高中生物 专题五第一节 生态工程的基本原理课件1 新人教版选修3.ppt

专题5生态工程 五十年代淘米洗菜六十年代洗衣灌溉七十年代水质变坏八十年代鱼虾绝代九十年代拉稀生颤弍一世纪咱们咋办 干裂的土地 赤红的荒山 意味着不断恶化的 幼苗的上方是蔚蓝的地球 地球似乎化作一滴甘露 滋润着大地 幼苗又可寓意为工程 虽然柔弱 却顽强地支撑着地球 地球和幼苗组合和谐 象征着希望 你觉得本专题题图有什么寓意 生态环境 生态 人类应用生态学和系统学的基本原理和方法 通过系统设计 调控和技术组装 对已被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的和谐发展 一 生态工程的概念 理论基础 生态学和系统学 技术手段 通过系统设计 调控和技术组装 操作过程 对已被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 最终目的 促进人类社会和自然环境的和谐发展 阅读p106科技探索之路生态工程的兴起 思考 从以往的历史看 经济发展和环境污染有什么关系 他们之间的矛盾是否就是不可调和的呢 可持续发展 的内涵 sustainabledevelopment 经济发展不仅要满足当代人的需要 还要不危害后代人发展能力 即经济和环境协调发展 二 生态工程建设 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 与传统的工程相比 生态工程是一类的工程体系 环境污染 物质循环 经济效益 生态效益 2 特点 1 目的 少消耗 多效益 可持续 三 关注生态工程的建设 传统经济模式带来的问题探讨 资料1 1998年长江洪水泛滥 图片资料 数据资料 问题探讨 资料2 石油农业 对我国的影响 图片资料 问题探讨 1 导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么 根本原因 长江上游乱砍滥伐森林 水源涵养和水土保持功能急剧降低 造成大量泥沙淤积河道 中游围湖造田 乱占河道 造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少 直接原因 1998年的罕见降雨 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 资料分析1 2 洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题 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 经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价 3 可以采取什么措施解决长江洪水泛滥的问题 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 传统经济模式带来的问题探讨 石油农业 对我国的影响 资料分析2 1 你对 石油农业 是如何理解的 石油农业 是指大量使用化肥 农药和机械的生产方式 因对石油等能源有高度的依赖性而得名 理解 a它把农业生产这一复杂的生物过程 变成了简单的机械过程和化学过程 b优点 由于其投入高 产出也高 对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用 c缺点 它所产生的废弃物和有害物质的数量很庞大 大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力 并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题 2 农业生产活动对人体健康以及环境造成危害的实例 世界上影响较大的有蓝婴病 1973年 美国内布拉斯加州首次出现幼儿高铁血红蛋白症 蓝婴病 其原因是饮用水中硝酸盐含量超过10mg l 这时过多的硝酸盐会与红细胞中的血色素结合 形成高铁血红蛋白 高铁血红蛋白不能为细胞和组织运输足够的氧 患儿的临床症状是在口 手或脚等部位出现时断时续的蓝色或淡紫色 呼吸困难 腹泻 呕吐 抽搐 严重的会失去知觉 甚至死亡 硝酸盐来源于点源污染 如下水道 畜禽养殖场等 或非点源污染 如对农田 公园 草地施肥 对环境造成危害的污染物 采用一定的措施和技术 就能够进行回收和循环利用 这样不但能够减少环境污染 而且提高了资源的利用效率 减少了资源的浪费 因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源 3 如何理解 污染物是放错地方的资源 这句话 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 实施的具体措施包括 可以根据田间作物的需要适量施用高效 低毒 低残留的农药 多施有机肥 提高作物对水 肥等资源的利用效率 对作物秸秆和畜禽粪便进行再利用 实现物质的多级利用 等等 一方面要不断提高土地的产出水平 另一方面要减少农业活动对环境的污染 促进社会的可持续发展 4 石油农业的生产模式应当怎样改进 传统经济发展模式 石油农业 大量使用化肥 农药 机械的农业生产方式传统经济发展模式弊端 不注重生态环境的保护 没有考虑成本 经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价 传统的经济发展 总结 传统经济模式 石油农业 的生产模式 生态经济模式 主要是通过实行 循环经济 原则 使一个系统产生出的污染物 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 而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程 1 概念 四 生态经济 模式 实现原料 产品 原料 产品的生产体系 实现废物的资源化实现生态经济的最重要手段之一 生态工程生态经济的实质 