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我们不是继承父辈的地球，而是借用了儿孙的地球。
————布朗(L.R.Brown)
天地与我并生，而万物与我为一。
—————庄子
生态工程
第3节
第4章 人与环境
目录
CONTENTS
一、关注生态工程建设
二、生态工程所遵循的基本原理
三、生态工程的实例
四、生态工程的发展前景
讨论：
北京奥林匹克森林公园建设坚持“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？
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？
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
问题探讨
1.实施生态工程的背景
（1）生态环境的恶化已严重影响人类的生存和发展。
（2）生态工程是既古老又年轻，在中国实施已经有3000多年了，源远流长。
（3）改变人类能征服自然的观念，解决环境和经济发展协调问题。
为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律。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. 关注生态工程建设
2.生态工程的概念
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分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行修复、重建，从而提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。
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。
少消耗、多效益、可持续
优点
一. 关注生态工程建设
二. 生态工程所遵循的基本原理
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
1.生态工程所遵循的基本原理
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。星球的诞生，自然生态系统的形成都是自组织的结果。
自组织
自 生
自生
自组织
自我优化
自我更新和维持
自我调节
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。
1. 概念：
二. 生态工程所遵循的基本原理
二. 生态工程所遵循的基本原理
自 生
2. 理论基础：
生态系统的结构与功能（生态系统的自我调节能力）
①个体水平
生物能够进行新陈代谢、再生更新等
②系统水平
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
自 生
3. 实施措施：
①有效选择生物组分并合理布设
选择污染物净化能力较强的多种水生植物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,构建复合群落。
湿地生态工程
②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。
移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质，降低水体污染物，增加水体溶氧量。
二. 生态工程所遵循的基本原理
循 环
1. 概念：
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。
2. 理论基础：
生态系统的物质循环功能。
3. 实施措施：
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。
实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染
二. 生态工程所遵循的基本原理
4. 实例：
循 环
“无废弃物农业”物质循环再生示意图
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。
无废弃物农业
二. 生态工程所遵循的基本原理
旁栏思考题：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。
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。
二. 生态工程所遵循的基本原理
协 调
1. 原理含义：
2. 理论基础：
3. 实施措施：
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”。
二. 生态工程所遵循的基本原理
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。
二. 生态工程所遵循的基本原理
旁栏思考题：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？
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；
在西北地区发展畜牧业，应注意考虑环境容纳量，牲畜数量不超过草地的承载力，避免过度放牧，并适当种植牧草。
二. 生态工程所遵循的基本原理
整 体
1. 原理含义：
2. 理论基础：
系统建设以整体观为指导，进行生态工程建设时，不仅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。
社会、经济、自然构成的复合系统
3. 实施措施：
①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，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。
②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。
③考虑社会习惯、法律制度等的影响
二. 生态工程所遵循的基本原理
整 体
4. 实例：
在进行林业工程建设时，一方面号召农民种树，另一方面一定要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。
只有把生态与社会、经济结合起来，才能从根本上达到造林和护林的目的。
植物
微生物
动物
非生物的因素
自然系统
政策
科学文化
管理
社会系统
生产
成本
消费
效益
经济系统
自然一社会一经济复合系统
二. 生态工程所遵循的基本原理
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，让鳙鱼、鲢鱼、草鱼、鲮鱼、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。（略）
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
自生：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。
循环：“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。
协调：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。
整体：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”。
思考●讨论
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？
关注经济学原理，达到经济效益和生态效益的同步发展。
思考●讨论
生态工程原理总结：
