4.3 生态工程（第1课时）——生态工程的基本原理-【高效备课】2022-2023学年高二生物同步备课优质课件（人教版2019选择性必修2）

第4章 人与环境 第3节 生态工程 一 生态工程的基本原理 问题探讨 在2008年北京奥运会的筹办过程中，奥林匹克森林公园是一个重要建设项目。公园所在地原来主要是普通村落和农田。2002年招标设计，2005年开工建设，2008年建成。公园建设坚持“绿色奥运”的理念，充分利用了原有地貌和植被，采用了营造近自然林系统、废物资源循环利用等多项生态技术。例如，公园的水系建设采用了雨水收集、污水利用、中水净化、智能化灌溉和生态防渗等环保技术。 1.农田弃耕后，在自然状态下也可以演替为森林，为什么还要人工造林呢？ 弃耕的农田在自然状态下演替为森林需要经过数十年甚至更长的时间，而利用生态工程原理进行人工造林，可以缩短建设周期，在较短时间内获得生态效益。 2.为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢？ 建设北京奥林匹克森林公园是涉及生态学、工程学、系统学、经济学等多学科的原理和方法的系统工程，要综合考虑诸多方面的因素，而且建设成本较高，在开工前做好整体设计可以保证工程建设的合理性与可实施性，也可以有效控制建设成本和后续维护成本，避免不必要的浪费，提高生态效益。 3.公园建设为什么要充分利用原有的地貌和植被，营造近自然林系统呢？ 生态工程的建设要顺应自然，即合乎自然规律。 自然的地貌和植被，是自然选择、生物与环境相适应的结果，充分利用原有的地貌和植被有利于该公园的可持续发展，并且会减少人力和物力的投入。 一、关注生态工程建设 1.实施生态工程的背景 20世纪60年代以来，全球经济进入了快速增长阶段，人们生活水平提高、人口迅速增长，人类也随之更多地从自然中索取。毁林种地，围湖造田，大量使用化肥、农药等农业生产方式，以及工业的迅猛发展，正在大量消耗自然资源。 这样的生产方式，已经严重影响了人类的可持续发展。为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律。改变“人类能征服自然”的错误观念，旨在解决环境与经济发展协调问题的一门新学科——生态工程应运而生并迅速发展。 2.生态工程的概念 人类应用生态学和系统学（工程学、经济学）等学科的基本原理和方法， 对人工生态系统进行分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行了修复、重建， 从而提高生态系统的生产力或改善生态环境， 促进人类社会和自然环境的和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。 3.生态工程的目的： 遵循生态学原理， 充分发挥资源的生产潜力， 防止环境污染， 达到经济效益和生态效益的同步发展。 4.生态工程的优点： 少消耗、多效益、可持续 二、生态工程所遵循的基本原理 生态工程是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶， 是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的应用学科。 生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础， 遵循着整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。 1.自生 （1）由生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持就是系统的自生。 （2）自生功能的基础：生态系统的结构与功能 （自我调节能力） ①个体水平：生物能够进行新陈代谢、再生更新等； ②系统水平：生物之间通过各种相互作用（特别是种间关系）进行自组织，实现系统结构与功能的协调，形成有序的整体。 相关信息——自组织 一个系统在没有外界信息指令的作用下， 自发地 由无序到有序，由低有序到高有序的 发展过程，就是自组织。 Eg：星球的诞生，自然生态系统的形成——都是自组织的结果。 （3）遵循自生原理的具体做法 ①有效选择生物组分并合理布设。如： 在湿地修复过程中，选择净化能力较强的多种水生植物。 还需要考虑这些植物各自的生态位差异，以及它们之间的种间关系，通过合理的人工设计，是这些物种形成互利共存的关系。 这是系统或功能能否形成自组织能力的基础条件。 一般而言，应尽量提高生物多样性程度，为什么？ 利用种群之间互利共存关系，构建复合的群落，这样即便某个种群消亡，其他种群也能弥补上来，从而有助于生态系统维持自生能力。 （3）遵循自生原理的具体做法 ②要创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖，以及它们形成互利共存关系的条件。 如：在湿地生态工程中， 通过移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质， 减少水体污染物，增加水体溶氧量（如:太阳能水生态修复系统，查阅身边相关案例）， 可以改善水生生物的生存环境，从而有利于生态系统的自生。 2.循环 （1）在生态工程中促进系统的物质迁移与转化，既保证各个环节的物质迁移顺畅，也保证主要物质或元素的转化率较高。 （2）具体做法：通过系统设计实现不断循环，使前一环节产生的废物尽可能地被后一环节利用，减少整个生产环节“废物”的产生。 （3）理论基础：生态系统的物质循环功能。 遵循循环原理优点：实现了物质的多级循环利用，废弃物资源化，减少污染。 土壤的肥力是一切农业生产特别是种植业