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第3节 生态工程
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？
第4章 人与环境
第一个全面采用生态节能建筑技术的大型城市公园
中国第一座城市内跨高速公路的大型生态廊道
中国第一个全面采用雨水收集技术的大型城市公园
公园率先在中国城市公园中实现了污水零排放（包括厕所排污），污水经生态处理后循环回用
美国景观设计师协会奖荣誉设计奖
芝加哥绿色优秀设计奖
国家5A级旅游景区
奥林匹克森林公园
国际风景园林奖一等奖
亚太地区风景园林规划类的总统奖
建设中
建成后
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。
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
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。
①概念：
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。
原理方法
手段
结果
②目的：
2. 生态工程:
③特点：
少消耗、多效益、可持续
【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：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。（水藓植物大量繁殖说明水体富营养化）
二、生态工程所遵循的基本原理
空白对照组模型1
（自然水域，无人工净水系统）
实验组模型2
（使用人工净水系统，进水口增加人工湿地）
问题1：模型2在进水口增加了人工湿地，对入水进行一定的净化。请你推测，哪个模型的生态系统稳定性更高？
模型2的生态系统稳定性更高。
问题2：请利用生态学知识提高模型1稳定性的新措施。
增加水体植物的天敌或者增加沉水植物和挺水植物的组合配植等
空白对照组模型1
（自然水域）
(加入底栖动物田螺）
实验组模型2
（人工净水系统）
实验组模型3
问题3：模型3和模型2相比，哪种净水方式可持续更高？
模型3
问题4：加入田螺后生态系统稳定性提高的原因？
增加了“植物—田螺—鲤鱼”这一条食物链，加速了营养物质和能量从植物到鲤鱼的传递。
由于鲤鱼的食物来源增加，模型可承载的鲤鱼生物量增大；
水藓和浮游植物由于田螺的摄食，生物量维持在较低的水平。
由 而产生的 、 、 、自我更新和维持就是系统的自生。
生态系统的自我调节能力
①有效选择并合理布设生物组分
②创造利于生物的条件
这是系统或工程能否形成自组织能力的基础条件
适当提高生物多样性
二、生态工程所遵循的基本原理
1. 自生
（1）概念：
（2）理论基础：
（3）措施：
生物组分
自我优化
自我调节
自组织
【资料2】为探究奥森主湖水体生态系统的物种配置对净水效果及可持续性的影响，研究人员将模型1中菹草置换为荷花，建立模型4。菹草和苦草都是沉水植物，而荷花是挺水植物，它与苦草、水藓的生态位不同。实验结果如图所示：
问题5：分析实验数据，与单一的沉水植物配植相比，沉水植物和挺水植物的组合配植，哪个生态系统更稳定？
问题6：更换不同生态位的物种对该生态系统的群落结构有何影响？
挺水植物会阻挡光线进入水下，在与沉水植物的竞争中处于优势，有助于优化群落的空间结构。
【资料3】其实，在奥森建设过程中，也有一些失败的案例。
例如，建设之初，对气候因素考虑不周，种植地块选择有误，导致珙桐种植失败；
对病虫害了解不足，园区大部分海棠与桧柏种植过近，导致苹果锈病在两者间越冬和繁殖；
放养了牛蛙，牛蛙的捕食性很强，大量本地生物被其捕食。
问题7：在生态工程建设中，进行物种配置需要注意哪些问题？
在进行生态系统工程建设时，必须要考虑生物与环境、生物与生物的协调与平衡，才能实现可持续发展。
考虑 、 的协调与适应。
二、生态工程所遵循的基本原理
2. 协调
（1）概念：
（2）措施：
（3）实例：
生物与环境
生物与生物
①生物与环境、生物与生物之间要协调与适应
②考虑环境容纳量
引种时考虑是否适应环境
02
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？
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。
思考讨论
判断下列实例应用到的生态工程原理
1.选择净化污染物较强的水生植物修复湿地
2.考虑生物之间生态位的差异，以及它们之间的种间关系
3.移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质，改善水生生物生存环境
4.治理被重金属污染的土壤时应选择适宜的植物
5.“灰色长城”形成的原因
6.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。
有效选择生物组分
合理布设、形成互利共存
创造有益于生物的生长、发育和繁殖，以及形成互利共存的条件
有效选择生物组分
生物与环境的协调与适应
考虑环境容纳量
(1)生态系统内即使某个物种由于某种原因而死亡，也会很快有其他物种占据它原来的生态位置，从而避免出现系统结构或功能失衡。这体现了
原理。
(2)超载放牧导致草地退化，违背 原理。
(3)在人工林中增加植被层次，遵循 原理。
(4)在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时，需选择符合要求的植物。主要遵循了 原理。
(5)在玉米田中引种大豆并引入食虫鸟，可提高抵抗力稳定性，遵循
原理。
(6)湿地建设中不同区域选择种植不同类型的植物，体现了 原理。
(7)单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害。违背了 原理。
