4.3 课时1 生态工程 课件 (共33张PPT)2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修2

(共33张PPT)
生态工程
第一课时
第3节
人教版 选择性必修2
1、能够概述生态工程的概念。
2、能够概述生态工程的基本原理，举例说出自生、循环、协调和整体原理的主要内容。
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。
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。
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？
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。
1、生态工程提出的背景
人口增长
人类活动
全球生态环境危机
人类可持续发展受到影响
解决环境与经济与协调发展
生态工程
导致
导致
需要
需要
生态工程是可持续发展的重要手段。
生态工程的基本原理
2、概念:
指人类应用______________________的基本原理和方法，对人工生态系统进行_________________，或对已被破坏的生态环境进行了____________，从而_____________________或______________，促进人类____________________________的系统工程技术或综合工艺过程。
分析、设计和调控
生态学和系统学等学科
提高生态系统的生产力
修复、重建
改善生态环境
社会和自然环境的和谐发展
3、原因:
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。
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
6、基本原理:
4、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。
是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。
5、优点:
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。
实验组模型2
（使用人工净水系统，进水口增加人工湿地）
问题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。
空白对照组模型1
（自然水域，无人工净水系统）
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）
问题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、
增加沉水植物和挺水植物的组合配植
空白对照组模型1
（自然水域）
实验组模型2
（增加人工湿地）
问题3：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。
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。
实验组模型3
(加入田螺摄食有机碎屑、苔藓类植物也是鲤鱼的食物之一)
在生态系统中由________而产生的_______、________、________、__________和________。
①概念:
生物组分
自组织
自我优化
自我调节
自我更新
维持
②原因:
生态系统的结构与功能(生态系统具有自我调节能力)
生物能够进行新陈代谢、再生更新
生物之间通过各种相互作用(特别是种间关系)进行自组织
生物本身
生物之间
实现系统结构与功能协调，形成有序整体
自我维持
（1）自生原理:
一个系统在没有外界信息指令的作用下，自发地由无序发展到有序，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。
③实施措施：
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。
湿地生态工程
ⅰ有效选择生物组分并合理布设。
【思考】为什么提高生物多样性程度，有助于生态系统维持自生能力？
提高生物多样性程度，利用种群之间互利共存的关系，构建复合群落，这样即使某个种群消亡，其他种群也能弥补上来。
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
有利于生态系统的自生
增加水体氧容量
改善水生生物生存环境
③实施措施：
湿地生态工程
ⅱ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。
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，减少污染。
指在生态工程中______________________________，既保证______________________，也保证______________________
促进系统的物质迁移与转化
各个环节物质迁移顺畅
主要物质或元素的转化率高
①概念:
②理论基础:
生态系统的物质循环功能
③特点:
（2）循环原理:
④实例:
我国古代 “无废弃物农业”
保证土壤肥力，改善土壤结构，培育土壤微生物；
实现了土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用。
“传统经济”≠“生态经济”
(1)传统经济是大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式，不注重生态环境的保护，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
(2)生态经济实现了“原料—产品—原料—产品”的生产体系，是实现了废弃物资源化的循环经济。具有少消耗、多效益、可持续的特点。
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？请对这一观点做出评析。
历史上美索不达米亚、小亚细亚等地居民毁林造田，使那里成为不毛之地。
中华文明在“天人合一”“道法自然”等生态智慧和“人仁民爱物”“民胞物与”等生态伦理的指导下，生生不息、源远流长。
①概念:
②实施措施:
适应
ⅰ考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。
生物与环境、生物与生物之间相互适应、平衡，协同进化。
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。
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，导致一些地区种植的防护林成了残败的“灰色长城”。
（3）协调原理:
②实施措施:
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、使草地退化还有，过度放牧极易造成草场退化、土地沙漠化。
平衡
ⅱ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。
过度放牧
【思考】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？如果在该地区发展畜牧养殖业，应该注意什么？
我国西北部地区缺雨干旱，土壤贫瘠，应该选择适合当地自然环境的树种，如沙棘、山杏、刺槐、小叶锦鸡儿等。
在西北地区发展畜牧养殖业，应该注意牲畜的数量不能超过草地的承载力。
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。
整体原理
社会-经济-自然是一个复合系统
生态系统是一
个有机的整体
系统的整体功能
大于
各成分功能之和
需要遵循
（4）整体原理:
①概念:
②理论基础:
①生态系统是一个有机的整体
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。
③实施措施:
植物
微生物
动物
非生物因素
自然系统
②社会-经济-自然是一个复合系统
人类处在一个社会—经济—自然复合而成的巨大系统中，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系统的影响力。
经济
系统
自然
系统
社会
系统
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。
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。
(3)实施措施:
生产成本
消费效益
经济系统
政策
管理
科学文化
社会系统
植物
微生物
动物
非生物因素
自然系统
此外，社会习惯、法律制度等对生态工程建设有着重要影响。
当前与长远
局部与整体
建设与环保
整体原理
协调
糖
蚕蛹
丝
蚕
桑叶
蚕排泄物
甘蔗
桑树
塘泥
糖渣
鱼塘
鱼塘
鱼塘
分析生态工程案例中的原理和应用
桑基鱼塘农业生产模式
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)
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→浮游动物→鱼
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些原理？
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
“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
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些原理？
所选择的生物与生物，生物与环境达到了协调和平衡。
协调
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机桑的存活。
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些原理？
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，形成了一个不可分割的整体，
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，是机构优化的“社会-经济-自然复合系统”。
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做桑树肥料，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。
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