4.3 生态工程的基本原理（情境任务式课件）（3大任务）生物人教版选择性必修2

4.3 生态工程的基本原理 第四章 人与环境 本课以余村从“矿山疮疤”到“全域景区”的真实转型为情境主线，通过“诊断关停困境—理解工程必要性—从措施中逆向提炼原理—以整体原理收束关系”的递进任务链，引导学生在真实工程决策中建构“自生、循环、协调、整体”的原理体系 1 情境导入 20世纪八九十年代，余村靠开采石灰岩、办水泥厂“靠山吃山”，一度成为安吉有名的“首富村”，但代价是山体破碎、粉尘漫天、溪水浑浊。2003年，浙江启动“千村示范、万村整治”工程，余村决定关停矿山和水泥厂。关停之后，问题并没有自动消失：裸露的矿坑怎么办？被污染的水系怎么恢复？村民的收入从哪里来？余村用二十余年时间交出了答卷——累计修复矿山3座，将矿坑改造成遗址公园；新建沿山绿道和小型湿地公园，森林覆盖率提升至90%以上，白鹭、黑水鸡等野生动物重返家园；村域污水全收集、垃圾全分类，饮用水和地表水水质达标率保持100%。与此同时，农家乐从关停初期的6家增至40多家，村民人均收入从不足万元跃升至7.4万元，村集体经济规模突破2200万元。从“卖石头”到“卖风景”，余村完成了一次系统性的生态重塑。 我们在上一节课学习了群落的结构，认识到红树林湿地是一个物种丰富度较高的群落。但地球上并非所有群落都像红树林一样‘热闹’。今天我们就沿着这条路线，去看看不同环境下的群落有什么不一样，以及那里的生物是如何适应各自环境的。 学习目标 为什么要关注生态工程建设 什么是生态工程 重点 生态工程建设主要遵循哪些基本原理 任务一：矿山关停了，问题就解决了吗？ 1 4 任务一：矿山关停了，问题就解决了吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 材料一：余村20世纪90年代的景象——石灰岩矿坑裸露，水泥厂烟尘弥漫，溪水呈灰白色，村民“晴天一身灰，雨天一身泥”。 任务一：矿山关停了，问题就解决了吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 材料二：2003—2005年关停矿山和水泥厂后的景象——矿坑依然裸露，被重型机械碾压过的坡面寸草不生，溪流虽然不再有新的粉尘输入，但底泥中的污染物仍在释放，水体依然浑浊。村集体收入断崖式下降，大量劳动力外出。 思考：关停污染源，是“生态修复”的起点还是终点？为什么关矿之后，山没有自己绿回来，水没有自己清回来？ 任务一：矿山关停了，问题就解决了吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 学生活动——诊断“关停之后”的困境： 小组讨论，从生态学的角度解释“为什么自然恢复在此处失灵”： 矿坑坡面陡峭、基质坚硬，缺乏土壤和种子库，植物无法自然定殖； 重金属和酸性矿山排水持续从矿渣中渗出，仅“停止排放”不能消除已有的污染存量； 被破坏的栖息地面积大、破碎化严重，周边没有足够的种源和动物传播者来“启动”恢复； 村集体收入骤降，如果修复不能与生计改善同步，破坏性行为可能反弹。 任务一：矿山关停了，问题就解决了吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 ①生态工程提出的背景 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 解决环境与经济的协调发展 生态工程 导致 导致 需要 需要 生态工程是可持续发展的重要手段。 任务一：矿山关停了，问题就解决了吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 ②概念: 指人类应用______________________的基本原理和方法，对人工生态系统进行_________________，或对已被破坏的生态环境进行了__________，从而_____________________或______________，促进人类_________________________的系统工程技术或综合工艺过程。 分析、设计和调控 生态学和系统学等学科 提高生态系统的生产力 修复、重建 改善生态环境 社会和自然环境的和谐发展 ③原因: 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。 