《生态工程的原理》PPT课件.ppt

专题5: 生态工程,注意： 1、学科知识： ； 2、技术手段： ； 3、最终目的： 。,人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境和谐发展。,生态学和系统学,系统设计、调控和技术组装,促进人类社会和自然环境的和谐发展,一、生态工程 P105,经济学、工程学 P109,资料分析：,1.导致我国长江流域洪水泛滥的主要原因和直接原因是什么？,2.洪灾频繁的发生反映出我国长江流域经济发展模式存在什么问题？,讨论:,直接原因： 1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。,2.洪灾频繁发生反映出我国长江流域经济发展模式存在什么问题？,3、解决长江洪水泛滥应该采取什么措施？ 以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。,传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展是以巨大的生态环境破坏为代价。,资料2：我国是农业大国，人均土地、水等资源占有量远低于世界平均水平。虽然我国用占世界10%的耕地养活了占世界21%的人口，但由于受到西方“石油农业”模式的影响，加上人口压力以及缺乏生态环境意识，所造成的资源破坏和农业环境污染，已经对社会的可持续发展造成很大障碍,讨论:,你对“石油农业”是如何理解的？ “石油农业”大量使用化肥、农药和机械的生产方式，需要大量的石油、煤、天然气等作为原料或动力。把农业生产变成了机械过程和化学过程，废弃物和有害物质的数量很庞大。,在不同的国家有不同的改进措施。例如，在我国，人多地少，应该大力发展生态农业。,传统经济模式： 毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然资本，并造成环境污染。,生态经济： 主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，为实现循环经济最重要的手段之一。,为了可持续发展，走生态经济之路。,生态工程建设的目的是： 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。与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。,关注生态工程建设,5.1 生态工程的基本原理,生态工程的基本原理 1.物质循环再生原理 P109 2.物种多样性原理 P110 3.协调与平衡原理 P111 4.整体性原理 P112 5.系统学与工程学原理 P112 系统的结构决定功能原理： 系统整体性原理,哪些垃圾是可回收的,哪些垃圾是不可回收的？ 可回收垃圾怎样被的再利用？ 不可回收垃圾有什么用途？,1.物质循环再生原理,将生活垃圾分类处理！,从对资源的的充分利用角度分析，途径相对途径的优点是什么？ 途径能更充分地分层次多级利用垃圾中的物质和能量。,1、此生态系统的生产者、消费者、分解者分别是什么？ 有几条食物链？,4、土壤肥力几千年没有耗竭的原理是什么? 物质循环再生原理 实施 “无废弃物农业”,思考：,2、生产者在生态系统中的作用是 以及 。,同时把光能转变成化学能，并储存在有机物中。,将无机物转变成有机物,堆肥、沤肥，充分利用微生物的分解作用，把有机物变为无机物回归无机环境，完成物质循环过程。 P109,四千年的农民一书中记载了中国农民几千年来的耕作方法：积极种植能够固氮的豆科作物，以及收集一切可能的有机物质，包括人畜粪便、枯枝落叶、残羹剩饭、河泥、炕土、老墙土以及农产品加工过程中的废弃物等，采用堆肥和沤肥等多种方式，把它们转变为有机肥料，施用到农田中。这种做法的优点是： 改善了土壤结构 培育了土壤微生物 实现了土壤养分的循环利用,土壤肥力经过几千年没有耗竭的原理是 , 中国的传统农业实施的是“ 农业”,P109,物质循环再生原理,无废弃物,请试补充一个结构或一种生态系统成分，将传统农业改建成生态农业，并说明你的设计意图。,生态农业实现物质循环再生和能量多级利用,沼气池中生物的代谢类型： 沼气工程利用的原理： 发展沼气的意义：,物质循环再生原理,异养厌氧（进行厌氧发酵）,解决农村的燃料、提供饲料、肥料问题,沼气工程,沼气：是利用人畜粪便等物质，经过一系列复杂的厌氧发 酵过程，产生的富含甲烷气体的燃料。 沼气工程充分利用了物质循环再生原理，实现了物质充分循环再生、能量多级利用，提高了人类对能量的利用率。,传统：原料-产品-废料 现在：原料-产品-原料-产品,物质循环再生,“物质和能量的多级利用系统”可以对传统生态系统中无法被人直接利用的“废物”进行有效转化。如对秸秆、动物的粪便的利用； 废弃物如不经过处理直接返回土壤，要经过长期发酵分解才能变为有用肥料。但经过糖化或氨化过程使之成为家畜喜食的饲料，可增加家畜产量，再用家畜排泄物培养食用菌，生产食用菌后的残菌床又用于繁殖蚯蚓，最后将蚯蚓利用后的残余物返还农田做肥料。这样，“人可以利用的能量”转化效率就大大提高了。,传统经济模式有何弊端？如何解决？ 生态经济有什么优势？ 生态经济主要实行什么原则？ 实现循环经济最重要的手段是什么？,传统经济模式正在破坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然资本。 发展生态经济。,因为生态经济是一种可持续发展的经济。,生态经济主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化。 P108,生态工程,1.物质循环原理的理论基础： 109 物质能够在各类生态系统中，进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽，用之不竭。 2.意义： 避免环境污染,保持长久的可持续发展。 3.实例： 无废弃物农业（我国古代传统农业）,比较上图两个生态系统，哪个抵抗力稳定性要更高？为什么？,物种越丰富，群落结构越复杂，生态系统的自动调节能力越强，生态系统的抵抗力稳定性越高。 物种多样性原理 P110,纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而会导致了树林的毁坏。 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。例如，氮、磷等养分就能够在该区生物体间充分地循环利用而很少流出系统外。,讨论：为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性？ P110,资料分析：P110,物种多样性原理,珊瑚礁生物群落,物种多，营养结构（食物链、食物网）复杂的生态系统抵抗力稳定性高。,物种少，营养结构简单的生态系统抵抗力稳定性低。,（二）物种多样性原理 P110,1、理论基础生态系统具有一定抵抗力稳定性 2、意义：避免系统的结构与功能失衡。 3、举例： 正方：澳大利亚深海大堡礁生物多样性 反方：我国三北防护林种植树种单一而造成“绿色荒漠”,物种多，营养结构（食物链、食物网）复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。 生物多样性程度高，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件。营养关系越复杂，有限资源条件下就可以容纳更多的生物量。,草原生态系统放牧应该注意什么问题？ 西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不能超过草地的承载量要考虑环境的承载力，要适量放牧。 针对公共草地的过度放牧问题，可以实行草地承包，调动个人的管理积极性，减少过度放牧现象；另外，可以在有条件的地方，人工种植牧草，增加牧草产量。 -协调与平衡原理 P111,要注意生物与环境的协调与平衡,从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应该选择哪些类型的树种？ 西北建设防护林应注意选择：生长快、抗寒、抗旱、耐盐碱、抗风沙，对保持水土、涵养水源有重要作用的树木种类。,（三）协调与平衡原理 P111,1、理论基础：生物与环境的协调与平衡 需要考虑环境承载力某种环境所能养活的生物种群的最大数量。 2、意义：避免系统的结构与功能失衡。 3、举例：（违背协调与平衡原理） 太湖水华（水体富营养化问题） 西北灰色长城 过度放牧对草原的破坏 过度砍伐对森林植被的破坏造成水土流失洪涝灾害,2.意义：统一协调各种关系，才能保障生态系统的平衡与 稳定。 3.举例： 耕还林、还草、还湖等 措施，要协调好自然、社会 与经济关系，应用好整体性原 理。,（四）整体性原理 P112,1.