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第4章 人与环境
4.3 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。
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？
2．为什么要先做整体设计再开工呢？
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？
弃耕农田在自然演替为森林时间漫长，而人工造林可以缩短建设周期
可以保证工程建设的合理性与可行性，也可控制建设和后续维护成本
利用原有的地貌和植被有利于可持续发展，并会减少人力和物力投入
国家奥林匹克森林公园
冬奥村里的新能源
冬奥村里的山水之间
1、生态工程提出的背景是什么？
2、生态工程的概念是什么？
3、生态工程的目的是什么？
4、生态工程的优点是什么？
生态工程
阅读教材P98-99，思考以下问题
20世纪60年代以来，全球经济进入了快速增长阶段，人们生活水平提高、人口迅速增长，人类也随之更多地从自然中索取。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。并且严重影响了人类的可持续发展。
事实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
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。
理论基础
概念：
操作过程
生态工程
建设目的
遵循生态学规律，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。
建设原因
少消耗
多效益
可持续
优点
毁林种地、围湖造田、大量使用化肥、农药等农业生产方式, 正在消耗大量的自然资源。
生态工程的基本原理
一
生态工程的实例和发展前景
二
目录
作为“双奥城市”，北京因奥运和绿色结下深缘。秉承“绿色、共享、开放、廉洁”的办奥理念，面对“京张”地区土壤脆弱、水资源短缺、生物多样性破坏等挑战，运用高新科技技术和环保生态技术解决北京冬奥会筹备、
举办过程中环境生态问题，为北京冬奥会成功举办提供生态环境保障。
事实2
一
生态工程的基本原理
一
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？
3.什么是循环原理？其理论基础是？意义 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
阅读教材P99-103，思考以下问题
自组织
一个系统在没有外界信息指令的作用下，自发地由无序到有序的发展过程,就是自组织。星球的诞生,自然生态系统的形成都是自组织的结果。
一
生态工程的基本原理
一
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
一
生态工程的基本原理
一
由 而产生的 、 、
、自我更新和维持就是系统的自生。
(1) 概念：
生物组分
自我优化
自我调节
自组织
1. 自生
(2) 理论基础：
生态系统的自我调节能力。
生物能够进行新陈代谢、再生更新
生物之间通过各种相互作用(特别是种间关系)进行自组织
生物本身
生物之间
实现系统结构与功能协调，形成有序整体
自我维持
一
生态工程的基本原理
一
①有效选择并合理布设生物组分
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
（3）实施措施：
1. 自生
a. 选择污染物净化能力较强的多种水生植物
b. 通过合理的人工设计，使得这些物种形成互利共存的关系
例如，在湿地修复过程中：
一
生态工程的基本原理
一
②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。
（3）实施措施：
1. 自生
移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质
降低水体污染
有利于生态系统的自生
增加水体溶氧量
改善水生生物生存环境
如湿地生态工程中，移除水体中富营养化沉积物和有毒物质、增加水体溶氧量
以太阳能为动力，驱动水质循环，进行生态恢复，改善水质
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。
思考2：使物种之间形成互利共存的关系应考虑哪些因素？
考虑生物之间生态位的差异，以及它们之间的种间关系。
一
生态工程的基本原理
一
1. 自生
一
生态工程的基本原理
一
在生态工程中促进系统的物质迁移与转化，既保证各个环节的物质迁移顺畅，也保证主要物质或元素的转化效率高。
生态系统的物质循环功能。
通过设计，实现不断循环，使前一个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。
优点：实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染
2. 循环
（1）概念：
（2）理论基础：
（3）实施措施：
一
生态工程的基本原理
一
2. 循环
（4）实例：
无废弃物农业保证了土壤肥力;
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
北京奥林匹克森林公园的污水利用等
“无废弃物农业”物质循环再生示意图
无废弃物农业
一
生态工程的基本原理
一
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
事实3
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。
古代施肥
一
生态工程的基本原理
一
在进行生态工程建设时，需要考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应的问题。
生物与环境、生物与生物的协调与平衡
①生物与环境、生物与生物之间要协调与适应
我国西北地区一些地区年降水量小于450mm，只适宜种植灌木和草本植物，但曾被硬性规定种植乔木类杨树。导致一些地区种植的防护林成了残败的“灰色长城”。
（1）概念：
（2）理论基础：
