人教版选择性必修二教学课件4.3生态工程

主讲人：周老师4.3生态工程考点要求关注生态工程建设生态工程所遵循的基本原理生态工程的发展前景问题探讨

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。问题探讨讨论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。问题探讨讨论2.为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢？

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。问题探讨讨论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？

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。知识精讲一.关注生态工程建设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。

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。1.实施生态工程建设的原因知识精讲2.生态工程的含义理论基础：生态学和系统学等学科。操作：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修复、重建。结果：提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境的和谐发展。知识精讲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。消耗少、效益多、可持续。4.生态工程的优点例题1.关于生态工程概念的理解,错误的是()A.生态工程是生态学与系统工程学的结合B.生态工程就是指根据分析、设计、调控,建设一个全新的人工生态工程体系C.通过生态工程可以提高生态系统的生产力或改善生态环境D.生态工程促进人类社会和自然环境的和谐发展B练一练2.下列关于生态工程的叙述中,错误的是()A.生态工程建设遵循生态学规律B.生态工程追求经济与生态的双赢C.生态工程是无消耗、多效益的工程D.生态工程是可持续的工程体系C知识精讲二、生态工程所遵循的基本原理

生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础,遵循自生、循环、协调和整体等生态学基本原理。自生协调循环整体四大原理问题探讨资料1奥森水域面积小且封闭、易污染、缺少完整食物链，因此水体容易发生富营养化，产生水华。为评估奥森主湖水体生态系统的状况，提出水质净化的有效措施，研究人员借助Aquatox模型软件对公园水体生态系统进行了模拟研究。

模型中的生物变量包括浮游植物(绿藻、蓝藻、高营养硅藻、低营养硅藻、隐藻5类)、浮游动物(摇蚊幼虫、水蚤、轮虫、肉食性浮游动物4类)、大型植物(苦草、菹草、水藓3种沉水植物)和鱼类(鲤鱼)。设计思路空白对照组：自然水域，无人工净水系统（模型1）实验组：使用人工净水系统，进水口增加人工湿地（模型2）模拟期限：5年（即5个植物生长期）数据处理：检测指标：以高等植物每年的长势衡量生态系统稳定性高低和人工净水措施的可持续性问题探讨选择3种代表植物，通过观察这些植物的生物量变化建立模拟曲线实验结果如下图。问题探讨空白对照组模型1（自然水域，无人工净水系统）模型1:苦草的主要生长期为4—6月，5月达到生物量峰值；菹草的主要生长期为8—12月，10月底达到峰值。苦草的长势大致不变，生物量峰值在200g/m2左右，但在秋季也有少量生长；菹草长势明显较弱，生物量峰值在30~50g/m2；水藓总体呈现快速生长的趋势。问题探讨模型2与模型1相比，苦草长势大致不变，峰值达到干重209.9g/m2；菹草长势明显增强，但略弱于苦草，实验组模型2（使用人工净水系统，进水口增加人工湿地）于9月底提前出现峰值（峰值干重137.3g/m2）；水藓7—9月生物量略微减少，但总体呈现逐渐增多的趋势，第五年生物量远低于模型1。问题探讨空白对照组模型1（自然水域，无人工净水系统）实验组模型2（使用人工净水系统，进水口增加人工湿地）问题1：模型2在进水口增加了人工湿地，对入水进行一定的净化。与模型1相比，模型2中三种植物的长势是否有变化，请你推测哪个模型的生态系统稳定性更高？

模型2中苦草长势几乎不怎么变化，菹草长势增加，水藓长势下降。模型2的生态系统稳定性更高。问题探讨

将模型1和模型2相比较可以看出，主湖水质净化主要依靠外部的湿地净化系统。人工净化系统能较为有效地维持水质，而仅通过现有沉水植物和鱼类不能有效地维持水质，且不能维持水中的生态平衡。空白对照组模型1（自然水域，无人工净水系统）实验组模型2（使用人工净水系统，进水口增加人工湿地）问题探讨问题2.请利用生态学知识提高模型1稳定性的新措施。

增加水体植物的天敌或者增加沉水植物和挺水植物的组合配植对浮游植物繁殖等。空白对照组模型1（自然水域，无人工净水系统）实验组模型2（使用人工净水系统，进水口增加人工湿地）知识精讲新措施：在模型1中加入底栖动物田螺，建立模型3。田螺摄食有机碎屑、苔藓类植物也是鲤鱼的食物之一，结果如图所示。

可见，苦草和菹草的长势与模型2基本相同，但苦草生物量峰值略小。苦草第一年生物量峰值为干重202.1g/m2，之后每年在170~180g/m2之间；菹草第一年生物量峰值为干重181.0g/m2，之后每年在190g/m2左右；水藓的生物量没有增加的趋势。实验组模型3（+田螺）实验组模型2（+人工湿地）知识精讲问题3：模型3和模型2相比，哪种净水方式可持续更高？