理论基础社会、自然、经济复合系统 生态工程的建设，既要考虑自然生态系统的规律，还要考虑社会和经济等系统的影响力。,整体性原理 P112,农业生态工程中不能只顾经济效益而忽视农村自然生态效应，也不能一味地保护农村生态环境而不管不顾农民的生活质量提高。兴修水利工程时，不能仅考虑一时的效益，也不能只考虑生态环境的保护。,要应用整体性原理，统一协调当前与长远、局部与整体、开发与环境建设之间的关系，保障生态系统的平衡和稳定。,（五）系统学与工程学原理,1、系统的结构决定功能原理：,把很多单个生产项目优化组合，有机结合形成高效生态系统，提高系统的生产力。,分布式优于集中式和环式,意义： 改善和优化系统的结构、从而达到功能改善的效果。 举例：桑基鱼塘,把很多单一产业优化组合，有机结合形成高效生态系统，提高系统的生产力。,桑基鱼塘分布在我国南方的水乡，是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程。试分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。,能量的多级利用和物质的循环利用： 桑叶用于喂蚕，蚕可以生产蚕丝； 桑树的凋落物和蚕沙（粪）落到鱼塘中，作为鱼的饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可以促进鱼的生长； 甘蔗可以榨糖，糖渣用来喂猪，猪的排泄物也进入鱼塘； 鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经过微生物的分解，又可以作为桑和甘蔗的有机肥料。 桑基鱼塘巧妙地利用了很难利用的大片低湿地，发展了多种经营，为农民创造了多种收入的门路，完全符合“无废弃农业”的要求。,改善和优化系统的结构，从而达到功能改善的效果系统的结构决定功能原理 P112,物质循环再生原理 系统学和工程学原理 物种多样性原理,桑基鱼塘主要应用了哪些原理？,（五）系统学与工程学原理,2、系统整体性原理： 系统各成分之间要有适当的比例关系，从而完成物质、能量、信息等的转换和流通，实现总体大于各部之和。,固氮菌为豆科作物提供氮素，而豆科作物为其提供能量和其他营养，两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长；当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。,珊瑚藻类共生关系及其意义 共生藻类（虫黄藻）的光合作用产物可以直接转移到珊瑚虫的组织中，提供能量。,植物光合作用产生的O2可供动物呼吸需要 珊瑚虫代谢产物可以直接被藻类利用，补充植物的营养 物质 系统各组分之间进行着能量、物质、信息等的转换和流通，若能保持适当的比例关系，就能实现总体功能大于各部分之和的效果，即 “ 1 + 1 2 ”。 意义：改善和优化系统的结构、从而达到功能改善的效果,1.传统经济模式的缺点是什么？ 2.生态经济模式的优点是什么？ 3.解决经济发展与环境之间的根本原则是什么？ 4.实现循环经济的重要手段是什么？,消耗多，效益低、不能持续发展。,消耗少，效益高、能持续发展。,循环经济。,生态工程,5.前造林，后砍林现象，说明违背了什么原理？,整体性原理,6. 1+12符合哪种生态学原理？ 7.无废弃物农业和无废料生产体系符合哪种原理？ 8.超载放牧和生物数量超过环境承载力是违背了那种原理？ 9.污染物排放是违背了那种原理？ 10.营造人工马尾松林违背了哪种原理？,系统学和工程学原理,物质循环与再生原理,协调与平衡原理,物质循环与再生原理,物种多样性原理,11.珊瑚虫与藻类共生符合了哪种原理？,系统学和工程学原理 系统整体性原理,试分析下列事件可用何种生态工程原理来解释,1.畜牧养殖应注意牲畜量不超过草地承载量 2.使用堆肥和沤肥法实现生态农业 3.广东大量引种木麻黄作为行道树，一年一种叫吹绵介壳虫的害虫使木麻黄遭受严重破坏，后来从国外引进澳洲瓢虫，已持续发挥了控制害虫的作用。 4.针对过度放牧的草原，一方面要减少畜牧量，进行草地承包，有效管理。另一方面要设法增加农牧民的收入途径。,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,日光温室,猪禽舍,例题： 阅读以下资料和我国北方“四位一体”生态农业模式图，回答下列问题,此农业生态系统中起决定作用的是 . 