資源簡介

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第四章 人與環(huán)境
第3節(jié) 生態(tài)工程的基本原理
【本節(jié)聚焦】
1.什么是生態(tài)工程？
2.為什么要關(guān)注生態(tài)工程建設(shè)？
3.生態(tài)工程建設(shè)主要遵循哪些基本原理？
問題探討
普通村落和農(nóng)田
奧林匹克森林公園
在2008年北京奧運(yùn)會(huì)的籌辦過程中，奧林匹克森林公園是一個(gè)重要建設(shè)項(xiàng)目。短短幾年，普通的村落和農(nóng)田就脫胎換骨般地轉(zhuǎn)變?yōu)榱钊速潎@的森林公園。公園建設(shè)堅(jiān)持“綠色奧運(yùn)”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(tǒng)、廢物資源循環(huán)利用等多項(xiàng)生態(tài)技術(shù)。它這個(gè)例子是生態(tài)工程的生動(dòng)縮影。
思考：農(nóng)田棄耕后，在自然狀態(tài)下也可以演替為森林，為什么還要人工造林呢？
利用生態(tài)工程原理進(jìn)行人工造林，可以縮短建設(shè)周期，在較短時(shí)間內(nèi)獲得更高的生態(tài)效益。
一、關(guān)注生態(tài)工程建設(shè)
1.實(shí)施生態(tài)工程的背景
人口增長
人類活動(dòng)
全球生態(tài)環(huán)境危機(jī)
人類可持續(xù)發(fā)展受到影響
解決 與 1協(xié)調(diào)發(fā)展
生態(tài)工程
導(dǎo)致
導(dǎo)致
需要
需要
毀林種地
大量使用化肥
圍湖造田
環(huán)境
經(jīng)濟(jì)
一、關(guān)注生態(tài)工程建設(shè)
2.生態(tài)工程的概念:
指人類應(yīng)用_______________________的基本原理和方法，對(duì)人工生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行__________________，或?qū)σ驯黄茐牡纳鷳B(tài)環(huán)境進(jìn)行了_____________，從而_________________________或______________，促進(jìn)人類___________________的系統(tǒng)工程技術(shù)或綜合工藝過程。
分析、設(shè)計(jì)和調(diào)控
生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)等學(xué)科
提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力
修復(fù)、重建
改善生態(tài)環(huán)境
社會(huì)和自然環(huán)境的和諧發(fā)展
3.生態(tài)工程建設(shè)的目的:
遵循生態(tài)學(xué)規(guī)律，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境污染，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的同步發(fā)展。
是一類少消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。
4.生態(tài)工程的優(yōu)點(diǎn):
生態(tài)工程是可持續(xù)發(fā)展的重要手段。
那么，在建設(shè)生態(tài)工程的過程中，要遵循哪些基本原理呢？
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
生態(tài)工程以生態(tài)系統(tǒng)的_______、_________功能為基礎(chǔ)，遵循______、_____、_____、_____等生態(tài)學(xué)基本原理。
自組織
自我調(diào)節(jié)
整體
循環(huán)
協(xié)調(diào)
自生
整體
循環(huán)
自生
協(xié)調(diào)
一個(gè)系統(tǒng)在沒有外界信息指令的作用下，自發(fā)地由無序到有序，由低有序到高有序的發(fā)展過程，就是自組織。星球的誕生，自然生態(tài)系統(tǒng)的形成都是自組織的結(jié)果。
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
1.自生
由 而產(chǎn)生的___________、___________、___________、自我更新和維持就是系統(tǒng)的自生。
(1)概念：
生物組分
自我優(yōu)化
自我調(diào)節(jié)
自組織
(2)理論基礎(chǔ)：
生態(tài)系統(tǒng)的 。
自我調(diào)節(jié)能力
生物能夠進(jìn)行新陳代謝、再生更新
生物之間通過各種相互作用(特別是種間關(guān)系)進(jìn)行自組織
生物本身
生物之間
實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)，形成有序整體
自我維持
如何應(yīng)用呢？
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
（3）遵循該原理的具體做法或要求：
①有效選擇生物組分并合理布設(shè)。
a.選擇污染物凈化能力較強(qiáng)的多種水生植物
b.通過合理的人工設(shè)計(jì)，使得這些物種形成互利共存的關(guān)系
例如，在濕地修復(fù)過程中：
適當(dāng)提高生物多樣性
*這是系統(tǒng)或工程能否形成自組織能力的基礎(chǔ)
②創(chuàng)造有益于生物組分的生長、發(fā)育、繁殖，以及它們形成互利共存關(guān)系的條件。
二、生態(tài)工程的基本原理
1、自生
（3）措施:
