高中生物人教版（2019）选择性必修2 4.3生态工程的基本原理（共55张ppt）

(共55张PPT)
“三北”防护林工程是指在中国三北地区（西北、华北和东北）建设的大型人工林业生态工程。中国政府为改善生态环境，于1979年决定把这项工程列为国家经济建设的重要项目。工程规划期限为70年，分七期工程进行，已经启动第五期工程建设。“三北”防护林工程被称为中国最伟大的生态工程。
问题探讨
三北防护林
防风固沙 减少沙尘暴的出现
保持水土 确保农田效益
恢复绿色生态 拓宽生存空间
注入生机活力 经济持续发展
生态学
经济学
问题探讨
问题探讨
建设条件变差, 建设难度加大
工程建设的发展动力面临挑战
工程建设面临投入总量不足、标准太低的挑战
管护缺位, 保护滞后
工程建设改革力度与社会变革的进程不相适应
三北防护林体系建设应对的挑战
工 程 学
系 统 学
生态工程
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
生态工程旨在解决环境与经济发展协调问题。
第4章第3节 生态工程
生态工程的基本原理
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。
少消耗、多效益、可持续。
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。
理论基础
目的
优点
概念
操作过程
生态工程的基本原理
生态工程的基本原理
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
自生
协调
整体
循环
生态工程的基本原理
【资料1】
奥森水域面积小且封闭、易污染、缺少完整食物链，因此水体容易发生富营养化，产生水华。为评估奥森主湖水体生态系统的状况，提出水质净化的有效措施，研究人员借助Aquatox模型软件对公园水体生态系统进行了模拟研究。
设计思路:设置空白对照组（模型1：自然水域，无人工净水系统）和实验组（模型2：使用人工净水系统，进水口增加人工湿地），其他变量一致。模拟期限设定为5年（即5个植物生长期）
相关数据：本研究中，以高等植物每年的长势作为判断生态系统稳定性高低和人工净水措施可持续性的指标。实验中选择了3种代表植物，通过观察这些植物的生物量变化建立模拟曲线，实验结果如下图。
生态工程的基本原理
空白对照组模型1
（自然水域，无人工净水系统）
实验组模型2
（使用人工净水系统，进水口增加人工湿地）
1：模型2在进水口增加了人工湿地，对入水进行一定的净化。与模型1相比，模型2中三种植物的长势是否有变化，请你推测，哪个模型的生态系统稳定性更高。
模型2中苦草长势几乎不怎么变化，菹草长势增加，水藓长势下降。模型2的生态系统稳定性更高。
生态工程的基本原理
空白对照组模型1
（自然水域，无人工净水系统）
实验组模型2
（使用人工净水系统，进水口增加人工湿地）
2：请利用生态学知识提高模型1稳定性的新措施。
增加水体植物的天敌或者增加沉水植物和挺水
植物的组合配植对浮游植物繁殖等
生态工程的基本原理
空白对照组模型1
（自然水域）
(加入田螺摄食有机碎屑、苔藓类植物也是鲤鱼的食物之一)
实验组模型2
（增加人工湿地）
实验组模型3
模型3
3：模型3和模型2相比，哪种净水方式可持续更高？
生态工程的基本原理
空白对照组模型1
（自然水域）
(加入田螺摄食有机碎屑、苔藓类植物也是鲤鱼的食物之一)
实验组模型2
（增加人工湿地）
实验组模型3
底栖动物的加入完善了湖水中的生态系统，增加了“植物—田螺—鲤鱼”这一条食物链，加速了营养物质和能量从植物到鲤鱼的传递。一方面由于鲤鱼的食物来源增加，模型可承载的鲤鱼生物量增大；另一方面水藓和浮游植物由于田螺的摄食，生物量维持在较低的水平。
4：加入田螺后生态系统稳定性有何变化？分析产生这种变化的原因。
生态工程的基本原理——自生
1.4 生态工程所遵循的基本原理：自生
①有效选择生物组分并合理布设
应用
②创造有益于生物组分生长、发育、繁殖，及形成互利共存关系的条件
尽量提高生物多样性
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。
实例：湿地生态工程
移除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。
理论基础
生态系统的自我调节能力
生态工程的基本原理
【资料2】为探究奥森主湖水体生态系统的物种配置对净水效果及可持续性的影响，研究人员将模型1中菹草置换为荷花，建立模型4。菹草和苦草都是沉水植物，而荷花是挺水植物，它与苦草、水藓的生态位不同。实验结果如图所示：
5：分析实验数据：调整后的方案对该生态系统稳定性有何影响。
与单一的沉水植物配植相比，沉水植物和挺水植物的组合配植对浮游植物繁殖的控制效果更好，动植物生长也较为稳定。
生态工程的基本原理
【资料2】为探究奥森主湖水体生态系统的物种配置对净水效果及可持续性的影响，研究人员将模型1中菹草置换为荷花，建立模型4。菹草和苦草都是沉水植物，而荷花是挺水植物，它与苦草、水藓的生态位不同。实验结果如图所示：
6：更换不同生态位的物种对该生态系统的群落结构有何影响？
挺水植物会阻挡光线进入水下，在与沉水植物的竞争中处于优势，有助于群落的空间结构。
生态工程的基本原理
其实，在奥森建设过程中，也有一些失败的案例。例如，建设之初，对气候因素考虑不周，种植地块选择有误，导致珙桐种植失败；对病虫害了解不足，园区大部分海棠与桧柏种植过近，导致苹果锈病在两者间越冬和繁殖；放养了牛蛙，牛蛙的捕食性很强，大量本地生物被其捕食。
在进行生态系统工程建设时，必须要考虑生物与环境、生物与生物的协调与平衡，才能实现可持续发展。
7：在生态工程建设中，进行物种配置需要注意哪些问题？
生态工程的基本原理——协调
1.4 生态工程所遵循的基本原理：协调
