11．4．1　生态工程的概念与发展

生态工程的发展历程较短，从正式提出到现在仅40多年时间。生态工程是应用生态学科体系的组成部分，是依据生态学理论和方法研究和解决环境问题而产生的新兴分支领域。生态工程有其特定的内涵、基本特征、尺度和边界。作为生态学领域的分支之一，在诸多相关学科当中，生态工程与应用生态学的联系最为紧密。

1．生态工程的概念

随着全球环境问题的不断突现，生态环境问题得到了世界各国的高度重视，生态学家意识到“单纯描述与解释生物与环境之间相互关系已远远不够了”。严峻的生态环境保护与社会经济发展的矛盾，要求应用生态学研究必须在生态系统管理、生态系统建设、生态系统调控与改造方面有所作为，生态工程产生于人们对这一问题的认识基础之上。

20世纪60年代，美国著名生态学家H．T．Odum从生态系统的自我设计过程出发，提出了“生态工程”这一概念，将其定义为“人类运用少量辅助能而对以自然能为主的系统进行的环境控制”。1979年，我国生态学家马世骏提出了以“整体、协调、循环、再生”为核心的生态工程基本概念，1987年马世骏又将其进一步修订为“生态工程是利用生态系统中物种共生与物质循环再生原理及结构与功能协调原则，结合结构最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统。生态工程的目标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，达到经济效益与生态效益同步发展”。后来，W．J．Mitsch和S．E．Jōrgensen将生态工程定义为“为了人类社会及其自然环境二者的利益而对二者进行的设计”，1993年又将这一定义修改为“为了二者的共同利益而对人类社会及其自然环境加以综合的、可持续的生态系统设计”。1996年，在北京召开的国际生态工程大会上，将生态工程定义为“是人类认识和改造世界的一种系统方法，将社会经济与其自然环境综合在一起，并达到两方面效益相统一的可持续生态系统的规划、设计与管理的系统科学方法与组合技术手段”，“生态工程是生态科学的合理扩展，必须以生态学原理为基础，与生态和社会文化条件相结合，实施系统评价、规划、设计、建设与管理，实现生态系统内部的功能优化、结构和谐、过程高效，促进系统的可持续发展”。结合我国的实际情况，云正明认为，生态工程可以理解为：“应用生态学、经济学的有关理论和系统论的方法，以生态环境保护与社会经济协同发展为目标，对人工生态系统、人类社会生态环境和资源进行保护、改造、治理、调控、建设的综合工艺技术体系或综合工艺过程。”根据生态工程研究和实践的进展，颜京松在2001年提出将生态工程的定义可修订为：“为了人类社会和自然双双受益，着眼于生态系统，特别是社会-经济-自然复合生态系统的可持续发展能力的整合工程技术。促进人与自然和谐，经济与环境协调发展，从追求一维的经济增长或自然保护，走向富裕、健康、文明三维一体的复合生态繁荣和可持续发展。”

2．生态工程的内涵

从以上各种定义来看，生态工程应包含以下主要内涵：①生态工程实践是基于生态学理论；②生态工程是一个宽泛的概念，包括所有类型的生态系统以及与之相互联系、相互作用的潜在人类活动；③包括工程设计的概念与含义；④存在一个潜在的价值体系。在这四个基本内涵当中，第一点内涵是关键和基础，也就是说生态工程必须以生态学理论为基础；第二个方面的内容与应用有关，是指生态工程代表了一种新的设计范例，它最为明显的应用价值在于设计并实践生态系统与人类之间的相互作用；第三方面将设计引入到生态工程概念当中，明确表明设计是工程的关键，成功的工程设计需要依据严格的方法论；最后的内涵表明了生态工程的目标，即可利用的价值。

从生态工程宽泛的定义当中，反映出生态工程包含许多内涵，可将其应用到许多不同领域当中。总体来说，生态工程的应用主要体现在四个方面：①设计各种生态系统，来代替人工系统或能源密集型系统，从而满足人类需要（如环境工程）；②恢复受损生态系统，缓解对资源的过度开发（如生态恢复）；③管理、利用和保护自然资源（如林业生态工程）；④将人类社会和生态系统紧密结合起来，进行环境治理和环境建设（如景观建筑、城市规划、城市园林设计等）。

3．生态工程的特征

生态工程主要以社会-经济-自然复合生态系统为对象，以可持续发展为总目标，是可持续发展的重要手段。生态环境是经济、社会发展的基础，生态环境是人类生存的生命线。人类只有合理利用自然界，与自然协同进化、协调发展，人类社会才会可持续发展。环境问题的实质是资源代谢在时空尺度上的耗竭，系统耦合在结构和功能关系上的错位，社会行为在经济和生态关系上的冲突，因此通过生态工程综合措施，调节失调的物流、能流和再生循环路线，不仅可解决环境问题，而且可增加生产，提高经济效益。从生态工程内涵可以看出，生态工程的基本特征有：具有在系统工程领域相联系的多元成分与多重目的；具有整体性、协调性、循环与自主特征；经济效益、生态效益和社会效益协调发展；具有多学科相结合的特征；具有鲜明的伦理学特征。

