4.3 生态工程的的基本原理人教版(2019)高中生物选择性必修2(课件共33张PPT)

(共33张PPT)
第3节 生态工程
一 、生态工程的基本原理
教学目标
1. 通过对教材中“问题探讨”的分析，归纳生态工程的概念，关注生
态工程建设。
2. 通过对奥森相关文献资料和教材资料的分析，概述生态工程建设应
遵循自生、循环、协调和整体四个基本原理。
3. 通过对我国先民的生态工程的分析，感悟中华民族的智慧；通过对
奥森等我国近年来生态工程的分析，感悟“绿水青山就是金山银山”的 科学内涵。
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。
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
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
人类活动可以改变群落演替的速度，通过人工造林，可以加 快弃耕农田演替到森林阶段的速度。
2.为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢
对森林公园先进行整体设计利用了生态工程的基本原理，以 生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循生态系统自生、 循环、协调和整体的基本原理，充分发挥资源的生产潜力，既防 止了环境的污染，又达到了经济效益和生态效益的同步发展。
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
公园建设充分利用原有的地貌和植被，营造近自然林系统是利 用了生态工程自生的原理和协调的原理，充分考虑原有生物组分布 局和它们生长、发育、繁殖及形成共存互利关系等条件，通过系统 的自组织、自我优化、自我调节、自我更新维持系统的稳定。同时， 利用了生物与生物、生物与环境长期作用形成的协调原理。
短短几年，普通的村落和农田就脱胎换骨般地转变为令人赞叹的森
林公园。它调节城市气候，丰富市民生活，也为众多动植物提供了生存 的“家园”。这个例子是生态工程的生动缩影。
奥林匹克森林公园建设过程中的图片
以上这样的生产方式，已经严重影响了人类的可持续发展。
为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律，改 变 “人 类能征服自然”的错误观念，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
生态工程
1、概念：生态工程是指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。
2、生态工程建设的目的：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。
3、特 点：少消耗、多效益、可持续的工程体系。
一、关注生态工程建设
(1)内容：在生态系统中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
0
(2)理论基础：
生态系统的自我调节能力
(有效选择并合理布设生物组分，尽量提高生物多样性程度)
生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵
循整体、协调、 循 环、自生等生态学基本原理。
二、生态工程遵循的原理
种间相互作用 (种间关系)
个体代谢 再生更新
1.自生
二、生态工程遵循的原理
(3)遵循该原理的具体做法
① 有效选择生物组分并合理布设
*这是系统或工程能否形成自组织能力的基础条件；
*一般而言，应尽量提高生物多样性程度。
如在湿地修复过程中，选择净化能力较强的多种水生植物，
还要考虑这些植物各自的生态位差异，以及它们的种间关系。
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。
如湿地生态工程中，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。
太阳能水生态修复系统
以太阳能为动力，驱动水质循环，进行生态恢复，改善水质。
二、生态工程遵循的原理
(4)实例
阅读教材P102-P103 相关内容，完成讨论问题。
分析讨论
1.尝试画出桑基鱼塘中的食物链。
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理
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
二、生态工程遵循的原理
资料探究
2.循环
(1)概念：
指在生态工程中促进物质的迁移与转化 ,既保证
各环节物质迁移顺畅，也保证主要物质或元素的转化率较高。
(2)基础：
生态系统的物质循环功能
(3)遵循该原理的具体做法：
通过系统设计实现不断循环，使前一环节产生的废物
尽可能地被后一环节利用，减 少整个生产环节“废物”的 产生。
沉降物 (雨、雪)
饲料与垫料
人类食品
作物残留
牲畜
人粪尿
养分吸收
牲畜粪便
土壤
(4)优点：
实现物质多级循环利用，
废弃物资源化，减少污染。
(5)实例：
无废弃物农业
二、生态工程遵循的原理
“无废弃物农业”物质循环再生示意图
古代施肥
人类 食品
人类
作物
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
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
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；
我国古代先民还依靠“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。
旁栏思考题
3、协调
(1)、内容：考虑 生物与环境、生物与生物的协调与适应。
