4.3生态工程课件-2026-2027学年高二上学期生物人教版选择性必修2

第四章第3节生态工程 演讲人： 时间： 1 生态工程的基本原理 2 【问题探讨】 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。 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。 3 讨论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。 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。 讨论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？ 4 一、关注生态工程建设 1. 生态工程提出的背景 人口增长 导致 人类活动 全球生态环境危机 导致 人类可持续发展受到影响 需要 解决环境与经济协调发展 需要 生态工程 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；严重影响人类的可持续发展。 （原因） 5 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 修复、重建 改善生态环境 提高生态系统的生产力 社会和自然环境的和谐发展 理论基础 操作过程（手段） 结果 2. 生态工程的概念 4. 特点：少消耗、多效益、可持续。 3. 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。 6 二、生态工程所遵循的基本原理 自组织 自我调节 整体 循环 协调 自生 整体 循环 自生 协调 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。星球的诞生，自然生态系统的形成都是自组织的结果。 7 （1）概念：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， 就是系统的自生。 （2）理论基础： 生态系统的 。 自我调节能力 （3）原因： 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 1、自生 8 ①有效选择生物组分并合理布设，使这些物种形成互利共存关系； 提高生物多样性程度，构建复合的群落，提高生态系统的抵抗力稳定性。 湿地修复工程 选择污染物净化能力较强的多种水生植物。 考虑这些植物各自生态位差异，以及它们之间的种间关系，通过合理的人工设计，使这些物种形成互利共存的关系。 （4）遵循自生原理的具体做法或要求： 这是系统或工程能否形成自组织能力的基础 1、自生 9 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。 （4）遵循自生原理的具体做法或要求： 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 1、自生 10 (1)概念: 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率较高。 (2)理论基础: 生态系统的物质循环功能 (3)措施 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。 (4)优点：实现物质多级循环利用，废弃物资源化，减少污染。 2、循环 11 应用实例：无废弃物农业 “无废弃物农业”物质循环再生示意图 通过积极种植能够固氮的豆科作物，收集一切可能的有机物质，包括人畜粪便、枯枝落叶，残羹剩饭、河泥、炕土、老墙土以及农产品加工过程中的废弃物等 采用堆肥和沤肥等多种方式，把它们转变为有机肥料，施用到农田中，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。 2、循环 12 在进行生态工程建设时，生物与环境、生物与生物的协调与适应。 （1）概念：（2）措施： 我国西北地区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。 过度放牧的草地 ①生物与环境、生物与生物之间要协调与适应 ②处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡， 需要考虑环境容纳量。 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。 沙棘 沙枣 刺槐 3、协调 13 4、整体 （1）概念： （2）措施： 系统建设以整体观为指导， 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。 ①生态系统是一个有机的整体，遵从自然生态系统的规律，各组分之间要有适当的比例，不同组分之间应构成有序的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。 ②处于社会-经济-自然复合系统中。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。 实例：在进行林业建设时，一方面要号召农民种树，另一方面一定要考虑贫困地区 农民的生活问题。 ③社会习惯、法律制度等对生态工程建设有着重要影响。 14 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。 （3）意义： 4、整体 15 原理 核心关键词 分析角度 自生 生物多样性、自我调节能力（创造有利条件） 从生态系统的结构角度考虑，构建的生态工程中动植物及微生物等生物种类越多，群落的结构就越复杂，其自我调节能力越强 循环 物质循环、无废弃物 从生态系统物质循环考虑，物质循环顺畅无阻 协调 生物之间的协调、生物与环境的协调(环境容纳量) 外来物种入侵、大量种植单一树种，会挤占其他生物的空间，破坏了生物之间的协调；引入不适应当地气候的生物，未遵循生物与环境的协调 整体 自然、经济、社会 优化结构改善系统功能 构建生态工程的最终目的是为人类的生活创造更好的生存环境(自然环境和社会环境)以及生活条件(发展经济) 16 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 【检测】写出下列例子主要涉及到的生态工程原理 17 生态工程的实例和发展前景 18 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 物质多级循环利用问题 湿地缩小和破坏问题 生态环境破坏 沼气农业生态系统 控制污染，减少干扰 恢复土地，恢复植被 生态工程建设的宗旨：应当根据当地的实际条件，因地制宜地进行。 