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(共35张PPT)
第4章 人与环境
第3节 生态工程
1.通过探究学习，认识生态工程所遵循的基本原理，了解生态工程带来的经济、生态和社会效益，并运用生态工程相关知识尝试提出人与环境和谐共处的合理化建议。（生命观念、科学思维）
2.通过探究学习，分析生态工程案例中的原理和应用，了解生态工程的应用和发展前景，理解应用生态工程的实际意义，提升科学思维素养，逐步完善生态观念。（生命观念、科学思维、社会责任）
一、生态工程的概念与特点
1.概念：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
__________________，或对已被破坏的生态环境进行____________，从而提高生态系
统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综
合工艺过程。
2.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。
3.特点：少消耗、多效益、________。
分析、设计和调控
修复、重建
可持续
二、生态工程所遵循的基本原理
1.自生：由生物组分产生的自组织、自我优化、自我调节、自我______和维持。
2.循环：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______迁移顺
畅，也保证主要物质或元素的转化率较高。
3.协调：在进行生态工程建设时，也需要考虑生物与环境、生物与生物的____________。
4.整体：遵从______________的规律，同时考虑经济和社会等系统的影响力。
更新
物质
协调与适应
自然生态系统
三、生态工程的实例
实例 问题 原理 对策 案例
农村综合发 展型生态工 程 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，以解决 __________的矛盾 ______、 整体 建立农村综合 发展型生态工 程 以沼气工程为
中心的生态工
程
湿地生态恢 复工程 湿地______和破坏 自生、 ______、 整体 控制______、 动植物物种引 进 厦门筼筜湖的
生态恢复工程
矿区废弃地 的生态恢复 工程 矿区生态环境问题 协调、 ______ 修复土地、 __________ 赤峰市元宝山
矿区生态恢复
工程
人多地少
循环
缩小
协调
污染
整体
植被恢复
情境导入
材料：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。该公园于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。
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？
提示 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？
提示 建设北京奥林匹克森林公园是涉及生态学、工程学、系统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保证工程建设的合理性和可实施性，也可以有效控制建设成本和后续维护成本，避免时间和资源的浪费，提高生态效益。
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？
提示 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。
任务1 认识生态工程的基本原理
活动1 分析和了解生态工程所遵循的基本原理
据下图分析：
1.图甲所示的是一个生态系统吗？生产者、消费者、分解者分别是什么？
提示 是。生产者是作物，消费者是牲畜和人，分解者是土壤中的细菌、真菌等微生物。
2.图甲所体现的主要生态工程原理是什么？是怎样实现的？
提示 循环原理。该生态系统的人粪尿、牲畜粪便、作物残留物都能返回到土壤中，通过分解者的分解作用再供生产者利用。
3.有同学认为图甲设计方案能大大提高能量传递效率，这种认识对吗？
提示 不对。该设计使前一环节产生的废物尽可能地被后一环节使用，减少了生产环节“废物”的产生，大大提高了能量利用率，而不是提高了能量传递效率。
4.图乙体现了生态工程的什么原理？此原理建立在什么基础上？
提示 整体原理。此原理建立在对系统成分的性质及相互关系充分了解的基础上。
5.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，你认为应该注意什么问题？
提示 我国西北地区缺雨干旱，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养殖业，应该注意牲畜数量不能超过草地承载力的限度。
认知生成
1.传统经济是大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式，不注重生态环境的保护，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
2.生态经济实现了原料 产品 原料 产品的生产体系，实现了废弃物资源化的
循环经济，具有少消耗、多效益、可持续的特点。
3.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。
4.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 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 物质的迁移与转化 （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 生物与环境、生物与 生物的协调与适应 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