模型3。将模型3和模型1、2相比较可以看出，加入底栖动物后，对浮游植物的控制效果和生态系统稳定性不但优于加入底栖动物之前，也优于现有的人工湿地净化系统。实验组模型3（+田螺）实验组模型2（+人工湿地）知识精讲问题4：分析加入田螺后生态系统稳定性增加的原因。

底栖动物的加入完善了湖水中的生态系统，增加了“植物—田螺—鲤鱼”这一条食物链，加速了营养物质和能量从植物到鲤鱼的传递。一方面由于鲤鱼的食物来源增加，模型可承载的鲤鱼生物量增大；另一方面水藓和浮游植物由于田螺的摄食，生物量维持在较低的水平。知识精讲

当生态系统中物种配置合理时，可以通过自我调节和更新达到相对稳定状态，这就是生态系统的自生，是生态工程遵循的最重要的原理。知识精讲1.生态工程所遵循的基本原理：自生①含义：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。②基础：生态系统的结构与功能（生态系统的自我调节能力）

a.个体水平生物能够进行新陈代谢、再生更新等

b.系统水平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，形成有序的整体知识精讲a.有效选择生物组分并合理布设，尽量提高生物多样性程度，利用种群之间互利共存关系，构建复合的群落。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。③遵循该原理的具体做法:①为什么提高生物多样性程度，有助于生态系统维持自生能力？

提高生物多样性程度，利用种群之间互利共存的关系，构建复合群落，这样即使某个种群消亡，其他种群也能弥补上来②使物种之间形成互利共存的关系应考虑哪些因素？

考虑生物之间生态位的差异，以及它们之间的种间关系知识精讲b.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。例如，移除水体中富营养化沉积物和有害物质、增加水体溶氧量。知识精讲资料2为探究奥森主湖水体生态系统的物种配置对净水效果及可持续性的影响，研究人员将模型1中菹草置换为荷花，建立模型4。菹草和苦草都是沉水植物，而荷花是挺水植物，它与苦草、水藓的生态位不同。实验结果如图所示：对照组模型1实验组模型4知识精讲

模型4结果：苦草第一年的长势与模型1接近，但之后每年的生长量较小，生物量峰值约在干重125~150g/m2之间；水藓仍有逐年增多的趋势，但生长速度与模型1相比明显减缓，第5年生物量峰值为20.5g/m2；荷花长势较为稳定，生长期5—11月，8月到达生物量峰值，第一年峰值为干重153.6g/m2，之后峰值在干重145g/m2左右。对照组模型1实验组模型4知识精讲

与单一的沉水植物配植相比，沉水植物和挺水植物的组合配植对浮游植物繁殖的控制效果更好，动植物生长也较为稳定。荷花在8月藻类最容易爆发的时期达到生物量峰值，因此有效抑制了季节性藻类爆发。问题5：分析实验数据：调整后的方案对该生态系统稳定性有何影响。对照组模型1实验组模型4知识精讲问题6：更换不同生态位的物种对该生态系统的群落结构有何影响？

挺水植物会阻挡光线进入水下，在与沉水植物的竞争中处于优势，有助于群落的空间结构。

但需要注意的是，主湖在现实中仅有局部区域可种植挺水植物，因此这一方案在主湖的可行性较低，但可以为水深较浅的景观水体设计所借鉴。知识精讲

其实，在奥森建设过程中，也有一些失败的案例。例如，建设之初，对气候因素考虑不周，种植地块选择有误，导致珙桐种植失败；对病虫害了解不足，园区大部分海棠与桧柏种植过近，导致苹果锈病在两者间越冬和繁殖；放养了牛蛙，牛蛙的捕食性很强，大量本地生物被其捕食。知识精讲问题7：在生态工程建设中，进行物种配置需要注意哪些问题？

在进行生态系统工程建设时，必须要考虑生物与环境、生物与生物的协调与平衡，才能实现可持续发展。知识精讲2.生态工程所遵循的基本原理：协调①含义②影响因素：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。生态适应性和环境容纳量。西北防护林的杨树过度放牧的草原知识精讲思考题：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。知识精讲（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.生态工程所遵循的基本原理：循环知识精讲（3）遵循该原理的具体做法：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。（4）优点：

实现物质多级循环利用，废弃物资源化，减少污染。知识精讲思考题：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。美索不达米亚知识精讲资料3奥林匹克森林公园的设计立意为“通往自然的轴线”,在设计时，以自然密林为主的北部公园定位为生态种源地,尽量保留现状自然地貌、植被。南部定位为生态森林公园,以大型自然山水景观的构建为主,创造自然、诗意、大气的空间意境,设置各种服务设施和景观景点,为市民百姓提供良好的生态休闲娱乐环境。奥森建成后是否实现了这些规划目标呢？知识精讲

