课件43张PPT。专题5 生态工程
5.1 生态工程的基本原理一、关注生态工程建设
1.生态工程概念:生态学系统学系统设计技术组装修复重建环境污染破坏生态系统的生产力和谐发展少消耗可持续2.生态工程建设:
(1)目的:遵循自然界_________的规律,充分发挥资源的生产潜
力,防止_________,达到_________和_________的同步发展,从
而促进人类社会和自然环境的和谐统一。
(2)原因:
①_________模式正在毁坏水、大气、土壤和_________,消耗
地球赠给我们的_________。
②为了实现___________,经济发展必须符合_______规律,改变
“人类能征服自然”的错误观念,走_________之路。物质循环环境污染经济效益生态效益传统经济生物资源自然资本可持续发展生态学生态经济3.生态经济的概念:
(1)原则:“循环经济”。
(2)目标:一个系统产出的_______,能够成为本系统或者另一个
系统的_________,从而实现_______________。
(3)手段:_________。污染物生产原料废弃物的资源化生态工程二、生态工程所遵循的基本原理
1.物质循环再生原理:
(1)含义:物质能够在各类生态系统中进行___________和_____
___________,循环往复,_________利用,从而达到取之不尽、
用之不竭的效果。区域小循环全球地质大循环分层分级(2)实例:“无废弃物农业”。有机物堆肥沤肥有机肥料农田循环利用2.物种多样性原理:
(1)理论基础:生态系统的抵抗力稳定性。生物多样性程度高,
生态系统的_________越复杂,生态系统的_____________就越
大,其_______稳定性就越高。营养结构自我调节能力抵抗力(2)实例:
①反面:纯樟子松林或纯杨树林的生物多样性_____。纯樟子松
林或纯杨树林物种_______,_________,缺少松毛虫、杨树天牛
的天敌;而成片单一的林木又为其害虫提供了丰富的食物,因而
会导致树林的毁坏。
②正面:珊瑚礁区生物多样性_____。珊瑚礁区物种_______,不
同生物占据不同的_____,它们通过_______关系互相依存,使得
珊瑚礁在养分稀少的深海中,保持着很高的生物多样性。较低种类少食物链短较高种类多位置食物链3.协调与平衡原理:处理好生物与环境的协调与平衡,需要考虑
环境承载力,又称___________,它是指某种环境所能养活的生
物种群的_________。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___________。环境容纳量最大数量失衡和破坏4.整体性原理:
(1)理论基础:_______________________。(如下图)社会-经济-自然复合系统(2)原理:在进行生态工程建设时,不但要考虑到_____________
的规律,还要考虑到___________等系统的影响力。自然生态系统经济和社会5.系统学和工程学原理:分类内容集中式环式部分之和优化结构比例关系能量物质信息1.判断正误
(1)“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理。( )
【分析】“无废弃物农业”遵循的是物质循环再生原理。
(2)在建设高新农业时,沼气池的建立是遵循物质循环再生原
理。( )
(3)根据协调与平衡原理,一个生态系统中种群的数量不应超
过环境容纳量。( )×√√(4)“1+1>2”体现了生态工程的整体性原理。( )
【分析】“1+1>2”体现了生态工程的系统学和工程学原理中
的系统整体性原理。
(5)只有保持生态系统较高的生物多样性,才能保证生态系统的
稳定和平衡。( )×√2.问题思考
(1)为什么说“污染物是放错地方的资源”?
提示:对环境造成危害的污染物,采用一定的措施和技术,就能够回收和循环利用,这样不但能够减少环境污染,而且提高了资源的利用率,减少了资源的浪费,因此说“污染物是放错地方的资源”。(2)樟子松林的松毛虫数量为什么会肆意增长,而珊瑚礁区却有很高的生物多样性?
