第二节生态原理 生态工程设计的对象或是不同的生态系统，因而其连循的设计原理很重要的来白干生态原 根据已有的研究成果，生态学中的主要原理有： 一、生物共生原理 即利用不同种生物群体在有限空间内结构或功能上的互利共生关系，建立充分利用有限物 质与能量的共生体系。如稻田养鱼、农林间作等。 稻田养鱼就是利用稻鱼共生，稻养鱼鱼养稻的互惠关系建立的一种生态工程。在稻田生态 系统 水稻作为业合 但同时受到田间杂草，浮游植物 的 竞争影 类月 草等，防止养 并将贮藏的能量转化为 鱼在稻田中拱泥觅 层，搅动田 起至 一定的排 水稻生 水稻生长的同时为 水师起到 蔽阳光 使稻田 鱼的生 0kg鱼苗 效益显著 茶间作也是一种互利共生，并在南方植胶区大面积推广的生态工程。通过合理调整胶茶 种群 可抵抗低酒 害等不 天敌数量 上地利 率，橡胶树 长 单胶林提高了17%，总产 还比单胶林提高提 以上 共牛现象还广地存在于生物界不同种群间。最常见的是异养生物与自养生物间的共生关 系，异养者从自养者外获取食物，而自养者则从异养者得到保护。农业中根瘤菌与豆科植物的 些高 等植物与菌根菌的共生，某些动物与其肠道中生活的纤维分解菌、固氨菌的共生 都是典型的极 价的 二、物质循环再生原理 根据生态系统物质循环原理，多类型、多途经、多层次地通过初级生产、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。 农业生态系统中的物质循环，通常指生命活动必需的元素或无机化合物在农业生态系统中 的循环流动，这种物质流动的 、速度直接决定着系 生产力大 并好到 物种群 库的吸收固定及贮存能力 生物 效率越 床之间 通流动 化效率就越高。 农业生 本身也就是在 定限度内获取物质转换 化的过程。 秸秆还田是保持土壤有机质的一种有效措施。但是秸秆不经处理直接返回土壤，需经过长 时间的发酵分解，方会发挥肥效。在 定条件下，如果利用糖化过程先把秸秆作为家畜的饲料 经代谢后的排泄物及桔杆渣来培养食用菌：生产食用菌的残余料又用于 直蚯蚓，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 桑基鱼墙是出较典型的水陆交换生产系统，是我国广东省农业中多年行之有效的多目标生 产体系。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： 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 6
6 第二节 生态原理 生态工程设计的对象就是不同的生态系统，因而其遵循的设计原理很重要的来自于生态原 理。 根据已有的研究成果，生态学中的主要原理有： 一、生物共生原理 即利用不同种生物群体在有限空间内结构或功能上的互利共生关系，建立充分利用有限物 质与能量的共生体系。如稻田养鱼、农林间作等。 稻田养鱼就是利用稻鱼共生，稻养鱼鱼养稻的互惠关系建立的一种生态工程。在稻田生态 系统中，水稻作为光合作用的主体，进行能量和物质的转化，但同时受到田间杂草，浮游植物 等的竞争影响。放养鱼类后，可取食大量杂草等，防止养分流失，并将贮藏的能量转化为高营 养的鱼产品；鱼在稻田中拱泥觅食，破坏稻田水面上形成的隔氧层，搅动田水，起到一定的增 氧作用，有利于水稻生产；同时鱼为稻田排放出大量含丰富营养物的粪便；水稻生长的同时对 水面起到遮蔽阳光作用，使稻田中的水温保持稳定，也有利于鱼的生长发育。因此稻田养鱼能 促进水稻增产，一般增产幅度为１０％，每公顷还可收到２１０－８７０kg 鱼苗，经济、生态 效益显著。 胶茶间作也是一种互利共生，并在南方植胶区大面积推广的生态工程。通过合理调整胶茶 种群结构后，既可抵抗低温、风害等不利条件，减轻水土流失，保持土壤养分，又可促进害虫 天敌数量的增加，增强抗病虫的能力，也将土地利用率提高了５０－７０％，提高了光能利用 率，橡胶树的平均生长量比单胶林提高了１７％，总产值还比单胶林提高了８０％以上。 共生现象还广泛地存在于生物界不同种群间，最常见的是异养生物与自养生物间的共生关 系，异养者从自养者外获取食物，而自养者则从异养者得到保护。