①在生態(tài)系統(tǒng)中有效選擇生物組分并合理布設(shè)。這是該系統(tǒng)或工程能否形成自組織能力的基礎(chǔ)條件。
如在濕地修復(fù)過程中，選擇污染物凈化能力較強(qiáng)的多種水生植物，還需考慮這些植物的生態(tài)位差異，以及它們之間的種間關(guān)系，通過合理的人工設(shè)計(jì)，使得這些物種形成互利共存的關(guān)系。一般應(yīng)盡量提高生物多樣性程度，利用種群之間互利共存的關(guān)系，構(gòu)建復(fù)合群落，這樣即使某個(gè)種群消亡，其他種群也能彌補(bǔ)上來，有助于生態(tài)系統(tǒng)維持自生能力。
如濕地生態(tài)工程中，移除湖泊、河流中富營養(yǎng)化沉積物和有毒物質(zhì)、減少水體污染物，增加水體溶氧量，改善水生生物生存環(huán)境，有利于生態(tài)系統(tǒng)自生。
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
思考1：
為什么提高生物多樣性程度，有助于生態(tài)系統(tǒng)維持自生能力？
思考2：
使物種之間形成互利共存的關(guān)系應(yīng)考慮哪些因素？
提高生物多樣性程度，利用種群之間互利共存的關(guān)系，構(gòu)建復(fù)合群落，這樣即使某個(gè)種群消亡，其他種群也能彌補(bǔ)上來
考慮生物之間生態(tài)位的差異，以及它們之間的種間關(guān)系
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
②要?jiǎng)?chuàng)造有益于生物組分的生長、發(fā)育、繁殖，以及它們形成互利共存關(guān)系的條件
如濕地生態(tài)工程中，移除水體中富營養(yǎng)化沉積物和有毒物質(zhì)、增加水體溶氧量
（3）遵循該原理的具體做法或要求：
以太陽能為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)水質(zhì)循環(huán)，進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，改善水質(zhì)
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
2.循環(huán)
在生態(tài)工程中促進(jìn)系統(tǒng)的物質(zhì)遷移與轉(zhuǎn)化，既保證各個(gè)環(huán)節(jié)的物質(zhì)遷移順暢，也保證主要物質(zhì)或元素的轉(zhuǎn)化效率高。
(1) 概念：
(2)理論基礎(chǔ)：
生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)功能。
物質(zhì)儲(chǔ)存空間的改變
物質(zhì)存在形式的改變
(3)措施：
通過設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不斷循環(huán)，使前一個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢物盡可能地被后一環(huán)節(jié)利用，減少整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)“廢物”的產(chǎn)生。
實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的多級(jí)循環(huán)利用，廢物資源化，減少污染
物質(zhì)和能量的多級(jí)循環(huán)利用（ ）
×
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
(4)實(shí)例：
“無廢棄物農(nóng)業(yè)”物質(zhì)循環(huán)再生示意圖
我國古代先民依靠“無廢棄物農(nóng)業(yè)”保證了土壤的肥力，改善了土壤結(jié)構(gòu)，培育了土壤微生物，實(shí)現(xiàn)了土壤養(yǎng)分如氮、磷、鉀及微量元素的循環(huán)利用，因此，幾千年來，土地一直維持著生產(chǎn)能力。
無廢棄物農(nóng)業(yè)
我國古代沒有化肥，農(nóng)民如何保持土壤肥力？
據(jù)圖.思考：
(1)該圖所示是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)嗎？生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者分別是什么？
(3)該圖設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)？
這是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。生產(chǎn)者是作物，消費(fèi)者是牛、羊、豬等家畜和人，
分解者是土壤中的細(xì)菌、真菌等微生物。
(2)甲圖所體現(xiàn)的主要生態(tài)工程原理是什么？是怎樣的實(shí)現(xiàn)的？
循環(huán)原理。該生態(tài)系統(tǒng)的人糞尿、牲畜糞便、作物殘留物都能返回到農(nóng)田土壤里，通過分解者的分解作用再供生產(chǎn)者利用。
實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的多級(jí)循環(huán)利用，廢物資源化，減少污染
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
有人說，過度從土地索取導(dǎo)致土地退化，是有些古文明中斷的一個(gè)重要原因，我國幾千年的農(nóng)業(yè)發(fā)展沒有出現(xiàn)這一問題，這是中華文明數(shù)千年延續(xù)不斷的條件之一，你認(rèn)同這一觀點(diǎn)嗎？
認(rèn)同。
歷史上美索不達(dá)米亞、小亞細(xì)亞等地居民毀林造田，使那里成為了不毛之地，而中華文明在“天人合一”、“道法自然”等生態(tài)智慧和“仁民愛物”“民胞物與”等生態(tài)倫理的指導(dǎo)下，生生不息、源遠(yuǎn)流長；