（3）实施措施：
3. 协调
适应
一
生态工程的基本原理
一
（3）实施措施：
3. 协调
② 需要考虑环境容纳量。如果生物的数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏。
如果放养的牲畜量超过载畜量，则会造成过度放牧，使草地退化，还有土地沙漠化。
（4）意义：
生物数量不超过环境承载力，避免系统的失衡和破坏
平衡
一
生态工程的基本原理
一
协调——生态工程建设时，需要考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应
注意生物与环境的协调与适应（生态适应性）
北京奥林匹克森林公园曾种植洪桐失败
注意生物与生物的协调与适应
北京奥林匹克森林公园曾放养牛蛙，导致本地生物大量被捕食
注意环境容纳量
3. 协调
一
生态工程的基本原理
一
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。
（5）实例：
3. 协调
一
生态工程的基本原理
一
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
4. 整体
（1）基本原理：
（2）意义：
统一协调各种关系，保障生态系统的平衡和稳定。
一
生态工程的基本原理
一
4. 整体
每个生态工程都是具有多组分、复杂结构及综合功能的系统，复杂系统建设必须以整体观为指导。
(1)含义:
(2)原因：
生态系统是一个有机的整体
社会—经济—自然是一个符合系统
系统的整体功能
各成分功能之和
大于
整体原则
需要遵循
(3)目的：
应用整体原理，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。
一
生态工程的基本原理
一
运转良好的桑基鱼塘，可以做到物质的循环再生利用。种桑养蚕，蚕沙(蚕粪便)本是废弃物，如果不经处理直接堆放在室外，不但会腐烂变质污染环境，而且可能通过鸟、昆虫的携带造成交叉感染，导致家蚕疫病大爆发。桑基鱼塘将蚕沙由废弃物变成了渔业生产的饲料。
事实4
分析生态工程的原理和应用
任务1
1、尝试画出桑基鱼塘中的食物链。
（1）桑树→蚕
（2）甘蔗→人
（3）浮游植物→鱼
（4）浮游植物→ 浮游动物→鱼
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。
2、除了生态学，还需要关注什么？
分析生态工程的原理和应用
任务1
3、桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
（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。
主要为循环原理
主要为协调原理
主要为整体原理
（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。
主要为自生原理
一
生态工程的基本原理
一
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
生态工程的基本原理
一
无论是历经千年的桑基鱼塘，还是像奥森这样的现代化生态工程，其设计和建设都必须遵循自生、循环、协调、整体的生态学原理。只有遵循自然规律，保护生态环境，我们才能源源不断地从中汲取资源，实现可持续发展，才能真正践行“绿水青山就是金山银山”的理念！
理论基础 意义 实例
自生原理 自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持 实现系统结构与功能的协调，形成有序的整体 湿地生态系统的修复
循环原理 物质的迁移和转化(物质循环) 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 “无废弃物农业”
协调原理 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的限度，可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
整体原理 社会—经济—自然复合系统 统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定 在林业工程建设中，自然系统与社会、经济系统的关系问题
1、生态工程遵循的基本原理归纳
核心归纳
核心归纳
2、把握生态工程基本原理的判断方法
(1)强调物质循环、废物利用、减轻环境污染→循环原理。
(2)体现物种多，营养关系复杂→自生原理。
(3)强调生物与环境的协调与平衡，涉及环境承载力→协调原理。
(4)涉及自然、经济和社会，指整个系统，如林业生态工程建设→整体原理。
跟踪训练
1.(2023·河北张家口高二阶段检测)下列关于生态工程的叙述，正确的是
A.“过腹还田”可使牛羊粪便中所含的能量流入农作物，促进农作物生长
B.在进行生态工程建设时，应根据实际因地制宜
C.生态工程就是指根据分析、设计、调控，建设一个全新的人工生态工
程体系
D.“无废弃物农业”实现了农田生态系统中能量的循环利用
√
有机物被分解者分解为无机物后被农作物利用
已破坏的生态环境进行修复、重建都属于生态工程
生态工程的循环原理，实现了农田有机垃圾的零废弃、无污染，但能量是单向流动的，不能循环利用
2.(2023·河北邢台高二期末)下列有关生态工程的原理和事例中，错误的是
√
整体原理
选项 有关事例 相关的生态工程原理
A “无废弃物农业” 循环原理
B 在人工林中增加植被的层次 自生原理
C 无锡太湖水体富营养化引起大面积水华 违反协调原理
D 前面造林，后面砍林 违反协调原理
跟踪训练
3、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
跟踪训练
无锡太湖水体富营养化引起大面积水华 违反_______原理
湿地破坏 违背______原理
减少污水排放，治理湖泊 遵循______原理
引入水葫芦泛滥，导致多数生物死亡 违背了_____原理和_____原理
废水等污染物的处理 体现______原理
协调
自生
自生
自生
协调
循环
强调再利用
强调生态系统结构和功能的破坏或恢复

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