生态工程的基本原理zyh

生态工程第1页，共89页。生态工程第2页，共89页。生态工程第3页，共89页。生态工程第4页，共89页。生态工程第5页，共89页。生态工程第6页，共89页。生态工程第7页，共89页。生态工程第8页，共89页。生态工程第9页，共89页。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。生态环境生态第10页，共89页。专题5生态工程生态工程的基本原理第11页，共89页。

生态工程的兴起“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。第12页，共89页。第13页，共89页。科技探索之路归纳1经济的不当发展对环境的破坏2解决经济发展与环境问题的根本原则是循环经济3实现循环经济的重要手段之一是生态工程第14页，共89页。美国生态学家H.T.奥德姆于1962年首先提出“生态工程”概念：“Abranchofengineeringandfieldofscienceinwhichsolutionstosociety’senvironmentalproblemswouldbegroundedinthetechnologyavailablefromnaturalsystemssothatthehumanengineeringrequiredwouldbesupplementaryratherthanprimary(overhead).”即以从自然系统获得的技术为基础，解决人类社会环境问题的一门工程分支科学，它所需的人类工程技术仅仅起辅助作用，而不是起主要作用；或“人类应用主要来自自然的能源作为辅助能对环境的控制”；或“对自然的管理就是生态工程，更好的措施是与自然结成伙伴关系”。第15页，共89页。H.T.奥德姆的学生米奇（）继承其思想，于1989年编了世界上第一本生态工程专著（EcologicalEngineering:AnIntroductiontoEcotechnology），并于1992年主编创办了《生态工程》杂志。他对生态工程的定义是：Ecologicalengineeringhasbeendefinedasthedesignofecosystemsforthemutualbenefitofhumansandnature.即生态工程是为了人类和自然的相互利益而进行的一种生态系统设计。第16页，共89页。我国著名生态学家马世骏先生1979年首先倡导生态工程。他对生态工程下的定义是：生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生的原理、结合系统工程的最优化方法，设计的分层多级利用物质的生产工艺系统。生态工程的目标就是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥物质的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益与生态效益同步发展。它可以是纵向的层次结构，也可以发展为由几个纵向工艺链索横连而成的网状工程系统。第17页，共89页。生态工程的概念：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。注意：1.学科知识：

；2.技术手段：

；3.操作过程:4.最终目的：

。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第18页，共89页。生态学是研究生物体与其周围环境（包括非生物环境和生物环境）相互关系的科学。系统学是研究系统结构与功能(包括演化、协同和控制)一般规律的科学。

系统学的研究对象是各类系统。

系统学的任务从根本上来说是两个方面，一个是对系统规律的认识，另一个是在认识系统规律的基础上如何控制系统。第19页，共89页。5.1

生态工程的基本原理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。生态工程建设的目的第20页，共89页。（一）关注生态工程建设资料分析一：

1998年长江洪水第21页，共89页。第22页，共89页。●悬河

河床高出两岸地面的河，又称“地上河”。流域来沙量很大的河流，在河谷开阔，比降平缓的中、下游，泥沙大量堆积，河床不断抬高，水位相应上升。为了防止水害，两岸大堤随之不断加高，年长日久，河床高出两岸地面，成为“悬河”。中国第一悬河：黄河每年输入下游的泥沙达16亿吨.如果把这些泥沙筑成高宽各一米的长堤,其长度是地球与月球距离的3倍,可绕赤道27圈.黄河每年带走的氮,磷,钾肥约4000万吨,相当于全国每公顷耕地被冲走375千克肥料.所以,一位外国朋友惊讶地说:黄河流走的不是泥沙,而是中华民族的血液;不是微血管出血,而是主动脉破裂.

“悬河”是柄高悬剑从公元前602年到公元1938年的2500多年间,黄河决口1590次,大的迁徙改道26次,平均三年有两次决口,百年有一次大改道.每次灾难都夺去千万人的生命,流离失所者不计其数.1938年黄河改道,滚滚黄水汹涌南下,冲进淮河,淹没了豫东,皖北,苏北的大片土地,受灾人口1250万,死亡89万,使得黄淮平原的千里沃野变成了一片凄惨,荒凉的黄泛区第23页，共89页。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。第24页，共89页。解决长江洪水泛滥的措施有：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（尤其是湖区或山区的迁出人员）的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。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。第25页，共89页。资料分析二：第26页，共89页。第27页，共89页。资料分析二：第28页，共89页。“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。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。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，但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，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。1.你对“石油农业”是如何理解的？资料分析二：第29页，共89页。如化肥大量进入江湖中造成水体富营养化，影响鱼类生存。农药在杀病菌害虫的同时，也增加了病虫的抗性，杀死了有益生物及一些中性生物，结果引起病虫再猖獗，使农药用量愈来愈大，施用的次数愈来愈多，进入恶性循环。化肥农药的大量施用，在大幅度提高农产品产量的同时，不可避免地对农产品造成污染，给人类生存和生活留下陷患。目前人类疾病的大幅度增加，尤以各类癌症的大幅度上升，无不与化肥农药的污染密切相关。除日常生活中能够发现的实例外，农业活动对环境和人类健康造成危害的实例中，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、草地等的施肥。