(8)桑树和甘蔗适应我国南方温暖的气候，遵循 原理。
(9)桑基鱼塘中生物组分通过合理布设，互利共存，遵循 原理。
自生
协调
自生
协调
协调
自生
自生
协调
自生
【检测】写出下列例子主要涉及到的生态工程原理
【资料4】
奥森规划要建成一个以自然山水、植被为主的，可持续发展的生态地带。在设计时，北园以自然密林为主的生态种源地，以生态保护和生态恢复功能为主。南园为生态森林公园，以大型自然山水景观的构建为主。奥森公园建立后，奥森绿地对城市道路环境污染有很大改善。
问题8：建设奥森的主要目的是什么？奥森绿地对道路环境污染有何改善？
在设计和建设生态工程时，不仅要考虑自然生态系统的规律，还要考虑经济和社会等系统的影响力，要从整体出发考虑问题。
遵从自然生态系统的规律，
各组分之间要有适当的比例
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
二、生态工程所遵循的基本原理
3.整体
【资料5】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，下图是“无废弃物农业”的示意图：
思考：我国古代劳动人民创造的“无废弃物农业”有什么优势？
“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。
促进物质的迁移与转化，保证各环节物质迁移顺畅，保证主要物质和元素的转化率高。
生态系统的物质循环功能
实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染
通过系统设计实现不断循环，使前一环节产生的废物 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
4.循环
（1）概念：
（2）理论基础：
（3）措施：
生态工程的基本原理
自 生
自我组织
自我更新
自我优化
自我维持
循 环
物质循环，减少废物产生
协 调
生物与生物，生物与环境协调与适应
整 体
整体考虑
社会、经济、
自然复合系统
总结
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、塘培桑。
分析生态工程案例中的原理和应用
思考讨论
讨论1.尝试画出桑基鱼塘中的食物链。
桑树→蚕
甘蔗→人
甘蔗→猪→人
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
蚕沙喂鱼
糖
蚕蛹
丝
蚕
桑叶
蚕排泄物
甘蔗
桑树
塘泥
糖渣
鱼塘
鱼塘
鱼塘
分析生态工程案例中的原理和应用
思考讨论
讨论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
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
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
糖
蚕蛹
丝
蚕
桑叶
蚕排泄物
甘蔗
桑树
塘泥
糖渣
鱼塘
鱼塘
鱼塘
核心词
提高生物多样性，创造有益于生物形成互利共存关系的条件
物质循环——无废弃物
各组分之间要有适当的比例，自然（生态）、经济、社会结合。
生物与生物之间、生物与环境之间协调，考虑环境容纳量。
【练一练1】将下列实例与所体现的生态学原理连接起来：
【练一练2】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
【练一练2】下图是某生态农场以沼气为纽带，联动农作物种植、蚯蚓养殖、养鱼、养鸡、养鸭等产业的示意图。请据图回答下列问题：
（1）该生态农场实现了生活垃圾、动物
粪便、沼渣和沼液的充分利用，利用了
生态学的_____原理。
（2）养鱼场的池塘不用换水，池底干干
净净，每天只需补充蒸发水，所有生物
正常生存，说明该池塘具有___________
能力。
（3）该生态农业与传统农业相比，具有明显的优势是______________、_____________。
循环
自我调节
减少污染
废物资源化
一、概念检测
练习与应用
练习与应用
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。（ ）
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养微生物的分解作用
×
√
C
练习与应用P103
(1)进行生态工程建设时，仅需考虑自然生态系统的规律(　　)
(2)在建设生态农业时，沼气池建立是遵循循环原理(　　)
(3)根据协调原理，一个生态系统中生物种群的数量不应超过环境容纳量
(　　)
(4)有了生态工程，可以走“先污染、破坏，后治理”的老路(　　)
×
√
√
判断正误（P65）
×
1.(2022·天津一中高二期中)下列关于生态工程的叙述，不正确的是
A.生态工程研究的对象是社会—经济—自然复合生态系统
B.“退耕还林”“退耕还草”属于生态工程的内容
C.生态工程应遵循“整体、协调、循环、自生”的原则
D.实施生态工程的目的是环境保护
典题应用（P66）
√
2.某生态工程的设计过程中，四位工程师依次表达了自己的设计理念。
甲：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。
乙：进行生态工程建设时，需要处理好生物与生物、生物与环境的平衡与适应，需要考虑环境容纳量。
丙：生态工程建设时，应尽量提高生物多样性的程度，构建复合群落，有效选择生物组分并合理布设。
丁：通过系统设计，使前一环节产生的废物尽可能被后一环节利用，以减少整个生产环节中废物的产生。
请问甲、乙、丙、丁四位工程师的理念分别体现了什么原理？
A.整体、协调、自生、循环 B.整体、自生、协调、循环
C.循环、协调、自生、整体 D.循环、自生、协调、整体
√

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