标题：生态工程
生态工程学科
起源生态工程起源于生态学的发展与应用，[1]至今不过30年的历史。60年代以来，全球面临的主要危机表现为人口激增、资源破坏、能源短缺、环境污染和食物供应不足，表现出不同程度的生态与环境危机。在西方的一些发达国家，这种资源与能源的危机表现得更加明显与突出。[1]现代农业一方面提高了农业生产率与产品供应量，另一方面又造成了各种各样的污染，对土壤、水体、人体健康带来了严重的危害。而在发展中国家，面临着不仅是环境资源问题，还有人口增长，资源不足与遭受破坏的综合作用问题，所有这些问题都进一步孕育、催生了生态工程与技术对解决实际社会与生产中所面临的各种各样的生态危机的作用。[2]
首次提出1962年美国的H. T. Odum首先使用了生态工程（Ecological Engineering），提出了生态学应用的新领域：生态工程学。并把它定义为“为了控制生态系统，人类应用来自自然的能源作为辅助能对环境的控制”，管理自然就是生态工程，它是对传统工程的补充，是自然生态系统的一个侧面。80年代后，生态工程在欧洲及美国逐渐发展起来，并出现了多种认识与解释，并相应提出了生态工程技术，即“在环境管理方面，根据对生态学的深入了解。花最小代价的措施，对环境的损害又是最小的[2]一些技术”。
中国概念提出在我国生态工程的概念提出是由已故的生态学家、生态工程建设先驱马世骏先生在1979年首先倡导的。马世骏先生（1984）给生态工程下的定义为：“生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统”。
在中国面临的生态危机，不单纯是环境污染，而是由于人口激增，环境与资源破坏，能源短缺、食物供应不足等共同而成的综合效应。因此中国的生态工程不但要保护环境与资源，更迫切的要以有限资源为基础，生产出更多的产品，以满足人口与社会的发展需要，并力求达到生态环境效益、[2]经济效益和社会效益的协调统一，改善与维护生态系统，促进包括废物在内的物质良性循环，最终是要获到自然－社会－经济系统的综合高效益。正因为如此，在我国对生态系统的发展与生态工程的建设提出了“整体、协调、再生、良性循环”的理论。生态工程的基础形成了除了以生态学原理为支柱以外，还吸收、渗透与综合了其它许多的应用学科。如农、林、渔、养殖、加工、经济管理，环境工程等多种学科原理、技术与经验，生态工程的目标就是在促进良性循环的前提下，充分发挥物质的生产潜力，防止环境污染，达到经济与生态效益同步发展。
生态工程的原则
生态工程是从系统思想出发，按照生态学、经济学和工程学的原理，运用现代科学技术成果、现代管理手段和专业技术经验组装起来的，以期获得较高的经济、社会、生态效益的现代农业工程系统，建立生态工程的良好模式必须考虑如下几项原则：
因地制宜（1）、必须因地制宜，根据不同地区的实践情况来确定本地区的生态工程模式。
扩大系统的物质、能量、信息的输入（2）、由于生态系统是一个开放、非平衡的系统，在生态工程的建设中必须扩大系统的物质、能量、信息的输入，加强与外部环境的物质交换，提高生态工程的有序化、增加系统的产出与效率。
密集相交叉的集约经营模式（3）、在生态工程的建设发展中，必须实行劳动、资金、能源、技术密集相交叉的集约经营模式，达到既有高的产出，又能促进系统内各组成成分的互补、互利协调发展。
生态工程建设的目标是使人工控制的生态系统具有强大的自然再生产和社会再生产的能力。在生态效益方面要实现生态再生，使自然再生产过程中的资源更新速度大于或等于利用速度，在经济效益方面要实现经济再生，使社会经济再生产过程中的生产总收入大于或等于资产的总支出，保证系统扩大再生产的经济实力不断增强，在社会效益方面要充分满足社会的要求，使产品供应的数量和质量大于或等于社会的基本要求，通过生态工程的建设与生态工程技术的发展使得三大效益能协调增长，实现高效益持续稳定的发展。
生态工程的基本原理
（1）、物质循环再生原理理论基础：物质循环
意义：可避免环境污染及其对系统稳定性和发展的影响
（2）、物种多样性原理理论基础：生态系统的抵抗力稳定性
意义：生物多样性程度可提高系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力
（3）、协调与平衡原理理论基础：生物与环境的协调与平衡
意义：生物数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏
（4）、整体性原理理论基础：社会—经济—自然复合系统
意义：统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定
