資源簡介

第3節 生態工程
【學習目標】
1.通過探究學習，認識生態工程所遵循的基本原理，了解生態工程帶來的經濟、生態和社會效益，并運用生態工程相關知識嘗試提出人與環境和諧共處的合理化建議。(生命觀念、科學思維)
2.通過探究學習，分析生態工程案例中的原理和應用，了解生態工程的應用和發展前景，理解應用生態工程的實際意義，提升科學思維素養，逐步完善生態觀念。(生命觀念、科學思維、社會責任)
【自主預習】
一、生態工程的概念與特點
1.概念:人類應用生態學和系統學等學科的基本原理和方法，對人工生態系統進行　分析、設計和調控　，或對已被破壞的生態環境進行　修復、重建　，從而提高生態系統的生產力或改善生態環境，促進人類社會與自然環境和諧發展的系統工程技術或綜合工藝過程。
2.目的:遵循生態學規律，充分發揮資源的生產潛力，防止環境污染，達到經濟效益和生態效益的同步發展。
3.特點:少消耗、多效益、　可持續　。
二、生態工程所遵循的基本原理
1.自生:由生物組分產生的自組織、自我優化、自我調節、自我　更新　和維持。
2.循環:在生態工程中促進系統的物質遷移與轉化，既保證各個環節的　物質　遷移順暢，也保證主要物質或元素的轉化率較高。
3.協調:在進行生態工程建設時，也需要考慮生物與環境、生物與生物的　協調與適應　。
4.整體:遵從　自然生態系統　的規律，同時考慮經濟和社會等系統的影響力。
三、生態工程的實例
實例 問題 原理 對策 案例
農村綜 合發展 型生態 工程　 實現物質的多級循環利用，在資源有限的條件下有較多的產出，以解決　人多地少　的矛盾 　循環　、整體 建立農村綜合發展型生態工程 以沼氣工程為中心的生態工程
濕地生 態恢復 工程　 濕地　縮小　和破壞 自生、　協調　、整體 控制　污染　、動植物物種引進 廈門筼筜湖的生態恢復工程
礦區廢 棄地的 生態恢 復工程 礦區生態環境問題 協調、　整體　 修復土地、　植被恢復　 赤峰市元寶山礦區生態恢復工程
【合作探究】
情境導入　
材料:在2008年北京奧運會的籌辦過程中，奧林匹克森林公園是一個重要建設項目。公園所在地原來主要是普通村落和農田。該公園于2002年招標設計，2005年開工建設，2008年建成。公園建設堅持“綠色奧運”的理念，充分利用了原有地貌和植被，采用了營造近自然林系統、廢物資源循環利用等多項生態技術。例如，公園的水系建設采用了雨水收集、污水利用、中水凈化、智能化灌溉和生態防滲等環保技術。
問題探討:
1.農田棄耕后，在自然狀態下也可以演替為森林，為什么還要人工造林呢？
　　提示　棄耕的農田在自然狀態下演替為森林需要經過數十年甚至更長的時間，而利用生態工程原理進行人工造林，可以縮短建設周期，在較短時間內獲得生態效益。
2.為什么要先做森林公園的整體設計再開工呢？
　　提示　建設北京奧林匹克森林公園是涉及生態學、工程學、系統學等多學科的原理和方法的系統工程，要綜合考慮諸多方面的因素，而且建設成本較高，在開工前做好整體設計可保證工程建設的合理性和可實施性，也可以有效控制建設成本和后續維護成本，避免時間和資源的浪費，提高生態效益。
3.公園建設為什么要充分利用原有的地貌和植被，營造近自然林系統呢？
　　提示　生態工程的建設要順應自然，即合乎自然規律。自然的地貌和植被是自然選擇、生物與環境相適應的結果，充分利用原有的地貌和植被有利于該公園的可持續發展，并且會減少人力和物力的投入。
任務1　認識生態工程的基本原理
活動1　分析和了解生態工程所遵循的基本原理
據下圖分析:
1.圖甲所示的是一個生態系統嗎？生產者、消費者、分解者分別是什么？
　　提示　是。生產者是作物，消費者是牲畜和人，分解者是土壤中的細菌、真菌等微生物。
2.圖甲所體現的主要生態工程原理是什么？是怎樣實現的？
　　提示　循環原理。該生態系統的人糞尿、牲畜糞便、作物殘留物都能返回到土壤中，通過分解者的分解作用再供生產者利用。
3.有同學認為圖甲設計方案能大大提高能量傳遞效率，這種認識對嗎？