原 理 理论基础 意义 实例
整 体 社会—经济—自然复 合系统 统一协调各种关系，保障生态系统 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
续表
例1 （2022·武汉期中）在设计某地人工生态林时，某同学提出以下观点：①尽量增加
适合在当地生长的树木种类；②可选择经济价值较高的树种。上述观点主要遵循的生
态工程基本原理是( ) 。
D
A.自生原理、协调原理 B.循环原理、整体原理
C.协调原理、循环原理 D.自生原理、整体原理
[解析] ①尽量增加适合在当地生长的树木种类，主要是这些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，遵循自生原理；②可选择经济价值较高的树种，考虑到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，遵循整体原理。因此上述观点主要遵循自生原理、整体原理，D正确。
对点练1 （不定选）我国珠江三角洲地区为充分利用土地，创造了一种挖深鱼
塘、垫高基田、塘基植桑、塘内养鱼的高效人工生态系统——桑基鱼塘。下列关于桑
基鱼塘的说法，错误的是( ) 。
A.桑基鱼塘中生物组分通过合理布设，互利共存，遵循了自生原理；陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑，遵循了循环原理
B.桑树和甘蔗适应我国南方温暖湿润的气候，遵循了协调原理；鱼塘中四大家鱼混养充分利用了群落的空间结构，遵循了整体原理
C.与改造前的传统耕作方式相比较，桑基鱼塘的生产方式具有减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等优点
D.该生态系统与一般的自然生态系统相比较，抵抗力稳定性较高，但需要人们不断地输入物质与能量
√
√
[解析] 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，故桑基鱼塘中生物组分通过合理布设，互利共存，遵循了自生原理；陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑，都使前一环节产生的废物尽可能地被后一环节利用，尽量减少整个生产环节的“废物”产生，这遵循了循环原理，A正确。桑树和甘蔗适应我国南方温暖湿润的气候，考虑了生物与环境的协调与适应，遵循了协调原理；鱼塘中四大家鱼混养充分利用了群落的空间结构，考虑了生物与生物的协调与适应，也遵循了协调原理，B错误。与改造前的传统耕作方式相比较，桑基鱼塘的生产方式具有减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等优点，C正确。该生态系统属于人工生态系统，营养结构较为简单，与一般的自然生态系统相比较，抵抗力稳定性较低，所以需要人们不断地输入物质与能量，D错误。
&1& 生态农业两大经典实例分析
1.桑基鱼塘模式：人工建立的高产、稳产的农业生态系统，做到桑叶养蚕，蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收。
2.沼气农田立体养殖模式：通过控制温室内的温度、光照、气体和水肥等因素，缩短生产周期，大幅度提高粮食、蔬菜和水果的产量和质量。
任务2 认识生态工程的实例和发展前景
活动2 分析和了解生态工程的应用实例和发展前景
1.农村综合发展型生态工程运用的生态工程基本原理有哪些？
提示 循环原理、整体原理、协调原理、自生原理。
2.我国生态工程的不足和目前面临的生态危机有哪些？
提示 不足：缺乏定量化模型的指导，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。面临的生态危机：不是单纯的环境污染问题，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”。
3.我国湿地生态恢复工程的主要问题是什么？解决措施有哪些？
提示 湿地的缩小和破坏。控制污染，退耕还湖。
4.为什么说“退耕还湖”是一项巨大的系统工程？实现这一工程面临的主要困难是什么？
提示 “退耕还湖”不仅包括退耕地为湖区，还包括退耕后湖区上游及湖区周围的生态环境的保护工作；更重要的是原耕地上居民的迁移，要解决迁出居民的生活和就业等问题，这是“退耕还湖”工程的主要困难。
5.在矿区废弃地的生态恢复工程案例中，恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？怎样合理地筹划养殖肉牛的数量？
提示 矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长，因此应种植适应性强、耐旱的灌木、草和树。合理地筹划养殖肉牛的数量，首先要考虑到牧草的产量，以草定畜；从外地调运饲料要考虑饲养成本；更重要的是要考虑到土地对粪肥的承载力，以及对粪肥的加工或利用情况，要保持在承载力范围以内，以免养殖规模过大，粪肥数量巨大而造成新的污染。
认知生成
1.传统农业、现代农业和生态农业的区别
比较项 目 概念 优点 缺点
传统农 业 简单的种植业 不产生严重的环境污染 结构简单，能量流动、物质
循环水平低，经济效益低
现代农 业 利用石油等提高农 作物产量的生产方 式 大量使用化肥、农药 等，获得较高的经济效 益 过量施用化肥、农药，严重
污染环境
生态农 业 运用生态学原理建 立的综合农业生态 体系 通过物质利用，增加经 济效益，净化环境 种植及维护难度大2.中国和西
方国家生态工程建设的区别
