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第3节
生态工程
SW生老师
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。
问题探讨
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？
2. 为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢？
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。
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。
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、生态工程的基本原理
少消耗、多效益、可持续。
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。
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。
③目的
②优点
1.关注生态工程建设
①概念：
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。
④原因
循环
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
循环
协调
自生
自生
协调
①自生
理论基础
有效选择并合理布设生物组分
应用
创造利于生物的条件
太阳能水生态修复系统
适当提高生物多样性
如
由于生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持就是系统的自生。
生态系统的自我调节能力
例如：
湿地生态系统的修复；
移除有害物质、增加水体溶氧量。
理论基础
特点
实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染
促进物质的迁移与转化，保证各环节物质迁移顺畅，保证主要物质和元素的转化率高。
生态系统的物质循环功能
实例：无废弃物农业
②循环
考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。
生物与环境、生物与生物之间要协调与适应
内容
考虑环境容纳量
不能
思考：在年降雨量小于450mm的西北部建防护林，能否栽种乔木杨树？
实例：过度放牧的草地
③协调
实例：灰色长城
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
④整体
例如：前面造林，后面砍林的现象
思考·讨论：分析生态工程案例中的原理和应用
明清时期，我国南方长江三角洲、珠田江三角洲低洼内涝积水地或河网发达地区的先民们，就探索出一种桑基鱼塘的农业生产模式：陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑。这样可以将陆地种植与鱼塘养殖结合起来，把原本割裂的生产系统通过优化组合，有机地整合在一起。根据同样的原理，甘蔗种植也可以与养猪、养鱼结合。在设计桑基鱼塘时，要考虑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。例如，地基和鱼塘的面积比例是“三比七”或“四比六”，即大部分采取“三基七水”或“四基六水”的比例。
池塘养鱼，也应综合考虑不同鱼种的关系，根据淡水鱼在自然环境中的混合生长状态，实行以四大家鱼为主的多鱼种混养模式，让镰鱼、链鱼、草鱼、镀鱼、鲤鱼、鲫鱼等各种鱼类都有生存的机会和空间。
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。
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
“陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑”这样的农业生产模式维持着高效的物质循环。
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。
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
自生：
循环：
讨论
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的气候；四大家鱼混养充分利用了群落的空间结构；桑叶饲蚕，利用了种间关系，但养殖的蚕的数量没有多到危及桑的存活；等等。
协调：
桑基鱼塘在设计时，陆地与水面配比合理，各组分的搭配与比例适当，结构有序，形成了一个不可分割的整体；桑基鱼塘将原本割裂的生产系统优化组合，能够发展多种经营，为农民创造收入，是结构优化的“社会—经济—自然复合系统”。
整体：
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。
小结： 生态工程的基本原理
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 实现系统结构和功能的协调，形成有序的整体 湿地生态工程建设有效选择生物组分、合理布设，并创造有利条件
循环 物质循环 通过系统设计实现循环，使前一环节产生的废物尽可能被后一环节利用，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，避免系统的失衡和破坏 西北地区的防护林建设出现的问题
整体 社会、经济、自然构成的复合系统 统一协调各种关系，保障生态系统的平衡和稳定 林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题
1.生态工程的实例
生态工程的实例
农村综合发展型生态工程
湿地生态恢复工程
矿区废弃地的生态恢复工程
物质多级循环利用问题
沼气农业生态系统
控制污染，减少干扰
湿地缩小和破坏问题
生态环境破坏
恢复土地，恢复植被
我国生态工程取得不少成绩，仍有不足之处。
二、生态工程的实例和发展前景
农村人多地少，产出不足。
①问题：
③对策：
②案例：
建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用，获得较多的产出，取得经济效益、社会效益和生态效益的全面提高。
北京郊区的某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。
④核心：
⑤优点：
农、林、牧、副、渔全面发展；开发可更新资源，减少环境污染。
以沼气工程为中心。
（1）农村综合发展型生态工程
建设宗旨：因地制宜
主要原理及对应的内容
有效选择畜、鱼等多种生物组成并合理布设 。________原理
作物→粮食、秸秆→人、畜食用→粪便残渣→沼气池→农田→作物。________原理
利用自然生态系统中的成分，增加了就业和经济收入，解决了社会问题。________ 原理
自生
循环
整体
湿地被誉为地球的“肾”，具有蓄洪防旱，调节区域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和其他多种动植物提供栖息地，以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。
①湿地的作用：
④主要措施：
③案例：
退耕还湖
厦门筼筜湖生态恢复。
②问题：
⑤主要困难：
解决迁出湖区居民的生活和就业问题。
在经济发展过程中，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。
（2）湿地生态恢复工程
厦门筼筜湖
主要原理及对应的内容
废水等污染物的处理 。 ________原理
根据原湿地中物种的分布情况引入动植物。____原理
建立缓冲带，减少人类的干扰、依靠其自然演替等机制恢复其生态功能。_________原理
循环
协调
自生
江西鄱阳湖生态恢复工程
厦门筼筜湖
江西潘阳湖的永吴公路
矿藏开采后会造成山体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏。
改良表土；
种植耐旱的灌木、草和树；
合理确定载牧量。
①问题：
②案例：
③对策：
赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。
（3）矿区废弃地的生态恢复工程
主要原理及对应的内容
人工进行地表覆盖、植被恢复。________原理
根据环境引入当地土著物种。 ________原理
搞好矿区经济的同时，实现自然生态系统的恢复。
_________原理
自生
协调
整体
小结： 生态工程的实例分析
类型 问题 主要原理 对策 实例
农村综合发展型生态工程
湿地生态恢复工程
矿区废弃地的生态恢复工程
资源有限，人多地少，产出不足
湿地面积的缩小和破坏
矿区生态环境的破坏
自生、循环、协调、整体原理
自生原理，
协调原理，
整体原理
自生、协调、整体原理
建立综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用，保证在资源有限的条件下有较多产出
控制污染、动植物物种引进、建立缓冲带等
修复土地，恢复植被
北京郊区某村以沼气工程为中心的生态工程
厦门筼筜湖生态恢复工程
赤峰市元宝山矿区生态修复工程
2. 生态工程的发展前景
我国生态工程存在的问题
（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。
（3）生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持。
（4）缺乏理论指导。
我国目前面临的生态危机及对策
（1）危机： 人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题。
（2）对策： 发挥生态工程建设的作用，重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。
对生态工程治理应持有的态度
在肯定生态工程的作用，特别是看到它在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，不要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，就可以走“先污染、破坏，后治理”的老路。
我国生态工程的前景
中华民族传承古老的天人合一理念，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。今天，古老的智慧融合了现代科学成就，生态工程的发展和应用，将在建设美丽中国的过程中大有作为。
生态工程所遵循的原理
农村综合发展型生态工程
矿区废弃地的生态恢复工程
生态工程的实例
自生
循环
协调
湿地生态恢复工程
整体
生态工程
课堂总结

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