综合来看，城市道路旁的绿地对于减少道路噪声、PM10浓度，增加人们在公园观赏游玩的舒适度有重要的效果。因此在公园绿地设计中应视场地现状尽可能增加宽度。在设计和建设生态工程时，不仅要考虑自然生态系统的规律，还要考虑经济和社会等系统的影响力，要从整体出发考虑问题。知识精讲4.生态工程所遵循的基本原理：整体①概念：系统建设以整体观为指导，不仅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；②遵循该原理的具体做法：a.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；b.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。c.社会习惯、法律制度等也对生态工程建设有着重要影响。知识精讲③实例：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。社会—经济—自然复合系统④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、开发建设与环境保护之间的关系,保障生态系统的平衡和稳定知识精讲思考·讨论

明清时期，我国南方长江三角洲、珠江三角洲低洼内涝积水地或河网发达地区的先民们，就探索出了一种桑基鱼塘的农业生产模式。知识精讲在设计桑基鱼塘时，要考虑合适的陆地和水面的比例以及栽种作物与养殖动物的关系。池塘养鱼，应综合考虑不同鱼种的关系。知识精讲(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→鱼知识精讲①陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑”；②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；（2）桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？主要为循环原理主要为协调原理知识精讲主要为整体原理③桑基鱼塘在设计时要考虑栽种作物与养殖动物的比例。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“社会一经济一自然复合系统”。知识精讲③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。主要为自生原理知识精讲（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例题1.下列关于自生原理说法错误的是()A.自生是由生态系统的生物组分自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持实现的B.遵循自生原理需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设C.一般若想提高生态系统的自生能力要尽量提高生物多样性程度D.只要布设好生态系统的生物成分,生态系统的自生功能就能得以维持D例题2.“无废弃物农业”是生态工程最早的模式之一,下列有关说法错误的是(

)A.“无废弃物农业”遵循了循环原理B.“无废弃物农业”设计既促进了系统的物质迁移与转化,也保证了主要物质或元素较高的转化率C.“无废弃物农业”没有废物产生D.“无废弃物农业”不依赖化学肥料也能保证土壤肥力C练一练1.位于胶东半岛的昆嵛山林区,在二十世纪六七十年代时,曾大规模营造马尾松纯林,结果遭到松干蚧的毁灭性打击。这一事例说明,在进行生态工程建设时,必须遵循()A.循环原理 B.自生原理C.协调原理 D.整体原理B练一练2.为了改善环境,向某降雨量少的地区移栽大量杨树,结果造成杨树生长不适。下列说法正确的是(

)A.该事例违背了生态工程的协调原理B.该事例违背了生态工程的整体原理C.不适宜栽种当地的适应环境的树种D.生态工程建设时设计好适宜的栽种树种后,栽种量越多越好A知识精讲三、生态工程的发展前景资料1我国有近7亿人生活在农村，人多地少是突出的矛盾。如何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？北京郊区的某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程该生态工程的优点:以沼气工程为中心；农、林、牧、副、渔全面发展；开发可更新资源,减少环境污染。知识精讲意义：建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用，可以获得较多的产出，能取得经济效益、社会效益和生态效益的全面提高。农村生态恢复工程主要原理措施做法自生原理有效选择畜、鱼等多种生物组成并合理布设循环原理作物→粮食、秸秆→人、畜食用→粪便残渣→沼气池→农田→作物整体原理利用自然生态系统中的成分，增加了就业和经济收入，解决了社会问题知识精讲

资料2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。厦门筼筜湖就曾面临上述问题，经一系列措施改善，现已成为美丽的生态景区。厦门筼筜湖生态恢复厦门筼(yún)筜(dāng)湖生态恢复污水排放水质恶化鱼虾绝迹散发臭味知识精讲清挖淤泥沿湖修建整治沿湖周边企业引潮入湖西水东调减少重金属有毒物排放增加氧容量增强自净力改善水质美化景区湖水清澈鱼游虾戏白鹭翩飞知识精讲湿地生态恢复工程主要原理措施做法自生原理点源和非点源污染控制；建立缓冲带，减少人类干扰，使湿地依靠其自然演替等机制（由简单到复杂）恢复其生态功能协调原理根据原湿地中物种的分布情况引入动植物整体原理废水处理（废水资源化）知识精讲

资料3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。通过人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复等系列工程重建矿区生态。

恢复植被；恢复植被所必需的土壤微生物群落关键：知识精讲矿区废弃地的生态恢复工程主要原理措施做法自生原理人工进行植被恢复以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建协调原理根据当地水分状况和土壤条件，一开始种植农作物，而是种植当地树种（耐旱的灌木、草和树）循环原理肉牛粪肥的利用整体原理通过植树种草，建立饲料工厂和饲养场，进行肉牛养殖，综合开发治理为当地带来良好的生态、社会、经济效益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物质多级循环利用问题沼气农业生态系统控制污染，减少干扰湿地缩小和破坏问题生态环境破坏恢复土地，恢复植被我国生态工程取得不少成绩，仍有不足之处。知识精讲我国生态工程不足有些设计缺乏高科技含量生态系统调控缺乏及时准确的检测技术缺乏理论指导1.我国生态工程存在的问题知识精讲缺乏定量化模型指导2.