提示:纯樟子松林的生物多样性低,食物链短而单调,缺少松毛虫的天敌,而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源,因而会导致树林的毁坏。但珊瑚礁区的生物多样性高,食物链复杂,不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位,因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境,所以该区有很高的生物多样性。一、关注生态工程建设
1.生态经济:
(1)优点:实现“原料—产品—原料—产品”的无废弃物生产体系,实现了废弃物的资源化。
(2)实质:能够满足我们的需求而又不会危及子孙后代满足其需要的经济。2.传统农业与生态工程:
(1)传统农业生产模式——石油农业。
内容:大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。
弊端:不注重生态环境的保护,没有考虑环境成本,经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。(2)生态工程与传统农业的区别:3.生态农业常见类型:
(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,如下图所示:(2)沼气农田立体养殖模式:
该生态系统利用农作物发展养殖业,利用废弃物实现物质的循环,保证能量的多级利用,如下图所示:【易错提醒】(1)无废弃物农业属于传统农业,优点是追求物质循环利用,没有废弃物,很少对环境和资源造成破坏;但生产效率低。石油农业是指化肥、农药和机械大量使用对环境资源造成破坏,结果是生产效率提高。
(2)生产实践中,要遵循客观规律,发扬传统农业和石油农业的优点,使两者有机结合起来。
(3)生态恢复力有限,不能认为有了生态工程,就可以先污染后治理。【典例训练1】当前,我国农业的发展已由科技含量较低的传统农业向现代农业转变。现代农业虽然产量大大提高,但由于大量施用化肥、农药,造成了严重的环境污染,因此我国政府正大力推广经济效益、社会效益和生态效益相统一的生态农业。下列关于生态农业的叙述不正确的是( )
A.生态农业系统中食物链和营养级越多,在能量流动中消耗的能量越少
B.生态农业系统的抵抗力稳定性比现代农业高
C.生态农业系统设计的指导原则是实现生态系统的能量和物质的多级利用
D.生态农业系统属于人工生态系统,人的作用非常突出【解题关键】解答本题首先需要了解生态农业与传统农业的区别;其次需要了解生态农业建设所遵循的原理。【解析】选A。能量的多级利用并不是食物链越长越好,还要考虑能量在传递过程中的生物呼吸所消耗的能量;但是生态农业实现了废物资源化,提高了能量的利用率。生态农业系统是遵循生态经济原理,在遵循“循环经济”的原则下,通过优化组合,使一个系统产出的污染物资源化,实现物质和能量的多级利用,同时防止了环境污染;在生态农业系统中人的作用非常突出,一旦失去人的作用,该系统将受到破坏,因而生态农业系统又属于人工生态系统。【变式训练】生态农业是一个生态上自我维持的农业生产系统,其特点是在保持和改善系统内的生态平衡、不对其周围环境造成明显改变的情况下,求得最大生产力和可持续发展。下列不属于生态农业生产方式的是( )
A.病虫害的生物防治
B.作物轮作、套种
C.使用化肥提高作物产量
D.秸秆等农业废弃物的资源化利用【解析】选C。生态农业是采用生态工程的基本原理实现的无污染、可持续发展的农业生产思路,病虫害的生物防治和废弃物的利用都能够避免环境污染,作物轮作、套种实现了土地的可持续利用,均符合生态原理。化肥的生产和使用会造成环境污染,同时不利于土地的利用。二、生态工程的基本原理
1.生态工程建设的目的:遵循自然界物质循环的规律,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。2.生态工程所遵循的基本原理:【易错提醒】整体性原理≠系统整体性原理
(1)整体性原理是指人类处在一个社会、经济、自然复合而成的巨大系统中。建立在对系统成分的性质及相互关系充分了解基础上的整体理论,是解决生态环境问题的必要基础。
(2)系统整体性原理属于系统学和工程学原理之一。系统整体性是指系统各组分之间要有适当的比例关系,只有这样才能顺利完成能量、物质和信息等的转换和流通,并且实现总体功能大于各部分之和的效果。【典例训练2】自开展“南京莫愁湖物理生态示范实验研究”开始,相继引种了浮水植物、沉水植物等共计10余种,在围隔区内已经形成了以沉水植物为优势的水生植物群体。试验区内营养盐的浓度得到有效控制,如试验区内氨氮和总氮仅分别为试验区外的1/13和1/5,有效地改善了水质。
(1)此项生态工程依据的生态学原理有 、
、 、
和 。(2)生态工程的调控机制是 ,主要利用的能源是 。
(3)一些发达国家的生态工程建设主要依据生态系统的
,达到了以 为主,
为辅的程度。而在我国的生态工程建设中,
仍起着较大作用,强调按预期目标,因地制宜地调整复合生态系统的结构和功能。
(4)生态工程的主要目的在于___________________________
