4.3 生态工程-2024-2025学年高二生物同步备课课件（人教版2019选择性必修2）

4.3 生态工程 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。短短几年，普通的村落和农田就脱胎换骨般地转变为令人赞叹的森林公园。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。它这个例子是生态工程的生动缩影。 1.实施生态工程的背景 人口增长 人类活动 全球生态环境危机 人类可持续发展受到影响 解决环境与经济与协调发展 生态工程 导致 导致 需要 需要 ①毁林种地; ②围湖造田; ③大量使用化肥、农药等; ④工业的迅猛发展，正在消耗大量的自然资源。 一、关注生态工程建设 毁林种地 围湖造田 大量使用化肥 2.生态工程的概念 人类应用生态学和系统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，促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。 ① ② 3.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.特点： 少消耗、多效益、可持续。 生态工程以生态系统的________、___________功能为基础,遵循______、______、______、_____等生态学基本原理。 自组织 自我调节 整体 循环 协调 自生 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。星球的诞生，自然生态系统的形成都是自组织的结果。 自组织 二、生态工程的基本原理 自 生 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。 1. 概念： 2. 理论基础： 生态系统的结构与功能（生态系统的自我调节能力） 3. 原因： 生物能够进行新陈代谢、再生更新 生物之间通过各种相互作用（特别是 种间关系）进行自组织 生物本身 生物之间 实现系统结构与功能协调，形成有序整体 自我维持 4. 实施措施： ①有效选择生物组分并合理布置。 湿地生态工程 例如，在湿地修复过程中： *这是系统或工程能否形成自组织能力的基础 适当提高生物多样性 d.通过合理的人工设计，使得这些物种形成互利共存的关系。 b.考虑这些植物各自的生态位差异 c.考虑这些植物各自的种间关系 a.应选择净化能力较强的多种水生植物 自 生 湿地生态工程中，移除水体中富营养化沉积物和有毒物质、增加水体溶氧量。 ②创造有益于生物组分的生殖、发育、繁殖，以及它们形成互利共存关系的条件。 应用太阳能水生态修复系统改善湖水的水质。 自 生 4. 实施措施： 循 环 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效率高。 1. 概念： 2. 理论基础： 生态系统的物质循环功能。 物质储存空间的改变 物质存在形式的改变 3. 措施： 通过设计，实现不断循环，使前一个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。 优点：实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染。 10 “无废弃物农业”物质循环再生示意图 我国古代先民依靠“无废弃物农业”保证了土壤的肥力，改善了土壤结构，培育了土壤微生物，实现了土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用，因此，几千年来，土地一直维持着生产能力。 无废弃物农业 4.实例： ——无废弃物农业 协 调 在进行生态工程建设时，需要考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应的问题。 1. 概念： 2. 措施： ①生物与环境、生物与生物之间要协调与适应 我国西北地区一些地区年降水量小于450mm，只适宜种植灌木和草本植物，但曾被硬性规定种植乔木类杨树。导致一些地区种植的防护林成了残败的“灰色长城”。 ②需要考虑环境容纳量 过度放牧的草地 灰色长城 生物数量不能超过环境承载力的限度，否则会引起系统的失衡和破坏。 整 体 系统建设以整体观为指导，进行生态工程建设时，遵从自然生态系统的规律,各组分之间要有适当的比例，不仅考虑自然生态系统的规律，更要考虑经济和社会等系统的影响力。 1. 概念： 2. 实施措施： 植物 微生物 动物 非生物的因素 自然系统 政策 科学文化 管理 社会系统 生产 成本 消费 效益 经济系统 自然一社会一经济复合系统 在进行林业工程建设时，一方面号召农民种树，另一方面一定要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。只有把生态与社会、经济结合起来，才能从根本上达到造林和护林的目的。 