（5）、系统学与工程学原理a. 理论基础：系统的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式
意义：改善和优化系统的结构以改善功能
b. 理论基础：系统整体性原理：整体大于部分
意义：保持系统很高的生产力
生态工程的特点
中国生态工程发展特点中国与国外蓬勃发展的生态工程各有自己的特点，中国生态工程有独特的理论和经验，中国生态工程所研究与处理的对象，不仅是自然或人为构造的生态系统，而更  生态工程多的是社会－经济－自然复合生态系统，这一系统是以人的行为为主导，自然环境为依托，资源流动为命脉，社会体制为经络的半人工生态系统。其结构可以分成为3个主要集合。
生态工程构成核心圈是人类社会，包括组织机构及管理、思想文化，科技教育和政策法令，是核心部分为生态核。另一层次是内部环境圈，包括地理环境、生物环境和人工环境，是内部介质，称为生态基。常具有一定的边界和空间位置；第三圈是外部环境，称为生态库；包括物质、能量和信息以及资金、人力等。
国外的生态工程发展特点国外的生态工程研究与处理的对象一般是按照自然生态系统来对待。如各类湖泊、草原、森林等，在自然生态系统中加入或构造原本没有人为结构，如水利设施与土壤改良等工程。西方生态工程的研究方法的贮备与应用，特别是定量化、数学模型化及其系统组分及机制的分析方面具有自己的特色。
正文
生态工程含义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  生态工程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)。 生态工程
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  生态工程工艺过程（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。
生态工程技术
生态工程技术通常被认为是利用生态系统原理和生态设计原则?对系统从输入到转换关系与环节直到输出的全部过程进行合理设计?达到既合理利用资源?获得良好的经济及社会效益?又将生产过程对环境的破坏作用降低在较低的水平。
生态工程的规划
生态工程规划与设计的流程生态工程规划与设计的一般流程为：生态调查 系统诊断综合评价 生态分区及生态工程设计 配套技术 生态调控。
生态分区与生态工程设计根据生态调查、系统诊断及综合评价的结果，进行生态分区，在生态分区的基础上进行生态工程的设计。生态分区是根据自然地理条件、区域生态经济关系及农业生态经济系统结构功能的类似性和差异性，把整个区域划分为不同类型的生态区域。现有的区划方法有经验法、指标法、类型法、叠置法、聚类分析法等，根据分区的原则与指标，运用定性和定量相结合的方法，进行生态分区，并画出生态分区图。
生态工程的评价
由于农业生态系统是一个复合生态系统，生态工程必须具备多个方面的功能和效益，这里就有一个如何对生态工程进行综合评价的问题。对生态工程进行综合评价对于生态工程的规划与设计有着十分重要的意义，综合评价能使规划更加合理化并有利于不同生态工程的横向比较。
（1）. 生态工程的评价指标针对不同类型的生态工程有许多不同的评价指标，这些指标的性状不一，不同的指标之间很难进行直接的比较。生态工程的评价指标构成评价指标体系，指标体系一般分为三层，第一层为综合效益，第二层为经济效益、生态效益、社会效益，第三层为各种具体指标。
（2）. 生态工程评价的方法生态工程评价的方法有多种，如经验评估法、单项指标评价法、综合分级评分法、多指标综合评价法，每一种方法都有各自的缺点和优点，有些方法简单易行，但主观性较大，有些方法较为严密，但计算时较为复杂。现在用得较为普遍的为层次分析法（The Analytic Hierarchy Process，简称AHP）。
生态工程与我国生态环境保护与治理
“环境”是一定空间与时间内?多种成分相互作用的多维结构?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。
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。我国举世瞩目的 “三北”防护林体系建设、环境自净工程、污染环境修复工程等均是例子。
生态工程与我国工业与城市发展
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城市及工业发展矛盾中积极发挥“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。 ? 生态工程为工业和农业的可持续发展作出了重大贡献?加强生态工程研究将使21世纪的整个生物学科与农业产生重大突破。