭路循环的形式，在生 产过程中实现资源的合理和充分的利用，使整个生产过程保持高的生态效率并使环境高度洁 净”（马世酸1984）更是目前及今后要普瑞推行的环境自净工程。 3.生态工程与我国工业与城市发展 目前我国正处在 个城市化迅速发展的阶段，不但原有大城市人口和空间规模的膨胀 而且中小城市也在不新扩大，尤其是蜂涌而起的小城镇建设使我国的城市化增添了新的特 点。城市的发展带来了许多矛盾，城市人口与商品需求的矛盾、人口与环境的矛盾、人口与 能源矛盾等等。因此根据社会 经济 一自然三系统的循环关系，“模拟自然生态系统长 期维持链环结构的功能过程”的生态工程机理研究可望在缓解这些矛盾中积极发挥“有效管 理”及“化苦为 利，化废为宝”的重要作用。 例如城 市污水处理生态 工业废水余热 用的温室农业生态工程，农牧产品加工业的副产品及废弃物的利用等等。此外生态工程技术 可用于城市的总体规划和生态经济小区规划中，如城市绿地、公园、林木的规划等。 此外，生态工程对基础科学研究也有着重要意义。从复杂系统的观点来看，世界上最复 杂的系统右三种：生物体、人脑和自然生态系统。用绕对这三类系统的研究形成了当代科学 的几个重要的前沿学科和领域。生命科学同时涉及了对生物体和人脑的研究。人工智能研究 试图在揭示人脑奥秘的基础上 进行大脑结构功能模拟设计。生态系统研究虽远 大象前两 那样在基础研究中占有重要地位，但它的确已引起越来越多的基础科学研究者的重视。例如 风扉世界的“混浊现象”与“非平衡态”理研究，许名问题就是基于对生态系统的研究而报 出的。如果说仿生学是对生命体的模拟研究，人工智能是对人脑的模拟研究，那么，生态工 程发展正如上述H.T.Odum所说是使人类生存与竞争中与其环境变为伙伴的设计。亦即对 精巧微妙的、 人类赖以生存的生态环境及生态系统的模拟和创造。从这个意义上说，生态工 程学就像仿生学，人工智能那样应看作为重要基础学科之一，而对它的研究可视为提供人类 生存条件及提高生存质量做出重要贡献的战略思想。历史将证明，加强生态工程研究将使整 个生物学科与农业产生重大突破。 第二节生态工程的主要类型和特征 一、生态工程的主要类型 运用生态系统的基本原理（主要是生物共生、物质循环再生、食物链、生物与环境相互

8 发展道路。充分利用我国传统农业之精华和我国劳动力充分之优势，遵循生态学原理与生态 工程技术，发展劳动密集型与技术密集型相结合的农业是可以实现农业生产合理、低投入而 高效地持续发展的。所有这些战略、技术和生态工程的思想与技术正相吻合，因此，可以认 为农业生态工程建设是适于我国农业持续发展的战略方向与技术路线的。 2. 生态工程与我国生态环境的保护与治理 1979 年马世骏教授提出了关于环境的确切概念。他说：“环境”是一定空间与时间内， 多种成分相互作用的多维结构，通常虽然只有一、二个成分在当时起着显著作用，但成分之 间的相互作用关系则依然存在。因此，任何一个成分所产生的作用，都不同程度的带有其他 成分的影响，有些成分的作用，可能是两种成分的合力或相互激发与加强的结果，从而有可 能导致事物质量的突破。又说：只有依靠多方面的有效的环境管理，方能造成比较健康的环 境和科学地利用自然资源。 环境保护是我国国策的重要内容之一，也是国土整治的一项根本性战略。对历史上人类 有意识或无意识地不适当经营所造成的生态环境恶化和现状，生态工程原理和技术，为缓解 与恢复恶化的生态环境提供了有效的途径。