资源简介

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本节聚焦
什么是生态工程？
为什么要关注生态工程建设？
生态工程建设主要遵循哪些基本原理？
第4章　
人与环境
第3节　
生态工程
　　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？
　　
　　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
　　 问题探讨
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？
　　一、生态工程基本原理　　　
　　1．生态工程
(1)概念：指人类应用的＿＿＿＿和＿＿＿＿等学科基本原理和方法，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＿＿＿＿或改善＿＿＿＿＿，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）生态工程建设的目的：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＿＿＿效益和＿＿＿效益的同步发展。
生态学
系统学
经济
生产力
生态环境
生态
（3）生态工程的特点：与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。
2．生态工程所遵循的基本原理
生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循着整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。
⊙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，由低有序到高有序的发展过程，就是自组织。
　　 　　　
（1）自生原理
①含义：指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。
⊙生态系统具有独特的结构与功能的原因：a.生态系统中的生物能够进行新陈代谢、再生更新等；b.生态系统中的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。
⊙生态系统自生原理的理论基础是生态系统的稳定性。
②维持系统自生的要求
a.遵循自生原理，需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设。
例如，在湿地修复过程中，应该选择污染物净化能力较强的多种水生植物，还需要考虑这些植物各自的生态位差异，以及它们之间的种间关系，通过合理的人工设计，使这些物种形成互利共存的关系。
　　　
b.需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。
例如，在湿地生态工程中，通过移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质，减少水体污染物，增加水体溶氧量，可以改善水生生物的生存环境，从而有利于生态系统的自生。
（2）循环原理
①含义：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率较高。
⊙生态系统循环原理的理论基础是生态系统的物质循环功能。
②意义：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”的产生。
③实例：无废弃物农业。
人类食品
作物残留
人尿粪
人
土壤
养分吸收
作物
沉降物（雨、雪）
牲畜
牲畜粪便
人类食品
饲料与垫料
“无废弃物农业”物质循环再生示意图
　　
（3）协调原理
在进行生态工程建设时，需要考虑如下问题：
①生物与环境、生物与生物的协调与适应。
例如，我国西北一些地区年降水量小于450mm，不利于杨树的生长，这里人工种植的许多杨树长得十分矮小，枯枝很多，半死不活，远不如当地树种那样有较高的生态适应性，导致一些地区种植的防护林残败不堪。
②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。
⊙生态系统协调原理的理论基础是生物与环境、生物与生物的协调与适应。
（4）整体原理
几乎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，这样的复杂系统建设必须以整体观为指导。
　　
以太阳能为动力，驱动水质循环，进行生态恢复，改善水质
①要求
a.遵从自然生态系统的规律，各组分之间要有适当比例，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。
b.人类处在一个社会-经济-自然复合而成的巨大系统中。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。
经济系统
生产成本
消费效益
自然系统
植物
动物
微生物
非生物因素
社会系统
政策
科学文化
管理
　　
②意义：只有应用整体原理，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。
⊙生态系统整体原理的理论基础是人类处在社会-经济-自然复合系统中。
生态工程遵循的基本原理归纳
原理 理论基础 意义 实例
自生 原理
循环 原理
协调 原理
整体 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
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”
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，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
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
　　
点石成金
生态工程原理的判断方法
（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。
易错提醒
1．进行生态工程建设时，仅需要考虑自然生态系统的规律（ )
2．在建设生态农业时，沼气池建立是遵循循环原理（ )
3．根据协调原理，一个生态系统中生物种群的数量不应超过环境容纳量( )
4．有了生态工程，可以走“先污染、破坏，后治理”的老路（ )
二、生态工程的实例和发展前景　　　
（1）农村综合发展型生态工程
1．生态工程的实例分析
①问题：农村人多地少，产出不足。
②对策：建立农村综合发展型生态工程。
③主要原理：自生原理、协调原理、循环原理和整体原理。
④案例：北京郊区某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。
饲料→喂养畜禽；
作物秸秆→生产食用菌和饲料；
人畜粪便→生产沼气的原料；
沼液→水产养殖业；
沼渣→为有机农产品--“无公害蔬菜”施肥和喂养畜禽。
　　
⊙青贮：指在玉米等作物没有完全成熟时，将果穗和秸秆一起收获切碎，通过厌氧发酵成为牛羊的青饲料。厌氧发酵产生有机酸，可使青饲料的保存经久不坏，既可减少养分损失，又有利于动物食用后消化吸收。
⊙氨化：指利用氨水或氮素化肥处理稻麦秸秆，使之软化适口，提高其作为饲料的营养价值。
⑤意义：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、螺、谷物、饲料等加工品也可到市场上出售。
⑥优点：农业生态工程以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，创造多种劳动力就业机会，增加农民收入，开发可以更新的资源，减少环境污染。
　　 　　
（2）湿地生态恢复工程
①问题
a．人们对湿地进行排水和围垦，已经破坏了地球上80％的湿地资源，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；
b.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。
②对策
a.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；
b.在湿地的周围建立缓冲带，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。
③主要原理：自生原理、协调原理、整体原理。
④案例：厦门筼筜湖生态恢复。
a．原貌及问题：20世纪70年代，筼筜湖周边各种污水未经处理就排放到湖里，导致水质恶化，鱼虾几近绝迹，湖水散发着臭气。
b.措施及其解决的问题
措施 解决的问题
对沿湖周边企业进行整治
基本解决了重金属等有毒污染物的排放问题
引潮入湖、输送新鲜海水、西水东调等
解决了筼筜湖水体缺氧、自净力差的问题
清挖湖底淤泥，沿湖修建驳岸、导流堤及环湖林荫步行道
进一步改善了湖水水质，美化了湖区景观
c.现状：湖水清澈、鱼游虾戏、白鹭翩飞。
　　 　
（3）矿区废弃地的生态恢复工程
①问题：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。
②对策：采取人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等措施。
⊙矿区废弃地的生态恢复工程关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。
③主要原理：协调原理、整体原理。
④案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。
a.原貌及问题：众多煤矿挤占了大量耕地，并造成了大量土场、塌陷地和闲置地等类型的废弃地。
b.措施：采取诸如围栏、排石整地、植树、种草等措施。
c.现状：建立了大面积草地，增加了优质牧草产量；建立了饲料工厂及饲养场，进行肉牛的养殖和粪肥的利用。这种综合开发治理为该地区带来了良好的生态、社会和经济效益。
2．生态工程的发展前景
（1）我国生态工程的不足之处
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，生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持，缺乏理论性指导等。
（2）我国面临的生态危机及解决方法
①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”。
②解决方法：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）我国的态度
把建设美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。
易错提醒
1．湿地生态恢复应尽可能多的引进外来物种（ )
2．矿区废弃地的生态恢复工程的关键是尽可能依靠自然演替恢复其生态功能（ )
3．湿地生态系统对于蓄洪防早、自然净化污水有重要作用，被誉为地球的“肾”（ )
桑基鱼塘
　　 思考·讨论　分析生态工程所遵循的基本原理和应用　　　　　
　 　P103　练习与应用
　　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。（　　）


　 　P103　练习与应用
　　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养微生物的分解作用
C
练习与应用
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秆的利用率。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蚂
　
思维导图 晨读必背
　　1．生态工程建设的目的是遵循生态学规律，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。
　　2．生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。
　　3．生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循着整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。
作业：完成课后相关练习

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