2.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？"点源污染"是指有固定排放点的污染源，指工业废水及城市生活污水，由排放口集中汇入江河湖泊。如企业第30页，共89页。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。3.如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？第31页，共89页。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？第32页，共89页。第33页，共89页。5.1

生态工程的基本原理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，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。关于生态经济第34页，共89页。（二）生态工程所遵循的基本原理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

原理含义是指：生态系统中,生物借助能量的不停流动,一方面不断地从自然界摄取物质并合成新的物质,另一方面又随时分解为原来的简单物质,即所谓“再生”,重新被系统中的生产者植物所吸收利用,进行着不停顿的物质循环。第35页，共89页。无废弃物农业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。第36页，共89页。实例：我国古代“无废弃物农业

第37页，共89页。理论基础：抵抗力稳定性（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。

物种多，复杂,生态系统抵抗力稳定性高抵抗力很强抵抗力较弱2、物种多样性原理第38页，共89页。珊瑚礁之旅第39页，共89页。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。资料分析讨论：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？第40页，共89页。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。第41页，共89页。生物多样性面临威胁的原因：

生存环境的改变和破坏主要原因

掠夺式的开发利用环境污染

外来物种入侵或引种到缺少天敌的地区人为因素第42页，共89页。生存环境的改变和破坏第43页，共89页。采伐荒漠化的西部第44页，共89页。人类掠夺性狩猎被猎杀的藏羚羊尸体第45页，共89页。第46页，共89页。狩猎捕杀的大鲸鲨结网捕鸟第47页，共89页。环境污染第48页，共89页。污染第49页，共89页。第50页，共89页。生物入侵潜水进入展箱中捞捕食人鲳第51页，共89页。物种多样性原理:要求我们在生态工程设计和建设是物种多样性程度高，生态系统稳定性高,以保持生态平衡第52页，共89页。理论基础──与必修课中的种间关系、环境容纳量等内容有联系环境容纳量:环境所能负担的种群的最高密度是，环境的负载能力。协调-------主要是生物与环境的协调(强调生物要和环境相适应)平衡------是种群数量与环境的负载能力要平衡3、协调与平衡原理第53页，共89页。第54页，共89页。资料分析：1、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？第55页，共89页。几种西北地区特别适宜树种的介绍

