4.3生态工程的基本原理+课件+2025-2026学年高二上学期生物人教版选择性必修2

从香兰河人工湿地建设中悟生态工程的基本原理生态工程的基本原理选择性必修二

第4章

第3节

第1课时蜿蜒的柳江如玉带穿城而过，两岸青山叠翠，碧波倒映着城市的轮廓；错落有致的厂房掩映在绿树丛中，自然的绿意与工业的活力交相辉映。这幅动人的生态画卷，正是柳州市工业文明与生态文明和谐共生的生动写照提到柳江，你能想到哪些词或语句来描述她？作为广西第一大工业城市，当年，柳州工业声名鹊起，但生态环境恶化，酸雨率一度高达98.5%，被称为“酸雨之都”。柳州工业博物馆专设“生态宜居馆”，回顾了那段不堪回首的历史。馆内一面弧形墙体模拟呈现20世纪末柳州遭受污染的情景：污水横流直排柳江、水体布满乌黑色油污……柳江从“工业锈带”变成“生活锈带”的原因有哪些？从香兰河人工湿地建设中悟生态工程的基本原理从香兰河人工湿地建设中悟生态工程的基本原理关注生态工程建设01生态工程所遵循的基本原理02生态工程原理在柳州案例中的实践03关注生态工程建设实施生态工程的背景传统的生产方式，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毁林种地;②围湖造田;③大量使用化肥、农药等;④工业的迅猛发展，正在消耗大量的自然资源需要退耕还林、还草工程“三北”防护林工程平原绿化和绿色通道工程生态工程实例黄河三角洲湿地生态恢复工程生态工程生态工程的概念生态工程的优点生态工程的目的

指人类应用_________________等学科的基本原理和方法，对人工生态系统进行____________________，或对已被破坏的生态环境进行了_____________，从而_______________________或_______________，促进___________和___________的和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程分析、设计和调控生态学和系统学提高生态系统的生产力修复、重建改善生态环境自然环境人类社会

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生态工程是可持续发展的重要手段是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系柳州市北部生态新区香兰河流域污水处理厂尾水人工湿地水质净化项目项目内容为新建人工湿地主体工程，建成后沙塘工业污水处理厂、沙塘生活污水处理厂、石碑坪工业污水处理厂出水将达到《地表水环境质量标准》Ⅳ类香兰河是柳江一直支流，水环境容量有限，承接北部生态新区污水处理厂尾水，面临水质恶化，甚至黑臭化的风险香兰河人工湿地的建设需要遵循什么生态原理？生态工程所遵循的基本原理生态工程原理-自生【资料1】柳州市政府修复柳江生态环境的其中一个关键举措就是在污水处理厂的下游及支流入河口建设人工湿地。如柳州市北部生态新区香兰河流域污水处理厂尾水人工湿地，在湿地中选择并合理布设美人蕉、香蒲、再力花、菖蒲、纸莎草、梭鱼草、睡莲、水鳖等作为人工湿地工程的挺水植物和浮水植物先锋物种。这些植物根系为微生物提供了附着面，共同形成了一个强大的“活体净水器”。通过植物吸收和微生物分解以及植物的定期更新，水质得到了显著改善问题思考：（1）在人工湿地中，谁是主要“工作者”？（2）这些植物和微生物如何工作？起到了什么作用？（3）这个措施，主要依靠的是人工外力，还是系统内部生物组分自身的能力？自生（最核心的原理）在生态系统中由生物组分而产生的自组织、

、自我调节、_________________

（1）概念自我优化自我更新和维持（2）理论基础生态系统的自我调节能力能够进行新陈代谢、再生更新生物之间通过各种相互作用(特别是种间关系)进行自组织生物本身生物之间实现系统结构与功能协调，形成有序整体自我维持生态工程原理-自生生态工程原理-自生（3）遵循自生原理的措施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。这是系统或工程能否形成自组织能力的基础湿地修复工程选择污染物净化能力较强的多种水生植物考虑这些植物各自生态位差异，以及它们之间的种间关系，通过合理的人工设计，使这些物种形成互利共存的关系生态工程原理-自生（4）遵循自生原理的措施创造有益于生物组分的生殖、发育、繁殖，以及它们形成互利共存关系的条件