13 理论基础 意义 实例 自生 自组织、自我优化、 自我调节、自我更新 和维持 实现系统结构和功能的协调，形成有序的整体 湿地生态系统的修复 循环 物质循环 通过系统设计实现循环，使前一环节产生的废物尽可能被后一环节利用，减少整个生产环节废物的产生 无废弃物农业 协调 生物与生物、生物与环境的协调与适应 生物数量不超过环境承载力，避免系统的失衡和破坏 西北地区不适于种植乔木类的杨树 整体 社会、经济、自然构成的复合系统 统一协调各种关系，保障生态系统的平衡和稳定 林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题 小结：生态工程的基本原理 生态工程基本原理的判断方法: ①强调物质循环、废物利用、减轻环境污染→循环原理。 ②体现物种多，营养关系复杂；涉及结构与功能的协调→自生原理。 ③强调生物与环境的协调与平衡，涉及环境承载力→协调原理。 ④涉及自然、经济和社会，如林业生态工程建设→整体原理。 15 ①沼气池——遵循了______原理 ②在人工林增加植被层次——遵循了_______原理 ③“落红不是无情物，化作春泥更护花”——体现了______原理 ④前面造林，后面砍树——违背了_____原理 ⑤草原确定载畜量，不能过度放牧——遵循______原理 ⑥湿地破坏——违背了______原理 ⑦减少污水排放，治理湖泊——遵循了______原理 ⑧引入物种时考虑是否适应环境——遵循______原理 ⑨引入水葫芦泛滥，导致多数生物死亡——违背了_____原理 和_____原理 【现学现用】 循环 自生 循环 整体 协调 自生 自生 协调 自生 协调 思考•讨论：分析生态工程案例中的原理和应用 讨论1：尝试画出桑基鱼塘中的食物链 桑基鱼塘农业生产模式： 陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑 优点：将陆地种植与鱼塘养殖结合起来，把原本割裂的生产系统通过优化组合，有机地整合在一起。 思考•讨论：分析生态工程案例中的原理和应用 根据同样原理，甘蔗种植与养猪、养鱼结合(如图所示) 桑树→蚕； 甘蔗→人 甘蔗→猪→人 浮游植物→鱼 浮游植物→浮游动物→鱼 鱼塘 鱼塘 鱼塘 桑树 桑叶 蚕 蚕蛹 丝 蚕排泄物 塘泥 甘蔗 糖渣 糖 ①“陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑”主要遵循了_____原理； ②“所选择的生物与生物、生物与环境达到了协调和平衡，例如桑和甘蔗适应我国南方温暖湿润气候”主要遵循了_____原理； ③“在设计桑基鱼塘时，要考虑合适的陆地与水面的配比”主要遵循了_____原理； ④“四大家鱼混养模式，通过合理布设，让各种鱼类都有生存的机会和空间”主要遵循了_____原理。 循环 协调 整体 自生 鱼塘 鱼塘 鱼塘 桑树 桑叶 蚕 蚕蛹 丝 蚕排泄物 塘泥 甘蔗 糖渣 糖 讨论2：桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？ 讨论3：当桑叶价格高，卖桑叶比卖鱼更合算时，当地农民会将蚕沙用作桑树的肥料，而不是喂鱼。由此可以看出，生态工程建设除了要考虑生态学、工程学原理，还需要关注什么？ 还需关注经济学原理， 要达到经济效益和生态效益的同步发展。 鱼塘 鱼塘 鱼塘 桑树 桑叶 蚕 蚕蛹 丝 蚕排泄物 塘泥 甘蔗 糖渣 糖 1. 生态工程遵循整体、协调、循环、自生等基本原理。判断下列相关表述是否正确。 （1）依据生态工程的循环原理，应该对垃圾进行焚烧处理。（ ） （2）园林既能改善生态环境，又能提高社会和经济效益，体现了生态工程的整体原理。（ ） 2.建设人工湿地可将污水、污泥有控制地投放到人工建造的湿地上，主要利用了土壤、人工介质、微生物的作用对污水和污泥进行处理。下列叙述，不合理的是（ ） A.合理搭配植物以提高系统的生物多样性 B. 尽量使用本地物种以减少外来物种入侵 C. 为提高能量传递效率增大引入湿地的污水总量 D. 选择合适的人工介质以利于好养微生物的分解作用 × √ C 【现学现用】 实例 农村综合发展型生态工程 湿地生态恢复工程 矿区废弃地的生态恢复工程 宗旨：进行生态工程建设时，应根据当地的实际条件，因地制宜地进行。 三、生态工程实例 1.农村综合发展型生态工程 （1）问题： （2）对策： (3) 实例: 北京郊区的某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程 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。 人多地少，资源有限 建立农村综合发展型生态工程 以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程： ②饲料用于喂养畜禽 ③人、畜粪尿作为原料生产沼气 ④沼液用于水产养殖 ⑤沼渣用于为有机农产品——“无公害蔬菜”施肥和喂养畜禽。 ⑥畜禽、鱼、螺、谷物、饲料等加工品也可到市场上出售 ①作物秸秆用来生产食用菌和饲料 24 主要原理及对应的内容 农村综合发展型生态工程 有效选择畜、鱼等多种生物组成并合理布设 ________原理 自生 作物→粮食、秸秆→人、畜食用→粪便残渣→沼气池→农田→作物________原理 循环 利用自然生态系统中的成分，增加了就业和经济收入，解决了社会问题________原理 整体 选择与本土或适应当地环境的生物________原理 协调 2.