①考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应
内容
②考虑环境容纳量
过度放牧的草地
灰色长城
在年降雨量小于450mm的西北部建防护林，能否栽种乔木杨树？
生态工程的基本原理
思考：奥森建成后是否实现了这些规划目标呢？
综合来看，城市道路旁的绿地对于减少道路噪声、PM浓度，增加人们在公园观赏游玩的舒适度有重要的效果。因此在公园绿地设计中应视场地现状尽可能增加宽度。在设计和建设生态工程时，不仅要考虑自然生态系统的规律，还要考虑经济和社会等系统的影响力，要从整体出发考虑问题。
生态工程的基本原理
1.4 生态工程所遵循的基本原理：整体
遵从自然生态系统的规律
考虑经济和社会的影响力
经济
系统
社会
系统
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
结构—→功能
决定
反例：“前面栽林，后面砍树”的现象
各组分要有适当比例，构成有序结构
社会习惯、法律制度等的影响
生态工程的基本原理
无废弃物农业
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。
实现物质的多级循环利用，废弃物资源化，减少污染。
生态工程的基本原理
1.4 生态工程所遵循的基本原理：循环
①实质：
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。
理论基础
特点
即”实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染“
生态系统的物质循环功能
不断循环，使前一环节产生的废物尽可能被下一环节利用，减少“废物”的产生
核心词
提高生物多样性，创造有益于生物形成互利共存关系的条件
物质循环、无废弃物
生物与生物之间、生物与环境之间协调
考虑环境容纳量
课堂练习
强调“自然(生态)-经济-社会”结合
强调整体大于部分之和
生态工程的基本原理
写出下列例子主要涉及到的生态工程原理
①沼气池——遵循了_____原理
②在人工林增加植被层次——遵循了_____原理
③“落红不是无情物，化作春泥更护花”——体现了______原理
④前面造林，后面砍树——违背了_____原理
⑤草原确定载畜量，不能过度放牧——遵循______原理
⑥湿地破坏——违背了______原理
⑦减少污水排放，治理湖泊——遵循了______原理
⑧引入物种时考虑是否适应环境——遵循______原理
⑨引入水葫芦泛滥，导致多数生物死亡——违背了_____原理和_____原理
循环
自生
循环
整体
协调
自生
自生
协调
自生
协调
生态工程的基本原理
尝试画出桑基鱼塘中的食物链？
答案：桑树→蚕；
甘蔗→人；
甘蔗→猪→人；
虽然用蚕沙喂鱼，但池塘中还可能存在如下食物链：浮游植物→鱼；浮游植物→浮游动物→鱼。
生态工程的基本原理
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
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。
“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。
主要为自生原理
主要为循环原理
生态工程的基本原理
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。
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”。
主要为协调原理
主要为整体原理
生态工程的基本原理
思考：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，生态工程除了要考虑生态学、工程学原理，还需要关注什么？
还需要关注经济学原理，要达到经济效益和生态效益的同步发展。
生态工程的基本原理
比较项目 生态工程 传统农业
基本原理
调节机制
与环境的关系
主要能源
生物多样性
生态学、工程学
工程学
人为辅助下的自我调节
人为调控
协调
破坏环境
太阳能
化学能
得到保护
减少
生态工程与传统农业的比较
课堂小结
1.(2022·天津一中高二期中)下列关于生态工程的叙述，不正确的是
A.生态工程研究的对象是社会—经济—自然复合生态系统
B.“退耕还林”“退耕还草”属于生态工程的内容
C.生态工程应遵循“整体、协调、循环、自生”的原则
D.实施生态工程的目的是环境保护
√
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，即少消耗、多效益、可持续的工程体系，D错误。
课堂小结
2.某生态工程的设计过程中，四位工程师依次表达了自己的设计理念。
甲：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。
乙：进行生态工程建设时，需要处理好生物与生物、生物与环境的平衡与适应，需要考虑环境容纳量。
丙：生态工程建设时，应尽量提高生物多样性的程度，构建复合群落，有效选择生物组分并合理布设。
丁：通过系统设计，使前一环节产生的废物尽可能被后一环节利用，以减少整个生产环节中废物的产生。
请问甲、乙、丙、丁四位工程师的理念分别体现了什么原理？
A.整体、协调、自生、循环 B.整体、自生、协调、循环
C.循环、协调、自生、整体 D.循环、自生、协调、整体
√
生态工程自20世纪60年代提出后，在世界范围内逐渐得到广泛的认同和重视。20世纪70年代以来，我国生态工程的理论和实践都取得了长足的进展，政府十分重视。在某些研究领域已处于国际领先的地位，在实践上已应用于农业生产、环境保护、城镇建设等许多方面，取得了令人瞻目的成就。
背景
生态工程的实例和发展前景
