4.3 生态工程 -第1课时-2024-2025学年高二生物同步课堂精优课件（人教版2019选择性必修2）

有一个偏远农村，土壤贫瘠（氮肥含量低），收成不好，盐碱含量较高，庄稼年轻人多外出打工，留守老人为谋生计，各家各户都养了些鸡鸭、猪、牛等，但是粪便未妥善处理，气味难闻，村里唯一的池塘也被动物粪便和生活垃圾所污染。农闲时，村民上山砍伐树木，倒卖木材增加收入，村里不通燃气，村民只好砍柴做饭，植被减少导致泥石流。 1.该村目前存在的主要问题有？ 问题探讨 自然环境差，如土壤氮肥低； 环境污染、植被破坏； 资源没有得到充分利用； 村民收入低 种豆科植物，增加土壤肥力；清理垃圾，种植水生植物，放养动物等；粪便作为肥料入田，或者沼气发酵解决燃料问题；种植经济作物等。 2.请用所学的生物学知识为该村提出一些切实可行的发展思路。 第4章 人与环境 第3节 生态工程 （第1课时 生态工程的基本原理） 本节聚焦 1、什么是生态工程？ 2、为什么要关注生态工程建设？ 3、生态工程建设主要遵循那些基本原理？ 自主阅读教材98-103页，完成以下问题： 1、生态工程的背景、概念、目的、特点分别是什么？ 2、生态工程遵循哪些基本原理？ 3、每个原理的含义、措施、实例是什么？ 自主探究 1、生态工程提出的背景 一、关注生态工程的建设 人口增长 人类活动 人类可持续发展 解决环境与经济发展协调问题 生态工程 影响 需要 需要 ①毁林种地; ②围湖造田; ③大量使用化肥、农药等生产方式; ④工业的迅猛发展, 正在消耗大量的自然资源。 一、关注生态工程的建设 2、生态工程概念 消耗少、效益多、可持续。 指的是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。 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。 3、生态工程建设的目的 4、生态工程的优点 二、生态工程的基本原理 生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。 1、自生 在生态系统中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）含义: （最核心的原理） （2）基础: 生物本身：其中生物能够进行新陈代谢、再生更新等。 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协调，形成有序整体，这一整体可以自我维持。 （生态系统的自我调节能力） 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。 生态系统具有独特的结构和功能 ②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。 二、生态工程的基本原理 1、自生 （3）措施: ①在生态系统中有效选择生物组分并合理布设。这是该系统或工程能否形成自组织能力的基础条件。 如在湿地修复过程中，选择污染物净化能力较强的多种水生植物，还需考虑这些植物的生态位差异，以及它们之间的种间关系，通过合理的人工设计，使得这些物种形成互利共存的关系。一般应尽量提高生物多样性程度，利用种群之间互利共存的关系，构建复合群落，这样即使某个种群消亡，其他种群也能弥补上来，有助于生态系统维持自生能力。 如湿地生态工程中，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，改善水生生物生存环境，有利于生态系统自生。 在生态工程中促进物质的迁移与转化，既保证各环节物质迁移顺畅，也保证主要物质和元素的转化率高。 (1)含义: (3)措施: (5)实例： 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”的生产。 “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。 (4)优点： 实现物质多级循环利用，废弃物资源化，减少污染。 二、生态工程的基本原理 生态系统的物质循环功能 (2)原因: 2、循环 二、生态工程的基本原理 3、协调 在生态工程建设时，考虑 、 的协调与适应。 (1)含义: (2)措施: (3)实例： 西北一些地区年降水量小于450mm，只适宜种植灌木和草本植物，不适宜种植乔木类的杨树 生物与环境 生物与生物 ①生物与环境、生物与生物之间要协调与适应 ②考虑环境容纳量 旁栏思考:从协调原理出发，在我国西北地区进行防护林建设，应选择哪些树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？ 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树种，如沙棘、山杏、刺槐、小叶锦鸡儿等。在西北地区发展畜牧养殖业，应注意考虑环境容纳量，牲畜数量不超过草地的承载力(环境容纳量)，避免过度放牧，并适当种植牧草。 二、生态工程的基本原理 4、整体 几乎每个生态工程都是具有多组分、复杂结构及综合功能的系统，这样的复杂系统建设必须以整体观为指导。 (1)含义: (2)措施: (4)实例： ①遵从自然生态系统的规律,各组分要有适当的比例，不同组分之间应构成有序结构，通过改变和优化结构达到改善系统功能的目的。 ②人类处在一个社会—经济—自然复合而成的巨大系统中。生态工程建设时要考虑自然生态系统的规律，更有考虑经济和社会等系统的影响力。 ③社会习惯、法律制度等也对生态工程建设有着重要影响。 