湿地生态恢复工程 （1）湿地的作用： （2）问题： （3）对策： 具有蓄洪防旱，调节区域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和其他多种动植物提供栖息地，以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。 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。 ①采用工程学和生态学措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复 如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，以及植物物种的引进种植等，使受到干扰的湿地得以恢复。 点源污染是指能够找到具体污染来源的污染，如下水道、工厂排污口等。 非点源污染是指不能准确确定污染发源地的污染，如农田施用农药、化肥对地表和地下水造成的污染。 （3）对策： ②在湿地周围建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能 （4）实例： 厦门筼(yún)筜(dāng)湖生态恢复工程 污水排放 水质恶化 鱼虾绝迹 散发臭味 减少重金属有毒物排放 清挖淤泥、沿湖修建 整治沿湖及周边企业 引潮入湖、西水东调 增加氧容量增强自净力 改善水质、美化景区 27 该案例主要原理分析 湿 主要原理及对应的内容 废水等污染物的处理： 原理 根据原湿地物种的分布情况引入动植物： 原理 建立缓冲带，减少人类的干扰、依靠其自然演替等机制恢复其生态功能： 原理 湿地 生态 恢复 工程 循环 协调 自生 3.矿区废弃地的生态恢复工程 （1）问题： （2）对策： ①山体、土壤和植被乃至整个地区生态系统被破坏 ②极端恶劣的土地条件，会阻碍植被的生长 ③规模巨大的采矿业，对土地景观造成巨大的影响，产生严重的重金属污染 ①措施：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。其中，关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤生物群落的重建。 植树、种草 社会、市场 畜牧养殖 矿区废弃地 牧 草 加 工 业 施 加 工程机械措施 就业投入 肉蛋奶 环境 投入 制造表土压实 （2）对策： （3）案例： ②具体方法：首先通过机械方法平整压实土地，人工制作表土；然后在人造表土上，植树种草(根据环境引入当地土著物种)。 赤峰市元宝山矿区生态恢复工程、萍乡市下埠镇南竹坡自然村 矿区生态恢复工程流程图 30 3.矿区废弃地的生态恢复工程 主要原理及对应的内容 矿区废弃地的生态恢复工程 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，运用了________原理。 根据当地水分状况和土壤条件，一开始种植农作物，而是引入当地土著物种，植树种草______原理 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______原理 自生 协调 整体 肉牛粪肥的利用_______原理 循环 1.我国生态工程存在的问题 （1）缺乏定量化模型的指导，难以像“精确农业”那样设计出标准化、易操作的生态工程样板。 （2）有些设计缺乏高科技含量。 （3）生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持。 （4）缺乏理论指导。 2.我国目前面临的生态危机及对策 （1）危机: 人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题。 （2）对策: 重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合，需要生态工程建设发挥作用。 3.我国生态工程的前景 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。今天，古老的智慧融合了现代科学成就，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。 四、生态工程的发展前景 1. 生态工程建设需要因地制宜、多措并举。判断下列相关表述是否正确。 （1）农村综合发展型生态工程实现了物质和能量的循环利用（ ） （2）农村综合发展型生态工程的原理是一样的，各地均可按相同的模式建设。( ) （3）在湿地生态恢复工程中，建立缓冲带主要是为了减少人类的干扰。( ） （4）在某矿区废弃地进行公园化建设时，需要考虑植被与土壤之间的协调。（ ） 2. 2017年,我国农业部启动了农业绿色发展行动，其中要求提高农作物秸秆的利用率。 下列对农作物秸秆处理不当的是（ ） A. 过腹还田 B. 青贮、氨化处理 C. 田间焚烧，留灰做底肥 D. 利用作物秸秆培养蚯蚓 × √ C × √ 【现学现用】 Lavf58.51.100 $$