任务一：矿山关停了，问题就解决了吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 ④目的: 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。 是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。 ⑤优点: 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 ⑥基本原理: 任务二：生态工程和我们有什么关系？ 2 11 任务二：生态工程和我们有什么关系？ 任务探究 即时演练 探究新知 假设余村关停矿山后，没有实施任何生态修复和产业转型，请推演20年后的可能图景。 维度 关停初期（约2005年） 当前 生态 矿坑裸露，水质不达标，生物多样性低 修复矿山3座，森林覆盖率90%以上，白鹭、黑水鸡重返 经济 村集体收入骤降，农家乐仅6家 农家乐40多家，人均收入7.4万元，村集体收入突破2200万元 社会 劳动力外流，村庄空心化 2025年接待游客125万人次，农业关联收入4500万元 任务二：生态工程和我们有什么关系？ 任务探究 即时演练 探究新知 关注生态工程建设的原因，不限于“保护环境”这一条。生态工程同时回应三类需求： 生态需求：受损生态系统无法自行恢复，需要人为干预打破退化循环； 经济需求：粗放型资源消耗型发展不可持续，需要通过生态化改造寻找新的增长方式； 社会需求：生态退化往往与贫困、人口外流相互叠加，修复生态与改善生计必须同步推进。 任务三：矿坑怎么变绿？湿地怎么净水？ 3 14 任务三：矿坑怎么变绿？湿地怎么净水？ 任务探究 即时演练 探究新知 材料一（矿山复绿） ：余村对冷水洞矿坑进行复垦复绿，没有采用“铺草皮、种单一景观植物”的快速绿化方式，而是先重塑地形、覆盖客土，再选配适应本地酸性瘠薄条件的先锋植物和乡土树种，逐步恢复植被；同时保留矿坑的部分地质剖面作为遗址景观。数年后，白鹭、黑水鸡等动物自然回归。 任务三：矿坑怎么变绿？湿地怎么净水？ 任务探究 即时演练 探究新知 材料二（人工湿地） ：余村新建的小型湿地公园，并非“挖一个水塘”，而是由砾石、沙、土壤、水生植物和微生物组成的复合系统。污水流经湿地时，物理过滤、植物吸收、微生物分解协同作用，使水体得到净化；植物收获后又可作为有机肥或 生物质资源利用。 任务三：矿坑怎么变绿？湿地怎么净水？ 任务探究 即时演练 探究新知 在生态系统中由生物组织而产生的自组织、________、________、__________和________。 (1)概念: 自我优化 自我调节 自我更新 维持 (2)原因: 生态系统的结构与功能(生态系统具有自我调节能力) 自组织:一个系统在没有外界信息指令的作用下，自发地由 到 ，由 到 的发展过程 无序 有序 低有序 高有序 1.自生原理: 任务三：矿坑怎么变绿？湿地怎么净水？ 任务探究 即时演练 探究新知 生物组分 生态位 种间关系 互利共存 系统形成自组织能力的基础条件 有效选择 并合理布设（选择污染物净化能力较强的多种水生植物） 考虑植物各自的 差异，以及其 。 考虑合理的人工设计，使物种形成 关系。 维持系统的自主：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。 (3)实施措施： 1.自生原理: 任务三：矿坑怎么变绿？湿地怎么净水？ 任务探究 即时演练 探究新知 2.循环原理: 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。 指在生态工程中__________________________，既保证______________________，也保证______________________ 促进系统的物质迁移与转化 各个环节物质迁移顺畅 主要物质或元素的转化率高 (1)概念: (2)理论基础: 生态系统的物质循环功能 (3)特点: “原料—产品—原料—产品” 任务三：矿坑怎么变绿？湿地怎么净水？ 任务探究 即时演练 探究新知 余村的做法 你在其中看到了什么生态学道理？ 对应原理 选配先锋植物和乡土树种，而非单一景观草皮；让动物自然回归而非人工投放 依靠生物组分自身的生长、繁殖和相互作用，使系统逐步获得自我维持的能力 自生原理 湿地中植物吸收氮磷→植物收获后资源化利用；垃圾全分类、污水全收集 物质在系统内迁移、转化、循环，前一环节的“废物”成为后一环节的“原料” 循环原理 任务三：矿坑怎么变绿？