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专题5 生态工程
5.1生态工程的基本原理
5.2生态工程的实例和发展前景
生态工程的概念：
人类应用 等学科的基本原理和方法，通过 ，对已破坏的生态环境进行_________，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行_____，并提高生态系统的______，从而__________________________________。
生态学和系统学
系统设计、调控和技术组装
促进人类社会和自然环境和谐发展
注意：
1.理论基础： ；
2.技术手段： ；
3.操作过程：
—————————————————
4.最终目的： 。
生态学和系统学
系统设计、调控和技术组装
促进人类社会和自然环境的和谐发展
修复、重建
改善
生产力
对已被破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。
生态工程建设目的：
5.1 生态工程的基本原理
遵循自然界________的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止_________，达到_________和__________的同步发展。
与传统的工程相比，生态工程是一类________________的工程体系。
物质循环
环境污染
经济效益
生态效益
少消耗、多效益、可持续
为什么要重视生态工程建设？
（一）关注生态工程建设
资料一：课本P107资料分析
1.导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？
2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？
讨论:
根本原因：长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。
1.导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？
直接原因：1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。
2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？
传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
石油农业：是指大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。由于需要大量的石油、煤、天然气等作为原料或动力而得名。
对石油的依赖：大量使用化肥、农药和机械的生产方式，对石油等能源物质的依赖很高。
农业生产：复杂的生物过程→简单的机械和化学过程。特点：投入高，产出也高（产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大）大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。
大力发展生态农业
1.你对“石油农业”是如何理解的？
2.“石油农业”的生产模式应当怎样改进？
资料分析二：课本P108
3.如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？
对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。
例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。
因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。
主要是通过实行“ ”原则，使一个系统产生出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的 ，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一是 。
生态经济
循环经济
生产原料
生态工程
生态工程如何实现？他遵循的基本原理是什么？
二、生态工程的基本原理
物质循环再生原理
物种多样性原理
协调与平衡原理
整体性原理
系统学和工程学原理
　　生态工程是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶，是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的新兴学科
1) 总论：
2)理论基础：
3)含义:
4)特点：
5)实例：
1、物质循环再生原理
没有物质循环的系统，就会产生废弃物，造成环境污染，并最终影响到系统的稳定和发展。
物质循环
物质能够在各类生态系统中，进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。
系统的稳定型：不产生废弃物，没有环境污染， 生态系统维持稳定并发展。
“无废弃农业”
2) 物质循环
定义：是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等基本元素在生态系统（特指生物圈）的生物群落与无机环境之间反复循环运动叫生态系统的物质循环。
特点：全球性、循环性、守恒性
举例：C循环
基本模型：
模型构建
生物群落
无机环境
组成生物体的C、H、O、N、P、S等基本元素
反复循环
模型构建：碳循环
生产者
消费者
分解者
无机环境
其他
生产者
消费者
分解者
无机环境
有机物
有机物
CO2
CO2
CO2

CO2
CO2→有机物
有机物
有机物 CO2
简易模型
4)特点：系统的稳定
生态系统稳定性的概念：生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力。
.两种稳定性区别
.比较两种稳定性
抵抗力稳定性：
抵抗干扰，保持原状
恢复力稳定性：
遭到破坏，恢复原状
自动调节能力（遗传内因、信息传递）
基因决定生物的内在需求，驱动物质循环
5)、实例：无废弃农业
无废弃农业是我国古代传统农业的辉煌成就之一，也是生态工程最早和最生动的一种模式。
无废弃农业，获此殊荣，如何保证土壤肥力？
1、种植能够固氮的豆科作物
2、堆肥和沤肥,改善土壤结构
3、实现了土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用
堆肥的堆制要为微生物创造好氧分解的条件，发酵温度较高。沤肥多在水下沤制，以厌氧分解为主，发酵温度低。
4、培育了土壤微生物
无废弃农业，获此殊荣，如何保证土壤肥力？
微生物明显增加了生物多样性，如果生物多样性低会如何呢？
资料分析三：课本P110.
