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人教版 选择性必修二
第四章 第3节
生态工程
（第一课时）
问题探讨
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。
问题探讨
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。
2.生态工程提出的背景是什么？
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
生态工程是可持续发展的重要手段。
大量的化肥农药，使土壤结构被破坏，变得板结，坚硬，沙漠化
围湖造田
毁林种地
2、原因:
一、关注生态工程建设
3、概念:
指人类应用______________________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_____________________或______________，促进人类___________________________的系统工程技术或综合工艺过程。
分析、设计和调控
生态学和系统学等学科
提高生态系统的生产力
修复、重建
改善生态环境
社会和自然环境的和谐发展
原理
手段
结果
4、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。
5、优点:
是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。
一、关注生态工程建设
习题检测
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
D
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：本研究中，以高等植物每年的长势作为判断生态系统稳定性高低和人工净水措施可持续性的指标。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。
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：本研究中，以高等植物每年的长势作为判断生态系统稳定性高低和人工净水措施可持续性的指标。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。
任务1
二、生态工程所遵循的基本原理
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。与模型1相比，模型2中三种植物的长势是否有变化，请你推测，哪个模型的生态系统稳定性更高。
模型2中苦草长势几乎不怎么变化，菹草长势增加，水藓长势下降。模型2的生态系统稳定性更高。
空白对照组模型1
（自然水域，无人工净水系统）
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2 请利用生态学知识提高模型1稳定性的新措施。
①增加水体植物的天敌、
②增加沉水植物和挺水植物的组合配植
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）
实验组模型2
（增加人工湿地）
问题3：加入田螺后生态系统稳定性有何变化？分析产生这种变化的原因。
底栖动物的加入完善了湖水中的生态系统，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。一方面由于鲤鱼的食物来源增加，模型可承载的鲤鱼生物量增大；另一方面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。
实验组模型3
(加入田螺摄食有机碎屑、苔藓类植物也是鲤鱼的食物之一)
二、生态工程所遵循的基本原理
1.概念：
自生
由 而产生的___________、___________、___________、自我更新和维持就是系统的自生。
生物组分
自我优化
自我调节
自组织
2.理论基础
生态系统的
自我调节能力
3.应用措施
①有效选择并合理布设生物组分
②创造有益于生物组分的条件
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
个体水平：
系统水平：
生物能够进行新陈代谢、再生更新等
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
二、生态工程所遵循的基本原理
a.选择污染物净化能力较强的多种水生植物
4.实例 湿地生态工程
【思考】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。
自生
①有效选择并合理布设生物组分
二、生态工程所遵循的基本原理
a.选择污染物净化能力较强的多种水生植物
b.考虑这些植物各自生态位差异，以及它们之间的种间关系，通过合理设计，使这些物种形成互利共存的关系。
4.实例 湿地生态工程
【思考】使物种之间形成互利共存的关系应考虑哪些因素？
自生：
①有效选择并合理布设生物组分
考虑生物之间生态位的差异，以及它们之间的种间关系。
二、生态工程所遵循的基本原理
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
增加水体氧容量
改善水生生物生存环境
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。
自生：
二、生态工程所遵循的基本原理
指在生态工程中______________________，既保证_____________________，
也保证____________________________。
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
物质储存空间的改变
物质存在形式的改变
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。
“无废弃物农业”物质循环再生示意图
循环
1.概念：
2.理论基础
3.应用措施
“废物资源化”
我国古代先民依靠“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。
实现物质的多级循环利用，废弃物资源化，减少污染。
循环
4.实例 无废弃物农业
二、生态工程所遵循的基本原理
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。
古代施肥
循环
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；
二、生态工程所遵循的基本原理
【资料1】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。
思考 ：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。
二、生态工程所遵循的基本原理
考虑 、 的协调与适应。
生物与环境
生物与生物
适应
（1）考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。
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。
平衡
（2）处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡，需要考虑环境容纳量。
协调
1.概念：
2.应用措施
过度放牧导致草场退化
种植生态适应性差的植物
二、生态工程所遵循的基本原理
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？
①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。
②在西北地区发展畜牧业，应该注意牲畜数量不能超过草地的承载力。
3.意义：
生物数量不超过环境承载力，避免系统的失衡和破坏。
旁栏思考（P101）：
沙棘
山杏
协调
【资料2】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。
思考：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。
二、生态工程所遵循的基本原理
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。
生态系统是一个有机的整体
社会—经济—自然是一个复合系统
系统的整体功能
各成分功能之和
大于
整体原则
需要遵循
整体
1.概念：
2.原理
二、生态工程所遵循的基本原理
生产成本
消费效益
经济系统
政策
管理
科学文化
社会系统
植物
微生物
动物
非生物因素
自然系统
此外，社会习惯、法律制度等对生态工程建设有着重要影响。
当前与长远
局部与整体
建设与环保
整体原理
协调
生态系统的平衡和稳定
保障
整体
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
协调
循环
自生
1．尝试画出桑基鱼塘中的食物链。
2．桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
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？
阅读课本并思考相关问题
二、生态工程所遵循的基本原理
鱼塘
鱼塘
鱼塘
桑树
桑叶
蚕
蚕蛹
丝
蚕排泄物
塘泥
甘蔗
糖渣
糖
桑树→蚕
甘蔗→人
甘蔗→猪→人
讨论1：尝试画出桑基鱼塘中的食物链
虽然用蚕沙喂鱼，但池塘中还可能存在如下食物链：
浮游植物→鱼
浮游植物一浮游动物→鱼
二、生态工程所遵循的基本原理
鱼塘
鱼塘
鱼塘
桑树
桑叶
蚕
蚕蛹
丝
蚕排泄物
塘泥
甘蔗
糖渣
糖
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
二、生态工程所遵循的基本原理
鱼塘
鱼塘
鱼塘
桑树
桑叶
蚕
蚕蛹
丝
蚕排泄物
塘泥
甘蔗
糖渣
糖
桑基鱼塘农业生产模式
设计桑基鱼塘时，考虑：
①合适的陆地与水面的配比，需要考虑栽种作物与养殖动物的关系。
②也应综合考虑不同鱼种的关系。
③运转良好的桑基鱼塘，可以做到物质的循环再生利用。
④要达到经济效益和生态效益的同步发展
问题探讨
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。
3.为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢？
对森林公园先进行整体设计利用了生态工程的基本原理，以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循生态系统自生、循环、协调和整体的基本原理，充分发挥资源的生产潜力，既防止了环境的污染，又达到了经济效益和生态效益的同步发展。
问题探讨
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。
4.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？
公园建设充分利用原有的地貌和植被，营造近自然林系统是利用了生态工程自生的原理和协调的原理，充分考虑原有生物组分布局和它们生长、发育、繁殖及形成共存互利关系等条件，通过系统的自组织、自我优化、自我调节、自我更新维持系统的稳定。

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