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