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第3节 生态工程
2023/12/28
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。
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。
北京奥林匹克森林公园：
从绿色奥运到绿色城市建设
【问题探讨】
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？
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。
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。
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、关注生态工程建设
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。
原因：
2023/12/28
1.生态工程的概念：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。
2.生态工程的优点：少消耗、多效益、可持续。
3.生态工程的目的：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。
练习：《金版》P101例1、例2
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
桑基鱼塘
二、生态工程遵循的原理
1.自生
（1）概念：
在生态系统中由_________而产生的________、_________、_________、 _________和_______。
（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
生物组分
自组织
自我优化
自我调节
自我更新
维持
（3）遵循该原理的具体做法
①有效选择生物组分并合理布设
*这是系统或工程能否形成自组织能力的基础；
*一般而言，应尽量提高生物多样性程度；
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：在湿地修复过程中，选择净化能力较强的多种水生植物，还要考虑各自的生态位差异，以及它们的种间关系。
如：湿地生态工程中，移除水体中有害物质、增加水体溶氧量
（4）实例
太阳能水生态修复系统
以太阳能为动力，驱动水质循环，进行生态恢复，改善水质
2.循环
（1）概念：
指在生态工程中_____________________，既保证__________________，也保证________________________。
（2）理论基础：
生态系统的物质循环功能。
（3）遵循该原理的具体做法：
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缓节利用，减少整个生产环节“废物”的产生
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
（4）优点：
实现物质多级循环利用，废弃物资源化，减少污染
（5）实例：无废弃物农业
“无废弃物农业”物质循环再生示意图
古代施肥
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？
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；
我国古代先民还依靠“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。
旁栏思考题
3.协调
（1）概念：
是指在进行生态工程建设时，___________、_________的__________也是需要考虑的问题；
（2）遵循该原理的具体做法：
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：生物数量不能超过环境承载力的限度，否则会
引起系统的失衡和破坏。
生物与环境
生物与生物
协调与适应
①只适宜种植灌木和草本的西北建造防护林被硬性规定种植杨树，导致一些地区种植的防护林成了“灰色长城”；
②过度放牧导致草场退化；
③水体富营养化。
（3）实例：
(4)意义：
可避免系统的失衡和破坏。
2023/12/28
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养殖业，应该注意牲畜数量不能超过草地的承载力。
4.整体
（1）概念：
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；
（2）遵循该原理的具体做法：
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
整体观
自然
经济
社会
（3）实例：
在进行林业建设时，一方面要号召农民种树，另一方面一定要考虑贫困地区农民的生活问题。
社会—经济—自然复合系统
（4）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、开发建设与环境保护之间的关系,保障生态系统的平衡和稳定
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
小结：生态工程的基本原理
练一练，将下列实例与所体现的生态学原理连接起来:
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。
《金版》P103例3、例4；
课后演练5、6、9、
《报纸》29期P3 1-5
【检测】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
【思考·讨论】
分析生态工程所遵循的基本原理和应用
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
浮游植物一浮游动物→鱼
蚕沙喂鱼
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
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
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
生态工程需要根据工程的目的，以及当地自然、社会和经济的情况，从系统的不同角度综合考虑问题。因此，不但要考虑生态学原理，而且要考虑经济和社会的实际状况，通过系统学、工程学的设计，在充分利用自然的基础上，考虑节省投资和维护成本，提供务实、可持续的解决方案。
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
三、生态工程的实例和发展前景
1.生态工程建设的宗旨：
应当根据当地的实际条件，因地制宜地进行。
2.生态工程的发展前景：
解决环境污染、人口激增、资源破坏、能源短缺的“并发症”，重视环境保护，更注重与经济、社会效益结合
3.生态工程的实例：
农村综合发展型生态工程
湿地生态恢复工程
矿区废弃地的生态恢复工程
实例1：农村综合发展型生态工程
①问题：
②对策：
③实例：