比较项目 中国 西方国家
目标 遵循整体、协调、自生、循环原理 治理环境污染，进行生态恢复
背景条件 人多地少，人均资源占有量少 经济发展水平高，人均土地、
水资源占有量多
建设重点 生态环境与经济、社会效益结合 集中对被破坏的生态系统进行
恢复
缺点 缺乏定量化模型的指导，难以设计出标 准化、易操作的生态工程样板 应用范围小，不强调经济效益
续表
例2 下列关于生态工程的问题和对策的理解，正确的是( ) 。
C
A.建立农村综合发展型生态工程，是解决我国人多地少问题的唯一途径
B.湿地生态恢复工程会加剧人多地少的矛盾，对人类发展不利
C.矿区废弃地的生态恢复的关键在于植被的恢复以及所必需的土壤微生物群落的重建
D.只要各种生态工程技术发展成熟，我们完全可以走“先污染，后治理”的老路
[解析] 建立农村综合发展型生态工程，是解决人多地少问题的有效途径之一，而非唯一途径，A错误；湿地生态恢复工程是恢复原有的湿地生态系统，耕地会暂时性略有减少，但是其生态效益是巨大的，B错误；虽然各种生态工程技术逐渐发展，并最终会成熟起来，但绝不能走“先污染，后治理”的老路，D错误。
对点练2 目前我国在矿产资源开发中，坚持“谁污染、谁治理”“谁破坏、谁恢复”的原
则，建立健全矿区生态环境恢复治理的责任机制。下列关于矿区废弃地生态恢复的叙
述，正确的是( ) 。
D
A.矿石的开采只会破坏生态环境，不会产生其他危害
B.适用于矿区生态环境恢复的措施是开发农田，增加农民收入
C.矿区废弃地生态恢复的关键是尽可能依靠自然演替恢复其生态功能
D.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
[解析] 矿石的开采不仅会破坏生态环境，还会产生其他危害，如地表塌陷等，A错误；矿区废弃地的土地条件极端恶劣，甚至有严重的重金属污染，植被难以恢复，农作物更难以生长，大力发展农田，农民收益难以保证，B错误；矿区废弃地生态恢复的关键是植被恢复及其所必需的土壤微生物群落的重建，C错误；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，D正确。
素能提升 生态工程的综合应用（复杂推理能力、建立联系能力）
“海绵城市”是一种城市生态工程模式，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。下图为“海绵城市”模式图。
（1）建设“海绵城市”的一个通常做法是做到雨水回收利用，城市蓄水池内不仅安装了
现代化的雨水净化系统，还种植了许多水生植被辅助净化，这些植物的引种需遵循
______原理。建设“海绵城市”的目的之一是扩大公共产品有效投资，提高新型城镇化
质量，促进人与自然和谐发展，这体现了______原理。
协调
整体
[解析] 在引种植物时，要考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应，即遵循生态工程的协调原理。建设“海绵城市”的目的之一是扩大公共产品有效投资，提高新型城镇化质量，促进人与自然和谐发展，即遵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，要树立整体观，遵循整体原理。
（2）根据生态工程方面的内容，请你列举出城市垃圾的处理办法：________________
___________________________________________________________（写出2点）。
垃圾分类处理后资源化利用；改露天放置为掩埋处理，地表种植植物；引入分解者
[解析] 处理城市垃圾时，可以垃圾分类处理后资源化利用；可以引入分解者，将垃圾中的有机物分解；也可以改变垃圾的存放方式，由露天放置变为掩埋处理，地表种植植物。
（3）以上实例说明生态工程建设已经取得一定成绩，下列有关我国生态工程发展前景
的说法，正确的是_____（多选）。
AC
A.我国的生态工程注重生态环境与经济效益、社会效益相结合
B.我国的生态工程可以走“先污染、破坏，后治理”的路
C.未来我国生态工程发展前景广阔
[解析] 我国的生态工程注重生态环境与经济效益、社会效益相结合，不仅强调生态效益，还需要取得社会效益和经济效益，A正确；“先污染、破坏，后治理”不符合生态工程的建设理念，B错误；我国党和政府高度重视生态文明建设，对生态文明建设提出了一系列新思想、新目标、新要求和新部署，未来我国生态工程发展前景广阔，C正确。
（4）建立人工湿地公园可以有效处理城市生活污水，获得生态、社会和经济三重效益。
人工湿地中植物的根系不仅能吸收 、 等营养物质，还能为微生物吸附和代谢提供
良好的环境条件。微生物通过__________降解污水中的有机物。进水口的污水流入量
还要加以控制，原因是________________________________。该人工湿地公园具有涵
养水源、调节气候等生态功能，体现了生物多样性的______价值。
分解作用
人工湿地的自我调节能力是有限的
间接
[解析] 人工湿地公园可以有效处理城市生活污水，依赖于人工湿地的自我调节能力，微生物可以通过分解作用降解污水中的有机物，但是人工湿地的自我调节能力是有限的，当外界干扰的强度超过一定限度时，生态系统的稳定性急剧下降，生态平衡就会遭到严重的破坏，因此进水口的污水流入量还要加以控制。生物多样性的间接价值主要体现在调节生态系统的功能等方面，如水土保持、蓄洪防旱等，该人工湿地公园具有涵养水源、调节气候等生态功能，体现了生物多样性的间接价值。
课堂小结
课堂小测
1.生态工程是无消耗、多效益、可持续的工程体系。( )
×
2.在建设高新农业时，沼气池的建立遵循了循环原理。( )
√
3.湿地的恢复除利用生物工程手段外，还要依靠自然演替机制恢复其生态功能。( )
√

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