资源简介

(共42张PPT)
4.3.1 生态工程的基本原理
本节聚焦
什么是生态工程？
01
为什么要关注生态工程建设？
02
生态工程建设主要遵循哪些基本原理？
03
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。
奥林匹克森林公园俯瞰
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？
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。
奥林匹克森林公园俯瞰
讨论
问题探讨
2. 为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢？
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宝成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。
讨论
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？
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。
讨论
一、关注生态工程建设
人口增长
1. 生态工程提出的背景
导致
人类活动
全球生态环境危机
导致
人类可持续发展受到影响
需要
解决环境与经济协调发展
需要
生态工程
一、关注生态工程建设
2. 生态工程的定义
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。
① 理论基础：生态学和系统学等学科
② 操作过程：分析、设计和调控，修复、重建
一、关注生态工程建设
3. 生态工程的目的
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。
经济效益
生态效益
社会效益
一、关注生态工程建设
4. 生态工程的特征
少消耗
多效益
可持续
项目 传统产业 生态工程
目标 单一利润、产品导向 综合效益、功能导向
调节机制 外部控制、正反馈 内部调节、负反馈
规模化趋势 产业单一、大型化 产业多样化、组合化
功能 生产产品+影响环境 生产产品+社会服务+生态服务
经济效益 局部高效、整体效益低 产期效益高、整体效益高
废弃物 向环境排放 系统内资源化
一、关注生态工程建设
4. 生态工程的特征
少消耗
多效益
可持续
项目 传统产业 生态工程
环境保护 末端治理 过程控制
决策机制 人治、自我调节能力弱 生态控制、自我调节能力强
工业景观 灰色、破碎 绿色、和谐
进化策略 更新换代难、代价大 协同进化快、代价小
稳定性 对外部依赖性高 抗外部干扰能力强
可持续能力 低 高
二、生态工程所遵循的基本原理
生态工程是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶，是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的应用学科。
① 基础：生态系统的自组织、自我调节功能
② 基本原理：整体、协调、循环、自生
自生
循环
协调
整体
二、生态工程所遵循的基本原理
① 定义：
1.自生
由生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持就是系统的自生。
② 原因：
生物能够进行新陈代谢、再生更新
生物本身
生物之间
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协调，形成有序维持
自我维持
二、生态工程所遵循的基本原理
③ 自组织：
1.自生
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。
例如：星球的诞生，自然生态系统的形成都是自组织的结果。
二、生态工程所遵循的基本原理
④ 具体措施
1.自生
Ⅰ. 有效选择生物组分并合理布置。
湿地修复工程
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，通过合理的人工设计，使这些物种形成互利共存的关系。
二、生态工程所遵循的基本原理
④ 具体措施
1.自生
Ⅱ. 创造有益于生物组分的生殖、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
湿地修复工程
降低水体污染
增加水体溶氧量
改善水生生物生存环境
有利于生态系统的自生
二、生态工程所遵循的基本原理
① 含义
2. 循环
在生态工程中促进系统的物质迁移与转化，既保证各个环节的物质迁移顺畅，也保证主要物质或元素的转化效率高。
② 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。实现废弃物的资源化。
二、生态工程所遵循的基本原理
③ 实例
2. 循环
我国古代“无废弃农业”
土壤
养分吸收
作物
沉降物
(雨、雪等)
饲料与垫料
牲畜
人类食品
作物残留
人粪尿
牲畜粪便
保证了土壤肥力
改善了土壤结构
实现了土壤养分如氮、钾及微量元素的循环利用。
二、生态工程所遵循的基本原理
传统农业、现代农业和生态农业的比较
农业 类型 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、农药和机械动力，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 通过物质多级利用，增加经济效益，净化环境 很难经得起较大经济环境和生态环境的冲击
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？请对这一观点作出评析。
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；
美索不达米亚
二、生态工程所遵循的基本原理
3. 协调
① 含义
生物与环境、生物与生物之间相互适应、平衡，协同进化。
② 实施措施
适应
考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应
平衡
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。
二、生态工程所遵循的基本原理
适应
考虑生物与环境、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，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。
由于环境不利于杨树生长，这里的杨树长得十分矮小，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，导致这一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