(2)、两方面：
① 生物要适应环境
在年降雨量小于450mm的西北部建
防护林，成了残败的“灰色长城”。
② 考虑环境容纳量
过度放牧的草地
(3)意义：
可避免系统的失衡和破坏。
(4)其他实例：
过度放牧导致草场退化；水体富营养化，等等。
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。
4.整体原理
(1)、原理：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)、应用：人类处在一个社会一经
济一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 济和社会等系统的影响力。
遵从自然生态
系统的规律
生产
成本
考虑经济和社
会等的影响力
消费
效益
二、生态工程遵循的原理
非生物的因素
自然系统
植物 → 动物
微生物
整体原理
▲图4-13 社会一经济—自然复合系统
经济系统
社会系统
科学文化
政策
管理
二、生态工程遵循的原理
4. 整体原理
(3)、实例：
进行林业工程建设时， 一方面号
召农民种树，另一方面考虑农民的 生活问题。
(4)、意义：
只有应用整体性原理，才能统一
协调当前与长远、局部与整体、开
发建设与环境保护、之间的关系，保 障生态系统的平衡和稳定。
遵从自然生态 系统的规律 生产 成本
考虑经济和社
会等的影响力
消费
效益
非生物的因素
自然系统
植物→动物
微生物
整体原理
▲图4-13 社会一经济一自然复合系统
社会系统
经济系统
科学文化
管理
政策
原理 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。
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。
二、生态工程遵循的原理
生态工程所遵循的基本原理
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
各组分之间要有适当的比例，自 然(生态)、经济、社会结合。
生物与生物之间、生物与环
实例
①湿地修复过程中，尽量
提高生物多样性程度
②草原确定合理载畜量，不
能过度放牧
③在农村建立以沼气池为中 心的生态农业
④林业生态工程建设，既要 号召种树又要考虑当地经济
生态工程所遵循的基本原理
练 一 练，将下列实例与所体现的生态学原理连接起来：
原理
a. 自生原理
b.循环原理
c.整体原理
d.协调原理
境之间协调，考虑环境容纳量。
发展
现学现用：
写出下列例子主要涉及到的生态工程原理
①沼气池——遵循了循 环原理
②在人工林增加植被层次——遵循了自生 原理
③“落红不是无情物，化作春泥更护花”——体现了循环 原理
④前面造林，后面砍树——违背了整体原理
⑤草原确定载畜量，不能过度放牧——遵循协调 原理
⑥湿地破坏——违背了自 生 _原理
⑦减少污水排放，治理湖泊——遵循了 自生 原理
⑧引入物种时考虑是否适应环境——遵循 协 调 原理
⑨引入水葫芦泛滥，导致多数生物死亡——违背了自 生原理和
协调原理
明清时期，我国南方长江三角洲、
珠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、塘培桑。这样可以将陆地种 植与鱼塘养殖结合起来，把原木割裂的 生产系统通过优化组合，有机地整合在
一起(下图)。根据同样的原理，甘蔗种
植也可以与养猪、养鱼结合在一起。
二、生态工程遵循的原理
分析生态工程案例中的原理和应用
资料探究
鱼塘
桑(蔗)基鱼塘漠式
桑基鱼塘
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(líng) 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(蚕类便)
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。
分析生态工程案例中的原理和应用
二、生态工程遵循的原理
资料探究
思考·讨论
1、尝试画出桑基鱼塘中的食物链。
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；
浮游植物一浮游动物→鱼。
血糖
桑(藤)基鱼塘模式
思考·讨论
1、蚕粪、蔗叶进入鱼塘，经分解者 作用后被植物利用。
主要为循环原理
2、 池塘养鱼要考虑不同鱼种的关系 和鱼的数量。
主要为协调原理
3、 桑基鱼塘在设计时要考虑栽种作 物与养殖动物的比例。
主要为整体原理
4、 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。
主要为自生原理
桑(藤)基鱼塘模式
鱼塘
鱼塘
鱼塘
思考·讨论
2、 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。
生态工程需要根据工程的目的，以及当地自然、
社会和经济的情况，从系统的不同角度综合考虑问题。 因此，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。
练习与应用
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 。( √ )
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
二、拓展应用
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500 km 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，这里恢复了完全的口然状 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。
谢谢
让课堂绽放魅力让教育更加美好