生态工程的实例和发展前景
问题：我国有近7亿人生活在农村，人多地少是突出矛盾。怎样才能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，取得经济效益、社会效益和生态效益的全面提高呢？
对策：建立农村综合发展型生态工程，是实现这一目标的有效途径。这在我国已经有不少成功的实例。
农村综合发展型生态工程
1
生态工程的实例和发展前景
青贮：是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。
氨化：是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。
生态工程的实例和发展前景
农村综合发展型生态工程示意图
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。
建设宗旨：因地制宜
农村综合发展型生态工程
1
生态工程的实例和发展前景
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
农村综合发展型生态工程
1
生态工程的实例和发展前景
农村综合发展型生态工程
1
2.这一生态系统的结构和功能有哪些特点？
生态系统中的各组分搭配合理，紧密联系形成一个有序的整体，实现了物质多级循环利用、能量充分利用、减少了废物排放与环境污染。
3.这一生态工程有哪些值得借鉴的做法？
这一生态工程实现了物质利用的良性循环，提高了土地产出水平，创造了多种劳动力就业机会，增加了农民收入,促进了经济发展；同时降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。
资料：湿地是一种独特的生态系统，我国现有湿地5.36×107 hm2，面积大小位列世界第四，亚洲第一，我国湿地的特点是类型多、面积大、分布广、区域差异显著、生物多样性丰富。湿地被誉为地球的“肾”，具有蓄洪防旱，调节气候，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。
生态工程的实例和发展前景
生态工程的实例和发展前景
湿地生态恢复工程
2
作用：
问题：
对策：
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。
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。
①采用工程学和生态学措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复
②在湿地周围建立缓冲带，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
实例：
厦门筼筜湖生态恢复工程
生态工程的实例和发展前景
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
湿地生态恢复工程
2
生态工程的实例和发展前景
矿区生态恢复工程流程图
矿区废弃地
植树、种草
社会、市场
畜牧养殖
施
肥
牧草加工业
工程机械措施
制造表土、压实
环境
投入
肉蛋奶
就业投入
生态工程的实例和发展前景
①问题：
②案例：
③对策：
赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。
矿区废弃地的生态恢复工程
3
①山体、土壤和植被乃至整个地区生态系统被破坏
②极端恶劣的土地条件，会阻碍植被的生长
③规模巨大的采矿业，对土地景观造成巨大的影响，产生严重的重金属污染
①措施：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。
②具体方法：首先通过机械方法平整压实土地，人工制作表土；然后在人造表土上，植树种草。
生态工程的实例和发展前景
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
矿区废弃地的生态恢复工程
3
生态工程的实例和发展前景
生态工程的发展前景
（1）我国生态工程存在的问题：
①我国生态工程难以设计出标准化、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，而是人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合一起的“并发症”
②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。
生态工程的实例和发展前景
生态工程的发展前景
（3）我国政府的态度：
把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标。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，为建设美丽中国提供了指导方针和行动指南。
生态工程的实例和发展前景
生命是什么？这是一个古老又充满哲理的问题。概括、总结从细胞到生态系统多层 次生命系统的共同特征，对你认识生命的本质会有帮助。这个活动，需要你综合运用已经学过的内容，甚至需要查找资料获取更多信息，并用准确的术语表达。
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______________________________________________ 。
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__________________________ 。
开放性、复杂性、有序性、动态性、整体性
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”