一定时期内单位面积草地上、在利用适度的条件下所能放牧的牲畜头数。不同质量的草地其载畜量不一样。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、土地荒漠化。
平衡
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。
二、生态工程所遵循的基本原理
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，应该注意牲畜数量不能超过草地的承载力。
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？如果再该地区发展畜牧养殖业，应该注意什么？
思考：
沙棘
山杏
二、生态工程所遵循的基本原理
4. 整体
① 含义
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。
② 原因
生态系统是一个有机的整体
社会-经济-自然是一个符合系统
系统的整体功能
各成分功能之和
大于
整体原则
需要遵循
二、生态工程所遵循的基本原理
4. 整体
③ 实施措施
Ⅰ. 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。
植物
动物
微生物
非生物的因素
自然系统
二、生态工程所遵循的基本原理
4. 整体
③ 实施措施
Ⅱ. 人类处在一个社会-经济-自然复合而成的巨大系统中，进行系统工程建设时，不仅要考虑自然生态系统的规律，更要考虑经济和社会系统的影响力。
二、生态工程所遵循的基本原理
4. 整体
④ 实例
在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，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。
往往是生活方面的因素导致农民对森林、灌丛的过量砍伐。因此，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。
二、生态工程所遵循的基本原理
社会习惯、法律制度等对生态工程建设有着重要影响。
社会—经济—自然复合系统
植物
动物
微生物
非生物的因素
自然系统
政策
管理
科学文化
生产成本
消费效益
社会系统
经济系统
整体原则
协调
当前与长远
局部与整体
建设与环保
二、生态工程所遵循的基本原理
桑基鱼塘农业生产模式
分析生态工程案例中的原理和应用
思考·讨论
陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑
优点：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。
根据同样原理，甘蔗种植与养猪、养鱼结合（如图）。
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
二、生态工程所遵循的基本原理
桑基鱼塘农业生产模式
分析生态工程案例中的原理和应用
思考·讨论
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。
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
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。
二、生态工程所遵循的基本原理
讨论：
分析生态工程案例中的原理和应用
思考·讨论
1. 尝试画出桑基鱼塘中的食物链。
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
浮游植物→鱼
浮游植物→浮游动物→鱼
二、生态工程所遵循的基本原理
讨论：
分析生态工程案例中的原理和应用
思考·讨论
2. 桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
桑基鱼塘中生物组分通过合理布设，互利共存，实现了系统结构与功能协调，形成了可以自我维持的有序整体。
自生
二、生态工程所遵循的基本原理
讨论：
分析生态工程案例中的原理和应用
思考·讨论
2. 桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
“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利用。
循环
二、生态工程所遵循的基本原理
讨论：
分析生态工程案例中的原理和应用
思考·讨论
2. 桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
所选择的生物与生物，生物与环境达到了协调与平衡。
桑和甘蔗适应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。
协调
二、生态工程所遵循的基本原理
讨论：
分析生态工程案例中的原理和应用
思考·讨论
2. 桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
桑基鱼塘在设计，陆地与水面配比合理，各组分的搭配与比例适当，结构有序，形成了一个可不分割的整体；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，为农民创收，是结构优化的“社会—经济—自然复合系统”。
整体
二、生态工程所遵循的基本原理
讨论：
分析生态工程案例中的原理和应用
思考·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。
二、生态工程所遵循的基本原理
自生
循环
协调
整体
自我更新
自我组织
自我优化
自我维持
促进物质
迁移转化
废物循环
再次利用
生物环境
生物之间
协调适应
协调平衡
整体考虑
生态整体
社会经济
自然整体
生态工程建设不但要考虑生态学原理，而且要考虑经济和社会的实际状况，通过系统学、工程学的设计，在充分利用自然的基础上，考虑节省投资和维护成本，提供务实、可持续的解决方案。
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
练习与应用
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。（ ）
一、概念检测
×
√
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
一、概念检测
C
练习与应用
1953年朝鲜战争停战后，南北双方以北纬38°为停火线，沿线两侧大约500km2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。
二、拓展应用
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。

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