农业中根瘤菌与豆科植物的 共生，一些高等植物与菌根菌的共生，某些动物与其肠道中生活的纤维分解菌、固氮菌的共生 都是典型的极有价值的例子。 二、物质循环再生原理 根据生态系统物质循环原理，多类型、多途经、多层次地通过初级生产、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。 农业生态系统中的物质循环，通常指生命活动必需的元素或无机化合物在农业生态系统中 的循环流动，这种物质流动的频率、速度直接决定着系统的生产力大小。并受到生物种群特性、 库的吸收固定及贮存能力的影响，生物转换效率越高，库与库之间沟通流动愈畅通，物质的转 化效率就越高。农业生产的本身也就是在一定限度内获取物质转换，能量流动及经济效益最大 化的过程。 秸秆还田是保持土壤有机质的一种有效措施。但是秸秆不经处理直接返回土壤，需经过长 时间的发酵分解，方会发挥肥效。在一定条件下，如果利用糖化过程先把秸秆作为家畜的饲料， 经代谢后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。 桑基鱼塘是比较典型的水陆交换生产系统，是我国广东省农业中多年行之有效的多目标生 产体系。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； 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 三、生态系统基本动力原理 生态系统的结构与功能取决于影响其的动力因素或限制因子（如温度、太阳能等）：根据生 态系统原 状态的系 因子左才 在自然界 「机体 环境的 互关系是 其复杂的 环境因子对生物的作用也各不 相同 子超过或热 重要即成为王导因于 有时 即成为辅助因子，但一但该因 可以说任 何环境 子都有可能成为限制因 ,并大体上可来自自然 人为 环境这么几个 面。无论是目然的受异，人为管理不当，还是环境的不可逆后果都可能直接影响生态豸 澳大利亚曾开垦过数百万亩荒地种植牧草，其水 由于缺乏 温度及其它自然条件都比较优越，但 生长不良 结果开垦区成了不毛之地， 后来给土壤施用钼肥后 首蓿生长良好，成为澳大利亚的重要牧场。 河流富营养化是一典型的限制因子决定系统状态及其种类组成的例子。在一个水库或河 中养分的输入与藻类的浓度直 相 如在丹麦哥鲁 (ch 当磷输入从1.6gm2.r降 到0. 地 毒废物 统 相应增 约长岛海峡(L Sound)的 南大湾( y）提供 故事。沿着流入海湾的支 鸭场 从而传 很 游植 密 大大增加 于海湾中 3 初级 增训 新增加的有机 磷比例使 改变： 的止常的混合浮植初儿乎完 藻所取代。以正常浮游植物为食而常年生长繁盛的著名蓝点牡蛎因不能利用新兴的藻类而逐 消失，该水域中其他的贝类也被消灭。 四、生态系统自组织原理 生态系统具有的调节与反馈机制使得系统产生自组织功能，以适应于外部环境的变化，并 最大限 或强化) 化带米的影甲 能是 过 统内部多 种自我调控机制实现的 正负反馈机制， 系统各生物种裤 密度与群体增长率间保持着 种平衡天系 种群密度增大时， 种群的群体增长率减小，使得种群数量增加减速， 负反馈机制使得种群数量 逐渐处于平衡水平：在种群数量低的情况下，群体增长率提高，个体大量增加，种群密度就提 高，形成正反馈。农田中害虫与天敌间的关系即是如此，害虫数量增长时，天敌即因食量增加 而大量繁殖，害虫因被食而大量减少，又反过来影响了天敌的繁殖。 生态系统中还由于处于同一生态位上的不同组分相互补偿作用而减轻系统的危害，这种多 元重复现象保证了系统在某些成分发生变化的情形下系统的输出可以稳定不变，使系统稳定性 得以有效地保持下去。如复杂的乔、灌、草、针阔叶林中，由于食虫鸟较多，马尾松较难发生 松毛虫灾害，而在马尾松纯林中，则易暴发松毛虫灾害。 除以上两种机制外，一切生态系统都有一种自我调节，自我修复和自我延续的能力。即生 态系统对任何外来干扰和压力，均能产生相应的反应，借以保持系统各组分之间的相对平衡关 系，以及整个系统结构、功能的大体稳定状态，使这个系统得以延续存在下去，这种机制也可 称系统的内稳态机制，即系统抵抗变化和保持平衡状态的机制。内稳态机制普遍存在于生物个 体体内和生态系统中，如动物通过血液循环，皮肤收缩，出汗等来调节体温，植物通过影压变 化，气孔开闭，形成角质层以至落叶来调节水分盈亏等。 7
