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第3节 生态工程
第一课时
一 生态工程的基本原理
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。
奥林匹克森林公园俯瞰
问题探讨
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。
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。
问题探讨
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、关注生态工程建设
生态工程
①概念
指的是人类应用 等学科的基本原理和方法，对人工生态系统进行 ，或对已被破坏的生态环境进行了 ，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。
生态学和系统学
分析、设计和调控
修复、重建
理论基础
操作过程
生态工程
③目的
②原因
④优点
消耗少、效益多、可持续。
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。
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。
一、关注生态工程建设
二、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
自发：无序→；低有序→高有序
二、生态工程所遵循的基本原理
1.自生
有效选择生物组分并合理布设
②理论基础
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
湿地生态系统的修复；
移除有害物质、增加水体溶氧量。
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
③应用
生态系统的结构与功能（生态系统具有自我调节能力）
适当提高生物多样性
【思考1】为什么提高生物多样性程度，有助于生态系统维持自生能力？
提高生物多样性程度，利用种群之间互利共存的关系，构建复合群落，这样即使某个种群消亡，其他种群也能弥补上来。
考虑生物之间生态位的差异，以及它们之间的种间关系。
【思考2】使物种之间形成互利共存的关系应考虑哪些因素？
二、生态工程所遵循的基本原理
2.循环
②理论基础
③实例
实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染。
生态系统的物质循环功能
①概念
在生态工程中______________________________，既保证
______________________，也保证_________________________。
促进系统的物质迁移与转化
各个环节物质迁移顺畅
主要物质或元素的转化率高
④特点
无废弃物农业
【思考】：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。
二、生态工程所遵循的基本原理
3.协调
考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。
②应用
不能
在年降雨量小于450mm的西北部建防护林，能否栽种乔木杨树？
过度放牧的草地
①概念
生物与环境、生物与生物的协调与适应
考虑环境容纳量
【思考】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。
二、生态工程所遵循的基本原理
4.整体
整体原理
遵从自然生态系统的规律
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
如
前面造林，后面砍林的现象
二、生态工程所遵循的基本原理
4.整体
②实例
①应用
遵从自然生态系统的规律
（各组分之间要有合适的比例，构成有序的结构）
考虑经济和社会的影响力
如
前面造林，后面砍林的现象
现学现用
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
现学现用
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
浮游植物→鱼
浮游植物一浮游动物→鱼
思考·讨论：生态工程所遵循的基本原理
思考·讨论：生态工程所遵循的基本原理
①蚕粪、蔗叶进入鱼塘，经分解者作用后被植物利用。
②池塘养鱼要考虑不同鱼种的关系和鱼的数量。
③桑基鱼塘在设计时要考虑栽种作物与养殖动物的比例。
循环原理
协调原理
整体原理
讨论2：桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
④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
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。
思考·讨论：生态工程所遵循的基本原理
现学现用
1.如图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田里的杂草和害虫，利用鸭不间断地活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长，用作物养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪、鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答下列问题：
（1）从生态学角度分析，人们建立图
示的农业生态系统的主要目的是
该系统将植物秸秆、动物粪便等废弃
物合理地进行了应用，体现了生态工
程的________原理。
实现物质的循环再生和能量的多级利用
循环
现学现用
1.（2）该系统将多个生态系统通过优化
组合，有机整合在一起，提高了系统
生产力，体现了生态工程中的______
原理。生产的大米无公害的原因是
（3）将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提
高蔬菜产量，试分析其增产的原因：
__________________________________________________________________。
蘑菇房与蔬菜大棚相通，比单纯种植蔬菜和单纯培育蘑菇带来的效益之和还要高，体现了生态工程中的_______原理。
自生
减少了化肥和农药的使用量，减少了对水的污染
蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强
整体
现学现用
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
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氧微生物的分解作用
C
×
√
1953年朝鲜战争停战后，南北双方以北纬 38°为停火线，沿线两侧大约500km2为非军事区， 这里的地表经过战争浩劫，几乎没有生物存在。几十年来，由于基本没有人类活动，这里恢复了完全的口然状态。河水清澈、森林茂盛、物种繁多，还出现了多种被认为早已在朝鲜半岛灭绝的动物，如棕熊。有科学家评论说：“全世界只有在这个地方，由于3000年以来的农耕文明突然终止，原始物种可在没有人类干扰的情况下自由发展，这个地区的生态恢复情况大大超过了人类所有生态建设所能达到的水平。”说说这个案例给你的启示。
我们在认识到生态工程在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，不能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，就可以先污染，后治理；在生态工程建设中，我们应充分利用自然生态系统的恢复能力，结合当地生态环境有针对性地进行生态工程建设，以达到更好的效果，并节约成本。

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