　　提示　不對。該設計使前一環節產生的廢物盡可能地被后一環節使用，減少了生產環節“廢物”的產生，大大提高了能量利用率，而不是提高了能量傳遞效率。
4.圖乙體現了生態工程的什么原理？此原理建立在什么基礎上？
　　提示　整體原理。此原理建立在對系統成分的性質及相互關系充分了解的基礎上。
5.從協調原理出發，在我國西北地區進行防護林建設，應選擇哪些樹種？如果在該地區發展畜牧養殖業，你認為應該注意什么問題？
　　提示　我國西北地區缺雨干旱，土壤較為貧瘠，應該選擇適合當地自然環境條件的樹種，如沙棘、山杏、刺槐、小葉錦雞兒等。在西北地區發展畜牧養殖業，應該注意牲畜數量不能超過草地承載力的限度。
認知生成
1.傳統經濟是大量使用化肥、農藥、機械的農業生產方式，不注重生態環境的保護，經濟的發展以巨大的生態環境破壞為代價。
2.生態經濟實現了原料→產品→原料→產品的生產體系，實現了廢棄物資源化的循環經濟，具有少消耗、多效益、可持續的特點。
3.生態工程建設的目的是遵循生態學規律，充分發揮資源的生產潛力，防止環境污染，達到經濟效益和生態效益的同步發展。
4.生態工程遵循的基本原理歸納
原理 理論基礎 意義 實例
自生 自組織、自我優化、自我調節、自我更新和維持 實現系統結構與功能的協調，形成有序的整體 濕地生態系統的修復
循環 物質的遷移與轉化(物質循環) 實現不斷循環，使前一環節產生的廢物盡可能地被后一環節利用，減少整個生產環節“廢物”的產生 “無廢棄物農業”
協調 生物與環境、生物與生物的協調與適應 生物數量不超過環境承載力的限度，可避免系統的失衡和破壞 西北地區不適于種植喬木類的楊樹
整體 社會—經濟—自然復合系統 統一協調各種關系，保障生態系統的平衡與穩定 在林業工程建設中，自然系統與社會、經濟系統的關系問題
例1　(2022·武漢期中)在設計某地人工生態林時，某同學提出以下觀點:①盡量增加適合在當地生長的樹木種類；②可選擇經濟價值較高的樹種。上述觀點主要遵循的生態工程基本原理是(　　)。
A.自生原理、協調原理
B.循環原理、整體原理
C.協調原理、循環原理
D.自生原理、整體原理
【答案】D
【解析】①盡量增加適合在當地生長的樹木種類，主要是這些生物之間通過各種相互作用(特別是種間關系)進行自組織，實現系統結構與功能的協調，形成有序的整體，遵循自生原理；②可選擇經濟價值較高的樹種，考慮到自然生態系統的規律，更要考慮經濟和社會等系統的影響力，遵循整體原理。因此上述觀點主要遵循自生原理、整體原理，D正確。
對點練1　(不定選)我國珠江三角洲地區為充分利用土地，創造了一種挖深魚塘、墊高基田、塘基植桑、塘內養魚的高效人工生態系統——桑基魚塘。下列關于桑基魚塘的說法，錯誤的是(　　)。
A.桑基魚塘中生物組分通過合理布設，互利共存，遵循了自生原理；陸基種桑、桑葉飼蠶、蠶沙喂魚、塘泥培桑，遵循了循環原理
B.桑樹和甘蔗適應我國南方溫暖濕潤的氣候，遵循了協調原理；魚塘中四大家魚混養充分利用了群落的空間結構，遵循了整體原理
C.與改造前的傳統耕作方式相比較，桑基魚塘的生產方式具有減輕水患、提高經濟效益、減少環境污染等優點
D.該生態系統與一般的自然生態系統相比較，抵抗力穩定性較高，但需要人們不斷地輸入物質與能量
【答案】BD
【解析】遵循自生原理需要在生態工程中有效選擇生物組分并合理布設，故桑基魚塘中生物組分通過合理布設，互利共存，遵循了自生原理；陸基種桑、桑葉飼蠶、蠶沙喂魚、塘泥培桑，都使前一環節產生的廢物盡可能地被后一環節利用，盡量減少整個生產環節的“廢物”產生，這遵循了循環原理，A正確。桑樹和甘蔗適應我國南方溫暖濕潤的氣候，考慮了生物與環境的協調與適應，遵循了協調原理；魚塘中四大家魚混養充分利用了群落的空間結構，考慮了生物與生物的協調與適應，也遵循了協調原理，B錯誤。與改造前的傳統耕作方式相比較，桑基魚塘的生產方式具有減輕水患、提高經濟效益、減少環境污染等優點，C正確。該生態系統屬于人工生態系統，營養結構較為簡單，與一般的自然生態系統相比較，抵抗力穩定性較低，所以需要人們不斷地輸入物質與能量，D錯誤。