7 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。 三、生态系统基本动力原理 生态系统的结构与功能取决于影响其的动力因素或限制因子（如温度、太阳能等）；根据生 态系统原理，处于任一状态的系统本身都有一限制因子存在。 在自然界中，各种有机体和环境的相互关系是极其复杂的，环境因子对生物的作用也各不 相同，有时显得特别重要即成为主导因子，有时则不那么重要，即成为辅助因子，但一但该因 子超过或接近有机体忍受程度的极限时，就可能成为一个限制因子。 可以说任何环境因子都有可能成为限制因子，并大体上可来自自然、人为、环境这么几个 方面。无论是自然的变异，人为管理不当，还是环境的不可逆后果都可能直接影响生态系统的 进程。 澳大利亚曾开垦过数百万亩荒地种植牧草，其水分、温度及其它自然条件都比较优越，但 由于缺乏微量元素钼，使牧草生长不良，结果开垦区成了不毛之地，后来给土壤施用钼肥后， 苜蓿生长良好，成为澳大利亚的重要牧场。 河流富营养化是一典型的限制因子决定系统状态及其种类组成的例子。在一个水库或河流 中养分的输入与藻类的浓度直接相关，如在丹麦哥鲁斯（Gluns）湖中当磷输入从 1.6g/m2.yr 降 到 0.4g/m2.yr 后，湖中藻类浓度明显下降，透明度相应增加。 同样地有毒废物的倾泻也是一生态系统的限制因子。纽约长岛海峡（Long Island Sound）的 南大湾（Great South Bay）提供了一个“鸭与牡蛎”的故事。沿着流入海湾的支流建造了许多 大鸭场，鸭粪使大面积的河水变肥，从而使浮游植物密度大大增加。由于海湾中循环率低，营 养物质很少流入大海而多半沉积下来。初级生产力的增加，本应带来好处，但事实并非如此。 新增加的有机营养物和低的氮-磷比例使生产者的类型完全改变；这个海区由硅藻、绿鞭毛藻 和腰鞭藻组成的正常的混合浮游植物几乎完全被非常小的 Nannochloris 属和列丝藻属的绿鞭毛 藻所取代。以正常浮游植物为食而常年生长繁盛的著名蓝点牡蛎因不能利用新兴的藻类而逐渐 消失，该水域中其他的贝类也被消灭。 四、生态系统自组织原理 生态系统具有的调节与反馈机制使得系统产生自组织功能，以适应于外部环境的变化，并 最大限度地减轻（或强化）这种变化带来的影响。 这种自组织功能是通过生态系统内部多种自我调控机制实现的。 如通过正负反馈机制，生态系统各生物种群密度与群体增长率间保持着一种平衡关系。当 种群密度增大时，种群的群体增长率减小，使得种群数量增加减速，负反馈机制使得种群数量 逐渐处于平衡水平；在种群数量低的情况下，群体增长率提高，个体大量增加，种群密度就提 高，形成正反馈。农田中害虫与天敌间的关系即是如此，害虫数量增长时，天敌即因食量增加 而大量繁殖，害虫因被食而大量减少，又反过来影响了天敌的繁殖。 生态系统中还由于处于同一生态位上的不同组分相互补偿作用而减轻系统的危害，这种多 元重复现象保证了系统在某些成分发生变化的情形下系统的输出可以稳定不变，使系统稳定性 得以有效地保持下去。如复杂的乔、灌、草、针阔叶林中，由于食虫鸟较多，马尾松较难发生 松毛虫灾害，而在马尾松纯林中，则易暴发松毛虫灾害。 除以上两种机制外，一切生态系统都有一种自我调节，自我修复和自我延续的能力。即生 态系统对任何外来干扰和压力，均能产生相应的反应，借以保持系统各组分之间的相对平衡关 系，以及整个系统结构、功能的大体稳定状态，使这个系统得以延续存在下去，这种机制也可 称系统的内稳态机制，即系统抵抗变化和保持平衡状态的机制。内稳态机制普遍存在于生物个 体体内和生态系统中，如动物通过血液循环，皮肤收缩，出汗等来调节体温，植物通过膨压变 化，气孔开闭，形成角质层以至落叶来调节水分盈亏等