进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面一定要考虑农民的生活问题，如粮食、烧柴及收入等问题。 能统一协调当前与长远、局部与整体、开发建设与环境保护之间的关系,保障生态系统的平衡和稳定。 (3)意义： 生产 成本 消费效益 经济系统 植物 动物 微生物 非生物的因素 自然系统 政策 管理 科学文化 社会系统 视频：桑基鱼塘 桑叶 鱼塘 甘蔗 糖渣 糖 蚕 蚕蛹 丝 桑树 塘泥 塘泥 蚕排泄物 鱼塘 鱼塘 明清时期，我国南方长江三角洲、珠江三角洲低洼内涝积水地或河网发达地区的先民们，就探索出一种桑基鱼塘的农业生产模式:陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑。这样可以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。根据同样的原理，甘蔗种植也可以与养猪、养鱼结合(下图)。 在设计桑基鱼塘时，要考虑合适的陆地与水面的配比，需要考虑栽种作物与养殖动物的关系。例如，地基和鱼塘的面积比例是“三比七”或“四比六”，即大部分采取“三基七水”或“四基六水”的比例。 池塘养鱼，也应综合考虑不同鱼种的关系，根据淡水鱼在自然环境中的混合生长状态，实行以四大家鱼为主的多鱼种混养模式，让鳙鱼、鲢鱼、草鱼、鲮鱼、鲤鱼、鲫鱼等各种鱼类都有生存的机会和空间。 运转良好的桑基鱼塘，可以做到物质的循环再生利用。种桑养蚕，蚕沙（蚕粪便)本是废弃物，如果不经处理直接堆放在室外，不但会腐烂变质污染环境，而且可能通过鸟、昆虫的携带造成交叉感染，导致家蚕疫病大爆发。桑基鱼塘将蚕沙由废弃物变成渔业生产的饲料。 问题探讨：分析生态工程案例中的原理和应用（P103） 问题探讨：分析生态工程案例中的原理和应用（P103） 讨论1、尝试画出桑基鱼塘中的食物链。 桑树→蚕，甘蔗→人，甘蔗→猪→人，浮游植物→鱼，浮游植物→浮游动物→鱼 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. 讨论2、桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？ 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“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； ③“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。 ④“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； 循环 协调 整体 自生 课堂练习 1、判断下列例子涉及到的生态工程原理： ①无废弃物农业——_____原理 ②太湖水体富营养化引起大面积水华——_____原理 ③单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害——违背_____原理 ④沼气池——_____原理； ⑤在人工林增加植被层次——_____原理； ⑥“落红不是无情物，化作春泥更护花”——______原理； ⑦前面造林，后面砍树——违背了_____原理； ⑧草原确定载畜量，不能过度放牧——______原理； ⑨湿地破坏——违背了_____原理； ⑩减少污水排放，治理湖泊——______原理； ⑪引入物种时考虑是否适应环境——______原理； ⑫引入水葫芦泛滥，导致多数生物死亡——违背了_____原理和_____原理 循环 自生 循环 整体 协调 自生 自生 协调 自生 协调 循环 自生 自生 2、某生态工程的设计过程中，四位工程师依次表达了自己的设计理念。 甲：进行生态工程建设时，不仅要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。 乙：进行生态工程建设时，需要处理好生物与生物、生物与环境的平衡与适应，需要考虑环境容纳量。 丙：生态工程建设时，应尽量提高生物多样性的程度，构建复合群落，有效选择生物组分并合理布设。 丁：通过系统设计，使前一环节产生的废物尽可能被后一环节利用，以减少整个生产环节中废物的产生。 请问甲、乙、丙、丁四位工程师的理念分别体现了什么原理？（ ） A.整体、协调、自生、循环 B.整体、自生、协调、循环 C.循环、协调、自生、整体 D.循环、自生、协调、整体 课堂练习 A 练习与应用(P103) 一、概念检测 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 练习与应用(P103) 二、拓展应用 1953年朝鲜战争停战后，南北双方以北纬38°为停火线，沿线两侧大约500km2为非军事区，这里的地表经过战争浩劫,几乎没有生物存在。几年来，由于基本没有人类活动，这里恢复了完全的自然状态。河水清澈、森林茂盛、物种繁多，还出现了多种被认为早已在朝鲜半岛灭绝的动物，如棕熊。有科学家评论说：“全世界只有在这个地个地区的生态恢复情况大大超过了人类所有生态建设所能达到的水平。”说说这个案例给你的启示。 我们在认识到生态工程在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，不能忘记大自然固有的强大的生态恢复力量，更不能误认为只要有了生态工程，就可以先污染，后治理;在生态工程建设中，我们应充分利用自然生态系统的恢复能力，结合当地生态环境有针对性地进行生态工程建设，以达到更好的效果，并节约成本。 Lavf58.51.100 $$