(共30张PPT)
第3节 生态工程
第4章 人与环境
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。
奥林匹克森林公园俯瞰
讨论
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。
2.为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢?
奥林匹克森林公园俯瞰
一 生态工程的基本原理
(一)、关注生态工程建设
1.实施生态工程的背景
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。
20世纪60年代以来,全球经济进入了快速增长阶段,人们生活水平提高、人口迅速增长,人类也随之更多地从自然中索取。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,正在大量消耗自然资源。
2.生态工程的概念:
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。
3.生态工程的目的:
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。
4.生态工程的优点:
少消耗、多效益、可持续。
(二)、生态工程所遵循的基本原理
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
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。
(1)概念:
(2)基础:
生态系统具有独特的结构与功能
①一方面源于其中的“生物”,生物能够进行新陈代谢、再生更新等
②另一方面是这些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的协调,形成有序的整体
(3)遵循自生原理的具体做法:
①遵循自生原理,需要有效选择生物组分并合理布设
如在湿地修复过程中,选择净化能力较强的多种水生植物,还要考虑各自的生态位差异,以及它们的种间关系。通过合理的人工设计,使这些物种形成互利共存的关系。
这是系统或工程能否形成自组织能力的基础;
一般而言,应尽量提高生物多样性程度;
②要维持系统的自生,需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,移除水体中富营养化沉积物和有毒物质、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
(4)实例
2.循环:
(1)概念:
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。
(2)基础:
生态系统的物质循环功能
(3)措施:
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
人类食品
作物残留
人尿粪
人
土壤
养分吸收
作物
沉降物(雨、雪)
牲畜
牲畜粪便
人类食品
饲料与垫料
“无废弃物农业”物质循环再生示意图
(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
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,是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”保证了土壤的费力,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。
3.协调
(1)概念:
在进行生态工程建设时,生物与环境、生物与生物的协调与适应也是需要考虑的问题。
(2)需要注意的问题:
①生物与环境、生物与生物之间要协调与适应
②考虑环境容纳量,生物数量不能超过环境承载力的限度,否则会引起系统的失衡和破坏
(3)实例:
①只适宜种植灌木和草本的西北建造防护林被硬性规定种植杨树,导致一些地区种植的防护林成了“灰色长城”;
②过度放牧导致草场退化
灰色长城
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
(1)概念:
生态工程这样的系统建设必须以整体观为指导
(2)整体原理的具体措施:
①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等系统的影响力
社会—经济—自然复合系统
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
在进行林业建设时,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
(4)意义:
(3)实例:
分析生态工程案例中的原理和应用
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
浮游植物→鱼
浮游植物一浮游动物→鱼
“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。
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。
分析生态工程案例中的原理和应用
讨论
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理?
自生:
循环:
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。
分析生态工程案例中的原理和应用
讨论
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理?
协调:
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”。
分析生态工程案例中的原理和应用
讨论
2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理?
整体:
分析生态工程案例中的原理和应用
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 生态工程的实例和发展前景
生态工程建设的宗旨:
应当根据当地的实际条件,因地制宜地进行。
生态工程的实例
农村综合发展型生态工程
湿地生态恢复工程
矿区废弃地的生态恢复工程
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。
我国有近7亿人生活在农村,人多地少是突出的矛盾。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?
(一)生物工程的实例
1.农村综合发展型生态工程
问题
对策
分析某村综合发展型生态工程
讨论
1.在这一案例中,主要运用了生态工程的哪些基本原理?
整体、协调、循环、自生等。
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。
湿地的缩小会导致局部气候恶化、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等。此外,湿地的环境污染、生物资源的过度利用等,会导致湿地生态系统严重退化。
2.湿地生态恢复工程
湿地被誉为地球的“肾”,具有蓄洪防旱,调节地域气候,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。
湿地简介:
问题
采用工程学和生态学措施相结合的方法。如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程,以及动植物物种引进等,使受到干扰的湿地得以恢复。在湿地的周围,还应建立缓冲带,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。
对策
案例 厦门筼筜湖生态恢复。
采用的措施包括人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。关键在于植被恢复,以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。恢复矿区生态环境,首先要通过机械方法平整压实土地,人工制造表土;然后,在人造表土上,植树种草。
3.矿区废弃物的生态恢复工程
采矿业对环境造成的日渐严重的破坏。矿藏开采后往往会造成山体、土壤和植被,乃至整个地区生态系统的破坏。矿区极端恶劣的土地条件,又会阻碍植被的生长,还可能产生严重的重金属污染。
问题
对策
案例
赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。
(二)生物工程的发展前景
1.我国生态工程存在的问题
(1)缺乏定量化模型的指导,难以像“精确农业”那样设计出标准化、易操作的生态工程样板。
(2)有些设计缺乏高科技含量。
(3)生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持。
(4)缺乏理论指导。
2.我国目前面临的生态危机及对策
(1)危机:人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题。
(2)对策:发挥生态工程建设的作用,重视对生态环境的保护,更要注重与经济、社会效益的结合。
3.对生态工程治理应持有的态度
在肯定生态工程的作用,特别是看到它在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时,不要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,就可以走“先污染、破坏,后治理”的老路。
4.我国生态工程的前景
中华民族传承古老的天人合一理念,在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。今天,古老的智慧融合了现代科学成就,生态工程的发展和应用,将在建设美丽中国的过程中大有作为。
总结概括并运用术语表达
1.生命系统的结构特征?
2.生命系统的功能特点?
3.从生态的视角看,生命系统___________________________________
4.从历史的角度看,生命系统_________________________________
__________________。
依存于环境,也能适应环境、影响环境
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”。
开放性、复杂性、有序性、动态性、整体性。
由最原始、最简单的生命进化而来,
凝聚着漫长的进化史