（1）沙棘，俗称“酸柳”、“酸刺”、“黑刺”，属于胡颓子科，为落叶乔木或灌木。植株表面具有棘刺，叶呈条形或条状被针形，两端趋尖，背面密被淡白色鳞片，叶柄极短。沙棘花先于枝叶开放，雌雄异株；果实为肉质花被筒包围，近于球形，直径5～10mm。沙棘喜阳，粗壮的枝干抗风沙。沙棘叶、皮、果实及种子在医药上有着广泛的应用价值。沙棘的嫩枝、嫩叶是牛、羊的精饲料，被誉为“铁杆牧草”。沙棘果维生素含量极高，营养保健价值高，有利于增加种植者的收入。沙棘是半干旱黄土高原迅速绿化荒山、保持水土、调节生态平衡和促进农林牧业发展的良好树种。内蒙古鄂尔多斯等地区，实施沙棘生态工程，大面积种植沙棘，有效地控制了沟道水土流失，每年可减少流入黄河泥沙2100万吨。第56页，共89页。（2）山杏，主要指西伯利亚杏，它抗寒、耐旱，适应性强，是我国北方最普遍的果树之一，是绿化荒山、水土保持、防治风沙的先锋树种。山杏果仁营养丰富，含有大量维生素、微量元素和人体必需的氨基酸，是加工饮料的优质原料。第57页，共89页。（3）刺槐，属落叶乔木，适应性强，在年降水量200mm左右、年平均气温不低于3℃的地区都能生长。它不仅生长快，且耐盐碱，有涵养水源和保持水土的作用。刺槐泌蜜丰富，蜜质优良，是主要蜜源植物之一。刺槐不仅可改善生态环境，还可用于发展畜牧业。第58页，共89页。（4）锦鸡儿（又称拧条），豆科，多年生落叶灌木，根系发达，具根瘤，高1.5～3m；耐干旱和寒冷，喜生沙地或半固定的沙丘上，不怕沙压和风蚀。此种植物广泛分布于我国东北、内蒙古、河北、山西、陕西、宁夏等地，可用于防风固沙，保持水土。枝条可用于编筐，其枝叶是牛、羊等冬春季节主要的饲料之一。第59页，共89页。（5）杜梨，蔷薇科梨属落叶乔木，可高达10m，原产于我国华北、西北及东北南部。耐寒，耐干旱、瘠薄，能在含盐量0.5%（质量分数）的土壤中正常生长，且耐涝性也较强。第60页，共89页。（6）沙枣，胡颓子科胡颓子属，落叶小乔木。分布于华北及西北等地，耐盐碱力较强。第61页，共89页。（7）合欢，豆科合欢属，落叶乔木，可高达20m。分布于华北、西北及黄河以南等地区。耐盐碱力较强，但不耐水涝。第62页，共89页。（8）臭椿，苦木科臭椿属，落叶乔木，可高达25m。原产于华南、华北、西北各地。抗性强，生长快，耐盐碱力强。臭椿树干通直高大，树冠圆整如半球状，颇为壮观。叶大荫浓，秋季红果满树，虽叶及开花时有微臭但并不严重，故仍是一种很好的观赏树和庭荫树。第63页，共89页。西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不能超过草地的承载量。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；另外，可以在有条件的地方，人工种植牧草，增加牧草产量。第64页，共89页。协调与平衡原理要求我们在生态工程设计和建设时要考虑:生物要和环境相适应,种群数量与环境的负载能力要平衡第65页，共89页。4、整体性原理整体指社会-经济-自然复合成的巨大系统第66页，共89页。整体性原理的理论:是指我们在生态工程设计和建设时要考虑自然生态系统的规律还需要考虑经济和社会系统的影响．三者结合才能在生态工程设计和建设中取得成果第67页，共89页。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第68页，共89页。第69页，共89页。5、系统学和工程学原理（1）系统的结构决定功能原理运用：改善和优化生态系统的结构例：桑基鱼塘模式第70页，共89页。第71页，共89页。（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？豆科作物和固氮菌的共生就是一例。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。第72页，共89页。第73页，共89页。思考与探究：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。第74页，共89页。桑基鱼塘系统物质、能量流动示意图第75页，共89页。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。第76页，共89页。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系统学和工程学原理（1）系统的结构决定功能原理（2）系统整体性原理小结：生态工程的原理第77页，共89页。项目理论基础意义实例物质循环再生原理物质循环可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响无废弃物农业物种多样性原理生态系统的稳定性生物多样性程度提高系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力“三北”防护林建设中的问题、珊瑚礁生态系统的生物多样性问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡生物数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题、过度放牧等第78页，共89页。整体性原理社会、经济、自然构成复合系统统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理分布式结构优于集中式和环式结构改变和优化系统的结构以改善系统功能桑基鱼塘系统整体性原理整体大于部分保持系统很高的生产力珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系第79页，共89页。第80页，共89页。沼气池的建设和使用第81页，共89页。例1：“1+1>2”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、系统学和工程学原理D第82页，共89页。例2：如图是某地农民以沼气为纽带建立的农业生态系统。（1）该生态工程主要运用了哪些基本原理？（2）通过实践证明，这种生态系统较为理想，不仅有很好的生态效益，而且也为农民增加了经济效益，其原因是充分利用了

中的能量。建立这种生态系统的目的就是

。（3）动物粪便中的臭味主要来自氨，在沼气迟中经

作用，可以形成

被植物吸收利用。

物质循环再生原理、整体性原理各营养级使能量流向对人类最有益的部分硝化细菌的化能合成硝酸盐或亚硝酸盐第83页，共89页。2．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1．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．禁止产出污染物练一练第84页，共89页。3．城市生活垃圾要做到分类、回收、利用，实现废物资源化利用。与该做法关系最密切的生态工程原理是（）

A．物种多样性原理B．整体性原理

C．物质循环再生原理D．系统学原理练一练4．协调与平衡原理主要指（）

A．生物与环境的适应及环境对生物的承载力

B．系统各组分之间要有适当的比例关系C．自然系统、经济系统、社会系统协调统一

D．物质循环和能量流动协调统一第85页，共89页。练一练5.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