例如我国“三北”防护林生态工程建设所取得的 成就已为这些提供了有力的证明。而“运用生态系统的再生原理，以闭路循环的形式，在生 产过程中实现资源的合理和充分的利用，使整个生产过程保持高的生态效率并使环境高度洁 净”（马世骏 1984）更是目前及今后要普遍推行的环境自净工程。 3. 生态工程与我国工业与城市发展 目前我国正处在一个城市化迅速发展的阶段，不但原有大城市人口和空间规模的膨胀， 而且中小城市也在不断扩大，尤其是蜂涌而起的小城镇建设使我国的城市化增添了新的特 点。城市的发展带来了许多矛盾，城市人口与商品需求的矛盾、人口与环境的矛盾、人口与 能源矛盾等等。因此根据社会——经济——自然三系统的循环关系，“模拟自然生态系统长 期维持链环结构的功能过程”的生态工程机理研究可望在缓解这些矛盾中积极发挥“有效管 理”及“化害为利，化废为宝”的重要作用。例如城市污水处理生态工程，工业废水余热利 用的温室农业生态工程，农牧产品加工业的副产品及废弃物的利用等等。此外生态工程技术 可用于城市的总体规划和生态经济小区规划中，如城市绿地、公园、林木的规划等。 此外，生态工程对基础科学研究也有着重要意义。从复杂系统的观点来看，世界上最复 杂的系统有三种：生物体、人脑和自然生态系统。围绕对这三类系统的研究形成了当代科学 的几个重要的前沿学科和领域。生命科学同时涉及了对生物体和人脑的研究。人工智能研究 试图在揭示人脑奥秘的基础上进行大脑结构功能模拟设计。生态系统研究虽远不象前两学科 那样在基础研究中占有重要地位，但它的确已引起越来越多的基础科学研究者的重视。例如， 风扉世界的“混浊现象”与“非平衡态”理研究，许多问题就是基于对生态系统的研究而提 出的。如果说仿生学是对生命体的模拟研究，人工智能是对人脑的模拟研究，那么，生态工 程发展正如上述 H. T. Odum 所说是使人类生存与竞争中与其环境变为伙伴的设计。亦即对 精巧微妙的、人类赖以生存的生态环境及生态系统的模拟和创造。从这个意义上说，生态工 程学就像仿生学，人工智能那样应看作为重要基础学科之一，而对它的研究可视为提供人类 生存条件及提高生存质量做出重要贡献的战略思想。历史将证明，加强生态工程研究将使整 个生物学科与农业产生重大突破。 第二节 生态工程的主要类型和特征 一、生态工程的主要类型 运用生态系统的基本原理（主要是生物共生、物质循环再生、食物链、生物与环境相互

适应等原理)，根据当地的自然条件，生产技术和社会需要，可以设计出多种多样相互结合 的工艺体系。马世骏等提出了下面具有一定代表性的五个类型。 物 质能量的多层分 级利用系统 根据森林生态系统多层分级利用光能的结构特点 以模拟不同种类生物群落的共生功能，包含分级利用和各取所需的生物结构系统。这类系统 可以进行多类型、多途径模拟，并可在短期内获得显著的经济效益。图1是利用秸秆生 食用菌和蚯蚓等的生产设计。秸秆还田是保持土壤有机质的有效措施。但是，秸秆直接返回 土速，不仅需经时长时间的发壁分解，才能发挥肥效，而日有时还容易造成CN出失调影 、糖化和微生物发酵等过程先把程 查来培养食用菌：生产食用菌的残余 料又用于繁殖蚯蚓，最后才把利用后剩下的残物返回农田，收效就会较好。虽然最终还田的 秸秆有机质的肥效有所降低，但增加了生产沼气、食用菌和蚯蚓等的直接经济效益。 