突出矛盾是人多地少，资源有限。
建立农村综合发展型生态工程
北京郊区的某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。
作物秸秆用来生产食用菌和饲料
① 农村综合发展型生态工程
农村综合发展型生态工程 主要原理及对应的内容
有效选择畜、鱼等多种生物组成并合理布设
________原理
作物→粮食、秸秆→人、畜食用→粪便残渣→沼气池→农田→作物
________原理
利用自然生态系统中的成分，增加了就业和经济收入，解决了社会问题
________原理
自生
循环
整体
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什么特点？
1、实现了物质的多级循环利用，减少了废物排放与环境污染；
2、实现了经济效益、社会效益和生态效益的全面提高；
3、实现了能量的多级利用，大大提高了能量的利用率。
3. 这一生态工程有哪些值得借鉴的做法？（工程价值）
该案例的特点是以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动就业机会，促进经济发展，同时又降低环境污染，促进了农村的可持续发展。
湿地的缩小会导致局部气候恶化、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等。此外，湿地的环境污染、生物资源的过度利用等，会导致湿地生态系统严重退化。 （湿地缩小和破坏）
湿地被誉为地球的“肾”，具有蓄洪防旱，调节地域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和其他多种动植物提供栖息地，以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。
采用工程学和生态学措施相结合的方法。如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，以及动植物物种引进等，使受到干扰的湿地得以恢复。在湿地的周围，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。
实例2：湿地生态恢复工程
湿地简介：
1.问题：
2.对策：
湿地生态恢复工程 主要原理及对应的内容
点源和非点源污染控制；建立缓冲带，减少人类干扰，使湿地依靠其自然演替等机制（由简单到复杂）恢复其生态功能_______原理
根据原湿地中物种的分布情况引入动植物_______原理
废水处理（废水资源化）______原理
自生
协调
循环
3.主要原理
案例：厦门筼筜湖生态恢复
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、植被恢复工程等。关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。恢复矿区生态环境，首先要通过机械方法平整压实土地，人工制造表土；然后，在人造表土上，植树种草。
采矿业对环境造成的日渐严重的破坏。矿藏开采后往往会造成山体、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，还可能产生严重的重金属污染。
实例3.矿区废弃地生态恢复工程
1.问题：
2.对策：
③案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程
20世纪60年代以来，该矿区建立了大中小型煤矿20余个，为此，共挤占耕地5500hm2 ，并造成了大量排土场、塌陷地和闲置地等类型的废弃地。在生态恢复改造工程中，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750 hm2，年产优质牧草4000t以上；还建立了 3处加工能力为8t的饲料工厂及一处饲养场，进行肉牛的养殖和粪肥的利用。
矿区废弃地的生态恢复工程 主要原理及对应的内容
人工进行植被恢复以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建 ______原理
根据当地水分状况和土壤条件，一开始种植农作物，而是引入当地土著物种，植树种草______原理
通过植树种草，建立饲料工厂和饲养场，进行肉牛养殖，综合开发治理为当地带来良好的生态、社会、经济效益______原理
肉牛粪肥的利用_______原理
自生
协调
整体
循环
3.主要原理
1.不足
（1）缺乏定量化模型的指导，难以像“精确农业”那样设计出标准化、易操作的生态工程样板。
（2）有些设计缺乏高科技含量。
（3）生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持。
（4）缺乏理论指导。
2.我国目前面临的生态危机
我国目前面临的生态危机，已经不单纯是环境污染问题，而是与人口激增、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，不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合，需要生态工程发挥作用。
3.对生态工程治理应持有的态度
我国党和政府高度重视生态文明建设，在党的十九大报告中，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，对生态文明建设提出了一系列新思想、新目标、新要求和新部署，为建设美丽中国提供了指导方针和行动指南。
中华民族传承古老的天人合一理念，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。今天，古老的智慧融合了现代科学成就，生态工程的发展和应用，将在建设美丽中国的过程中大有作为。
未来的人民，无论在乡村，还是在城市，都一定能“望得见山，看得见水，记得住乡愁”。
总结概括并运用术语表达
1.生命系统的结构特征？
2.生命系统的功能特点？
3.从生态的视角看，生命系统___________________________________
4.从历史的角度看，生命系统_________________________________
__________________。
依存于环境，也能适应环境、影响环境
能与环境进行物质和能量的交换以维持自身的有序性，进行“自我更新”；细胞和个体等生命系统还能进行“自我复制”。
开放性、复杂性、有序性、动态性、整体性。
由最原始、最简单的生命进化而来，
凝聚着漫长的进化史
【思维训练】
一、概念检测
1. 生态工程建设需要因地制宜、多措并举。判断下列相关表述是否正确。
（1）农村综合发展型生态工程实现了物质和能量的循环利用。( )
（2）农村综合发展型生态工程的原理是一样的，各地均可按相同的模式建设
（3）在湿地生态恢复工程中，建立缓冲带主要是为了减少人类的干扰。
（4）在某矿区废弃地进行公园化建设时，需要考虑植被与土壤之间的协调。
2.2017年，我国农业部启动了农业绿色发展行动，其中要求提高农作物秸杆的利用率。下列对农作物秸秆处理不当的是( )
A. 过腹还田
B. 青贮、氨化处理
C. 田间焚烧，留灰做底肥
D. 利用作物秸秆培养蚯蚓
C
《金版》P108 例1、例2；
P109课后演练1、3、5、6、7；
《报纸》29期P2随堂小练；P3 8、11、12

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