___________________________________________________。【解题关键】解答本题要明确生态工程的基本原理、生态工程建设的目的等相关知识。【解析】生态工程的建设一是要遵循生态学原理,另外还要注意对于人与自然和谐发展的调控。目前我国的生态工程和西方国家的生态工程建设所处的阶段不同,因而追求的目标也不尽相同,但总之都是为了使生物和环境之间变得高度和谐。
答案:(1)物质循环再生原理 协调与平衡原理 整体性原理 系统学和工程学原理 物种多样性原理
(2)人为辅助下的自我调节 太阳能
(3)自我调节理论 回归自然 人为调控 人为调控
(4)建造和调控人工生态系统,使生物与环境之间变得高度和谐【误区警示】建设不同的生态工程遵循的基本原理可能不同,因而建设不同的生态工程时要依据不同的原理,因地制宜,不能盲目照搬。【变式训练】下列有关生态工程的事例和原理中,错误的是
( )【解析】选D。本题着重考查生态工程遵循物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理,D项中讲的是在追求生态效益时必须考虑到社会效益、经济效益,这明显是整体性原理。课件41张PPT。5.2 生态工程的实例和发展前景一、生态工程的实例多级循环利用经济效益社会效益生态效益农村综合发展型沼气工程水土流失整体协调与平衡土壤侵蚀荒漠化放牧水资源植被恢复水土保持还林还草防沙治沙“三北”防护林开垦排水围垦生物措施恢复缓冲带自然演替土体土壤植被生态系统制造表土植被恢复植被恢复土壤微生物大气噪声生态工程二、生态工程发展的前景
1.“生物圈2号”生态工程的实验及启示:生命支持人工生态工程太阳能温度大气和海洋CO2O2人自然自然规律自然生态系统2.对我国生态工程发展前景的分析与展望:
(1)生态工程特点:
①重视对_________的保护;
②注重与_____、_____效益的结合。
(2)存在问题:
①难以设计出_______、_______的生态工程样板。
②设计缺乏___________,生态系统的调控缺乏及时准确的
_________支持,缺乏_______指导等。生态环境经济社会标准化易操作高科技含量监测技术理论性3.我国政府十分重视生态工程建设:以生态工程为技术支撑的
“_____________”,其试点县和乡(村、农场)已有2 000多
个。中国生态农业1.判断正误
(1)北京窦店村以沼气工程为中心的生态工程属于城市环境生
态工程。( )
【分析】北京窦店村的生态工程属于农村综合发展型生态工
程。
(2)“三北”防护林生态工程属于大区域生态系统恢复工程。
( )×√(3)小流域综合治理生态工程只运用了协调与平衡原理。( )
【分析】小流域综合治理生态工程运用了生态工程的整体原
理、协调与平衡原理,以及工程学原理等。
(4)“生物圈2号”生态工程失败的原因是温度失调以及“大气
和海洋”比例与地球相差甚远,导致空气中CO2猛增,O2减少。
( )×√2.问题思考
(1)试分析导致我国北方沙尘暴日益严重的原因有哪些?
提示:①降水稀少导致表层土壤干燥、疏松;②人类的毁林毁草开荒、过度放牧等破坏活动导致植被破坏、土地荒漠化严重;③城市建设中工地裸露导致扬沙浮尘。
(2)矿区废弃地的生态恢复工程案例中为什么不种植农作物?
提示:矿区废弃地恢复植被的措施是植树和种草,不是种植农作物,原因是矿区土壤条件恶劣,不适宜农作物的生长。一、生态工程建设
1.生态工程建设的基本过程:
(1)拟定目标与实地调查:
明确生态工程的类型与预期效益。设计时必须强调社会—经济—自然复合生态系统整体协调的目标。
(2)系统分析:
根据拟定的目标和收集的详尽数据,采用系统分析的方法,结合定性研究,系统地对整体特征进行综合分析和评价。系统分析是生态系统工程可行性分析和决策的基础和依据。(3)可行性评价与决策:
通过可行性评价与决策分析,在达到最佳的经济效益和社会效益的同时,也达到最佳的生态效益,增加复合生态系统的稳定性,降低生态系统恶化的风险。
(4)技术设计:
技术设计是整个生态工程建设的核心环节。即通过改变食物链(网)的方法,提高系统本身的迁移、转化、再生物质和利用能量的能力,充分利用原料、产品、副产品以及时间和营养生态位,提高整体的综合效益。(5)生态系统技术设计的常用方法:
①食物链(网)的“相接”。即连接平行的原本不相连接的种类,形成互利共生网络,提高效率,促进物质的良性循环。
②食物链(网)的“加环”。即在食物链(网)中增加一些环节,以充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量,促使物质循环和能量流动的路径畅通,发挥生产潜力,提高生态效益、经济效益和社会效益。2.中国和西方国家生态工程建设的区别:【易错提醒】中国和西方国家生态工程建设的差异
(1)西方国家的生态工程除了治理环境污染的目标之外,主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径,集中于对破坏的生态系统进行生态恢复。
