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4.3 生态工程（第1课时）
生态工程的实例和发展前景
一 生态工程的基本原理
本节聚焦
●什么是生态工程
●为什么要关注生态工程建设
●生态工程建设主要遵循哪些基本原理
在2008年北京奧运会的筹办过程中，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。
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。
问题探讨
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。
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。
问题探讨
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
1.生态工程提出的背景：
石油农业
2.生态工程的概念：
人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，对人工生态系统进行分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行修复、重建，从而提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。
建设目的
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。
建设原因
少消耗
多效益
可持续
优点
毁林种地、围湖造田、大量使用化肥、农药等农业生产方式, 正在消耗大量的自然资源。
生态工程是可持续发展的重要手段。
一 关注生态工程建设
一 生态工程的基本原理
3.生态工程的含义
理论基础：
生态学和系统学等学科。
操 作：
对人工生态系统进行分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行修复、重建。
结 果：
提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境的和谐发展。
【资料1】
奥森水域面积小且封闭、易污染、缺少完整食物链，因此水体容易发生富营养化，产生水华。为评估奥森主湖水体生态系统的状况，提出水质净化的有效措施，研究人员借助Aquatox模型软件对公园水体生态系统进行了模拟研究。
设计思路:设置空白对照组（模型1：自然水域，无人工净水系统）和实验组（模型2：使用人工净水系统，进水口增加人工湿地），其他变量一致。模拟期限设定为5年（即5个植物生长期）
相关数据：本研究中，以高等植物每年的长势作为判断生态系统稳定性高低和人工净水措施可持续性的指标。实验中选择了3种代表植物，通过观察这些植物的生物量变化建立模拟曲线，实验结果如下图。
一 生态工程的基本原理
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
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，自发地由无序发展到有序，由低有序到高有序的发展过程，就是自组织。
一 生态工程的基本原理
1.自生原理
（1）概念：
在生态系统中由_________而产生的________、_________、_________、_________和_______。
生物组分
自组织
自我优化
自我调节
自我更新
维持
（2）基础：生态系统的结构和功能
（生态系统的自我调节能力）
个体水平：
系统水平：
生物能够进行新陈代谢、再生更新等
生物之间通过各种相互作用（特别是种间关系）进行自组织，实现系统结构与功能的协调，形成有序的整体
一 生态工程的基本原理
（3）遵循该原理的具体做法或要求：
①有效选择生物组分并合理布设。
a.选择污染物净化能力较强的多种水生植物
b.通过合理的人工设计，使得这些物种形成互利共存的关系
例如，在湿地修复过程中：
适当提高生物多样性
*这是系统或工程能否形成自组织能力的基础
一 生态工程的基本原理
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
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
（3）遵循该原理的具体做法或要求：
以太阳能为动力，驱动水质循环，进行生态恢复，改善水质
一 生态工程的基本原理
2.循环原理
(1)概念：
指在生态工程中__________________，既保证__________________，
也保证________________________。
促进物质的迁移与转化
各环节物质迁移顺畅
主要物质或元素的转化率高
(2)基础：
生态系统的物质循环功能
物质储存空间的改变
物质存在形式的改变
(3)优点：
(4)实例：
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
一 生态工程的基本原理
(4)实例：
无废弃物农业
通过积极种植能够固氮的豆科作物，以及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。
一 生态工程的基本原理
3.协调原理
(1)概念：
指生物与环境、生物与生物的协调与适应。
(2)措施：
①需要考虑生物与环境、生物与生物之间要协调与适应
我国西北一些地区年降雨量小于450mm.是只适宜种植灌木和草的地区、但却被硬性规定种植属于乔木的杨树，以致到处都是“杨家将”。生态的不适应使许多地方的杨树长成半死不活的“小老头”状。远不如当地树种那样有较高的生态适应性，结果防护林成了残败的“灰色长城”
一 生态工程的基本原理
②需要考虑环境容纳量。
过度放牧的草地
3.协调原理
(1)概念：
指生物与环境、生物与生物的协调与适应。
(2)措施：
(3)意义：
生物数量不超过环境承载力，避免系统的失衡和破坏
一 生态工程的基本原理
(1)考虑因素：
(2)目 的：
遵从自然生态系统的规律。
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。
社会习惯、法律制度等对生态工程建设也有重要影响力。
应用整体原理，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。
4.整体原理
(3)意义：：
统一协调各种关系，保障生态系统的平衡和稳定。
一 生态工程的基本原理
整体原理
遵从自然生态系统的规律
考虑经济和社会的影响力
“绿色”
的经济系统
“宜居”
的社会
系统
“生态”
的自然
系统
社会-经济-自然
复合系统
生产成本
消费效益
植物
动物
微生物
非生物的因素
政策
管理
科学文化
一 生态工程的基本原理
1.尝试画出桑基鱼塘中的食物链。
桑树→蚕
甘蔗→人
甘蔗→猪→人
浮游植物→鱼
浮游植物→浮游动物→鱼
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
一 生态工程的基本原理
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？
一 生态工程的基本原理
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
自生：桑基鱼塘中的生物组分通过合理布设，互利共存，实现了系统结构与功能的协调，形成了可以自我维持的有序的整体。
循环：“陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑”这样的农业生产模式维持着高效的物质循环。
协调：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的气候；四大家鱼混养充分利用了群落的空间结构：桑叶饲蚕，利用了种间关系，但养殖的蚕的数量没有多到危及桑的存活；等等。
整体：桑基鱼塘在设计时，陆地与水面配比合理，各组分的搭配与比例适当，结构有序，形成了一个不可分割的整体；桑基鱼塘将原本割裂的生产系统优化组合，能够发展多种经营，为农民创造收入,是结构优化的“社会一经济一自然复合系统”。
一 生态工程的基本原理
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，生态工程除了要考虑生态学、工程学原理，还需要关注什么？
还需要关注经济学原理，要达到经济效益和生态效益的同步发展。
一 生态工程的基本原理
北京奥林匹克森林公园的设计理念是“通往自然的中轴线”。设计方旨在将其建设成为可持续发展的生态系统地带，成为北京市的“绿肺”和生态屏障。由于集多种功能于一身，同时承担诸多社会活动，奥森无法通过独立的自我调节维持整个生态系统的稳定，仍需要不断通过人工补充物质和能量，移除废物等进行维持，而最理想的生态工程建成后，应该能够依靠系统的自主组织来长期维持稳定。
无论是历经千年的无废气物农业，还是像奥森这样的现代化生态工程，其设计和建设都必须遵循自生、循环、协调、整体的生态学原理。只有遵循自然规律，保护生态环境，我们才能源源不断地从中汲取资源，实现可持续发展，才能真正践行“绿水青山就是金山银山”的理念！
一 生态工程的基本原理
比较项目 生态工程 传统农业
基本原理
调节机制
与环境的关系
主要能源
生物多样性
生态学、工程学
工程学
人为辅助下的自我调节
人为调控
协调
破坏环境
太阳能
化学能
得到保护
减少
生态工程与传统农业的比较
一 生态工程的基本原理
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
一、概念检测
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。（ ）
×
√
即时训练
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
即时训练
二、拓展应用
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500km2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。
提示：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。
即时训练
写出下列例子主要涉及到的生态工程原理
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
即时训练
学而时习之

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