生态工程是运用生态学等理论为指导，规划、设计和重建生态系统，并持续地服务于人类。生态工程的目的在于恢复被人类活动严重干扰的生态系统，建立具有人类和生态价值的新型持续生态系统，确立生态系统的生命支持功能并最终得以保护；其本质就是融基础与应用科学原理于一体，运用生态学方法建立新的生态系统从而解决环境问题；其运行方式就是参与生态系统的设计，提供先锋物种的选择机会并启动物理条件，通过自我调节能力进行自我维持，达到资源的合理保护，满足现有生态系统的人类需要。另外，生态工程是许多生态学理论的检验手段，生态工程把生态理论和实践反馈给应用生态学，从而促进生态科学不同领域的发展。

生态工程不同于环境工程，环境工程属于解决污染问题的科学原理的应用范畴，多依靠装置设备去除、转化或控制污染物，而生态工程是应用综合技术对自然环境进行规划、设计和重建，其核心是利用生态系统的自我维持功能不断地对自然环境进行改造。传统环境保护工程、清洁生产工程和生态工程在对象、目标、模式、设计、结构、功能等方面有明显的区别（表11-1）。

表11-1　传统环境保护工程、清洁生产工程和生态工程的区别

续表

4．生态工程的发展

自20世纪60年代以来，美国的H．T．Odum正式提出了生态工程概念，生态工程方面的研究与实践迅速发展。1989年，W．J．Mitsch和S．E．Jōrgensen主编出版了《生态工程》一书，提出了生态工程的对象、基本原理和方法论，推动了生态工程在全球范围内的发展。1992年国际性的生态工程杂志《Journal of Ecological Engineer》正式出版，1993年国际生态工程学会成立，有力地推动了生态工程理论与实践的完善与发展。

1996年，由国际生态工程学会、国际科联环境问题科学委员会中国委员会、中国科学院、瑞士Stensund应用生态中心联合主办的国际生态工程会议在北京举行，会议明确了生态工程的定义与基本特征，论证了生态工程对于可持续发展的重要作用，交流了在生态工程领域研究的最新成果与建设的经验，着重在农业生态工程、退化生态系统恢复生态工程、农工复合系统生态工程、污染控制生态工程、害虫控制生态工程等方面进行了详细的讨论。1998年，国际生态工程会议（ICEE）在印度的加尔各答举行，强调传统的生产管理实践中的环境问题以及采用环境友好技术、清洁生产技术有效地利用自然和生物资源。2001年，国际生态工程会议在新西兰举行，会议主题为“发展城市生态系统与农村生态系统”，强调综合景观服务及生产功能。2004年在希腊的Thessaloniki召开了“植被在改善陡坡稳定性中的应用”这一国际生态工程会议，讨论了生态工程各个研究领域的最新研究进展，而且特别重点强调生态工程新方法、新技术的开发和应用。

在生态工程领域，W．J．Mitsch和S．E．Jōrgensen是自H．T．Odum之后两位在世界上很有影响力的人物。Jōrgensen和Mitsch首创性开发了湖泊和湿地生态模型，并在全球范围内广泛传播，成为一个有效的工具被广泛应用于可持续水资源管理方面，为全球性水资源利用与管理作出了重大贡献。S．E．Jōrgensen和W．J．Mitsch于2004年获得斯德哥尔摩水奖。

在西方发达国家和地区，生态危机主要表现在由高度工业化、城市化及强烈集约型的农业经营所造成的严重环境污染和破坏。因此，主要运用生态工程来达到治理污染、保护生态环境的目的。如在美国加利福尼亚州南部河口区的湿地，建立了利用湿生植物去除重金属、改善水质的生态工程，在伊利湖北部建立了应用湿地缓冲与净化入湖河水的生态工程，在麻省的沿海沼泽及盐滩上利用生态工程防止海洋富营养化等；在丹麦格雷姆斯湖建立了防治富营养化的生态工程；在德国建立了湿地处理废水的生态工程；在瑞典应用生态工程处理净化生活污水，应用藻类植物去除水中氮、磷的生态工程；在荷兰，通过调控湖泊中物种种类结构的方法防止富营养化等生态工程。这反映了西方国家的生态危机主要表现于环境污染和破坏，所以生态工程的应用重点是环境保护。

由于我国所面临的生态危机已经不单纯是环境污染，而是与人口增长、环境与资源破坏、能源短缺等紧密相关，所以我国的生态工程，不仅解决环境保护问题，更重要的还是以取得生态、经济及社会三方面综合效益最高为目标。在研究方面，主要是在多学科渗透和结合的基础上，着重于系统组分间关系的综合，探索系统的功能和发展趋势；在应用方面，由最初的农业生态工程及污水处理与利用生态工程，扩展到多种生态产业，生态工程的范围涉及农业、环保、林业、养殖、村镇规划、城建等各个领域。所有这些均以人与自然和谐、可持续发展为目标，应用生态工程的方法论和技术路线，按各地的自然、经济、社会条件，因地因类制宜规划地区的生态建设。可见，我国与西方发达国家生态工程各有侧重（表11-2）。近年来，我国生态工程无论是理论研究还是生产实践，都取得了长足的进展。正如王如松对生态工程的发展所总结的，生态工程从物理过程的量化走向生态过程的序化，从工程结构的优化走向生态格局的进化，从机器的人工智能走向人的生态智能。目前生态工程在分析生态系统或复合生态系统数量特征的同时，更关心系统的序，包括时间序、空间序、结构序、过程序和功能序，充分利用和创造适宜的生境条件，引导一种实现可持续发展的进化过程，从“最优化控制”走向“适应性调节”，在生态系统分析中按照生态控制论原理去辨识、调控系统的结构、功能与过程。

表11-2　我国和西方国家生态工程的区别