遇虫害而死的樟子松
我国“三北防护林”
(1).为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？
宁夏、内蒙古的几十亿株杨树毁于一旦
纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而会导致了树林的毁坏。
珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。例如，氮、磷等养分就能够在该区生物体间充分地循环利用而很少流出系统外。
（2）为什么珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性？
(3).从上面正面和反面的实例，你能得出怎样的结论？你认为生物多样性的破坏有人为因素吗？
只有保持生态系统较高的生物多样性，生态系统的营养结构才复杂，才能保证生态系统的稳定和平衡。生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大。
2、物种多样性原理
物种越丰富，生态系统的抵抗力稳定性越高
(1)内容：
生物多样性程度高，可提高系统的______________，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件，众多的生物通过 关系相互依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多 ，提高系统生产力。
（2）原理：生态系统的_________。
2、物种多样性原理
抵抗力稳定性
生物量
食物链
稳定性
(3)实例①反面：辽宁西部章古台地区的樟子松林，由于没有一条昆虫与其天敌相生相克的 ，松毛虫肆虐一时。
②正面：由珊瑚虫和某些藻类共生组成的珊瑚礁区， ____ 非常高，从而避免了系统 或 的失衡。
食物链
生物多样性
结构 功能
物种多样性程度高和种群数量多在生态系统稳定上发挥作用相同吗？
资料分析讨论：课本P111.
藻类、水葫芦泛滥对生态系统造成影响
需要考虑：生物与环境的协调关系
（需要考虑环境承载力）
3、协调与平衡原理
协调：
平衡：
强调生物与环境相适应
种群的数量要与环境的承载力要平衡
4、整体性原理
1)理论基础：整体指社会-经济-自然复合成的巨大系统
4)举例：林业工程建设中的问题
一方面号召农民种树，另一方面要考虑农民的生活问题
生产 成本
消费效益
经济系统
植物
动物
微生物
非生物的因素
自然系统
政策
管理
科学文化
社会系统
2)内容：在进行生态工程建设时，不但要考虑自然生态系统的规律，还要考虑到社会习惯、法律制度、经济效益等也对生态工程建设有重要影响。
3)意义：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、开发与环境建设之间的关系，保障生态系统的平衡和稳定
5、系统学和工程学原理
运用：改善和优化生态系统的结构
(1)系统的结构决定功能原理
内容：生态工程需要考虑系统内部 之间的结构，通过改变和优化结构，达到 的目的。
实例： 。
工作的可靠性哪个高？
不同组分
改善系统功能
桑基鱼塘
③借助桑基鱼塘分析系统的结构决定功能原理如何落实在具体生态系统中？
生态系统的结构主要是营养结构和空间结构，食物链和食物网是分析桑基鱼塘的物质循环和能量流动的主要途径。
系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+1>2”。
（2）系统整体性原理
你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗
珊瑚礁“白化”
豆科作物和固氮菌的共生
理论基础：整体功能大于部分之和。
【课堂小结】
生态经济
生态工程的基本原理
（原则、实现循环经济最重要的手段之一）
物质循环再生原理
物种多样性原理
协调与平衡原理
整体性原理
系统学和工程学原理
太湖富营养化问题
无废弃物农业
豆科作物和固氮菌的共生关系
单一的樟子松林被松毛虫害死
桑基鱼塘
前面造林，后面砍林
⑴系统的结构决定功能原理
⑵系统整体性原理
实例
试分析下列事件可用何种生态工程原理来解释：
1.畜牧养殖应注意牲畜量不超过草地承载量
2.使用堆肥和沤肥法实现生态农业
3.广东大量引种木麻黄作为行道树，一年一种叫吹绵介壳虫的害虫使木麻黄遭受严重破坏，后来从国外引进澳洲瓢虫，已持续发挥了控制害虫的作用。
4.针对过度放牧的草原，一方面要减少畜牧量，进行草地承包，有效管理。另一方面要设法增加农牧民的收入途径。
物质循环再生原理
物种多样性原理
协调与平衡原理
整体性原理
5．2
生态工程的实例和发展前景
　　20世纪70年代以来，我国生态工程的理论和实践都取得长足进展。在某些研究领域已处于国际领先的地位，在实践上已应用于农业生产、环境保护、城镇建设等许多方面，取得了世人瞩目的成就。