太阳射 籽实 作物 菊化家畜 饲料 接种 产品出 合用 产品输出 产品编出 图1·】生态工程原理应用之一：作物秸秆的多级利用（引自马世骏，1987） 2.水陆交换的物质循环系统 食物链是生态系统的基本结构，通过初级生产 ,次级 产、加工、分解等完全代谢过程，完成物质在生态系统中的循环。水陆交换系统就是通过食 物链关系把陆生生态系统和水生生态系统有机联合起来，组成水陆复合生态系统。桑基鱼塘 是比较典型的水陆交换生产系统（图1-2）。在这个体系里，桑树通过光合作用生成有机物 质（桑叶）：桑叶喂蚕生产蚕丝及蚕茧（生物工艺的物质转化）：桑树的调落物、桑椹和蚕沙 施撒到鱼塘中，经过鱼塘内另一食物链过程，转化为鱼：鱼的排泄物及其他未被利用的有机 物和底泥，经过底栖生物的消化、分解，取出后可作为混合肥料，返回桑基，培养桑树。这 样的生产体系无论从经济上或农业环境上都能收到很好的效益。 太阳辐射 桑 委茧丝 泥

9 适应等原理），根据当地的自然条件，生产技术和社会需要，可以设计出多种多样相互结合 的工艺体系。马世骏等提出了下面具有一定代表性的五个类型。 1. 物质能量的多层分级利用系统 根据森林生态系统多层分级利用光能的结构特点，可 以模拟不同种类生物群落的共生功能，包含分级利用和各取所需的生物结构系统。这类系统 可以进行多类型、多途径模拟，并可在短期内获得显著的经济效益。图 1-1 是利用秸秆生产 食用菌和蚯蚓等的生产设计。秸秆还田是保持土壤有机质的有效措施。但是，秸秆直接返回 土壤，不仅需经过长时间的发酵分解，才能发挥肥效，而且有时还容易造成 C/N 比失调影 响土壤有效养分的提高。但在一定条件下，如果利用氨化、糖化和微生物发酵等过程先把秸 秆变成家畜喜食的饲料，而后用家畜的排泄物及秸秆残渣来培养食用菌；生产食用菌的残余 料又用于繁殖蚯蚓，最后才把利用后剩下的残物返回农田，收效就会较好。虽然最终还田的 秸秆有机质的肥效有所降低，但增加了生产沼气、食用菌和蚯蚓等的直接经济效益。 图 1-1 生态工程原理应用之一：作物秸秆的多级利用（引自马世骏，1987） 2. 水陆交换的物质循环系统 食物链是生态系统的基本结构，通过初级生产、次级生 产、加工、分解等完全代谢过程，完成物质在生态系统中的循环。水陆交换系统就是通过食 物链关系把陆生生态系统和水生生态系统有机联合起来，组成水陆复合生态系统。桑基鱼塘 是比较典型的水陆交换生产系统（图 1-2）。在这个体系里，桑树通过光合作用生成有机物 质（桑叶）；桑叶喂蚕生产蚕丝及蚕茧（生物工艺的物质转化）；桑树的凋落物、桑椹和蚕沙 施撒到鱼塘中，经过鱼塘内另一食物链过程，转化为鱼；鱼的排泄物及其他未被利用的有机 物和底泥，经过底栖生物的消化、分解，取出后可作为混合肥料，返回桑基，培养桑树。这 样的生产体系无论从经济上或农业环境上都能收到很好的效益

图1-2生态工程原理应用之二：水陆交换生产系统（引自马世骏，1987） 3.“废物”再生利用和环境调节工程系统工农业生产和农副产品加工过程中，会产 生大量的“废物” 这些 “废物 长期以来未能得到很好地利用，不但浪费了大量的可利用 资源，而且成为污染城乡环境的污染源。因此，回收和消除此类污染物质是城乡建设和工和 区环境保护工作中必须考虑的重要问题。例如利用工厂余热（包括汽热和水热）作为邻近住 房冬季取暖热源的方法在许多城市采用。如能根据散热及导热原理，在工厂附近建造不同温 度梯度温室和利用余热养殖水生植物，收效就会更好。