4.3生态工程 第1课时 课件-2025-2026学年高二上学期生物人教版选择性必修2

第4节 生态工程 一、生态工程 的基本原理 奥林匹克森林公园是北京奥运会筹办过程中一个重要建设项目，由普通村落和农田改造而成，2008年投入使用，为“绿色奥运”打造一条“通往自然的轴线”。 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。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？ 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？ 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？ 问题探讨 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。 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。 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。 2.为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢？ 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？ 以上这样的生产方式，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。 什么是生态工程？生态工程的基本原理有哪些？ 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。 1.生态工程提出的背景 一、关注生态工程建设 知识讲解 36004 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。 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。 原理方法 手段 结果 少消耗、多效益、可持续 2.概念： 3.目的： 4.特点： 九字真经 知识讲解 36004 生态工程以生态系统的 、 功能为基础，遵循 、协调、 、自生等生态学基本原理。 自组织 自我调节 整体 循环 二、生态工程所遵循的基本原理 自组织是指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。 自习教材P99-102，找出生态工程所遵循的基本原理的种类、理论基础、措施、实例。 知识讲解 36004 1.自生原理 （1）概念： 在生态系统中由_________而产生的________、_________、_________、_________和_______。 生物组分 自组织 自我优化 自我调节 自我更新 维持 （2）基础： 生态系统的自我调节能力 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 （3) 原因: 知识讲解 36004 （4）措施： ①有效选择生物组分并合理布设。 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 例如，在湿地修复过程中： 适当提高生物多样性 *这是系统或工程能否形成自组织能力的基础。 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 常配置菖蒲等挺水植物，睡莲等浮水植物，黑藻等沉水植物，优化垂直空间配置，减轻种间竞争，提高对光能利用率。 知识讲解 36004 ②要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。 如湿地生态工程中，移除水体中富营养化沉积物和有毒物质、增加水体溶氧量 以太阳能为动力，驱动水质循环，进行生态恢复，改善水质 （4）措施： 知识讲解 36004 例如,湿地生态工程运行时注意通过收割、打捞枯败的植物，避免其再分解返回湖泊、河流中，达到降低水体污染物的效果。 【思考1】为什么提高生物多样性程度，有助于生态系统维持自生能力？ 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。 考虑生物之间生态位的差异，以及它们之间的种间关系 【思考2】使物种之间形成互利共存的关系应考虑哪些因素？ （3）实例:石墨烯光催化网 (1)概念： 指在生态工程中_____________________，既保证__________________， 也保证________________________。 促进物质的迁移与转化 各环节物质迁移顺畅 主要物质或元素的转化率高 生态系统的物质（指元素而非化合物）循环功能 2.循环原理 (2)基础： 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。 (3)措施： 实现物质多级循环利用，废弃物资源化，减少污染 (4)优点： 无废物 知识讲解 36004 ——无废弃物农业 (5)实例： “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。 优势： “无废弃物农业”物质循环再生示意图 “无废弃物农业”物质循环再生示意图 （原料-产品-原料-产品） 知识讲解 36004 【资料1】其实，在奥森建设过程中，也有一些失败的案例。 例如，建设之初，对气候因素考虑不周，种植地块选择有误，导致珙桐种植失败；对病虫害了解不足，园区大部分海棠与桧柏种植过近，导致苹果锈病在两者间越冬和繁殖；放养了牛蛙，牛蛙的捕食性很强，大量本地生物被其捕食。 思考1：在生态工程建设中，进行物种配置需要注意哪些问题？ 在进行生态系统工程建设时，必须要考虑生物与环境、生物与生物的协调与平衡，才能实现可持续发展。 知识讲解 36004 3.协调原理 考虑 、 的协调与适应。 （1）概念： 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 过度放牧的草地 实例：只适宜种植灌木和草本的西北建造防护林被硬性规定种植杨树，导致一些地区种植的防护林成了“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。 （2）措施： 知识讲解 36004 【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，应该注意牲畜数量不能超过草地的承载力(环境容纳量)。 知识讲解 36004 【资料2】奥森规划要建成一个以自然山水、植被为主的，可持续发展的生态地带。在设计时，北园以自然密林为主的生态种源地，以生态保护和生态恢复功能为主。南园为生态森林公园，以大型自然山水景观的构建为主。奥森公园建立后，奥森绿地对城市道路环境污染有很大改善。 思考2：建设奥森时，需要考虑哪些因素？ 在设计和建设生态工程时，不仅要考虑自然生态系统的规律，还要考虑经济和社会等系统的影响力，要从整体出发考虑问题。 知识讲解 36004 4.整体原理 整体原理 遵从自然生态系统的规律,各组分之间要有适当的比例 考虑经济和社会的影响力 “绿色” 的经济系统 “宜居” 的社会 系统 “生态” 的自然 系统 社会-经济-自然 复合系统 生产成本 消费效益 植物 动物 微生物 非生物的因素 政策 管理 科学文化 如 前面造林，后面砍林的现象 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 知识讲解 36004 原理 理论基础 意义 实例 自生 自组织、自我优化、 自我调节（生物多样性）、自我更新和维持 通过生物组分的调节，实现系统结构和功能的协调，形成有序的整体 湿地生态工程建设有效选择生物组分、合理布设，并创造有利条件 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（原料-产品-原料-产品） 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 西北地区的防护林建设出现的问题(杨树、K） 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 36004 核心词 提高生物多样性，创造有益于生物形成互利共存关系的条件 物质循环 无废弃物 各组分之间要有适当的比例，自然(生态)、经济、社会结合 生物与生物之间、生物与环境之间协调，考虑环境容纳量 【现学现用】 36004 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。 知识讲解 36004 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 1.写出下列例子主要涉及到的生态工程原理 课堂练习 36004 分析生态工程案例中的原理和应用 1.尝试画出桑基鱼塘中的食物链 2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？ 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做桑树肥料，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？ 请同学们自主阅读教材P102-103，同桌合作思考讨论完成问题。 思考.讨论 36004 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； 浮游植物一浮游动物→鱼。 思考·讨论 分析生态工程中的原理和应用 （1）尝试画出桑基鱼塘中的食物链。 ·“陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑”。 蚕粪、蔗叶进入鱼塘，经分解者作用后被植物利用。 ——循环原理 ·“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”。 池塘养鱼要考虑不同鱼种的关系和鱼的数量。 ——协调原理 ·“在设计桑基鱼塘时，要考虑合适的陆地与水面的配比” 桑基鱼塘在设计时要考虑栽种作物与养殖动物的比例。 ——整体原理 “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”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，可以自我维持。 ——自生原理 思考·讨论 分析生态工程中的原理和应用 （2）桑基鱼塘应用了生态工程哪些原理？ 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 分析生态工程中的原理和应用 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 课本P103 课堂练习 补充.下列关于生态工程的叙述，不正确的是（ ） A.生态工程研究的对象是社会—经济—自然复合生态系统 B.“退耕还林”“退耕还草”属于生态工程的内容 C.生态工程应遵循“整体、协调、循环、自生”的原则 D.实施生态工程的目的是环境保护 生态工程建设的目的是遵循生态学规律，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，即少消耗、多效益、可持续的工程体系，D错误。 D 课堂练习 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。几十年来，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方，由于3 000年以来的农耕文明突然终止，原始物种可在没有人类干扰的情况下自由发展，这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。 提示：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。 www.aliyun.com - Media Transcoding Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $