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第4章第3节
生态工程
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。
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？
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。
奥林匹克森林公园俯瞰
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？
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。
问题探讨
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。
一.关注生态工程建设
阅读教材P98-99，思考回答下列问题
1.生态工程的概念？
2.生态工程建设的目的、优点是？
3.建设生态工程的原因？
消耗少、效益多、可持续。
生态工程
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。
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。
②目的：
③优点：
④原因：
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。
二.生态工程所遵循的基本原理
阅读教材P99-103，思考回答下列问题
1.生态工程的基础？遵循哪些原理
2.什么是自生原理？其理论基础是？意义 遵循自生原理时，需要注意哪些问题？例子？
3.什么是循环原理？其理论基础是？意义 例子？特点？
4. 协调原理的含义？具体内容是？
5.什么是整体原理？其理论基础是？其意义
基础：
基本原理：
生态系统的自组织、自我调节功能
自生、循环、协调、整体、
1.生态工程的基础？遵循哪些原理
2.什么是自生原理？其理论基础是？意义 例子？
在生态系统中由生物组分而产生的自组织、 、
自我调节、 。
(1)概念:
(2)理论基础:
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，及他们的种间关系。
(4)应用实例：
（有效选择并合理布设生物组分，
尽量提高生物多样性程度）
生态系统的自我调节能力
自我优化
自我更新和维持
湿地生态工程中，移除有害物质、增加水体溶氧量
太阳能水生态修复系统
（3）意义：
实现系统结构与功能的协调，形成有序的整体
以太阳能为动力，驱动水质循环，进行生态恢复，改善水质
太阳能水生态修复系统
3.什么是循环原理？其理论基础是？意义 例子？特点？
(1)概念:
(2)理论基础:
(4)应用实例：
（3）意义：
促进物质的 ，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
无废弃物农业
(5)特点（优点）：
实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染
人类食品
作物残留
人
土壤
作物
牲畜
饲料与垫料
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”的生产。
迁移与转化
4. 协调原理的含义？具体内容是？
考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。
过度放牧的草地
灰色长城
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、柠条、沙枣等。
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。
(1)概念:
(2)具体内容:
①生物要适应环境
②考虑环境容纳量
在年降雨量小于450mm的西北部建防护林，成了残败的“灰色长城”
过度放牧的草地
可避免系统的失衡和破坏。
(3)意义：
5.什么是整体原理？其理论基础是？其意义
(1)概念:
(2)理论基础:
（3）意义：
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。
社会——经济——自然构成的复合系统。
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。
整体原理
遵从自然生态系统的规律
考虑经济和社会等的影响力
经济系统
生产成本
消费效益
社会系统
政策
管理
科学文化
自然系统
植物
动物
微生物
非生物的因素
社会—经济—自然复合系统
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;
实例：进行林业工程建设时，一方面号召农民种树，另一方面考虑农民的生活问题。
思考 讨论
生态工程所遵循的基本原理
讨论：
1.尝试画出桑基鱼塘中的食物链。
①桑树→蚕；
②甘蔗→人
③甘蔗→猪→人
④浮游植物→鱼
⑤浮游植物一浮游动物→鱼
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
①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。
自生原理
②蚕粪、蔗叶进入鱼塘，经分解者作用后被植物利用。
循环原理
③池塘养鱼要考虑不同鱼种的关系和鱼的数量。
④桑基鱼塘在设计时要考虑栽种作物与养殖动物的比例。
协调原理
整体原理
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。
快速准确判断生态工程实例所遵循的原理
(1)无废弃物农业——遵循 原理。
(2)在人工林中增加植被层次——遵循 原理。
(3)太湖水体富营养化引起大面积水华——违背 原理。
(4)前面造林，后面砍林——违背 原理。
(5)草原确定合理载畜量，不能过度放牧——遵循 原理。
(6)单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害—违背 原理。
(7)湿地的破坏，水体的污染——违背 原理。
(8)引种时考虑是否适应环境——遵循 原理。
(9)在进行林业生态工程建设时，既号召农民种树，又要考虑农民生活问题——遵循 原理。
循环
自生
自生
整体
协调
自生
自生
协调
整体
二、生物工程的实例和发展前景
（一）、生态工程的实例
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。
1.农村综合发展型生态工程
问题： 我国有近7亿人生活在农村，人多地少是突出的矛盾。怎样才能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的全面提高呢？
对策: 建立农村综合发展型生态工程，是实现这一目标的有效途径。
分析某村综合发展生态工程
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：作物秸歼用来生产食用菌和饲料（图a）；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”施肥和喂养畜禽，从而达到了物质利用的良性循环，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；同时畜禽、鱼、谷物、饲料等加工品也可到市场上出售（图b）“总之，农业生态工程能创造多种劳动力就业机会，増加农民收入，开发可以更新的资源，减少环境污染。
思考 讨论
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？
整体、协调、循环、自生等。
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。
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。
2.湿地生态恢复工程
问题 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。
对策 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。
案例 厦门筼筜湖生态恢复
厦门筼筜湖
3.矿区废弃物的生态恢复工程
问题 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。
对策 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。
案例 赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。
（二）、生物工程的发展前景
1.我国生态工程存在的问题
（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及对策
（1）危机：人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题。
（2）对策：发挥生态工程建设的作用，重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。
3.对生态工程治理应持有的态度
在肯定生态工程的作用，特别是看到它在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，不要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，就可以走“先污染、破坏，后治理”的老路。
4.我国生态工程的前景
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。
生态工程所遵循的原理
农村综合发展型生态工程
矿区废弃地的生态恢复工程
生态工程的实例
自生
循环
协调
湿地生态恢复工程
整体
生态工程
课堂总结
小结：生态工程的实例分析
类型 问题 主要原理 对策 实例
农村综合发展型生态工程 资源有限，人多地少，产出不足 循环原理，
整体原理 建立综合发展型生态工程实现物质的多级循环利用，保证在资源有限的条件下有较多产出 北京郊区某村以沼气工程为中心的生态工程
湿地生态恢复工程 湿地面积的缩小和破坏 自生原理，
协调原理，
整体原理 控制污染、动植物物种引进、建立缓冲带等 厦门筼筜湖生态恢复工程
矿区废弃地的生态恢复工程 矿区生态环境的破坏 协调原理，
整体原理 修复土地，恢复植被 赤峰市元宝山矿区生态修复工程
实例 主要原理及对应的内容
农村综合发展型生态工程 自生：有效选择畜、鱼等多种生物组分并合理布设
循环：作物→粮食、秸秆→人、畜食用→粪便残渣→沼气池→农田→作物
整体：利用了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
协调：要考虑该生态系统中生物与生物、生物与环境的协调与适应
湿地生态恢复工程 循环：废水等污染物的处理
协调：根据原湿地中物种的分布情况引入动植物
自生：减少人类的干扰，依靠其自然演替等机制恢复其生态功能
矿区废弃地的生态恢复工程 自生：人工进行地表覆盖、植被恢复
协调：根据环境引入土著物种
整体：搞好矿区经济的同时，实现自然生态系统的恢复

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