使用沼气池里的残渣为什么可以提高蔬菜的产量 现在菜农遇到了阴雨连绵天气,为增加蔬菜的产量，你能提出合理化建议吗？ 为了生产无公害的蔬菜，可以还可使用哪些栽培技术？,农作物,沼气池里的残渣含有丰富的矿物质，能提高农作产量。,白天适当提高温度，夜晚适当降低温度,可以利用组织培养技术或无土栽培技术。,“四位一体”生态工程的优点： 温室的增温效应使猪、禽和蔬菜在冬天也能正常生长； 温室内的植物吸收二氧化碳，同时为动物提供氧气； 动物的粪尿、生活垃圾及蔬菜废弃物投入沼气池产气； 沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料； 清洁新能源的开发与利用。,（1）分析说明鱼和蛙在该生态系统中物质和能量流动中的积极作用是什么？ （2）分析说明稻一鱼一蛙共生生态系统的生态优势。,鱼、蛙是消费者，加速生态系统的物质循环,在原有食物链中引入新的环节(将人们不能直接利用的有机物转化为可以直接利用的农副产品)有利于实现对物质和能量的多级利用，并减轻了环境污染,上述两个生态系统中各种生物所需的有机物都依赖于_ 生命活动所需的能量追根到底都来自_。 （4）甲和乙相比，抵抗力稳定性较强的是_， 原因是_ （5）从能量流动的角度看，建立甲生态系统的目的是_。 （6）为了使稻获得高产，稻田乙需要经常使用农药，而甲则不需要，原因是_。 （7）一般地说，农田生态系统的 稳定性较低，废弃农田上会发生群落演替，该演替的类型是 。,太阳光能,甲,生物种类较多，营养结构复杂，自动调节能力较大,调整能量流动的关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分,引入害虫天敌蛙，有效控制了害虫数量,抵抗力,次生演替,归纳：生态工程的,基本原理 物质循环再生 物种多样性 协调与平衡 整体性 系统学和工程学 系统的结构决定功能 系统整体性 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。 特点 少消耗，多效益，可持续发展,.,.,.,.,练习： 1、要实现人与自然的和谐发展，下列措施最合理的是 A通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源 B使用化学农药防治病虫害，保证粮食稳产 C发展生态农业，实现物质和能量的多级利用 D大力开垦湿地，扩大粮食种植面积,C,练习题： 2、为什么大量使用化学农药防治病虫害不符合可持续发展的原则？怎样防止害虫符合可持续发展的原则？ 3、生产者在生态系统中的作用是 和 。 4、普通市民应如何参与垃圾资源化、无害化的行动？,污染环境 使害虫产生抗药性 生物防治符合可持续发展的原则,将生活垃圾分类处理,同时把光能转变成化学能，并储存在有机物中。,将无机物转变成有机物,5、沼气工程使农村的整个生产过程进入了 的良性循环过程。 6、万泉河被排入居民生活污水后，水体逐渐变绿、发臭，从生物因素分析，湖水变绿的原因是 ，发臭的原因是 。,废物资源化,藻类大量繁殖,微生物分解有机物,7、农田施用的无机氮多于生物固定的氮素符合可持续发展的原则 8、农田从收获中输出地氮元素多于人工补充的氮元素符合可持续发展的原则 9、生态经济所遵循的主要原则和实现的重要手段之一分别是什么？,N,Y,循环经济和生态工程,10.某些地区出现“前面造林，后面砍林”的现象，是因为发展中哪一原理失调造成的 A协调与平衡原理 B整体性原理 C系统结构决定功能原理 D系统整体性原理,B,11“1+12”是生态工程基本原理中的哪一个 A物种多样性原理 B整体性原理 C协调与平衡原理 D系统学与工程学原理,D,12下列结构示意图能体现系统学和工程学原理的是,D,13下列有关物种多样性的叙述错误的是 A物种繁多使复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性 B生物多样性程度高，各类生物的生存机会越多 C生物种类越繁多，引起病虫害的几率越大 D生物种类繁多，可以在有限的资源条件下，提高系 统的生产力,C,14下列哪项叙述完全符合生态经济 建立“原料一产品一原料一产品”的无废料生产体系 在资源不增加甚至减少的条件下实现经济增长 在经济产出不变甚至增加的条件下，向环境排放的废弃物大大减少 先生产后治理，提高经济效益 A B C D,B,15我国西北土地沙化和盐渍化非常严重，原因有多种，其中一个主要原因是超载放牧导致草地退化。试分析上述事实主要违背了生态工程的什么