• 在原有的垄型结构的表面流型湿地上增开一个小型水闸，
长宽为2m×1.5m，各闸口交错排列。并在人工湿地的侧面 与自然湿地的交界处增开四个大闸，长宽4m×2m。
• 平时水量大小适度，污染物组成较为均匀时，使水均匀从表 面流型湿地和渗透型湿地中流过，最后注入自然湿地。如果 污染物中氨氮含量较高时，打开部分闸门，使水流能沿最大 路径流经渗透型湿地，这是利用渗透型湿地较强的去除氨氮 污染物的能力，使水流中的氨氮污染物得到分解和吸收。
生 态 工 程
Ecological engineering
生态工程规划与设 计
第一节 生态工程规划
1 生态工程规划概述
1.1 生态工程规划的概念
工程目标
• 生态工程规划 采取的方法 • 生态工程规划产生于19世纪下半叶
• 以社会-经济-自然复合生态系统为规划对 象，应用生态学原理、方法和系统科学的 手段，去辨识、设计和模拟人工生态系统 内的各种生态关系，确定最佳生态位，并 突出人与环境协调的优化方案的规划。
悬浮颗粒、污水中的杂质的目的。
• 第三，渗透型人工湿地主要用来降低水中的氨氮 含量指数。渗透型湿地为厌氧微生物提供一个厌 氧环境，硝化细菌、反硝化细菌利用硝化作用、 反硝化作用将N、P转化为铵离子、硝酸根离子、
磷酸根离子、以无机盐形式被植物吸收或生成沉
淀。垄埂上的表面流型湿地，由于芦苇根部的吸 收和呼吸作用以及微生物的分解作用，水中的大 部分有机质被除去，而且硫化物等形成矿物质， 沉淀于湿地中。
• 生产环、增益环、减耗环、复合环、加工环
• 生产环：所加入的环，可使非经济产品或废物(或
部分用非经济产品与废物)直接生产出为人利用的
经济产品。 • 用玉米芯生产木糖醇或糠醛，残渣培养食用菌， 培养食用菌后的残渣再培养蚯蚓，蚓粪再作为优 良有机肥还田；秸秆作饲料，家畜的粪便生产沼
气，沼渣生产肥料。
1.2.4 环境时间节律与生物机能节律原则
• 环境因子的时间节律：年周期、月周期、日周期。 • 生物的机能节律：日周期、月周期、年周期 • 一片森林中，猫头鹰夜间捕食昼伏夜出的小动物，
而鹰白天捕食夜伏昼出的小动物，各取所得。
• 生态工程种群的选择与匹配过程中合理地利用不 同生物的机能节律，与当地环境节律合理配合， 就可以做到环境资源的合理利用。 • 雨季造林
• 西方已化石燃料、电能为主
• 中国主要靠人力投入
1.2.2 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。
• 中国目标是同步取得生态环境、经济和社会三方
面效益。通过再生循环，不仅去除污染，而且要 尽量生产商品或可利用的原料，化废为利，收到
旱灌木、牧草为第一期工程，然后再进行第二期 生态恢复工程。
• 第一期工程：柠条、胡枝子、沙棘等豆科植物，
具有抗风沙的作用，又改良了环境，增加土壤肥
力。 • 第二期工程：引入乔木形成疏林结构，形成乔、 灌、草结合的高效生态工程。
1.2.8 种群置换原则
• 复合群体的群落组成是经过长期的种间斗争逐渐
• 生态规划内涵：
• 以人为本，追求人与自然的和谐 • 以资源环境承载力为前提
• 规划标准从量到序 • 规划目标从优到适
1.2 生态工程规划的基本特征
• 综合性：生态环境要素、社会经济要素、技术要 素 • 协调性：经济、社会和生态利益相协调
• 战略性：高度
• 区域性：不同地区建设方向、规划重点、建设步
骤差异
• 实用性：可操作性
1.3 生态工程规划原则
• 经济建设、城乡建设和生态工程同步原则
• 系统原则 • 可持续发展原则 • 因地制宜、因害设防、分类指导、分区突破原则 • 统筹兼顾、分步实施、先易后难、先急后缓原则
1.3 生态工程规划的类型
• 按规划期划分 • 按规划期可分为长期生态工程规划、中期生态工 程规划以及年度生态工程建设规划。
用污水获得比较好的效益。但不适于北方，以黑
麦草等代替。
• 我国用鲢鱼、鳙鱼等吃浮游植物的鱼类，控制水
体富营养化，转化水中的藻类成为食用鱼，到市
场销售，增加水体中营养盐的输出。但不适于美
国。
• 我国湿地中用芦苇处理污水，再收割用于造纸、 编织。在其他国家一般不用芦苇造纸，自生自灭。
1.2 生态学原则
经济效益。生态工程开始时要求输出大于输入，
降低过量积累，协调后调整输出，保持输入物质 和输出物质平衡，收到生态效益和社会效益。
1.2.3 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。
• 按性质划分
• 生态工程规划从性质上分，有土地利用规划、水 资源利用规划、水土保持工程规划、林业生态工 程规划、防沙治沙规划、生态农业工程规划、草 地保护与建设规划、自然保护区规划及土地整理