湿地怎么净水？ 任务探究 即时演练 探究新知 余村在矿山复绿初期，曾考虑过两种方案。 方案A：种植生长快、景观效果好的外来草种，半年内覆盖裸露坡面。 方案B：选配耐酸、耐瘠薄的本地先锋植物和乡土树种，初期覆盖慢，但成活后不需要持续灌溉和施肥。余村最终选择了方案B。 提问：方案A“看起来更快”，为什么被放弃？如果只追求“快”，可能付出什么代价？ 外来速生草种可能因不适应本地酸性瘠薄土壤而退化，需要持续投入水肥维持；单一草种无法形成稳定的群落结构，难以支撑动物回归；外来种还可能入侵周边自然植被。方案B虽然慢，但生物与当地环境相协调，系统一旦建立就具有较低的维护需求。 任务三：矿坑怎么变绿？湿地怎么净水？ 任务探究 即时演练 探究新知 3.协调原理: (1)概念: (2)实施措施: 适应 ①考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。 生物与环境、生物与生物之间相互适应、协调，协同进化。 平衡 ②考虑环境容纳量。 过度放牧 外来速生草种可能因不适应本地酸性瘠薄土壤而退化，需要持续投入水肥维持；单一草种无法形成稳定的群落结构，难以支撑动物回归；外来种还可能入侵周边自然植被。方案B虽然慢，但生物与当地环境相协调，系统一旦建立就具有较低的维护需求。 任务三：矿坑怎么变绿？湿地怎么净水？ 任务探究 即时演练 探究新知 如果只看自生、循环、协调，余村似乎只需要做一件事——“把山种绿、把水治清”。但余村真正做的事情远不止这些：关停矿山的同时，推进“三改一拆”“五水共治”，改造农房和管线，修建慢行绿道，发展农家乐、文创研学、零碳乡村，甚至引入“全球合伙人”落地文创项目28个。 外来速生草种可能因不适应本地酸性瘠薄土壤而退化，需要持续投入水肥维持；单一草种无法形成稳定的群落结构，难以支撑动物回归；外来种还可能入侵周边自然植被。方案B虽然慢，但生物与当地环境相协调，系统一旦建立就具有较低的维护需求。 任务三：矿坑怎么变绿？湿地怎么净水？ 任务探究 即时演练 探究新知 4.整体原理: ①遵从自然生态系统的规律，各组分之间要有适当的 ，不同组分之间应构成 的结构，通过 可达到改善功能的目的； 比例 有序 优化结构 ②进行生态建设时，不仅要考虑自然生态系统的规律，更要考虑 和 系统的影响力。例如，进行林业工程建设时，一方面号召农民种树，另一方面要考虑农民的粮食、烧柴、收入等问题； 经济 社会 外来速生草种可能因不适应本地酸性瘠薄土壤而退化，需要持续投入水肥维持；单一草种无法形成稳定的群落结构，难以支撑动物回归；外来种还可能入侵周边自然植被。方案B虽然慢，但生物与当地环境相协调，系统一旦建立就具有较低的维护需求。 即时演练 任务探究 1．某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定的控制。这种做法体现了(　　) A．实行“循环经济”的原则 B．低消耗、高效益原则 C．协调原理 D．整体原理 C 2．生态系统内即使某个物种由于某种原因而死亡，也会很快有其他物种占据它原来的生态位，从而避免了系统结构或功能的失衡。这体现了生态工程的(　　) A．协调原理 B．自生原理 C．循环原理 D．整体原理 B 25 课后作业 校园/社区“微生态工程”诊断与设计（小组合作，一周内完成） 选择校园或社区中的一处生态“痛点”（如裸露的硬化边坡、积水严重的绿地、长期浑浊的景观水体、垃圾堆积的角落、被踩踏退化的草坪），完成一份简要的生态工程微方案： 诊断：这处“痛点”原来的生态功能是什么？现在被什么因素破坏或压制了？ 设计：提出一项干预措施，并明确说明它主要运用了自生、循环、协调、整体中的哪一个（或哪几个）原理，以及为什么； 预判：这项措施如果实施，最可能遇到的“副作用”或维护难点是什么？你如何用原理来解释或规避这个难点？ 这就解释了为什么“常规杀菌方法难以根除”——蓝细菌是原核细胞生物，不是一般意义上的“菌”，且它与环境中的营养物质富集有关，是生态问题，不仅是杀菌问题。 随堂小练 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。( ) × √ 27 随堂小练 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氧微生物的分解作用 C 28 下节再见 29 $