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第4章 人与环境
第3节 生态工程
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。
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。
问题探讨
奥林匹克森林公园俯瞰
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？
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。
问题探讨
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？
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。
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。
问题探讨
奥林匹克森林公园俯瞰
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？
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。
短短几年，普通的村落和农田就脱胎换骨般地转变为令人赞叹的森林公园。它调节城市气候，丰富市民生活，也为众多动植物提供了生存的“家园”。这个例子是生态工程的生动缩影。
奥林匹克森林公园建设过程中的图片
毁林种地
围湖造田
大量使用化肥
20世纪60年代以来，全球经济进入了快速增长阶段，人们生活水平提高、人口迅速增长，人类也随之更多地从自然中索取。
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，正在大量消耗自然资源。
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。
01
关注生态工程建设
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
解决环境与经济与协调发展
生态工程
导致
导致
需要
需要
一、关注生态工程建设
2.生态工程的概念:
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
一、关注生态工程建设
理论基础
操作过程
3.生态工程建设的目的:
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。
4.生态工程的优点:
生态工程是可持续发展的重要手段。
一、关注生态工程建设
那么，在建设生态工程的过程中，要遵循哪些基本原理呢？
02
生态工程所遵循的基本原理
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
二、生态工程所遵循的基本原理
为什么在人工林增加植被层次，紧紧是为了美观吗？
这是利用了生态工程的什么原理？
二、生态工程所遵循的基本原理
（一）自生
在生态系统中由生物组分而产生的 、 、
、 。
生态系统的自我调节能力。
自我优化
自我更新和维持
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
二、生态工程所遵循的基本原理
（一）自生
1、概念：
自组织
自我调节
2、理论基础：
(尽量提高生物多样性)
二、生态工程所遵循的基本原理
（一）自生
生态系统的自我调节能力。
1、概念：
2、理论基础：
3、应用：
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，通过合理设计，使这些物种形成互利共存的关系。
湿地生态工程
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？
①在生态工程中有效选择生物组分并合理布设；
①在生态工程中有效选择生物组分并合理布设；
(尽量提高生物多样性)
二、生态工程所遵循的基本原理
（一）自生
3、应用：
湿地生态工程
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。
2、理论基础：
生态系统的自我调节能力。
使物种之间形成互利共存的关系应考虑哪些因素？
考虑生物之间生态位的差异，以及它们之间的种间关系
二、生态工程所遵循的基本原理
（一）自生
3、应用：
湿地生态工程
2、理论基础：
生态系统的自我调节能力。
②需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。
湿地生态工程
移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质
降低水体污染
有利于生态系统的自生
增加水体溶氧量
改善水生生物生存环境
(尽量提高生物多样性)
二、生态工程所遵循的基本原理
（一）自生
3、应用：
2、理论基础：
生态系统的自我调节能力。
②需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。
以太阳能为动力，驱动水质循环，将水体底层低溶解氧的水提升到表层，有助于其他有益藻与蓝细菌发生竞争关系，进行生态恢复，改善水质。
太阳能水生态修复系统
(尽量提高生物多样性)
植物秸秆给牲畜吃，牲畜粪便作为肥料，整个过程都没有废物的遗留，这是利用了生态工程的什么原理？
二、生态工程所遵循的基本原理
（二）循环
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
生态系统的物质循环功能。
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。
二、生态工程所遵循的基本原理
（二）循环
1、概念：
2、理论基础：
3、实施措施：
物质储存空间的改变
物质存在形式的改变
实现物质多级循环利用，废弃物资源化，减少污染。
无废弃物农业
保证土壤肥力，改善土壤结构，培育土壤微生物；
实现了土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用。
二、生态工程所遵循的基本原理
（二）循环
4、优点：
5、应用实例：
“传统经济”≠“生态经济”
(1) 传统经济是大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式，不注重
生态环境的保护，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
(2) 生态经济实现了“原料—产品—原料—产品”的生产体系，是实现了
废弃物资源化的循环经济。具有少消耗、多效益、可持续的特点。
二、生态工程所遵循的基本原理
（二）循环
有人说，过度从土地索取导致土地退化，是有些古文明中断的一个重要原因。我国几千年的农业发展没有出现这一问题，这是中华文明数千年延续不断的条件之一。你认同这一观点吗？请对这一观点做出评析。
认同。
历史上美索不达米亚、小亚细亚等地居民毁林造田，使那里成为了不毛之地，而中华文明在“天人合一”、“道法自然”等生态智慧和“仁民爱物”“民胞物与”等生态伦理的指导下，生生不息、源远流长；