在湿地生态工程中，通过移除湖泊、河流中富氧化沉积物和有毒物质，降低水体污染，增加水体溶氧量，可以改善水生生物的生存环境，从而有利于生态系统的自生移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质降低水体污染增加水体溶氧量改善水生生物生存环境有利于生态系统的自生生态工程原理-协调【资料2】在人工湿地建设前期也有一些难题。在生物组分上，工程师们需要考虑香兰河流域气候对和土壤等因素以及香兰河的环境容纳量，确保生物数量在环境承载力内。因此工程师严格选用了耐污、去污能力强、生态位具有差异且能适应柳州本地气候和土壤的乡土植物，且确保每种生物数量不超过环境容纳量；柳州位于亚热带，雨季和旱季十分分明，工程师还要考虑如何保证丰水期和枯水期湿地植物能在最佳水深下工作。因此工程师设计了湿地水位调节系统，对湿地中水位进行调节问题思考：（1）工程师在选择植物是考虑到不同生物的生态位差异，这体现了生态工程要处理好哪两者的关系？（2）选择组分要考虑环境容纳量；设计水位调节系统是为了让植物与水文、气候等保持协调，这体现了生态工程要处理好哪两者间的关系？协调生态工程原理-协调在进行生态工程建设时，需考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应的问题（2）实施措施适应考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应（1）概念平衡处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡，需要考虑环境容纳量生态工程原理-循环【资料3】香兰河湿地中的植物在生长过程中，像一个个微型的“净化工厂”，吸收了水中大量的氮、磷等营养元素。同时水中的重金属如铅、镉、汞等也会被吸收富集。这些植物会被定期收割。工程师采取“分类施策、安全循环”的精准方案对这些植物进行：·安全循环（富集氮磷的植物）：对监测后确认重金属含量极低的植物体（如大部分的地上茎叶），会将其收割、发酵，制成优质的有机肥料或青贮饲料，让水中的营养物质以安全的方式回归农田和牧场·安全处置（富集重金属的植物）：对那些专门用于吸附重金属的或监测发现重金属含量超标的植物，会在专业的垃圾焚烧厂进行高温焚烧。焚烧过程中产生的热能可被利用；重金属则被富集在焚烧飞灰中，将飞灰收集后可将其中元素再提纯出来问题思考：这种通过系统设计，使物质在系统内循环利用，实现“废物”资源化的原理，就是“循环”原理

。它的核心目标是什么？循环生态工程原理-循环（1）概念（2）理论基础（3）核心目标指在生态工程中

，既保证

，也保证__________________促进系统的物质迁移与转化各个环节物质迁移顺畅主要物质或元素的转化率高生态系统的物质循环功能通过设计，实现不断循环，使前一个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”的产生实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染（4）优点生态工程原理-循环实例：无废弃物农业优点：保证土壤肥力，改善土壤结构，培育土壤微生物，实现氮、磷、钾和微量元素的循环利用生态工程原理-整体【资料4】香兰河人工湿地的建设，目标绝不仅是净化水质，它被纳入北部生态新区整体规划，成为一个社会-经济-自然复合系统·自然层面：净化水质，恢复香兰河流域生态，吸引鸟类栖息·经济层面：优美的湿地景观带动沿线产业空间重构、培育大文旅健康产业、促进工业经济发展向绿色经济转型·社会层面：项目有效改善北部生态新区人居环境，为市民提供了休闲、科普和亲水空间问题思考：（1）香兰河湿地工程除了净化水质，还带来了哪些超出自然范畴的效益？（2）该工程将哪三个系统紧密地结合在一起？整体生态工程原理-整体（1）

