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 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。 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。 奥林匹克森林公园俯瞰 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。 奥林匹克森林公园俯瞰 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。 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。 奥林匹克森林公园俯瞰 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。 4.3生态工程的基本原理 一 、关注生态工程建设 二 、生态工程所遵循的基本原理 一 、关注生态工程建设 生态工程是指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。 农田生态系统 农田生态系统 消耗少、效益多、可持续。 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。 目的 优点 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。 原因 一 、关注生态工程建设 循环 整体 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 自生 协调 二 、生态工程所遵循的基本原理 自生——由生态系统中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 理论基础:生态系统的结构与功能（生态系统具有自我调节能力） 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。 二 、生态工程所遵循的基本原理 过渡： 生态系统结构和功能的实现主要依赖其中的生物组分以及生物之间的相互作用。 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利，也保证主要物质或元素的转化率较高 ①理论基础: 生态系统的物质循环功能 ②遵循该原理的具体做法 通过系统设计实现物质不断循环，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。 传统的生产模式“原料—产品—废料” →改变为“原料—产品—原料—产品” “无废弃物农业”物质循环再生示意图 二 、生态工程所遵循的基本原理 “无废弃物农业”物质循环再生示意图 应用实例：无废弃物农业 实现物质的多级循环利用，废弃物资源化，减少污染。 优点： 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。 二 、生态工程所遵循的基本原理 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。 具体内容: ① 考虑生物要适应环境 例如，我国西北一些地区年降水量小于450 mm，只适宜种植灌木和草本植物，但曾被硬性规定种植乔木类的杨树。由于环境不利于杨树的生长，这里许多杨树长得十分矮小，枯枝很多，半死不活，远不如当地树种那样有较高的生态适应性，导致一些地区种植的防护林成了残败的“灰色长城”。 二 、生态工程所遵循的基本原理 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。 具体内容: ② 考虑环境容纳量 如果生物的数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏，例如，过度放牧导致草场退化。 二 、生态工程所遵循的基本原理 整体——复杂生态系统的建设必须以整体观为指导，统一协调当前与长远、局部与整体、开发建设与环境保护的关系 遵从自然生态系统的规律，各组分有适当的比例，不同组分之间构成有序的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的 考虑经济和社会等系统的影响力 考虑社会习惯和法律制度的影响 经济系统 生产成本 消费效益 自然系统 非生物因素 动物 植物 微生物 社会系统 政策 管理 科学文化 二 、生态工程所遵循的基本原理 原理 解释 实例 自生 由生物组分产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持。有效选择生物组分并合理布设，尽量提高生物多样样性，创造生物组分形成互利共存的条件。 湿地修复 循环 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。前一环节产生的废物被后一环节利用，减少“废物”的产生。 无废弃物农业 协调 处理好生物与环境、生物与生物的协调与适应，需要考虑环境容纳量。 防护林成了“灰色长城” 整体 人类处在一个社会-经济-自然复合而成的巨大系统中。进行生态工程建设时，不仅要考虑到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。 号召农民种树的同时考虑 贫困地区农民的生活问题 二 、生态工程所遵循的基本原理 思考.讨论 —分析生态工程案例中的原理和应用 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（如下图所示）。 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；虽然用蚕沙喂鱼，但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。 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？ 自生：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，形成了可以自我维持的有序的整体。循环：“陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑”这样的农业生产模式维持着高效的物质循环。协调：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的气候；四大家鱼混养充分利用了群落的空间结构：桑叶饲蚕，利用了种间关系，但养殖的蚕的数量没有多到危及桑的存活；等等。整体：桑基鱼塘在设计时，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；桑基鱼塘将原本割裂的生产系统优化组合，能够发展多种经营，为农民创造收入,是结构优化的“社会一经济一自然复合系统”。 思考.讨论 —分析生态工程案例中的原理和应用 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，生态工程除了要考虑生态学、工程学原理，还需要关注什么？ 还需要关注经济学原理，要达到经济效益和生态效益的同步发展。 思考.讨论 —分析生态工程案例中的原理和应用 4.3生态工程 生态工程的实例和发展前景 21 生态工程自20世纪60年代提出后，在世界范围内逐渐得到广泛的认同和重视。20世纪70年代以来，我国生态工程的理论和实践都取得了长足的进展，政府十分重视。在某些研究领域已处于国际领先的地位，在实践上已应用于农业生产、环境保护、城镇建设等许多方面，取得了令人瞻目的成就。 背景： 一、生态工程的实例 二、生态工程的发展前景 应当根据当地的实际条件， 地进行。 解决环境污染、人口激增、资源破坏、能源短缺的“并发症”，重视环境保护，更注重与经济、社会效益结合 因地制宜 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 1.生态工程建设的宗旨 2.生态工程的发展前景 3.生态工程的实例 一、生态工程的实例 一、生态工程的实例—农村综合发展型生态工程 我国有近7亿人生活在农村，人多地少是突出的矛盾。