能够满足我们的需求而又不会危及子孙后代满足其需要 2 生态经济 试比较传统经济与生态经济的不同 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 生态经济实现了原料 产品 原料 产品的生产体系 实现了废弃物资源化的循环经济 工程学 生态学 工程学 大量使用化肥 农药 机械等 实现了废弃物的资源化 人为调控 人为辅助下的自我调节 破坏环境 协调 得到保护 减少 五 生态工程的基本原理 1 物质循环再生原理2 物种多样性原理3 协调与平衡原理4 整体性原理5 系统学和工程学原理 生态工程是人类学习自然生态系统 智慧 的结晶 是生态学 工程学 系统学 经济学等学科交叉而产生的新兴学科 1 物质循环再生原理 理论基础是 必修课中学习过的生态系统的物质循环原理具体内容 物质能够在各类生态系统中 进行区域小循环和全球物质大循环 循环往复 分层分级利用 从而达到取之不尽 用之不竭的效果 意义 避免环境污染及其对生态系统的稳定和发展的影响 是我国古代传统农业的辉煌成就之一 也是生态工程最早和最生动的一种模式 实例 无废弃物农业 1 种植能够固氮的豆科作物 2 堆肥和沤肥 改善土壤结构 4 实现了土壤养分如氮 磷 钾及微量元素的循环利用 3 培育了土壤微生物 堆肥和沤肥都是利用植物残落物 如秸杆 树叶 杂草 植物性垃圾以及其他废物为主要原料 加进人粪尿或牲畜粪尿进行堆积和沤制而成 堆肥的堆制要为微生物创造好氧分解的条件 发酵温度较高 沤肥多在水下沤制 以厌氧分解为主 发酵温度低 1 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 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 资料分析 为什么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 资料分析 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 2 从上面正面和反面的实例 你能得出怎样的结论 你认为生物多样性的破坏有人为因素吗 资料分析讨论 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 生物多样性的破坏有人为因素 而且往往作用巨大 2 物种多样性原理 理论基础 生态系统的稳定性 原理具体内容 物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性 即生态系统抵抗外界干扰使自身结构功能维持原状的能力 生态系统的成分越单纯 营养结构越简单 自动调节能力就越小 抵抗力就越低 反之 抵抗力就越高 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 众多的生物通过食物链关系相互依存 就可以在有限的资源条件下 产生或容纳更多的生物量 提高系统生产力 实例 三北 的防护林建设中的单纯林问题 珊瑚礁生态系统的生物多样性问题 抵抗力很强 抵抗力较弱 意义 避免系统结构或功能的失衡 应用 物种多样性原理要求我们在生态工程设计和建设时物种多样性程度高 生态系统稳定性高 以保持生态平衡 资料分析讨论 水葫芦泛滥对生态系统造成影响 需要考虑 生物与环境的协调关系 3 协调与平衡原理 理论基础 生物与环境的协调与平衡 原理具体内容 要处理好生物与环境的协调与平衡 需要考虑环境承载力 环境承载力 又称环境容纳量 是指某种环境所能养活的生物种群的数量 意义 避免生态系统的失衡和破坏 实例 太湖富营养化问题 西北一些地区的防护林问题 抗寒 耐旱 适应性强的沙棘 耐盐碱力较强的沙枣等植物 畜牧养殖应该注意 牲畜量不超过草地承载量 讨论 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 应选择哪些特征的树种 如果在该地区发展畜牧养殖业 你认为应该注意什么问题 4 整体性原理 理论基础 指社会 经济 自然复合系统 原理具体内容 进行生态工程建设时 不但要考虑到自然生态系统的规律 还需要考虑经济和社会系统的影响力 三者结合才能在生态工程设计和建设中取得成果 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 开发与环境建设之间的关系 保障生态系统的平衡和稳定 实例 林业工程建设中的问题 一方面号召农民种树 另一方面要考虑农民的生活问题 此外社会习惯 法律制度等也都对生态工程建设有重要影响 5 系统学和工程学原理 1 系统的结构决定功能原理 原理具体内容 生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构 通过改变和优化结构 达到改善系统功能的目的 分布式优于集中式和环式 桑基鱼塘分布在我国长江三角洲 珠江三角洲一带的水乡 是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程 思考与探究3 意义及运用 通过改善和优化生态系统的结构来改善系统功能 实例 桑基鱼塘模式 思考与探究3 3 桑基鱼塘分布在我国长江三角洲 珠江三角洲一带的水乡 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 桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的 能量的流动包含在物质的循环利用过程中 随着食物链的延伸逐级递减 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 桑基鱼塘系统物质 能量流动示意图下图 图 桑基鱼塘系统物质循环和能量流动示意图 2 系统整体性原理 你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗 原理具体内容 