与复垦规划。
• 按人工化程度划分
• 按照人工化的程度可将生态工程规划分为自然保 护和生态建设两类。 • 按保护规模划分
1.2.5 生物种群选择原则
• 根据生态工程建设的主要目的来选择
• 根据工程所处自然环境特征来选择
1.2.6 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
稳定性差的关键原因。
• 可以根据生物共生互生、生态位等原理，选择匹
配次要种群，建造复合群体，形成互惠共存的群 落。
1.2.7人工压缩演替周期原则
达到和谐与平衡的。 • 以豆科作物、豆科牧草或中草药植物代替地被物， 以经济灌木或小乔木组成下木，以食用菌代替腐 生性低等生物，人工控制株行距，减少竞争，这
样建成的生态系统就会既具有自然生态系统的物
种多样性又具有较高的经济效益。
1.2.9 经济效益原则
• 西方生态工程的价值往往是自然环境保护和自然
• 芦苇区剖面采用垄沟结构，垄上种以芦苇、菖蒲，
按照表面流型湿地的标准建设；垄沟内铺以细沙
和碎石，建成渗透型湿地。
意义：
• 第一，南四湖地处北方，夏秋季节河水流量变化
剧烈，垄沟结构的人工湿地有可观的蓄水能力， 对削弱洪峰对生态保护区的危害有重大意义。 • 第二，垄沟结构有利于增加水流在湿地内的滞留 时间，降低水流在湿地内的流速，从而达到沉淀
• 红萍稻田
• 加工环：加工是物理、化学过程，并不是生物学过程，不 属于食物链网的范畴，但它与系统的输入与输出关系密切， 直接决定着不同系统的功能，对经济效益，生态环境及社 会效益有很大影响。 • 通过加工增值，木材 - 家具；玉米 - 淀粉、玉米油。 • 通过加工减少对环境的影响，农产品加工。
新型人工湿地生态工程设计 —以山东省南四湖为例
• 南水北调东线工程重点污染源控制点南四湖湖区 污染状况较为严重，对南水北调水质安全造成威 胁。山东省南四湖是东线治污的重点之一，为此， 设计符合生态学与生态经济基本原理的生态工程，
使湿地生态系统具有较高的生态、经济、社会综
合效益，对于保障南水北调工程实施的生态安全 具有重要意义。
1 设计工艺
• 确定实验区为生态工程建设的主要区域，采用湿
景观的美化，而少或无市场价值与直接经济效益。
• 中国生态工程的价值是实利，在净化与保护的同
时，往往还要产出商品，有直接的利润和经济效 益。
2 ห้องสมุดไป่ตู้态工程设计基本程序和路线
社会目标 拟定目标 经济目标 生态目标 自然资源条件 背景调查 社会经济条件 生态环境条件 数 据 处 理
系统分析
构建数学模型
基 本 程 序
• 减耗环：在食物链中，有的环节只能是消耗者或 破坏者，称为“损耗环”，为抑制“损耗环” 对
物质和能量的过度消耗，在“损耗环”上增加一
新环节，使之抑制和削弱减耗环的作用。天敌的
引入。
90% 70%
白菜
人
三叶草
20%
10% 30% 白菜甲虫
• 复合环：所加之环，往往起到上述各环的多种功能。
• 在一些农、林生态系统中，引入蜜蜂这一环节，不仅可将 原本分散在各植物中的花粉、花蜜，经蜜蜂转化后，生产 出蜂蜜、蜂蜡、蜂王浆、蜂胶、花粉等，起到生产环作用， 而且由于蜜蜂传媒授粉作用，使很多作物增产，如可使棉 花的皮棉增产20％，油菜秆增产18％左右，梨、苹果分别 增产30-50％及20-47％，起到增益环效果。
可行性评价
技术路线
• 建立互利共生网络
• 将平行的原本不相联结的种，食物链生态系统的 联结，形成互利共生网络，提高效率，促进物质 的良性循环。 • 稻田养鱼（蟹）
• 延长食物链
• 例如在农田生态系统中，作物生产量提高100%的
话，可供人直接用的产品增加20%，其余的80%未
被高效利用。
• 增加环节，变废为宝，提高物质能量利用率。
芦苇区的去污净化作用提供丰富的氧气。此外，小叶浮萍 还有阻滞水中漂浮物，吸附水中悬浮颗粒的作用。
第二级：芦苇挺水植物区
• 芦苇区是该系统净化污水最主要的区域，系统利用湿地的 自净能力将大部分污染物去除。湿地中主要去污功能表现 在：(1)悬浮颗粒的沉降；(2)溶解营养物质，扩散并进行
沉积；(3)有机物矿质化；(4)营养物质被微生物和植物吸 收。芦苇区的湿地设计采用人工湿地和自然湿地相结合的 方针。人工湿地有更强的去污能力，而建造人工湿地需要 资金投入。在保证出水水质的前提下，将人工湿地与自然 湿地有效结合起来既充分利用了湿地资源，又节省了资金。
地三级处理污水工艺。整个工艺流程系统采用浮
游植物作为污水的初级处理设施，污水的二级处
理采用湿地植物芦苇、菖蒲，在工程尾段采用沉 水植物做最后的处理工作。