内容（2）理论基础（3）实施措施系统建设以________为指导，不仅考虑______生态系统的规律，更要考虑_____和_____等系统的影响力整体观自然经济社会整体原理社会-经济-自然是一个复合系统生态系统是一个有机的整体系统的整体功能大于各成分功能之和需要遵循①生态系统是一个有机的整体各组分要有适当的比例，构成有序的结构②社会-经济-自然是一个复合系统把生态与社会、经济结合起来整体生态工程原理-整体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生产成本消费效益经济系统政策管理科学文化社会系统植物微生物动物非生物因素自然系统生态工程原理总结原理理论基础意义实例自生生态系统的稳定性实现系统结构和功能的协调，形成有序的整体香兰河人工湿地建设有效选择生物组分、合理布设，并创造有利条件循环物质循环实现循环，使前一环节产生的废物尽可能被后一环节利用，减少废物的产生香兰河人工湿地内植物循环利用协调生物与生物、生物与环境的协调与适应生物数量不超过环境承载力，避免系统的失衡和破坏香兰河人工湿地中生物组分以及环境设计整体社会、经济、自然构成的复合系统统一协调各种关系，保障生态系统的平衡和稳定香兰河人工湿地是社会-经济-自然复合系统生态工程原理在案例中的实践柳州市柳南区竹鹅溪EOD项目：生态治理与产业融合的新典范柳州市柳南区竹鹅溪EOD项目：生态治理与产业融合的新典范实战演练：依据生态原理为竹鹅溪的治理“献策”水质困境：长期不达标，存在“复黑复臭”风险困境一水质持续超标：监测数据显示竹鹅溪河及源头水库的氨氮、总氮、总磷等多项关键指标均不满足《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准稳定性差，风险高：水质浓度控制不稳定，各污染物浓度持续超标，生态系统脆弱，存在恢复黑臭的风险敏感区位压力大：竹鹅溪河是柳州市区最大的入柳江支流，其汇入口紧靠柳州市饮用水水源一级保护区，其水质不达标直接威胁到全市人民的饮水安全生态系统困境：结构功能退化，自净能力丧失困境二滨岸带生态功能下降：河岸被违规开垦、居住区和农田紧邻河道，导致生态空间被挤占，岸坡失稳，水土流失和面源污染风险高水生态系统脆弱：源头水库植被覆盖不足，生物多样性低，植物种类单一，河底基本无植物生长，生态系统自净能力严重不足。底泥内源污染严重：部分河段多年未清淤，淤积阻塞河床，底泥释放N、P等营养盐，导致水体富营养化，藻类疯长，形成“水华”生物多样性受胁迫：河滨植被减少、河床硬质化，切断水陆生态联系，致鱼类、两栖动物和微生物的栖息地消失，物种数量减少实战演练：依据生态原理为竹鹅溪的治理“献策”污染源困境：面源污染突出，基础设施滞后困境三农村生活污水直排：上游村庄没有完整的排水渠道和污水处理系统，生产生活污水随意排放，经雨水冲刷后直接进入水体农业面源污染严重：农田化肥施用集中，农田排水沟渠年久失修，丧失拦截和净化能力，施肥季节氮磷养分径流流失直接污染水体水源地涵养能力弱：源头文笔山存在历史遗留采矿区，植被破坏严重，加之林种单一（桉树为主），水土保持功能差，导致水土流失，泥沙淤积河库小组活动：请依据本节课所学的四大生态原理为竹鹅溪治理提供可行的治理措施每小组领取一份设计单，按照设计单上的步骤进行设计：第一步（找问题）：该区域存在的主要生态问题是什么？第二步（选原理）：我打算运用_____和______原理来解决。第三步（写措施）：我的设计是这里有______，那里有______。第四步（写说明）：这里体现了【XX原理】，因为______。生态工程方案展示柳州市柳南区竹鹅溪EOD项目：生态治理与产业融合的新典范【资料5】项目采用鱼巢砖+石笼网+植被型护坡、潜流+表流人工湿地等，增强水体自净能力；设置漂浮生境岛，为水生生物和鸟类提供栖息地，恢复生物多样性。构建生态沟渠与透水坝，通过植物吸收与微生物降解，拦截农田面源污染，提升系统自我修复能力。通过建设生态护岸、河口湿地、生态清淤、农村污水处理设施等，削减污染物入河量；新建生态排水沟渠连通水库与干流，保障竹鹅溪河生态基流，防止河道干涸与水生态断裂；在文笔山开展植被恢复，治理历史遗留矿区裸露地表，减少泥沙入河建设集中式污水处理站，处理后的水质可用于农田灌溉或生态补水；河道清淤产生的底泥经处理后可用于林地修复或土壤改良；螺蛳粉、预制菜等产业收益用于支持生态环境治理项目，形成“治理—产业—收益—再治理”的良性循环项目将竹鹅溪河流域的水环境治理与螺蛳粉产业、文笔山文旅产业结合，形成“山-水-林-