4.3生态工程 课件 2024—2025学年高二上学期生物人教版选择性必修2

第4章 人与环境 4.3.1 生态工程的基本原理 本课内容 1. 生态工程的基本概念 2. 生态工程四个基本原理：自生、协调、循环、整体 生态工程的基本概念（课本P98-99） 生态工程的概念：指的是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。 实施原因：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，正在消耗大量的自然资源。 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（绝不是只要生态不要钱！）。 生态工程的优点：少消耗、多效益、可持续。 生态工程的基本原理 整体 自生 协调 循环 生态工程的四个基本原理：重中之重！记住理解并应用！ 自生（课本P99-100） 自生的概念：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。 要求我们怎么做？ ①有效选择生物组分并合理布设。 考虑物种的功能（净化等），考虑生态位差异，考虑种间关系，使物种间形成互利共存的关系。提高生物多样性（与稳定性有关）。 ②创造有利条件。 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。 湿地、湖泊中，移除富营养化、有毒有害物质；增加溶氧。 要点：选择适合共存的物种，创造适合共存的环境。 协调（课本P100-101） 协调的概念：考虑生物与生物、生物与环境的协调。 要求我们怎么做？ ①考虑环境容纳量，注意生物种群数量的协调。 ②考虑生物与环境适应，尽量选择本地种。 要点：选择适应环境的本地种，种群数量要平衡。 循环（课本P100） 循环的概念：促进物质迁移与转化，保证各个环境物质迁移顺畅，主要物质或元素转化率较高。 饲料与垫料 沉降物 (雨、雪等) 牲畜 人类食品 作物 残留 养分吸收 牲畜粪便 土壤 作物 人粪尿 人类食品 人 无废弃物农业的优点： 保证土壤肥力， 改善土壤结构， 培育土壤微生物， 实现土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用 整体（课本P101） 整体的概念：以整体观为指导。自然系统是一个整体、社会-经济-自然是一个整体。 要点：不仅考虑自然，还要考虑经济和社会（法律、习俗、政策、收入、产业……） 桑基鱼塘，可以找到哪些生态学的原理？ （1）桑基鱼塘中的生物组分通过合理布设，互利共存，实现了系统结构与功能的协调。 （2）陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑。 （3）桑和甘蔗适应我国南方温暖湿润的气候；四大家鱼混养充分利用了群落的空间结构；蚕的数量没有多到危及桑的存活。 （4）桑基鱼塘陆地与水面配比合理，各组分的搭配与比例适当，结构有序，形成了一个不可分割的整体；发展多种经营，为农民创造收入。 下面这段话，体现了哪些生态学原理？ 我国西部地区缺雨干旱，土壤较为贫瘠，应该选择适合当地自然环境条件的物种，如乔木山杏和刺槐、高大灌木沙棘、低矮灌木小叶锦鸡儿等。山杏果实可制果脯，沙棘可榨汁，并通过公益助农项目进行网络直播带货。小叶锦鸡儿可做饲料，用于畜牧业，产生的粪便发酵后还田。应该注意牲畜数量不能超过植被的承载力。 以下做法，主要违背了什么原理？ （1）焚烧垃圾 （2）西北建设荔枝园 （3）草场高密度放牧 （4）引入水葫芦用于净化污水 （5）在城市周边种植人工杉树纯林用作防护林 （6）禁止保护区内部落按习俗挖泥盖房，导致原住民流离失所 （7）向湖泊里放生超量的巴西龟 （8）向人工湿地排入过量污水 以下做法，主要违背了什么原理？ （1）焚烧垃圾（循环） （2）西北建设荔枝园（协调） （3）草场高密度放牧（协调） （4）引入水葫芦用于净化污水（协调） （5）在城市周边种植人工杉树纯林用作防护林（自生） （6）禁止保护区内部落按习俗挖泥盖房，导致原住民流离失所（整体） （7）向湖泊里放生超量的巴西龟（协调、自生） （8）向人工湿地排入过量污水（自生） 生态工程的基本原理 右图是某生态农场以沼气为纽带，联动农作物种植、蚯蚓养殖、养鱼、养鸡、养鸭等产业的示意图。请据图回答下列问题： （1）该生态农场实现了生活垃圾、动物粪便、沼渣和沼液的充分利用，利用了生态学的_____原理。 （2）养鱼场的池塘不用换水，池底干干净净，每天只需补充蒸发水，所有生物正常生存，说明该池塘具有___________能力。 （3）该生态农业与传统农业相比，从能量流动的角度看，优点是____________________；从物质循环的角度看，优点是______________________。 直面高考 （2023·辽宁）人工防护林具有防风、固沙及保护农田等作用，对维护区域生态系统稳定具有重要意义。下列叙述正确的是（ ） A．防护林通过自组织、自我调节可实现自身结构与功能的协调 B．防护林建设应选择本地种，遵循了生态工程的循环原理 C．防护林建成后，若失去人类的维护将会发生初生演替 D．防护林的防风、固沙及保护农田的作用体现了生物多样性的直接价值 直面高考 （2023·辽宁）人工防护林具有防风、固沙及保护农田等作用，对维护区域生态系统稳定具有重要意义。下列叙述正确的是（ A ） A．防护林通过自组织、自我调节可实现自身结构与功能的协调 B．防护林建设应选择本地种，遵循了生态工程的循环原理 C．防护林建成后，若失去人类的维护将会发生初生演替 D．防护林的防风、固沙及保护农田的作用体现了生物多样性的直接价值 直面高考 （2023·湖南）党的二十大报告指出：我们要推进美丽中国建设，坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，统筹产业结构调整、污染治理、生态保护，应对气候变化，协同推进降碳、减污、扩绿、增长，推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展。下列叙述错误的是（ ） A．一体化保护有利于提高生态系统的抵抗力稳定性 B．一体化保护体现了生态系统的整体性和系统性 C．一体化保护和系统治理有助于协调生态足迹与生态承载力的关系 D．运用自生原理可以从根本上达到一体化保护和系统治理 直面高考 （2023·湖南）党的二十大报告指出：我们要推进美丽中国建设，坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，统筹产业结构调整、污染治理、生态保护，应对气候变化，协同推进降碳、减污、扩绿、增长，推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展。下列叙述错误的是（ D ） A．一体化保护有利于提高生态系统的抵抗力稳定性 B．一体化保护体现了生态系统的整体性和系统性 C．一体化保护和系统治理有助于协调生态足迹与生态承载力的关系 D．运用自生原理可以从根本上达到一体化保护和系统治理 直面高考 （2022·广东）使用除草剂清除荔枝园A的杂草是为了避免杂草竞争土壤养分，但形成了单层群落结构，使节肢动物物种多样性降低。试根据群落结构及种间关系原理，设计一个生态荔枝园简单种植方案（要求：不用氮肥和除草剂、少用杀虫剂，具有复层群落结构），并简要说明设计依据。 直面高考 （2022·广东）使用除草剂清除荔枝园A的杂草是为了避免杂草竞争土壤养分，但形成了单层群落结构，使节肢动物物种多样性降低。试根据群落结构及种间关系原理，设计一个生态荔枝园简单种植方案（要求：不用氮肥和除草剂、少用杀虫剂，具有复层群落结构），并简要说明设计依据。 在荔枝树下种植较低矮的豆科草本植物，从而形成垂直结构。 豆科草本通过固氮作用增加土壤中可用氮元素，从而替代氮肥。 豆科草本植物与杂草是竞争关系，抑制其生长，从而取代除草剂。 同时在荔枝树下养鸡，捕食害虫，从而减少杀虫剂的使用。 直面高考 （2022·广东·改编）使用除草剂清除荔枝园A的杂草是为了避免杂草竞争土壤养分，但形成了单层群落结构，使节肢动物物种多样性降低。