(2)我国的生态工程建设不但重视对生态环境的保护,更注重与经济和社会效益的结合。【典例训练1】某地种植、养殖品种及生产的某些因素如下表。请根据生态学原理,选择种植、养殖生物各两种,设计一个良性循环的农业生态系统(以物质循环利用示意图的方式展示)。【解题关键】本题考查生态工程的设计。设计时需通过改变食物链(网)的方法,充分利用原料、产品、副产品以及时间和营养生态位,提高整体的综合效益。生态系统技术设计的常用方法有食物链(网)的相接和食物链(网)的加环。【解析】设计农业生态系统中的核心是生产者和分解者,生产者是农作物,分解者是沼气杆菌,一般利用沼气杆菌发酵产生沼气是对农作物的剩余物综合利用的一种有效形式;此外发展食物菌生产也是一个方向。但在本题中不考虑发展食用菌的问题。利用沼气池吸纳各生产环节产生的废弃物,输出各生产环节所需要的营养和能量,实现无废物生产。答案:如下图所示:【变式训练】(2013·济宁高二检测)下列关于生态工程建设的叙述正确的是( )
A.窦店村综合发展型生态工程是一个样板,各地可以照搬
B.在进行生态工程建设时,应根据实际,因地制宜
C.不同的生态工程体现的原理完全相同
D.生态工程建设目的只在于恢复生态【解析】选B。在进行生态工程建设时,要应用生态工程建设的原理,根据不同地区的实际,充分发挥当地资源的生产潜力,因地制宜建立适宜的生态工程,而不能盲目照搬;我国生态工程建设不同于其他国家,其目的是要达到经济效益、社会效益和生态效益的同步发展,而不是仅仅在于恢复生态。二、生态工程的实例分析【思维拓展】(1)农村综合发展型生态工程中,沼气工程占据重要地位。
(2)湿地生态恢复工程中,对湿地的恢复,不是简单地退耕还湿地或建立自然保护区就可以奏效的,在很大程度上还取决于湿地上、中游的水土保持情况,以及如何解决迁出农民的生计问题。
(3)由于矿区废弃土地养分极其贫瘠,因此,恢复矿区生态环境,首先要平整压实土地,人工制造表土,然后在人造表土上植树种草。【典例训练2】研究性学习小组参观某市市郊建立的以沼气为中心,以保护生态环境为目标的“猪—沼—鱼—肥—果蔬”生态模式时绘出了如下模式图,请分析回答:(1)构建以沼气为中心的“猪—沼—鱼—肥—果蔬”生态模式时所依据的生态学原理是______________________________
__________________________________________________,该生态系统最大的优点是________________________________
____________________________________________________。
(2)该生态系统充分体现了生态工程基本原理中的_________
____________________________________________________。
(3)该生态系统的“基石”是 ,若要生产3 kg鸡肉最少需要水稻和大豆共 kg。(4)沼气池中有产甲烷菌等微生物,其生态学作用主要是____
____________________________________________________。
(5)若农田内有害虫发生,采用何种措施既能保护环境又能有效防治害虫?___________________________________________
____________________________________________________。
(6)水稻、大豆的秸秆除了图中所示的用途外,还有哪些用途?(写出两个)
_____________________________________________________
____________________________________________________。【解题关键】解答本题应首先明确该生态模式是农业生态工程,因而应了解生态工程的原理及所依据的生态学原理和目的。【解析】(1)构建生态农业所依据的生态学原理是物质循环和能量流动,构建农业生态系统的目的是实现物质和能量的多级利用,减少环境污染。(2)以沼气为中心的生态工程体现了物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理。(3)生态系统中生产者是基础,当能量以最高效率沿最短食物链传递时,需生产者最少,故生产3 kg鸡肉需要水稻和大豆最少,为3÷20%=
15 kg。(4)沼气池中微生物的作用是完成有机物的分解,产生沼气。(5)采用生物防治法既能保护环境又能有效防治害虫。答案:(1)生态系统的能量流动和物质循环
提高物质和能量利用率,减轻环境污染(或答实现物质和能量的多级利用,减轻环境污染)
(2)物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理
(3)水稻和大豆 15
(4)分解有机物,产生沼气(5)引入害虫天敌防治、激素防治、转基因培育抗害虫农作物等
(6)①作为饲料养猪;②作为工业原料,广泛用于造纸、制造建材、酒精和一次性包装盒等;③在直燃锅炉中进行充分彻底的燃烧,最大限度地转换成电能(写出两个合理答案即可)【误区警示】对于农业综合发展型生态工程来说,都应遵循的生态工程原理有:物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理。【变式训练】我国的“三北”防护林是一项规模空前的生态建设工程,被誉为“绿色万里长城建设工程”。下列不属于植树造林在保护环境方面要求的是( )
A.调节气候
B.防风固沙,防止荒漠化
C.提供木材
D.维持大气中的碳—氧平衡【解析】选C。植树造林,保护环境,森林可涵养水源,调节当地气候,可以防风固沙,防止荒漠化,树木进行光合作用,消耗CO2,制造O2,维持大气中的碳—氧平衡,提供木材与环境保护无关,是经济效益。