技巧總結　　生態農業兩大經典實例分析
1.桑基魚塘模式:人工建立的高產、穩產的農業生態系統，做到桑葉養蠶，蠶糞養魚，魚糞肥塘，塘泥肥田、肥桑，從而獲得稻、魚、蠶繭三豐收。
2.沼氣農田立體養殖模式:通過控制溫室內的溫度、光照、氣體和水肥等因素，縮短生產周期，大幅度提高糧食、蔬菜和水果的產量和質量。
任務2　認識生態工程的實例和發展前景
活動2　分析和了解生態工程的應用實例和發展前景
1.農村綜合發展型生態工程運用的生態工程基本原理有哪些？
　　提示　循環原理、整體原理、協調原理、自生原理。
2.我國生態工程的不足和目前面臨的生態危機有哪些？
　　提示　不足:缺乏定量化模型的指導，有些設計缺乏高科技含量，生態系統的調控尚缺乏及時準確的監測技術的支持，缺乏理論性指導等。面臨的生態危機:不是單純的環境污染問題，而是與人口激增、環境與資源破壞、能源短缺等問題結合在一起的“并發癥”。
3.我國濕地生態恢復工程的主要問題是什么？解決措施有哪些？
　　提示　濕地的縮小和破壞。控制污染，退耕還湖。
4.為什么說“退耕還湖”是一項巨大的系統工程？實現這一工程面臨的主要困難是什么？
　　提示　“退耕還湖”不僅包括退耕地為湖區，還包括退耕后湖區上游及湖區周圍的生態環境的保護工作；更重要的是原耕地上居民的遷移，要解決遷出居民的生活和就業等問題，這是“退耕還湖”工程的主要困難。
5.在礦區廢棄地的生態恢復工程案例中，恢復植被的措施是植樹和種草，為什么不是種植農作物？怎樣合理地籌劃養殖肉牛的數量？
　　提示　礦區土壤條件惡劣，不適宜農作物的生長，因此應種植適應性強、耐旱的灌木、草和樹。合理地籌劃養殖肉牛的數量，首先要考慮到牧草的產量，以草定畜；從外地調運飼料要考慮飼養成本；更重要的是要考慮到土地對糞肥的承載力，以及對糞肥的加工或利用情況，要保持在承載力范圍以內，以免養殖規模過大，糞肥數量巨大而造成新的污染。
認知生成
1.傳統農業、現代農業和生態農業的區別
比較項目 概念 優點 缺點
傳統農業 簡單的種植業 不產生嚴重的環境污染 結構簡單，能量流動、物質循環水平低，經濟效益低
現代農業 利用石油等提高農作物產量的生產方式 大量使用化肥、農藥等，獲得較高的經濟效益 過量施用化肥、農藥，嚴重污染環境
比較項目 概念 優點 缺點
生態農業 運用生態學原理建立的綜合農業生態體系 通過物質利用，增加經濟效益，凈化環境 種植及維護難度大
2.中國和西方國家生態工程建設的區別
比較項目 中國 西方國家
目標 遵循整體、協調、自生、循環原理 治理環境污染，進行生態恢復
背景條件 人多地少，人均資源占有量少 經濟發展水平高，人均土地、水資源占有量多
建設重點 生態環境與經濟、社會效益結合 集中對被破壞的生態系統進行恢復
缺點 缺乏定量化模型的指導，難以設計出標準化、易操作的生態工程樣板 應用范圍小，不強調經濟效益
例2　下列關于生態工程的問題和對策的理解，正確的是(　　)。
A.建立農村綜合發展型生態工程，是解決我國人多地少問題的唯一途徑
B.濕地生態恢復工程會加劇人多地少的矛盾，對人類發展不利
C.礦區廢棄地的生態恢復的關鍵在于植被的恢復以及所必需的土壤微生物群落的重建
D.只要各種生態工程技術發展成熟，我們完全可以走“先污染，后治理”的老路
【答案】C
【解析】建立農村綜合發展型生態工程，是解決人多地少問題的有效途徑之一，而非唯一途徑，A錯誤；濕地生態恢復工程是恢復原有的濕地生態系統，耕地會暫時性略有減少，但是其生態效益是巨大的，B錯誤；雖然各種生態工程技術逐漸發展，并最終會成熟起來，但絕不能走“先污染，后治理”的老路，D錯誤。
對點練2　目前我國在礦產資源開發中，堅持“誰污染、誰治理”“誰破壞、誰恢復”的原則，建立健全礦區生態環境恢復治理的責任機制。下列關于礦區廢棄地生態恢復的敘述，正確的是(　　)。
A.礦石的開采只會破壞生態環境，不會產生其他危害
B.適用于礦區生態環境恢復的措施是開發農田，增加農民收入
C.礦區廢棄地生態恢復的關鍵是盡可能依靠自然演替恢復其生態功能