怎样才能实现物质的多级循环利用，在资源有限的条件下有较多的产出，取得经济效益、社会效益和生态效益的全面提高呢？ 问题： 对策：农村综合发展型生态工程 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 以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程 分析某村综合发展型生态工程 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。 以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程 分析某村综合发展型生态工程 1.主要运用了哪些原理？ 自生原理 循环原理 整体原理 有效选择畜、鱼等多种生物组成并合理布设 作物→粮食、秸秆→人、畜食用→粪便残渣→沼气池→农田→作物 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 可能还有协调原理 以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程 分析某村综合发展型生态工程 2.这一生态系统的结构和功能有哪些特点？ 这一生态系统的结构齐全，包括生产（植物）， 消费者（禽、畜、鱼）， 分解者（微生物）以及非生物的物质和能量，各组分搭配合理，紧密联系形成一个有序整体。 该生态系统实现了物质循环再生，能量多级利用，减少了废物排放和环境污染，提高了能量利用率。 以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程 分析某村综合发展型生态工程 3.此生态工程有哪些值得借鉴的做法？ 该案例的特点是以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动就业机会，促进经济发展，同时又降低环境污染，促进了农村的可持续发展。 以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程 分析某村综合发展型生态工程 背景资料：湿地是一种独特的生态系统，我国现有湿地5.36×107 hm2，面积大小位列世界第四，亚洲第一，我国湿地的特点是类型多、面积大、分布广、区域差异显著、生物多样性丰富。 被誉为地球的“肾”，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。 一、生态工程的实例——湿地生态恢复工程 如： 废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，以及动植物物种引进等,使受到干扰的湿地得以恢复在湿地的周围,还应建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰. 采用工程学和生态学措施相结合的方法，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。 由于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，从而导致局部气候恶化，地下水位下降，生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等。此外，湿地的环境污染、生物资源的过度利用等，会导致湿地生态系统严重退化。 问题： 对策： 一、生态工程的实例——湿地生态恢复工程 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。 案例：厦门筼筜湖生态恢复工程 恢复措施：为了解决筼筜湖水体缺氧、自净能力差问题，20世纪90年代，厦门市采取了引潮入湖、输送新鲜海水、西水东调等措施，湖水水质显著改善。进入21世纪，通过清挖湖底淤泥，沿湖修建驳岸、导流堤及环湖林荫步行道等措施，进一步改善湖水水质，美化了湖区景观。现在的筼筜湖，湖水清澈、鱼游虾戏、白鹭翻飞。 （1）自生： 解决有毒污染物的排放，引潮入湖、输送新鲜海水、西水东调，创造更适宜生物生存的环境，实现系统结构和功能的更新和维持。 （2）循环： 在废水的处理中，实现物质的迁移与转化，使前一环节产生的废物尽可能地被后一环节利用。 （3）协调： 关于“环湖林”林木的选择上，使用与当地环境相适应的苗木并合理规划。 遵循的生态工程原理 问题： 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 一、生态工程的实例——矿区废弃地的生态恢复工程 对策： 为加速恢复矿区生态系统，人们采用的措施包括人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。其中，关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。由于矿区废弃土地的水分状况极差，土壤极其贫瘠，所以植被很难恢复。因此，恢复矿区生态系统，首先要通过机械方法平整压实土地，人工制造表土，然后，在人造表土上，植树种草。 一、生态工程的实例——矿区废弃地的生态恢复工程 恢复措施：该地区在生态恢复改造工程中，采取了诸如围栏、排石整地、植树、种草等措施，还建了饲料工厂及饲养场，进行肉牛的养殖和粪肥的利用。这种综合开发治理为该地区带来了良好的生态、社会和经济效益。 矿区生态恢复工程示意图 矿区废弃地 植树、种草 制造表土、压实 工程机械措施 社会、市场 环境 畜牧养殖 牧草加工业 施肥 肉蛋奶 就业投入 投入 案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程 庭院生态系统或生态园 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 “四位一体”农业生态工程模式图 4.肉牛粪肥的利用_______原理 3.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 2.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______原理 协调 整体 循环 遵循的生态工程原理 1.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 ______原理 自生 在肯定生态工程重要作用的同时，不要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，就可以走“先污染、破坏，后治理”的老路。 二、生态工程的发展前景 ⑴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。 ⑵有些设计缺乏高科技含量。 ⑶生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持。 ⑷缺乏理论指导。 1.我国生态工程存在的问题： 二、生态工程的发展前景 2. 我国面临的生态危机及解决方法： ①我国目前面临的生态危机，已经不单纯是环境污染问题，而是人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合一起的“并发症” ②我国在生态工程建设中，不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。 二、生态工程的发展前景 我国党和政府高度重视生态文明建设，在党的十九大报告中，首次把美丽中国作为社会主义现代化强国的重要目标，对生态文明建设提出了一系列新思想、新目标、新要求和新部署，为建设美丽中国提供了指导方针和行动指南。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。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。 未来的人民，无论在乡村，还是在城市，都一定能“望得见山， 看得见水， 记得住乡愁”。 3.对生态工程治理应持有的态度 二、生态工程的发展前景 4.3生态工程 生态工程的实例和发展前景 44 $$