所收获的植物的一部分可制成饲料， 喂养畜禽：畜禽的排泄物用于肥田和培有防护林：农田和防护林又可调节工厂燃料所产 二氧化碳。这种兼生产和环境保护的工艺可称为利用废物再生功能的环境调节工程。若干 工艺流程所构成的工程体系即废物再生的调节工程系统。图13就是此类工程的模式之一。 工厂余热也可以用来加热温室或棚窖，生产蔬莱、花卉、畜禽渔产品等。 近年来大量科技研究工作证明，许彩种植物（如水葫芦）会吸收和宫集某些微量重金 属物质，因此可将此类植物用作回收某些微量元素的活介质。经回收和浸出或稀释后的植物 无毒部分亦可作为家畜的饲料。 林 温室水生生物 太用 有肥料 图13生态工程原理应用之三：工业城市水热再利用系统模式（引白马世骏，1987 4.多功能污水自净工程系统在一般情况下，自然生态系统内部不易出现由于某种物 质的过多积累而造成系统崩溃或主要生物成分的大量死亡，这是由于系统本身就拥有自行解 毒的“医生”（微生物）和解毒的工艺（物理的、化学的）过程。即使由于某种物质过分积 累，破坏了系统的原来结构，亦会出现适应新情况的生物更新，通常把自然生态系统的这种 功能叫白净功能。模拟此种复杂功能的工艺体系，应是今后解决工业废水污染的重要涂径 图14是这类原理的应用模式之一，包括相互交错的食物链和三个方向的物流与能源， 以及 不同性质的输入与输出

10 图 1-2 生态工程原理应用之二：水陆交换生产系统（引自马世骏，1987） 3. “废物”再生利用和环境调节工程系统 工农业生产和农副产品加工过程中，会产 生大量的“废物”，这些“废物”长期以来未能得到很好地利用，不但浪费了大量的可利用 资源，而且成为污染城乡环境的污染源。因此，回收和消除此类污染物质是城乡建设和工矿 区环境保护工作中必须考虑的重要问题。例如利用工厂余热（包括汽热和水热）作为邻近住 房冬季取暖热源的方法在许多城市采用。如能根据散热及导热原理，在工厂附近建造不同温 度梯度温室和利用余热养殖水生植物，收效就会更好。所收获的植物的一部分可制成饲料， 喂养畜禽；畜禽的排泄物用于肥田和培育防护林；农田和防护林又可调节工厂燃料所产生的 二氧化碳。这种兼顾生产和环境保护的工艺可称为利用废物再生功能的环境调节工程。若干 工艺流程所构成的工程体系即废物再生的调节工程系统。图 1-3 就是此类工程的模式之一。 工厂余热也可以用来加热温室或棚窖，生产蔬菜、花卉、畜禽渔产品等。 近年来大量科技研究工作证明，许多种植物（如水葫芦）会吸收和富集某些微量重金 属物质，因此可将此类植物用作回收某些微量元素的活介质。经回收和浸出或稀释后的植物 无毒部分亦可作为家畜的饲料。 图 1-3 生态工程原理应用之三：工业城市水热再利用系统模式（引自马世骏，1987） 4. 多功能污水自净工程系统 在一般情况下，自然生态系统内部不易出现由于某种物 质的过多积累而造成系统崩溃或主要生物成分的大量死亡，这是由于系统本身就拥有自行解 毒的“医生”（微生物）和解毒的工艺（物理的、化学的）过程。即使由于某种物质过分积 累，破坏了系统的原来结构，亦会出现适应新情况的生物更新，通常把自然生态系统的这种 功能叫自净功能。模拟此种复杂功能的工艺体系，应是今后解决工业废水污染的重要途径。 图 1-4 是这类原理的应用模式之一，包括相互交错的食物链和三个方向的物流与能源，以及 不同性质的输入与输出