一、生态工程的实例
［实例1］农村综合发展型生态工程
问题
在我国13亿人口中，有9亿多人口生活在农村
对策
建立农村综合发展型生态工程
案例
北京郊区的窦店村以沼气工程为中心的物质循环多级利用工程。
　　作物秸秆用来生产食用菌和饲料;饲料喂养畜禽;人、畜粪尿作为原料生产沼气;沼液用于水产养殖业;沼渣为有机农产品－－“无公害蔬菜”施肥和喂养畜禽。同时，畜禽、鱼、谷物、饲料等加工产品也可到市场销售。
请观看视频：1.沼气工程照亮生态富民路
思考与讨论
1.在这一案例中，主要运用了哪些生态工程的基本原理？
——运用物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理等。
2.这一生态系统的结构和功能有哪些特点？有哪些值得借鉴的做法？
这个案例以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；
同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。
我国黄河携带的大量泥沙，是许许多多的小流域的水土流失积累在一起所致。
［实例2］小流域综合治理生态工程
问题
小流域是指河流各级支流的集水区域。这些区域往往是水土流失比较严重的地方。因此小流域治理具有十分重要的意义。
对策
小流域治理模式是我国农民和技术人员的创举，通过保土蓄水、耕作措施、林草措施等工程和生物措施，层层设防来控制土壤侵蚀。
主要目的是治理小流域水土流失问题
●山顶戴帽子：封山育林。
●山腰系带子：还林还草，发挥林草拦蓄作用，减少径流。
●坡地修台子：坡耕地改梯田种植作物。
●地埂锁边子：种植经济作物保护地埂。
●荒地荒沟栽苗子：营造薪柴林。
●山脚种果子：种植果园
●沟底穿靴子：修建坝、堤，拦蓄泥沙，减少山体的崩塌和滑坡。
●见缝插针钉扣子：利用零星地种果。
●秋田盖罩子：覆盖地膜等保土耕作措施。
案例
甘肃陇南县“九子登科”模式
地膜机械种植
——应用整体原理、协调与平衡原理以及工程学原理等
请观看视频：2.气温降低沙尘暴影响北方
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我国土地荒漠化问题
问题
［实例3］大区域生态系统恢复工程
问题
　　（据统计，1999年我国有沙漠化土地2.67X106Km2。造成荒漠化的因素及其影响力的大小依次为：过度樵采（32%），过度放牧（30%），盲目开垦（27%），不合理利用水资源（9.6%），其他（1.4%）。）
对策
　　为了控制荒漠化的发展和水土流失，改善生态环境，提高人民的生活水平，我国实施了一系列森林或草原植被恢复的生态工程、防沙治沙的生态工程等。
我国土地荒漠化问题
主要目的——控制荒漠化的发展和水土流失
图5-8 草方格阻止沙丘移动
在河道、沟口、滩地采用乔灌草防风固沙，营建防风固沙林；而在裸露的沙地和流动沙丘，采用生物网格沙障固沙。
案例
退耕还林还草工程从1999年开始在四川省、陕西省、甘肃省试点进行，到2000年扩大到25省区至2002年底，累计退耕还林5.9X106hm2。
“三北防护林”总体规划用73年时间（1978－2050）完成，东起黑龙江省宾县，西至新疆乌孜别里山口，横跨13个省551个县。完成后森林覆盖率提高到15%，
该工程1987年被联合国授予“全球500佳”之一，被誉为“世界生态工程之最”。
三北——华北北部、东北大部和西北大部
这一地区的生态环境关系到下游地区人民的生产、生活和经济发展，如黄河上游的水土流失容易导致下游地区的洪水泛滥，而危害巨大的沙尘暴的发生也与这一地区的土地沙漠化有关。
1、为什么要建三北防护林？
请观看视频：
3.三北防护林改写科尔沁沙地昔日沙进人退历史
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　　首先应考虑树种的生态适应性问题，种植适宜品种，宜林则林，宜灌则灌，宜草则草；
其次要考虑树种的多样性，保证防护林体系的稳定性；
不同地区应根据当地情况采取不同的策略，如条件恶劣的地区应该结合自然恢复力，而农区的防护林中农田防护林网可能占较大比重。
2、这一工程横跨多个省区，根据协调与平衡原理和生物多样性原理，不同地区在造林设计上应当注意什么问题？
［实例4］湿地生态恢复工程
什么是湿地？
目前国际上公认的湿地定义是《湿地公约》作出的，即湿地是指，其为天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地或水域地带、静止或流动、淡水、半咸水、咸水体，包括低潮时水深不超过6米的水域。
湿地包括多种类型，珊瑚礁、滩涂、红树林、湖泊、河流、河口、沼泽、水库、池塘等都属于湿地。它们共同的特点是其表面常年或经常覆盖着水或充满了水，是介于陆地和水体之间的过度带。
珊瑚礁
滩涂
红树林
红树
沼泽
.
湿地生态系统
.
.
生物多样性.