设计一个生态荔枝园简单种植方案（要求：同时体现自生、协调、循环、整体原理），并简要说明设计依据。 直面高考 （2022·广东·改编）使用除草剂清除荔枝园A的杂草是为了避免杂草竞争土壤养分，但形成了单层群落结构，使节肢动物物种多样性降低。设计一个生态荔枝园简单种植方案（要求：同时体现自生、协调、循环、整体原理），并简要说明设计依据。 在荔枝树下种植较低矮的本地原产的豆科草本植物，二者高度不同，占据不同生态位，可以长期共存，体现自生原理。 选择本地原产的豆科草本植物，能适应本地气候，体现协调原理。 同时在荔枝树下养鸡。植食昆虫吃荔枝和豆科草本，鸡吃昆虫，鸡粪中的N、P等元素又被植物利用，体现循环原理。 鸡可用于出售，增加产品类型，提高果农收入，符合广东人爱吃鸡的习俗，体现整体原理。 直面高考 （2023·广东）上世纪70-90年代珠海淇澳岛红树林植被退化，形成的裸滩被外来入侵植物互花米草占据，天然红树林秋茄（乔木）-老鼠簕（灌木）群落仅存32hm2。为保护和恢复红树林植被，科技人员在互花米草侵占的滩涂上成功种植红树植物无瓣海桑，现已营造以无瓣海桑为主的人工红树林600hm2，各林龄群落的相关特征见下表。 红树林群落（林龄） 群落高度（m） 植物种类（种） 树冠层郁闭度（%） 林下互花米草密度（株/m2） 林下无瓣海桑更新幼苗密度（株/100m2） 林下秋茄更新幼苗密度（株/100m2） 无瓣海桑群落（3年） 3.2 3 70 30 0 0 无瓣海桑群落（8年） 11.0 3 80 15 10 0 无瓣海桑群落（16年） 12.5 2 90 0 0 0 秋茄-老鼠簕群落（>50年） 5.7 4 90 0 0 19 (4)淇澳岛红树林现为大面积人工种植的无瓣海桑纯林。为进一步提高该生态系统的稳定性，根据生态工程自生原理并考虑不同植物的生态位差异，提出合理的无瓣海桑群落改造建议 。 直面高考 （2023·广东）上世纪70-90年代珠海淇澳岛红树林植被退化，形成的裸滩被外来入侵植物互花米草占据，天然红树林秋茄（乔木）-老鼠簕（灌木）群落仅存32hm2。为保护和恢复红树林植被，科技人员在互花米草侵占的滩涂上成功种植红树植物无瓣海桑，现已营造以无瓣海桑为主的人工红树林600hm2，各林龄群落的相关特征见下表。 红树林群落（林龄） 群落高度（m） 植物种类（种） 树冠层郁闭度（%） 林下互花米草密度（株/m2） 林下无瓣海桑更新幼苗密度（株/100m2） 林下秋茄更新幼苗密度（株/100m2） 无瓣海桑群落（3年） 3.2 3 70 30 0 0 无瓣海桑群落（8年） 11.0 3 80 15 10 0 无瓣海桑群落（16年） 12.5 2 90 0 0 0 秋茄-老鼠簕群落（>50年） 5.7 4 90 0 0 19 (4)淇澳岛红树林现为大面积人工种植的无瓣海桑纯林。为进一步提高该生态系统的稳定性，根据生态工程自生原理并考虑不同植物的生态位差异，提出合理的无瓣海桑群落改造建议 。 在高大的无瓣海桑林下种植较低矮的灌木老鼠簕 21. 如何实现生态文明建设与生产、生活、生态空间高度混杂地区的高质量协同发展是珠三角河网区新时期面对的重要难题。研究人员以佛山大美公园为例，进行了生态修复实践，其生态修复与景观营造模式如图所示。 回答下列问题。 （1）用样方法调查该公园植物类群丰富度时，为确定合理的样方面积，应逐渐增大样方，统计样方内植物物种数，直到_________________________为止。 （2）图中蜜源、食源草花植物群系和食源、宿主果树植物群系的层次分布体现了群落的_____________结构，这样布设对人类生产、生活的好处是______________________。 21. 如何实现生态文明建设与生产、生活、生态空间高度混杂地区的高质量协同发展是珠三角河网区新时期面对的重要难题。研究人员以佛山大美公园为例，进行了生态修复实践，其生态修复与景观营造模式如图所示。 （3）该公园中既有人工养殖的鱼、螺，又有野生的鸟类、蝴蝶等，这些动物在生态系统中的作用是________________________________________________（回答2点）。 （4）经改造后大美公园洪涝调节和土壤保持等能力大为提升，但目前仍存在生境碎片化、外来物种偏多等问题。请根据生态工程的自生原理，提出合理的改造建议________________________________________________________________________。 第4章 人与环境 4.3.2 生态工程的实例 本课内容 1. 农村综合发展型生态工程 2. 湿地生态恢复工程 3. 矿区废弃地生态恢复工程 拓展：秸秆如何还田？ 绝对不能焚烧还田！（污染、能量利用率低） 破碎还田：秸秆原地打碎，混入土壤 覆盖还田：秸秆直接覆盖在地表 发酵还田：堆沤、发酵后还田 过腹还田：秸秆→饲料→粪便还田 微家畜处理：用蚯蚓等微家畜过腹 …… 农村综合发展型生态工程（课本P105） 作物秸秆→食用菌和饲料 青贮 在玉米等作物没有完全成熟时，将果穗和秸秆一起收获切碎，通过厌氧发酵成为牛羊的青饲料。 氨化 利用氨水或氮素化肥处理稻麦秸秆，使之软化适口，提高其作为饲料的营养价值。 农村综合发展型生态工程（课本P105） 1. 该生态工程如何体现了四个基本原理？ 农村综合发展型生态工程（课本P105） 2. 该生态工程如何体现少消耗、多效益、可持续的特点？ 农村综合发展型生态工程（课本P105） 3. 从能量流动的角度看，该生态工程有何优点？ 农村综合发展型生态工程（课本P105） 4. 从物质循环的角度看，该生态工程有何优点？ 农村综合发展型生态工程（课本P108） 7 1 2 3 4 5 6 1-厕所 2-猪禽舍 3-沼气池进料口 4-溢流渠 5-沼气池 6-通风口 7-简易日光温室 右下图是某处小型生态庭院。打开课本至108页，用带标注箭头表示物质或能量的移动，形成符合四个基本原理的小型生态工程。 湿地生态恢复工程（课本P106） 问题: ①废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程 ②动植物物种引进 ③在湿地的周围，还应建立缓冲带 ④引潮入湖，输入新鲜海水 ⑤建立驳岸、环湖步道，为市民提供休闲环境 对策： 在经济发展过程中，人们对湿地进行排水和围垦，已经破坏了地球上80%的湿地资源。湿地的缩小、湿地的环境污染、生物资源的过度利用等。 思考： 以上对策，和我们课本上学过的哪些生态学知识可联系在一起？ 矿区废弃地生态恢复工程 问题: 遵循系统学和工程学原理，人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等，关键在于植被恢复，及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。 对策： 矿藏开采后会造成山体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏。矿区极端恶劣的土地条件阻碍植被生长；影响土地景观；可能有重金属污染。 思考： 该工程体现了人类活动对演替的何种影响？ 矿区废弃地生态恢复工程 工程的具体内容 基本原理 人工进行植被恢复以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建 根据当地水分状况和土壤条件，一开始不是种植农作物，而是引入当地土著物种，植树种草 通过植树种草，建立饲料工厂和饲养场，进行肉牛养殖，综合开发治理为当地带来良好的生态、社会、经济效益 肉牛粪肥的利用 矿区废弃地生态恢复工程 思考： 在启动牧草加工业和畜牧养殖业之前，要特别特别特别注意什么问题？为什么？ 生态工程的发展前景（课本P107-108，阅读即可） 项目 内容 目标或思想 “整体、协调、自生、循环” “天人合一” 背景条件 人多地少，人均资源占有量少 建设重点 生态环境保护与经济、社会效益结合 存在问题 缺乏定量化模型的指导，难以设计出标准化、易操作的生态工程样板 生命是什么？（课本P109思维训练，感受即可） 1.生命系统的结构特征 2.生命系统的功能特点 3.从生态的视角看， 生命系统是 4.