D.恢復礦區生態環境，首先要通過機械方法平整壓實土地，人工制造表土
【答案】D
【解析】礦石的開采不僅會破壞生態環境，還會產生其他危害，如地表塌陷等，A錯誤；礦區廢棄地的土地條件極端惡劣，甚至有嚴重的重金屬污染，植被難以恢復，農作物更難以生長，大力發展農田，農民收益難以保證，B錯誤；礦區廢棄地生態恢復的關鍵是植被恢復及其所必需的土壤微生物群落的重建，C錯誤；恢復礦區生態環境，首先要通過機械方法平整壓實土地，人工制造表土，然后在人造表土上植樹種草，D正確。
素能提升　生態工程的綜合應用(復雜推理能力、
建立聯系能力)
“海綿城市”是一種城市生態工程模式，是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。下圖為“海綿城市”模式圖。
(1)建設“海綿城市”的一個通常做法是做到雨水回收利用，城市蓄水池內不僅安裝了現代化的雨水凈化系統，還種植了許多水生植被輔助凈化，這些植物的引種需遵循　　　　原理。建設“海綿城市”的目的之一是擴大公共產品有效投資，提高新型城鎮化質量，促進人與自然和諧發展，這體現了　　　　原理。
(2)根據生態工程方面的內容，請你列舉出城市垃圾的處理辦法:　　　　　　　　　　　(寫出2點)。
(3)以上實例說明生態工程建設已經取得一定成績，下列有關我國生態工程發展前景的說法，正確的是　　　　(多選)。
A.我國的生態工程注重生態環境與經濟效益、社會效益相結合
B.我國的生態工程可以走“先污染、破壞，后治理”的路
C.未來我國生態工程發展前景廣闊
(4)建立人工濕地公園可以有效處理城市生活污水，獲得生態、社會和經濟三重效益。人工濕地中植物的根系不僅能吸收N、P等營養物質，還能為微生物吸附和代謝提供良好的環境條件。微生物通過　　　　　　　降解污水中的有機物。進水口的污水流入量還要加以控制，原因是　　　　　　　　　　。該人工濕地公園具有涵養水源、調節氣候等生態功能，體現了生物多樣性的　　　　價值。
【答案】(1)協調　整體　(2)垃圾分類處理后資源化利用；改露天放置為掩埋處理，地表種植植物；引入分解者　(3)AC
(4)分解作用　人工濕地的自我調節能力是有限的　間接
【解析】(1)在引種植物時，要考慮生物與環境、生物與生物的協調與適應，即遵循生態工程的協調原理。建設“海綿城市”的目的之一是擴大公共產品有效投資，提高新型城鎮化質量，促進人與自然和諧發展，即遵從自然生態系統的規律，各組分之間要有適當的比例，不同組分之間應構成有序的結構，要樹立整體觀，遵循整體原理。(2)處理城市垃圾時，可以垃圾分類處理后資源化利用；可以引入分解者，將垃圾中的有機物分解；也可以改變垃圾的存放方式，由露天放置變為掩埋處理，地表種植植物。(3)我國的生態工程注重生態環境與經濟效益、社會效益相結合，不僅強調生態效益，還需要取得社會效益和經濟效益，A正確；“先污染、破壞，后治理”不符合生態工程的建設理念，B錯誤；我國黨和政府高度重視生態文明建設，對生態文明建設提出了一系列新思想、新目標、新要求和新部署，未來我國生態工程發展前景廣闊，C正確。(4)人工濕地公園可以有效處理城市生活污水，依賴于人工濕地的自我調節能力，微生物可以通過分解作用降解污水中的有機物，但是人工濕地的自我調節能力是有限的，當外界干擾的強度超過一定限度時，生態系統的穩定性急劇下降，生態平衡就會遭到嚴重的破壞，因此進水口的污水流入量還要加以控制。生物多樣性的間接價值主要體現在調節生態系統的功能等方面，如水土保持、蓄洪防旱等，該人工濕地公園具有涵養水源、調節氣候等生態功能，體現了生物多樣性的間接價值。
【隨堂檢測】
課堂小結 課堂小測
1.生態工程是無消耗、多效益、可持續的工程體系。 (×) 2.在建設高新農業時，沼氣池的建立遵循了循環原理。 (√) 3.濕地的恢復除利用生物工程手段外，還要依靠自然演替機制恢復其生態功能。 (√)
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