湿地被誉为地球的“肾脏”，具有蓄洪防旱，调节区域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和多种动植物提供栖息地，为人们提供休闲娱乐的环境等功能。
［实例4］湿地生态恢复工程
问题
　湿地的缩小和破坏问题（在经济发展过程中，人们对湿地进行排水和围垦，已经破坏了地球上80%的湿地资源。湿地的缩小会导致局部气候变劣、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等，因此，湿地生态系统恢复工程已成为我国生态工程中的一项重要任务。）
对策
　　湿地生态系统恢复工程是采用工程和生物措施相结合的方法，以及植物物种的引进种植等，使受到干扰的湿地得以恢复。还应建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。
案例
鄱阳湖的吞吐水量可以占到长江总水量的15%，是很重要的一类湿地。但由于人类的围湖造田，使其面积从上个世纪50年代的5100Km2缩小到90年代的3900km2。鄱阳湖面积的缩小，使长江的蓄洪能力缩减4.5X109m3，湖区洪灾频繁发生。最严重的一次是1998年，数十万公顷的良田被淹没，150多万人家园被毁。
为此，党中央提出了“平堤行洪、退田还湖、移民建镇”的方针，共迁移农民22万户，使长江流域的湖泊水面又恢复到建国初期的水平。
请观看视频：4.“四大生态工程”建鄱阳湖生态经济区
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福建紫金山矿业
甘肃皋（gao）兰淘金后满山的矿洞触目惊心
［实例5］矿区废弃地生态恢复工程
问题
　　矿藏开采后往往会造成土体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏。矿区极端恶劣的土地条件，又会阻碍植被的生长。尤其是规模巨大的采矿业，不仅会对土地景观造成巨大的影响，还可能产生严重的重金属污染。
对策
　　为加速恢复矿区生态环境，人们采用的措施包括人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程。
案例
赤峰市元宝山矿区生态恢复工程
采取了诸如围栏、排石整地、植树造林、种草等措施，仅用了3年多的时间，就建立了草地750hm2年产优质牧草4000t以上，还建立了3处加工能力为8t的饮料工厂及一处饲养场，进行肉牛的养殖和粪肥的利用。
请观看视频：5.准格尔旗煤田复垦工程换来矿区生态平衡
大
于60分
贝
属
于
噪
音
［实例6］城市环境生态工程
问题
　　随着我国城市化进程的加快，能流、物流和人流的增加，一方面促进了城市的繁荣，另一方面，也带来了严重的环境污染等问题。
对策
　　对城市的环境的治理要把整个城市作为一个巨大的生态系统来考虑，即用生态工程的方法对城市环境进行综合治理。
首先在城市规划和布局方面，要进行城市生态分区，合理分布工业区、居住区、生态绿地等;
其次是推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺，以减少污染的产出;
采用各种手段治理污染，进行废弃物的资源化利用;
同时要建立健全法制进行监督。
（主要：垃圾污染、大气污染、噪声污染）
案 例
种植特殊的水生或湿生植物吸收水中的化学元素，采收植物可直接做饲料，或干燥后提取铜、锌、汞等金属.
1-2年可使水体由劣V类净化为III类，使沉水植物和底栖动物得到恢复.
浮床生态工艺法净化污水
1、“生物圈2号”的实验及启示
二、生态工程的发展的前景
请观看视频：
6.生物圈II号实验
生物圈2号结构图
1、“生物圈2号”的实验及启示
二、生态工程的发展的前景
问题提出:
设计:
实验及结果：
失败原因:
给人类的启示:
阅读教材124-125，思考
（1）实验目的：
制造一个人工模拟的生命支持系统，以验证人类在离开地球的情况下，利用人工生态系统，仅依靠太阳能，能否维持生存。
（2）实验场所：
（3）实验特点：
①物质上：与外界隔绝；
②信息上：可以通过电力传输、电信和计算机同外界相连；
③能量上：只允许太阳能通过玻璃射入。
（4）实验结果：
（5）实验失败原因：
大气成分的变化，内部气候没调节好。
（6）实验启示：
1996年1月1日，哥伦比亚大学接管了“生物圈2号”。9月，由数名科学家组成的委员会对实验进行了总结，他们认为：
在现有技术条件下，人类还无法模拟出一个类似地球一样的、可供人类生存的生态环境。
地球是人类唯一的家园，我们更要珍惜和爱护我们的地球！
2、对我国生态工程发展前景的分析与展望
西方国家生态工程的特点
我国生态工程的特点
我国生态工程存在的问题及发展前景
阅读教材126，思考
发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等资源占有量较多，所以这些国家的生态工程往往注重生态恢复，而较少注重经济效益。
我国人口较多，人均土地、水资源和能源占有量少，所以在进行生态工程时，一定要注重生态效益、社会效益和经济效益的统一。
( 1 ）难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。
( 2 ）设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。
生态工程不能解决所有环境问题，人类不能走“先污染、破坏，后治理”的道路.
生态学是生态工程的科学基础，在了解自然规律的基础上，结合社会发展需要，提出系统科学的生态措施，促进人类社会的可持续发展.
专题小结
选修3总纲

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