生态工程的基本原理

当人类第一次离开地球，在太空遥望自己的家乡时，人们这才惊讶地发现，在目前已知的宇宙星体中，唯有我们人类的家园地球，才是一颗蔚蓝色的星球。,地球，孕育了人类的生命！,20世纪末世界人口突破了60亿，随着现代农业生产的发展，人类活动遍布地球的每个角落，地球上已经难以找到一个没有受到人类影响的地方，原始的生态系统几乎丧失，全球生态环境危机不断激化。,一、全球气候变化,当前全球性生态环境问题凸显,二、水资源短缺,三、臭氧层破坏,四、酸雨,五、土地荒漠化,六、海洋污染,七、生物多样性锐减,知识链接,厄尔尼诺现象厄尔尼诺现象是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。当这种现象发生时，海水水位上涨，水温升高，导致太平洋沿岸地区出现干旱及洪涝等自然灾害，甚至造成全球气候反常。,温室效应,温室效应CO2等温室气体的大量排放，引起全球气候变暖，导致极地的冰雪和高山冰川融化，海平面上升等。,水资源短缺地球表面的70%被水覆盖，但淡水资源仅占所有水资源的2.5%，可为人类直接利用的淡水只占所有淡水资源的1%。随着工业污染和生活污水的排放，水资源的短缺已经成为摆放在人类面前的刻不容缓的问题。,黄河断流,臭氧层破坏氟利昂等物质的大量排放，引起臭氧层破坏，导致地球上的紫外线辐射增强，人类的皮肤癌和白内障患病率上升，植物的光合作用受到抑制等。,酸雨酸雨是指PH值小于5.6的酸性降雨。酸雨对环境有多方面的危害：使水域和土壤酸化，损害农作物和林木的生长，危害渔业生产；酸雨还腐蚀建筑物、工厂设备和文化古迹，同时也危害人类健康。,土地荒漠化土地荒漠化简单地说就是指土地退化，也叫“沙漠化”。荒漠化的主要影响是土地生产力的下降和随之而来的农牧业减产，相应带来巨大的经济损失和一系列社会恶果，如沙尘暴等。,海洋污染各种污染物通过河流和空气进入海洋，以及海洋运输时的石油泄露和倾倒等造成海洋污染。,生物多样性锐减由于环境污染,人们对资源不合理的开发利用,破坏了生物生存的环境,导致许多生物濒临灭绝。,地球母亲需要我们的细心呵护！,第五章 生态工程,本专题题图寓意?,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。,生态环境,生态,是指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。,生 态 工 程,生态工程概念突破,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,第一节 生态工程的基本原理,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。,少消耗、多效益、可持续的工程体系。,生态工程的优点：,一、关注生态工程建设,分析传统经济模式带来哪些问题？,（一）关注生态工程建设,资料分析一,98洪水,（一）关注生态工程建设,1.导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？,2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？,讨论:,资料分析一：,1.导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？,根本原因(1)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；(2)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。,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。 在进行生态工程建设时，要考虑到怎样解决农村的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。,解决长江洪水泛滥的措施：,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。,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。,资料分析二：,石油农业时代下的 “肥慌 ”,化肥价格持续走高,资料二,1.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，因对石油等能源有高度的依赖性而得名。,2、石油农业的优势：,高产、高效、省时、省力；提高农业生产效率和农产品产量，解决粮食需求的矛盾。,3、石油农业的弊端：,高投入、高成本、高污染,4.石油农业的生产模式应当怎样改进？,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。,你能举出一些农业生产活动对人体健康以及环境造成危害的实例吗？,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10 mg/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、草地等的施肥。,P108资料分析2问题讨论,如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？,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。例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。,P108资料分析2问题讨论,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。,传统经济模式：,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，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。,生态经济：,二、生态工程所遵循的基本原理,1、物质循环再生原理,2、物种多样性原理,3、协调与平衡的原理,4、整体性原理,5、系统学和工程学原理,不产生废弃物，没有环境污染， 生态系统稳定发展。,1.物质循环再生原理,理论基础：,物质循环,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、用之不竭的效果。,含义：,特点：,我国古代传统农业的辉煌成就之一，是生态工程最早和最生动的一种模式。,无废弃物农业,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。,2.物种多样性原理,物种越丰富，生态系统的抵抗力稳定性越高。,理论基础：,生态系统的稳定性。,实质：,资料分析：,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？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？,2、物种多样性原理,单一的樟子松林被松毛虫害死,食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌。,理论基础：生态系统的稳定性,生物多样性很高的珊瑚礁维持的很好,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。,P110资料分析问题讨论提示,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？,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。,3、协调与平衡原理,超出环境承载力环境容纳量,西北地区年降雨量450nm，只适宜种植灌木和草的地区，却被硬性规定种植属于乔木的杨树，“杨家将”因为不适应长成了“小老头“防护林变成了残败的”灰色长城“,提示：抗寒、耐旱，适应性强的沙棘，耐盐碱力较强的沙枣等植物。,P111资料分析问题讨论 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？,西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不能超过草地的承载量。,在有条件的地方，人工种植牧草，增加牧草产量。,针对公共草地的过度放牧问题，应该实行草地承包，调动个人的管理积极性，减少过度放牧现象；,提示：,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。,4、整体性原理,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,5、系统学和工程学原理,系统的结构决定功能原理 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。系统整体性原理 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+12”。,系统结构决定功能原理,若把系统的结构比作计算机网络，分析三种计算机网络结构示意图：,工作的可靠性哪个高？,系统结构决定功能原理,5、系统学和工程学原理,系统结构决定功能原理,高效生态系统,系统各组分之间要在适当的比例关系，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+12”。,理论基础：整体功能大于部分之和,系统整体性原理,例如：珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，得益于珊瑚虫和藻类组成的高效的植物动物营养循环。,固氮菌为豆科作物提供氮素，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。,豆科作物和固氮菌的共生,生态工程之沼气工程,生态工程之沼气工程,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,1.人类设计生态工程的根本目标是 A促进自然界良性循环的前提下，达到生态效益与经济效益的同步发展 B促进自然界良性循环的前提下，防治环境污染，提高经济效益 C防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展 D促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展,随堂演义,2.（多选）生态工程体系的特点是A少消耗B多效益 C可持续D多投资,3.实现循环经济的最重要的手段之一是 A大力发展“石油农业” B生态工程 C清除污染物 D禁止产出污染物,5单一的人工林比天然混合林的稳定性低，容易遭受害虫危害，这体现了生态工程的什么原理（）A物质循环再生原理B协调与平衡原理C物种多样性原理D系统整理性原理,4实现循环经济的最重要的手段之一是（ ）A大力发展“石油农业”B生态工程C清除污染物D禁止产出污染物,课堂练习,B,C,C,A,8.人类设计生态工程的根本目标是（ ）A促进自然界良性循环的前提下，达到生态效益与经济效益的同步发展B促进自然界良性循环的前提下，防治环境污染，提高经济效益C防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展D促进自然界良性循环