19 一 生态工程的实例 实例1——农村综合发展型生态工程 （1）问题：人多地少，资源有限 （2）对策：建立农村综合发展型生态工程 （3）实例: 北京郊区的某村以沼气工程为中心的 物质多级循环利用工程 作物秸秆用来生产食用菌和饲料； 饲料用于喂养畜禽； 人、畜粪尿作为原料生产沼气； 沼液用于水产养殖； 沼渣用于为有机农产品--“无公害蔬菜”施肥和喂养畜禽； 畜禽、鱼、螺、谷物、饲料等加工品也可到市场上出售。 20 一 生态工程的实例 实例1——农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。 作物秸杆用来生产食用菌和饲料 21 作物秸秆用来生产食用菌和饲料； 饲料用于喂养畜禽； 人、畜粪尿作为原料生产沼气； 沼液用于水产养殖； 沼渣用于为有机农产品--“无公害蔬菜”施肥和喂养畜禽； 畜禽、鱼、螺、谷物、饲料等加工品也可到市场上出售。 农村综合发展型生态工程 主要原理及对应的内容 有效选择畜、鱼等多种生物组成并合理布设--______原理； 作物→粮食、秸秆→人、畜食用→粪便残渣→沼气池→农田→作物--______原理； 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--______原理； 选择与本土或适应当地环境的生物--______原理。 自生 循环 整体 协调 实例1——农村综合发展型生态工程 Q1.在这一案例中，主要运用了生态工程的哪些基本原理? 思考•讨论 22 作物秸秆用来生产食用菌和饲料； 饲料用于喂养畜禽； 人、畜粪尿作为原料生产沼气； 沼液用于水产养殖； 沼渣用于为有机农产品--“无公害蔬菜”施肥和喂养畜禽； 畜禽、鱼、螺、谷物、饲料等加工品也可到市场上出售。 实例1——农村综合发展型生态工程 Q2.这一生态系统的结构和功能有哪些特点？ 思考•讨论 Q3.这一生态工程有哪些值得借鉴的做法？ 该案例以沼气工程为核心，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。 各个组分搭配合理，紧密联系成一个有机的整体； 实现了物质的多级循环利用，减少了废物排放与环境污染，大大提高了能力的利用率； 实现了经济效益、社会效益和生态效益的全面提高。 23 实例2：湿地生态恢复工程 ①湿地的生态功能 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。 ②问题 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。 24 ③对策 a．采用工程学和生态学措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复 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 b．在湿地的周围，建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。 点源污染是指能够找到具体污染的来源，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。 25 实例：厦门筼筜（yúndāng）湖生态恢复工程 污水排放 水质恶化 鱼虾绝迹 散发臭味 减少重金属有毒物排放 清挖淤泥、沿湖修建 整治沿湖及周边企业 引潮入湖、西水东调 增加溶氧量、增强自净力 改善水质、美化景观 26 (5)利用的生态工程基本原理 主要内容及对应的原理 废水等污染物的处理 ——______原理 根据原湿地中物种的分布情况引入动植物 ——_____原理 建立缓冲带，减少人类的干扰、依靠其自然演替等机制恢复其生态功能——______原理 循环 协调 自生 厦门筼筜湖 27 3. 矿区废弃地的生态恢复工程 (1)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，还可能产生严重的重金属污染。 (2)对策： ①措施：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。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。 ②具体方法：首先通过机械方法平整压实土地，人工制作表土；然后在人造表土上，植树种草。 28 (3)案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。 矿区废弃地 工程机械 措施 制造表土、压实 植树、种草 环境 投入 牧草加工业 就业投入 肉蛋奶 施 肥 畜牧养殖 社会、市场 矿区生态恢复工程流程图 20世纪60年代以来，该矿区建立了大中小型煤矿20余个，为此，共挤占耕地5500hm2 ，并造成了大量排土场、塌陷地和闲置地等类型的废弃地。在生态恢复改造工程中，采取了诸如围栏、排石整地、植树造林、种草等措施，仅用了3年多的时间，就建立了草地750 hm2，年产优质牧草4000t以上；还建立了 3处加工能力为8t的饲料工厂及一处饲养场，进行肉牛的养殖和粪肥的利用。 29 (4)利用的生态工程基本原理 主要内容及对应的原理 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 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 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 肉牛粪肥的利用________ 原理 自生 协调 整体 循环 30 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 湿地缩小和破坏问题 控制污染，减少干扰 生态环境破坏 物质多级循环利用问题 沼气农业生态系统 课堂小结 01 生态工程的实例 31 1.不足 2.我国面临的生态危机及对策 环境污染 人口激增 环境与资 源破坏 能源短缺 对策：重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合，需要生态工程建设发挥作用。 ①我国生态工程缺乏定量化模型的指导，难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。 ②设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。 32 4. 我国生态工程的前景 在肯定生态工程的作用，特别是看到它在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，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。 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。今天，古老的智慧融合了现代科学成就，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。 3. 对生态工程治理应持有的态度 33 谢谢聆听 演讲人：第一PPT 时间：201X.05 34 $