生态工程的实例和发展前景
依存于环境，也能适应环境、影响环境
由最原始、最简单的生命进化而来，凝聚着漫长的进化史
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__________________________________。
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 ________________________________________________________。
生命是什么？这是一个古老又充满哲理的问题。概括、总结从细胞到生态系统多层 次生命系统的共同特征，对你认识生命的本质会有帮助。这个活动，需要你综合运用已经学过的内容，甚至需要查找资料获取更多信息，并用准确的术语表达。
课堂小结
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
课堂练习
3.下列关于湿地生态恢复工程的叙述，错误的是
A.该工程采用的是工程学和生态学措施相结合的方法
B.在湿地的周围，要建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰
C.对湿地的恢复，注意退耕还湿地或建立自然保护区就能奏效
D.湿地的恢复除利用生物工程手段外，还要依靠自然演替等机制恢复其
生态功能
√
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。 ( )
×
×
√
√
概念辨析
3.下列关于湿地生态恢复工程的叙述，错误的是
A.该工程采用的是工程学和生态学措施相结合的方法
B.在湿地的周围，要建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰
C.对湿地的恢复，注意退耕还湿地或建立自然保护区就能奏效
D.湿地的恢复除利用生物工程手段外，还要依靠自然演替等机制恢复其
生态功能
√
典题应用
课堂练习
4.矿区废弃地生态恢复工程的关键是
A.优先选择农作物以提高经济效益
B.选择合适的养殖动物以增加物种多样性
C.植被恢复和植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建
D.尽可能依靠自然演替恢复其生态功能
√
矿区废弃地几乎很少有动植物，而且土壤也被严重破坏，所以矿区废弃地生态恢复的关键在于植被恢复和植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。
课堂练习
如图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田里的杂草和害虫，利用鸭不间断地活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长，用作物养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪、鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答下列问题：
(1)从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是___________________________________________________________。该系统将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了应用，体现了生态工程的________原理。
实现物质的循环再生和能量的多级利用
循环
课堂练习
(2)该系统将多个生态系统通过优化组合，有机整合在一起，提高了系统生产力，体现了生态工程中的_________原理。生产的大米无公害的原因是__________________________________________。
自生
减少了化肥和农药的使用量，减少了对水的污染
如图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田里的杂草和害虫，利用鸭不间断地活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长，用作物养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪、鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答下列问题：
课堂练习
如图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田里的杂草和害虫，利用鸭不间断地活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长，用作物养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪、鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答下列问题：
(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，试分析其增产的原因：______________________________________________________________________________。蘑菇房与蔬菜大棚相通，比单纯种植蔬菜和单纯培育蘑菇带来的效益之和还要高，体现了生态工程 中的_______原理。
蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强
整体