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 湿地生态系统的修复
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 西北地区不适于种植乔木类的杨树
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
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。( )
×
√
练习与应用
一、概念检测
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氧微生物的分解作用
C
练习与应用
二、拓展应用
1953年朝鲜战争停战后,南北双方以北纬380为停火线,沿线两侧大约500km为非军事区,这里的地表经过战争浩劫,几乎没有生物存在。几十年来,由于基本没有人类活动,这里恢复了完全的自然状态。河水清澈、森林茂盛、物种繁多,还出现了多种被认为早已在朝鲜半岛灭绝的动物,如棕熊。有科学家评论说:“全世界只有在这个地方,由于3000年以来的农耕文明突然终止,原始物种可在没有人类干扰的情况下自由发展,这个地区的生态恢复情况大大超过了人类所有生态建设所能达到的水平。”说说这个案例给你的启示。
我们在认识到生态工程在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时,不能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,就可以先污染,后治理;在生态工程建设中,我们应充分利用自然生态系统的恢复能力,结合当地生态环境有针对性地进行生态工程建设，以达到更好的效果，并节约成本。
练习与应用
三. 生态工程的实例
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。
问题
对策
实例
农村综合发展型生态工程
突出矛盾是人多地少，资源有限
建立农村综合发展型生态工程
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
三. 生态工程的实例
农村 综合 发展 型生 态工 程 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
(1)实现了物质的多级循环利用，减少了废物排放与环境污染；
(2)实现了经济效益、社会效益和生态效益的全面提高；
(3)实现了能量的多级利用，大大提高了能力的利用率。
优点:
沼渣
厩粪
秸秆
种植业
青贮、氨化处理，食用菌培养基
饲料
屠宰厂
副产品
沼渣
沼液
加工
养殖业
谷物
鱼/螺池
三. 生态工程的实例
问题
对策
实例
湿地生态恢复工程
排水围垦、环境污染加剧、资源利用过度
控制污染、退耕还湖
厦门
筼筜湖
生态恢复
三. 生态工程的实例
湿地生态恢复工程 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
厦门筼筜湖生态恢复
三. 生态工程的实例
80年代的厦门筼筜湖
现在的厦门筼筜湖
问题
对策
实例
矿区废弃地生态恢复工程
山体、土壤和植被和生态系统被破坏
修复土地、植被恢复
赤峰
元宝山矿区
生态恢复工程
三. 生态工程的实例
矿区废弃地的生态恢复工程 主要内容及对应的原理
人工进行植被恢复以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建 ________原理
根据当地水分状况和土壤条件，一开始种植农作物，而是引入当地土著物种，植树种草
________原理
通过植树种草，建立饲料工厂和饲养场，进行肉牛养殖，综合开发治理为当地带来良好的生态、社会、经济效益 ________原理
肉牛粪肥的利用 ________原理
自生
协调
整体
循环
矿区废弃地
工程机械
措施
制造表土、压实
植树、种草
环境
投入
牧草加工业
就业投入
肉蛋奶
施
肥
畜牧养殖
社会、市场
三. 生态工程的实例
四. 生态工程的发展前景
1.不足
①我国生态工程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。
②设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。
2.我国面临的生态危机及解决办法：
环境污染
人口激增
环境与资
源破坏
能源短缺
解决办法：我国在生态工程建设中，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。
3. 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。
4. 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。
四. 生态工程的发展前景
思维训练——总结概括，并运用术语表达
1. 生命系统的结构。与一般的非生命系统相比，生命系统的复杂程度更高。生命系统尽管结构复杂，但都是由各个组成部分构成的统一的、有序的整体。
生命系统的结构特征是______________________________________________________。
开放性、复杂性、有序性、动态性、整体性
2. 生命系统的功能。生命系统不断从外界环境获取物质或能量，形成新的组织结构，也不断排出物质、散失热能，等等。细胞能形成新细胞，个体能产生新个体。
生命系统的功能特点是____________________________________________________
_____________________________________________________。
能与环境进行物质和能量的交换以维持自身的有序性，
进行“自我更新”；细胞和个体等生命系统还能进行“自我复制”。
思维训练——总结概括，并运用术语表达
3. 生命系统与环境的关系。任何生命系统都不能孤立地存在，而是与其他生物，包括同种和不同种的生物，紧密联系在一起的，同时又依存于非生物环境。
从生态的视角看，生命系统_________________________________________________。
依存于环境，也能适应环境、影响环境
4. 生命系统的历史。分析生命系统的由来，追寻生命系统的历史，也是理解生命是什么的关键。
从历史的角度看，生命系统_____________________________________________________。
由最原始、最简单的生命进化而来，凝聚着漫长的进化史。
课堂小结
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。（ ）
×
×
√
√
练习与应用
一、概念检测
2. 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蚓
C
练习与应用
二、拓展应用
莱茵河是欧洲大陆的一条大河,流经多个国家,曾是流域内几千万人的饮用水水源,也是鲜鱼等洄游性鱼的河游河流。第二次世界大战以后,伴随经济的快速发展,过度捕捞、河道的渠化、工业污水的排放、繁忙的内河航运等人类活动导致莱茵河的水质严重恶化,因河道裁弯取直,鱼类洄游受阻等问题日趋严重。
针对上述问题,列举莱茵河的治理要解决哪些方面的问题。
要解决过度捕捞、河道的渠化、工业污水的排放、繁忙的内河航运等人类活动带来的水质严重恶化等问题。要协调经济和社会发展与生态环境保护之间的关系。严格控制流域内的污水排放并对污水进行净化处理；拆除不合理的航道、灌溉和防洪工程；保护植被、加强绿化、恢复生态；保护洞游鱼类、保护鱼类产卵场、控制鱼类捕捞量；等等。
练习与应用

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