我國古代先民還依靠“無廢棄物農(nóng)業(yè)”保證了土壤的肥力，改善了土壤結(jié)構(gòu)，培育了土壤微生物，實(shí)現(xiàn)了土壤養(yǎng)分如氮、磷、鉀及微量元素的循環(huán)利用，因此，幾千年來，土地一直維持著生產(chǎn)能力。
美索不達(dá)米亞
思考·討論
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
3.協(xié)調(diào)
考慮生物與環(huán)境、生物與生物的協(xié)調(diào)與適應(yīng)。
生物與環(huán)境、生物與生物之間要協(xié)調(diào)與適應(yīng)
內(nèi)容
考慮環(huán)境容納量
不能
在年降雨量小于450mm的西北部建防護(hù)林，能否栽種喬木楊樹？
實(shí)例：過度放牧的草地
實(shí)例：灰色長城
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
我國西部地區(qū)缺雨干旱，土壤較為貧瘠，應(yīng)該選擇適合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件的樹種，如沙棘、山杏、刺槐、小葉錦雞兒等。
在西北地區(qū)發(fā)展畜牧業(yè)，應(yīng)該注意牲畜數(shù)量不能超過草地的承載力。(環(huán)境容納量)。
思考：從協(xié)調(diào)原理出發(fā)，在我國西北地區(qū)進(jìn)行防護(hù)林建設(shè)，應(yīng)選擇哪些樹種？如果再該地區(qū)發(fā)展畜牧養(yǎng)殖業(yè)，應(yīng)該注意什么？
山杏
沙棘
沙棗
刺槐
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
整體原理
社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然是一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)
生態(tài)系統(tǒng)是一
個(gè)有機(jī)的整體
系統(tǒng)的整體功能
大于
各成分功能之和
需要遵循
4.整體
系統(tǒng)建設(shè)以________為指導(dǎo)，不僅考慮______生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，更要考慮_____和_____等系統(tǒng)的影響力。
(1)概念：
整體觀
自然
經(jīng)濟(jì)
社會(huì)
(2)理論基礎(chǔ)：
社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然
復(fù)合系統(tǒng)
生產(chǎn)成本
消費(fèi)效益
非生物的因素
微生物
植物
動(dòng)物
政策
管理
科學(xué)文化
（4）整體
進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時(shí)，不僅要考慮自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，更要考慮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等系統(tǒng)的影響力。
社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。
理論基礎(chǔ)
自然系統(tǒng)
社會(huì)系統(tǒng)
經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)
意義
統(tǒng)一協(xié)調(diào)當(dāng)前與長遠(yuǎn)、局部與整體、開發(fā)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，保障生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。
實(shí)例
前面種樹，后面砍伐的現(xiàn)象違背整體原理
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
為什么一般要森林公園要先做森林公園的整體設(shè)計(jì)再開工呢？
(3)實(shí)施措施:
①生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的整體
遵從自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，各組分之間要有適當(dāng)?shù)谋壤煌M分之間應(yīng)構(gòu)成有序的結(jié)構(gòu)，通過改變和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，達(dá)到改善系統(tǒng)功能的目的。
植物
微生物
動(dòng)物
非生物因素
自然系統(tǒng)
除了要考慮生態(tài)系統(tǒng)的整體性，還要考慮什么？
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
②社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然是一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)
經(jīng)濟(jì)
系統(tǒng)
自然
系統(tǒng)
社會(huì)
系統(tǒng)
(3)實(shí)施措施:
在進(jìn)行林業(yè)工程建設(shè)時(shí)，一方面要號(hào)召農(nóng)民種樹，另一方面一定要考慮貧困地區(qū)農(nóng)民的生活問題，如糧食、燒柴以及收入等。
避免出現(xiàn)：前人栽樹，后人砍樹的現(xiàn)象.