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 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 即 1 1 2 珊瑚礁 白化 豆科作物和固氮菌的共生 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 感谢您的关注 注意 进行生态工程的实施设计时 首先应分析当地的生态现状 明确要实现什么目的 解决什么问题 从而确定遵循什么生态工程的原理 运用系统思维 设计出符合可持续发展要求的方案 一 生态工程和生态经济1 生态工程是指人类应用和等学科的基本原理和方法 通过 和 对已被破坏的生态环境进行 对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行 并提高生态系统的生产力 从而促进人类社会和自然环境的和谐发展 生态学 系统学 系统设计 调控 技术组装 修复 重建 改善 2 生态经济是通过实行 的原则 使一个系统产出的 能够成为本系统或者另一个系统的 从而实现废弃物的资源化 而实现循环经济的手段之一就是 二 生态工程所遵循的基本原理 1 物质循环再生原理 物质在生态系统中利用 如无废弃物农业 2 物种多样性原理 的生态系统具有较高的抵抗力稳定性 生产原料 循环经济 生态工程 污染物 循环往复 分层分级 物种繁多而复杂 3 协调与平衡原理 生物与环境的协调与平衡 需要考虑 4 整体性原理 人类处于社会 经济 自然复合而成的巨大系统中 进行生态工程建设时 不但要考虑的规律 还要考虑到等系统的影响力 5 原理 包括系统的结构决定功能原理和系统整体性原理 环境承载力 自然生 态系统 系统学和工程学 经济和社会 物质 能量 三 生态工程的实例及发展前景1 生态工程的实例 水土流失 整体性 协调 与平衡 土壤沙漠化 湿地缩小 湿地恢复 缓冲带 退耕还林还草 防沙治沙 防护 人工制造表土 植被恢复 合理规划和布局 废弃物资源化 2 生态工程发展的前景 1 生物圈2号 生态工程实验的启示 使我们认识到的重要性 深化了我们对的认识 2 发展前景 我们需要走有中国特色的道路 即不但要重视的保护 更要注重与的结合 与自然和谐共处 自然规律 对生态环境 经济 社会效益 1 阅读教材p107 113试探讨下列问题 1 试分析如下实例的生态工程原理 单一人工林比天然混合林稳定性低 易爆发虫害 草原确定合理载畜量 不能过度放牧 引种考虑适应环境 林业生态工程建设 既考虑种树又考虑生活问题 提示 物种多样性原理 平衡原理 协调原理 系统整体性原理 整体性原理 2 试比较整体性原理和系统整体性原理的不同 提示 整体性原理指社会 经济 自然三方面协调统一 保障整个系统的稳定与平衡 例如林业建设中自然系统 社会系统与经济系统的关系问题 即种树的同时考虑经济收入 粮食 燃料等问题 系统整体性原理指整体大于部分之和 即1 1 2 目的是保持系统有很高的生产力 具体是指互利共生的生物体现系统整体性原理 如藻类和珊瑚虫 大豆和根瘤菌 地衣植物中藻类和真菌等 3 试比较传统经济与生态经济的不同 提示 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 生态经济实现了原料 产品 原料 产品的生产体系 实现了废弃物资源化的循环经济 2 分析教材p116 123生态工程实例 试探讨下列问题 1 建设生态工程的基本过程是什么 提示 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 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 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 技术设计 通过改变食物链的方法 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 2 生态工程建设的目的和特点分别是什么 提示 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 生态工程的特点 a 少消耗 b 多效益 c 可持续 南京古泉生态农场是生态农业的典范 该农场将养猪 养鱼 沼气工程 养鸭 种植农作物 养蘑菇 种桑养蚕 种植果树等多个生产过程合理地有机结合起来 成为一种高效良性的循环 生态效益达到了良性发展 请就此生态农场的特点 完成下列问题 1 该生态农场充分体现了生态工程基本原理中的 和 原理 2 该系统工程的核心之一是沼气池 沼气的制作如右图所示 在图中标出箭头 表示生产过程中的物质循环 如果将 无机物 农田 这一环节去掉 对生态农业系统有何影响 3 在该生态农场中存在如下图所示的物质循环过程 据图分析不符合生态工程原理的叙述是 a 物质经过多级利用 实现了良性循环b 每一级生产环节都获得产品 提高了生态经济效益c 由于食物链延长 能量逐级损耗 系统总能量利用率降低d 由于各级产物都可以利用 减少了废物和污染 4 据生态工程中的物种多样性这一原理 有人认为生态农业建设中 应使食物链和营养级越长越多越好 请你结合所学有关生态工程原理 分析该结论是否正确 为什么 解析 1 生态工程中的生态农业是建立在物质循环再生 物种多样性和整体性等原理基础上的 在实现经济效益的同时 也取得了良好的生态效益和社会效益 2 物质循环的特点是循环往复 分层分级利用 从而达到取之不尽 用之不竭 即物质循环再生原理 如果把 无机物 农田 这一环节去掉 势必会造成物质循环受到破坏 土壤无机物得不到及时补充 土壤肥力会下降 3 能量沿着食物链流动时 传递效率大约为10 20 因此最高营养级获得的总能量最低 但系统的总能量包括各生产环节上输出的产品能量 显然这个系统总能量利用率与单种作物的系统总能量利用率相比大大增加 4 从能量流动逐级递减的特点分析 食物链不能无限延长 一般不会超过5级 答案 1 物质循环再生原理物种多样性原理整体性 2 如右图所