4.3.1 生态工程—生态工程的基本原理-【优选课】2024-2025学年高二生物同步备课课件（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 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。 讨论: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？ 弃耕农田自然状态下演替为森林需经数十年甚至更的时间，利用生态工程原理进行人工造林，可缩短建设周期，较短时间内获得生态效益。 问题探讨 2. 为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢？ 保证工程建设合理性和可实施性，也可有效控制建设成本和后续维护成本，避免时间和资源浪费，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？ 充分利用原有地貌和植被有利该公园可持续发展，且减少人力和物力投入。 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。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。 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。它调节城市气候，丰富市民生活，也为众多动植物提供了生存的“家园”。 这个例子是生态工程的生动缩影！ 法国有个趣儿味题：一个水池， 池中睡莲开始只有一片叶子， 但是叶子的数目每天翻一番， 即第二天变成两片，第三天为四片，第四天为八片，依此类推。 问：“如果到第三十天时叶子布满全池， 那么何时叶子布满半个池子？” 人类社会进入 20 世纪以来， 整个地球仿佛就是法国趣味题中的那个睡莲池。人口爆炸、粮食短缺、资源枯竭、空气污染、生态环境被破坏，人类面临着生存和发展的挑战。在这样的背景下，20 世纪 60 年代，生态工程应运而生。 一、关注生态工程建设 1.生态工程提出的背景 传统的生产方式，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。 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。 需要 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。 一、关注生态工程建设 2.生态工程的概念 ① ② 原理方法 手段 结果 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。 生态工程是可持续发展的重要手段。 少消耗、多效益、可持续的工程体系。 4.生态工程的优点 二、生态工程所遵循的基本原理 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 核心 循环 整体 自生 协调 二、生态工程所遵循的基本原理 1.自生 (最核心的原理) 在生态系统中由生物组分而产生的自组织、 、自我调节、 。 (1)概念 自我优化 自我更新和维持 (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) 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 个体水平 系统水平 实现系统结构与功能协调，形成有序整体 自我维持 二、生态工程所遵循的基本原理 1.自生 (最核心的原理) (3)实施措施 ①有效选择生物组分并合理布设。 *是系统或工程能否形成自组织能力的基础条件 适当提高生物多样性 实例：湿地修复 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。 移除水体中富营养化沉积物和有毒物质、增加水体溶氧量。 以太阳能为动力，驱动水质循环，水生态修复系统改善湖水的水质。 选择净化能力较强多种水生植物，还需考虑这些植物各自生态位差异，以及它们种间关系，通过合理人工设计，使这些物种形成互利共存关系。 二、生态工程所遵循的基本原理 2.循环 (1)概念 (2)理论基础 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。 物质储存空间的改变 物质存在形式的改变 生态系统的物质循环功能。 (3)实施措施 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。 传统的生产模式“原料—产品—废料” →改变为“原料—产品—原料—产品” 优点：实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染。 二、生态工程所遵循的基本原理 2.循环 (4)实例 我国古代先民依靠“无废弃物农业”保证了土壤肥力，改善了土壤结构，培育了土壤微生物，实现土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用，充分利用分解者的分解作用 因此，几千年来，土地一直维持着生产能力。 我国古代“无废弃物农业” 有人说，过度从土地索取导致土地退化，是有些古文明中断的一个重要原因，我国几千年的农业发展没有出现这一问题，这是中华文明数千年延续不断的条件之一，你认同这一观点吗？ 思考·讨论 历史上美索不达米亚、小亚细亚等地居民毁林造田，使那里成为了不毛之地。 而中华文明在“天人合一”、“道法自然”等生态智慧和“仁民爱物”“民胞物与”等生态伦理的指导下，生生不息、源远流长； 认同 (1)概念 二、生态工程所遵循的基本原理 3.协调 在进行生态工程建设时，需考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应的问题。 (2)理论基础 适应，长期自然选择的结果。 (3)实施措施 ①考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。 ②考虑环境容纳量。 橘生淮南则为橘， 生于淮北则为枳 我国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，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”。 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。 二、生态工程所遵循的基本原理 4.整体 (1)概念 (2)理论基础 (3)实施措施 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。 不同组分之间应构成有序结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能目的。 人类处在一个社会—经济—自然复合而成的巨大系统中。 整体原理 系统整体功能大于 各成分功能之和 需遵循 ①生态系统是一个有机的整体 ②社会-经济-自然是一个复合系统 ①各组分要有适当的比例，构成有序的结构 ②把生态与社会、经济结合起来 二、生态工程所遵循的基本原理 4.整体 (4)应用实例 进行林业工程建设时，一方面号召农民种树，另一方面考虑农民的生活问题。 如粮食、烧柴以及收入等问题。 往往是生活方面因素导致农民对森林、灌丛的过量砍伐。 因此只有把生态与社会、经济结合起来，才能从根本上达到造林和护林的目的。 (5)意义 只有应用整体性原理，才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。 现学现用 【检测】写出下列例子主要涉及到的生态工程原理 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 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 糖 蚕蛹 丝 蚕 桑叶 蚕排泄物 甘蔗 桑树 塘泥 糖渣 鱼塘 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，把原来割裂的生产系统通过优化组合，有机地整合在一起（如图）。根据同样的原理，甘蔗种植也可以与养猪、养鱼结合在一起。 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，让镰鱼、链鱼、草鱼草鱼、镀鱼、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了渔业生产的饲料。 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。 桑树→蚕 甘蔗→人 甘蔗→猪→人 池塘中还可能存在如下食物链: 浮游植物→鱼 浮游植物→浮游动物→鱼 蚕沙喂鱼 思考 · 讨论 分析生态工程案例中的原理和应用 2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？ 桑基鱼塘模式:人工建立的高产稳产的农业生态系统。做到蚕粪养鱼,鱼粪肥塘,塘泥肥田、肥桑,从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收。 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 思考 · 讨论 分析生态工程案例中的原理和应用 桑基鱼塘模式:人工建立的高产稳产的农业生态系统。做到蚕粪养鱼,鱼粪肥塘,塘泥肥田、肥桑,从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收。 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。 生态工程需要根据工程的目的，以及当地自然、社会和经济的情况，从系统的不同角度综合考虑问题。因此，不但要考虑生态学原理，而且要考虑经济和社会的实际状况，通过系统学、工程学的设计，在充分利用自然的基础上，考虑节省投资和维护成本，提供务实、可持续的解决方案。 二、生态工程所遵循的基本原理 练习与应用 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 二、拓展应用 Lavf58.51.100 Lavf58.28.100 a8bef34827b9554b7e472a84f413b713 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$