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第3节生态工程
第四章 人与环境
人教版（2019） 选择性必修二
问题探讨
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。
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？
2.为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢？
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？
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？
2.为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢？
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？
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。
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。
以上这样的生产方式，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。
一、生态工程的基本原理
少消耗、多效益、可持续。
指的是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了修复、重建，从而提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会和自然环境的和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。
遵循生态学原理，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。
③目的
②优点
1.关注生态工程建设
①概念：
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。
④原因
循环
整体
2.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
自生
协调
自 生
自生
自组织
自我优化
自我更新和维持
自我调节
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。
1. 概念：
自 生
2. 理论基础：
生态系统的结构与功能（生态系统的自我调节能力）
①个体水平
生物能够进行新陈代谢、再生更新等
②系统水平
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。
自 生
3. 实施措施：
①有效选择生物组分并合理布设
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,构建复合群落。
湿地生态工程
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。
移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质，降低水体污染物，增加水体溶氧量。
循 环
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效率高。
2. 理论基础：
生态系统的物质循环功能。
3. 实施措施：
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。
实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染
4. 实例：
循 环
“无废弃物农业”物质循环再生示意图
我国古代先民依靠“无废弃物农业”保证了土壤的肥力，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，因此，几千年来，土地一直维持着生产能力。
无废弃物农业
旁栏思考题：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？请查找资料，对这一观点作出评析。
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。
协 调
1. 原理含义：
2. 理论基础：
3. 实施措施：
在进行生态工程建设时，需要考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应的问题。
生物与环境、生物与生物的协调与平衡
①生物与环境、生物与生物之间要协调与适应
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。导致一些地区种植的防护林成了残败的“灰色长城”。
协 调
②需要考虑环境容纳量。如果生物的数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏。
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，还有土地沙漠化。
旁栏思考题：从协调原理出发，想一想，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，你认为应该注意什么问题？
我国西部地区缺雨干旱，土壤较为贫瘠，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；
在西北地区发展畜牧业，应注意考虑环境容纳量，牲畜数量不超过草地的承载力，避免过度放牧，并适当种植牧草。
整 体
1. 原理含义：
2. 理论基础：
系统建设以整体观为指导，进行生态工程建设时，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。
社会、经济、自然构成的复合系统
3. 实施措施：
①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。
③考虑社会习惯、法律制度等的影响
整 体
4. 实例：
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。
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。
植物
微生物
动物
非生物的因素
自然系统
政策
科学文化
管理
社会系统
生产
成本
消费
效益
经济系统
自然一社会一经济复合系统
生态工程原理总结：
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 湿地生态系统的修复
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 西北地区不适于种植乔木类的杨树
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
二、生态工程的实例
进行生态工程建设时，应当根据当地的实际条件，因地制宜地进行
农村综合发展型生态工程
问题：人多地少，怎样实现物质的多级循环利用，在资源有限的条件下有较多的产出，取得经济效益、社会效益和生态效益全面提高？
对策：建立农村综合发展型生态工程
—分析某村综合发展型生态工程
北京郊区的某村是这方面的一个典型，该村实施了以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程：作物秸秆用来产生食用菌和饲料（如下页图示）；饲料用于喂养畜禽；人、畜粪尿作为原料生产沼气；沼液用于水产养殖业；沼渣可用于为有机农产品——“无公害蔬菜”施肥和喂养禽畜，从而达到了物质循环利用的良性循环，缓解了农村“三料”（饲料、燃料、肥料）的缺乏问题，提
高了土地产出水平；同时禽畜、鱼、螺、谷物、饲料等加工品也可到市场上出售。总之，农业生态工程能创造多种劳动力就业机会，增加农民收入，开发可以更新的资源，减少环境污染。
思考·讨论
青贮：是指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：是指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。
加工
种植业
谷物
秸秆
青贮、氨化处理，食用菌栽培
饲料
沼气池
鱼/螺池
厩粪
屠宰场
养殖业
沼液
沼渣
—分析某村综合发展型生态工程
加工
种植业
谷物
秸秆
青贮、氨化处理，食用菌栽培
饲料
沼气池
鱼/螺池
厩粪
屠宰场
养殖业
沼液
沼渣
请分析右图，并与当地农村的生态系统相比较，讨论以下问题。
1. 在这一案例中，主要运用了生态工程的哪些基本原理？
2. 这一生态系统的结构和功能有哪些特点？
3. 这一生态工程有哪些值得借鉴的做法？
—分析某村综合发展型生态工程
整体、协调、循环、自生等。
这一生态工程实现了物质利用的良性循环，提高了土地产出水平，创造了多种劳动力就业机会，增加了农民收入,促进了经济发展；同时降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。
生态系统中的各组分搭配合理，紧密联系形成一个有序的整体，实现了物质多级循环利用、能量充分利用、减少了废物排放与环境污染。
1.湿地的价值：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，为迁飞鸟类和其它动植物提供栖息地，以及为人类提供休闲娱乐场所等功能
湿地生态系统恢复工程
2.问题：对湿地排水围垦引起湿地缩小，导致气候恶化、地下水位下降、生物多样性减低、迁飞鸟类绝迹等，此外湿地环境污染、生物资源过度利用，导致湿地生态系统严重退化
1.对策：
采用工程学和生态学措施相结合的方法，如污水
处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，
以及动植物种引进等；
还应在湿地周围建立缓冲带减少人类干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能
湿地生态系统恢复工程
Ⅲ.矿区放弃地的生态恢复工程
问题：矿藏开采后往往造成山体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏
对策：人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等，其中关键是植被恢复以及植被恢复所必须的土壤微生物群落重建
社会、市场
矿区废弃地
植树、种草
畜牧养殖
牧草加工业
施肥
工程机
械措施
制造表土、
压实
肉蛋奶
生态工程在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用，大自然也具有强大的生态恢复能力。不能走“先污染、破坏，后治理”的老路
现阶段的生态工程缺乏定量化模型的指导；有些设施缺乏高科技含量，生态系统的调控尚缺乏及时准确的检测技术的支持，缺乏理论性指导
精准农业（精确农业）
我们面临的生态危机是人口数量众多、环境与资源破坏，能源短缺等问题结合在一起的并发症，解决这些问题，需要重视生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合，需要生态工程发挥作用
党和政府高度重视生态文明建设,党的十九大，首次把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标
美丽中国-杭州
课堂练习
1.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
2.“桑基鱼塘”是将低洼稻田挖深作塘,塘内养鱼,塘基上种桑,用桑养蚕,蚕粪养鱼,鱼粪肥塘,塘泥肥田、肥桑,从而获得稻、鱼、蚕三丰收。下列有关“桑基鱼塘”的说法,错误的是 (　 　)
A.该生态系统在一定程度上实现了对能量的多级利用　
B.该生态系统是生态农业的实例
C.该生态系统中物种多样性得到了较好的保护
D.维持该生态系统的稳定性需要人的干预
C
谢 谢

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