其他：社會(huì)習(xí)慣、法律制度等對(duì)生態(tài)工程建設(shè)有著重要影響。
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
只有應(yīng)用整體性原理,才能統(tǒng)一協(xié)調(diào)當(dāng)前與長遠(yuǎn)、局部與整體、開發(fā)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系,保障生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。
生產(chǎn)成本
消費(fèi)效益
經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)
政策
管理
科學(xué)文化
社會(huì)系統(tǒng)
植物
微生物
動(dòng)物
非生物因素
自然系統(tǒng)
(4)意義：
小結(jié):生態(tài)工程的基本原理
原理 理論基礎(chǔ) 意義 實(shí)例
自生
循環(huán)
協(xié)調(diào)
整體
生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的協(xié)調(diào)，形成有序的整體
濕地生態(tài)工程建設(shè)有效選擇生物組分、合理布設(shè)，并創(chuàng)造有利條件
物質(zhì)循環(huán)
實(shí)現(xiàn)循環(huán)，使前一環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢物盡可能被后一環(huán)節(jié)利用，減少廢物的產(chǎn)生
無廢棄物農(nóng)業(yè)
生物與生物、生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與適應(yīng)
生物數(shù)量不超過環(huán)境承載力，避免系統(tǒng)的失衡和破壞
西北地區(qū)的防護(hù)林建設(shè)出現(xiàn)的問題
社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)
統(tǒng)一協(xié)調(diào)各種關(guān)系，保障生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定
林業(yè)建設(shè)中出現(xiàn)前面種樹，后面砍伐的現(xiàn)象
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
①沼氣池——遵循了______原理
②在人工林增加植被層次——遵循了_______原理
③“落紅不是無情物，化作春泥更護(hù)花”——體現(xiàn)了______原理
④前面造林，后面砍樹——違背了______原理
⑤草原確定載畜量，不能過度放牧——遵循______原理
⑥濕地破壞——違背了______原理
⑦減少污水排放，治理湖泊——遵循了______原理
⑧引入物種時(shí)考慮是否適應(yīng)環(huán)境——遵循______原理
⑨引入水葫蘆泛濫，導(dǎo)致多數(shù)生物死亡——違背了______原理 和______原理
循環(huán)
自生
循環(huán)
整體
協(xié)調(diào)
自生
自生
協(xié)調(diào)
自生
協(xié)調(diào)
【檢測】寫出下列例子主要涉及到的生態(tài)工程原理
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
思考 討論：分析生態(tài)工程案例中的原理和應(yīng)用
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
討論1：嘗試畫出桑基魚塘中的食物鏈（人為消費(fèi)者）
魚塘
魚塘
魚塘
桑樹
桑葉
蠶
蠶蛹
絲
蠶排泄物
塘泥
甘蔗
糖渣
糖
桑樹→蠶
甘蔗→人
甘蔗→豬→人
浮游植物→魚→人
浮游植物→浮游動(dòng)物→魚→人
蠶沙喂魚
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
①“陸基種桑、桑葉飼蠶、蠶沙喂魚、塘泥培桑”
－－主要遵循了_____原理；
②“桑和甘蔗適應(yīng)我國南方溫暖濕潤氣候”
－－主要遵循了_____原理；
③“將陸地種植與魚塘養(yǎng)殖結(jié)合起來，把原本割裂的生產(chǎn)系統(tǒng)通過優(yōu)化組合，有機(jī)地整合在一起” “在設(shè)計(jì)桑基魚塘?xí)r，要考慮合適的陸地與水面的配比” －－主要遵循了_____原理；
④“桑基魚塘中的生物組分通過合理布設(shè)，互利共存，形成了可以自我維持的有序整體”－－主要遵循了_____原理。
循環(huán)
協(xié)調(diào)
整體
自生
討論2：桑基魚塘應(yīng)用了生態(tài)工程的哪些基本原理？
思考 討論：生態(tài)工程所遵循的基本原理
討論：
1.嘗試畫出桑基魚塘中的食物鏈。
①桑樹→蠶；
②甘蔗→人
③甘蔗→豬→人
④浮游植物→魚
⑤浮游植物一浮游動(dòng)物→魚
2.桑基魚塘應(yīng)用了生態(tài)工程的哪些基本原理？
①桑基魚塘中的生物組分通過合理布設(shè)，互利共存，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的協(xié)調(diào)，形成了可以自我維持的有序的整體。
自生原理
②蠶糞、蔗葉進(jìn)入魚塘，經(jīng)分解者作用后被植物利用。
循環(huán)原理
③池塘養(yǎng)魚要考慮不同魚種的關(guān)系和魚的數(shù)量。
④桑基魚塘在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮栽種作物與養(yǎng)殖動(dòng)物的比例。
協(xié)調(diào)原理
整體原理
二、生態(tài)工程所遵循的基本原理
討論3：當(dāng)桑葉價(jià)格高，賣桑葉比賣魚更合算時(shí)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民會(huì)將蠶沙用作桑樹的肥料，而不是喂魚。由此可以看出，生態(tài)工程建設(shè)除了要考慮生態(tài)學(xué)、工程學(xué)原理，還需要關(guān)注什么？
還需關(guān)注經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，
要達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的同步發(fā)展。
課堂小結(jié)
目的
生態(tài)工程
原理
概念
優(yōu)點(diǎn)
達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的同步發(fā)展
生物多樣性、創(chuàng)造利于生物的條件
廢物利用，充分利用分解者
生物與環(huán)境的適應(yīng)、考慮環(huán)境容納量
少消耗、多效益、可持續(xù)！
自生
循環(huán)
協(xié)調(diào)
整體
社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然協(xié)調(diào)統(tǒng)一、優(yōu)化結(jié)構(gòu)改善系統(tǒng)功能(整體功能大于部分之和)
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