二、生态工程所遵循的基本原理
（二）循环
旁栏思考
二、生态工程所遵循的基本原理
我们学校种植了很多杨梅，每年硕果累累，如果将杨梅树换成苹果树还会收获到满树的苹果吗？
（三）协调
这又是利用了生态工程的什么原理？
是指在进行生态工程建设时，___________、_________的
__________也是需要考虑的问题；
①考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。
我国西北地区一些地区年降水量小于450mm，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。由于环境不利于杨树的生长，这里许多杨树长得十分矮小，枯枝很多，半死不活，远不如当地树种那样又较高的生态是影响，导致这一些地区种植的防护林成了残败的“灰色长城”。
二、生态工程所遵循的基本原理
（三）协调
1、概念：
生物与环境
生物与生物
协调与适应
2、应用：
灰色长城
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。
一定时期内单位面积草地上、在利用适度的条件下所能放牧的牲畜头数。不同质量的草地其载畜量不一样。
如果放养的牲畜量超过载畜量、则会造成过度放牧、使草地退化还有，过度放牧极易造成草场退化、土地沙漠化。
二、生态工程所遵循的基本原理
（三）协调
①考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。
2、应用：
过度放牧的草地
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，应该注意什么？
二、生态工程所遵循的基本原理
旁栏思考
（三）协调
我国西北部地区缺雨干旱，土壤贫瘠，应该选择适合当地自然环境的树种，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，应该注意牲畜的数量不能超过草地的承载力。
3、意义：
可避免系统的失衡和破坏。
整体原理
社会-经济-自然是一个复合系统
生态系统是一
个有机的整体
系统的整体功能
大于
各成分功能之和
需要遵循
二、生态工程所遵循的基本原理
（四）整体
系统建设以______为指导，不仅考虑____生态系统的规律，更要考虑_____和_____等系统的影响力。
1、概念：
整体观
自然
经济
社会
2、理论基础：
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。
植物
微生物
动物
非生物因素
自然系统
二、生态工程所遵循的基本原理
（四）整体
3、应用：
②社会-经济-自然是一个复合系统
经济
系统
自然
系统
社会
系统
在进行林业工程建设时，一方面号召农民种树，另一方面一定要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。
往往是生活方面的因素导致农民对森林、灌丛的过量砍伐。因此，只有把生态与社会、经济结合起来，才能从根本上达到造林和护林的目的。
①生态系统是一个有机的整体
二、生态工程所遵循的基本原理
（四）整体
3、应用：
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。
生产成本
消费效益
经济系统
政策
管理
科学文化
社会系统
植物
微生物
动物
非生物因素
自然系统
二、生态工程所遵循的基本原理
（四）整体
4、意义：
理论基础 意义 实例
自生 自组织、自我优化、 自我调节、自我更新和维持 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
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
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
归纳总结
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。
二、生态工程所遵循的基本原理
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
　实战训练　
分析生态工程案例中的原理和应用
桑叶
鱼塘
甘蔗
糖渣
糖
蚕
蚕蛹
丝
桑树
塘泥
塘泥
蚕排泄物
鱼塘
鱼塘
1.画出食物链
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→浮游动物→鱼
桑基鱼塘模式:人工建立的高产稳产的农业生态系统。做到蚕粪养鱼,鱼粪肥塘,塘泥肥田、肥桑,从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收。
明清时期，我国南方长江三角洲、珠江三角洲低洼内涝积水地或河网发达地区的先民们，就探索出一种桑基鱼塘的农业生产模式:陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑。这样可以将陆地种植与鱼塘养殖结合起来，把原本割裂的生产系统通过优化组合，有机地整合在一起。根据同样的原理，甘蔗种植也可以与养猪、养鱼结合(下图)。
思考●讨论
①“陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥
培桑”主要遵循了_____原理；
②“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”主要遵循了_____原理；
③“在设计桑基鱼塘时，要考虑合适的陆地
与水面的配比”主要遵循了_____原理；
④“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”主要遵
循了_____原理。
循环
协调
整体
自生
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
分析生态工程案例中的原理和应用
思考●讨论
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？
还需关注经济学原理，
要达到经济效益和生态效益的同步发展
分析生态工程案例中的原理和应用
思考●讨论
练习与应用
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氧微生物的分解作用
C
练习与应用
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500 km2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，这里恢复了完全的口然状态。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。
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。
练习与应用
请完成学案作业

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