从历史的角度看， 生命系统是 开放性、复杂性、有序性、动态性、整体性 能与环境进行物质和能量的交换以维持自身的有序性，进行“自我更新”；细胞和个体等生命系统还能进行“自我复制” 依存于环境，也能适应环境、影响环境 由最原始、最简单的生命进化而来，凝聚着漫长的进化史 课本P113选择题第2题 城市生态工程是指用生态工程的方法对城市环境进行综合治理。下列措施，不符合城市生态工程建设基本原理的是（ ） A. 大力推广“环境友好技术” B. 采用浮床工艺法等手段治理水污染 C. 分区建设工业区、居住区、生态绿地等 D. 用法律手段禁止汽车上路，严禁造纸厂、酒厂生产，以断绝污染源头 课本P113选择题第3题 本章章首页所示的云南省红河州哈尼梯田，被盛赞为江河—森林—村寨—梯田四位一体的人与自然高度协调、可持续发展的生态系统，是我国劳动人民创造的农耕文明奇观。在这里，山顶是森林，可以涵养水源；山坡上是层层梯田；半山腰上建有村寨；山脚下有江河。近些年来，哈尼梯田部分地区试行稻—鱼—鸭生态种养模式，将种稻、养鱼、养鸭相结合，取得显著经济效益。 【小题1】维持哈尼梯田这一生态系统可持续发展的关键是（ ） A．层层的梯田 B．山顶的森林 C．半山腰的村寨 D．山脚下的江河 【小题2】稻—鱼—鸭生态种养模式能提高经济效益的原因是（ ） A．当地日照充足 B．当地土壤条件好 C．物质分层分级利用 D．物质和能量循环利用 课本P113选择题第3题 本章章首页所示的云南省红河州哈尼梯田，被盛赞为江河—森林—村寨—梯田四位一体的人与自然高度协调、可持续发展的生态系统，是我国劳动人民创造的农耕文明奇观。在这里，山顶是森林，可以涵养水源；山坡上是层层梯田；半山腰上建有村寨；山脚下有江河。近些年来，哈尼梯田部分地区试行稻—鱼—鸭生态种养模式，将种稻、养鱼、养鸭相结合，取得显著经济效益。 【小题1】维持哈尼梯田这一生态系统可持续发展的关键是（ A ） A．层层的梯田 B．山顶的森林 C．半山腰的村寨 D．山脚下的江河 【小题2】稻—鱼—鸭生态种养模式能提高经济效益的原因是（ C ） A．当地日照充足 B．当地土壤条件好 C．物质分层分级利用 D．物质和能量循环利用 补充练习 随着工业的发展，采矿业对环境造成越发严重的破坏，人们需要对矿区废弃地进行生态恢复，下列说法错误的是（ ） A.矿区废弃地可能会给生态系统造成严重的重金属污染 B.矿区生态环境的恢复工程中，关键的措施是植被恢复以及植被恢复所必需的土壤微生物群落重建 C.恢复矿区生态环境尽可能依赖自然演替恢复其功能 D.可使用人工制造表土的方式缓解矿区的生态环境 补充练习 随着工业的发展，采矿业对环境造成越发严重的破坏，人们需要对矿区废弃地进行生态恢复，下列说法错误的是（ C ） A.矿区废弃地可能会给生态系统造成严重的重金属污染 B.矿区生态环境的恢复工程中，关键的措施是植被恢复以及植被恢复所必需的土壤微生物群落重建 C.恢复矿区生态环境尽可能依赖自然演替恢复其功能 D.可使用人工制造表土的方式缓解矿区的生态环境 矿区废弃地生态恢复工程 下列关于我国生态工程发展前景的叙述错误的是（ ） A. 我国高度重视生态工程建设，把生态工程建设放在首位 B. 我国把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标 C. 中华民族传承古老的天人合一理念，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然 D. 生态工程的发展和应用将在建设美丽中国的过程中大有作为 矿区废弃地生态恢复工程 下列关于我国生态工程发展前景的叙述错误的是（ A ） A. 我国高度重视生态工程建设，把生态工程建设放在首位 B. 我国把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标 C. 中华民族传承古老的天人合一理念，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然 D. 生态工程的发展和应用将在建设美丽中国的过程中大有作为 $$