高中生物備課課件（新教材人教版2019）選擇性必修二 4-3-1 生態(tài)工程（一）

§4-3生態(tài)工程（一）人與環(huán)境問(wèn)題探討討論在2008年北京奧運(yùn)會(huì)的籌辦過(guò)程中，奧林匹克森林公園是一個(gè)重要建設(shè)項(xiàng)目。公園所在地原來(lái)主要是普通村落和農(nóng)田。2002年招標(biāo)設(shè)計(jì)，2005年開(kāi)工建設(shè)，2008年建成。公園建設(shè)堅(jiān)持“綠色奧運(yùn)”的理念，充分利用了原有地貌和植被，采用了營(yíng)造近自然林系統(tǒng)、廢物資源循環(huán)利用等多項(xiàng)生態(tài)技術(shù)。例如，公園的水系建設(shè)采用了雨水收集、污水利用、中水凈化、智能化灌溉和生態(tài)防滲等環(huán)保技術(shù)。1.農(nóng)田棄耕后，在自然狀態(tài)下也可以演替為森林，為什么還要人工造林呢？提示：棄耕的農(nóng)田在自然狀態(tài)下演替為森林需要經(jīng)過(guò)數(shù)十年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，而利用生態(tài)工程原理進(jìn)行人工造林，可以縮短建設(shè)周期，在較短時(shí)間內(nèi)獲得生態(tài)效益。奧林匹克森林公園俯瞰問(wèn)題探討討論在2008年北京奧運(yùn)會(huì)的籌辦過(guò)程中，奧林匹克森林公園是一個(gè)重要建設(shè)項(xiàng)目。公園所在地原來(lái)主要是普通村落和農(nóng)田。2002年招標(biāo)設(shè)計(jì)，2005年開(kāi)工建設(shè)，2008年建成。公園建設(shè)堅(jiān)持“綠色奧運(yùn)”的理念，充分利用了原有地貌和植被，采用了營(yíng)造近自然林系統(tǒng)、廢物資源循環(huán)利用等多項(xiàng)生態(tài)技術(shù)。例如，公園的水系建設(shè)采用了雨水收集、污水利用、中水凈化、智能化灌溉和生態(tài)防滲等環(huán)保技術(shù)。2.為什么要先做森林公園的整體設(shè)計(jì)再開(kāi)工呢？提示：建設(shè)北京奧林匹克森林公園是涉及生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科的原理和方法的系統(tǒng)工程，要綜合考慮諸多方面的因素，而且建設(shè)成本較高，在開(kāi)工前做好整體設(shè)計(jì)可以保證工程建設(shè)的合理性與可實(shí)施性，也可以有效控制建設(shè)成本和后續(xù)維護(hù)成本，避免不必要的浪費(fèi)，提高生態(tài)效益。奧林匹克森林公園俯瞰問(wèn)題探討討論在2008年北京奧運(yùn)會(huì)的籌辦過(guò)程中，奧林匹克森林公園是一個(gè)重要建設(shè)項(xiàng)目。公園所在地原來(lái)主要是普通村落和農(nóng)田。2002年招標(biāo)設(shè)計(jì)，2005年開(kāi)工建設(shè)，2008年建成。公園建設(shè)堅(jiān)持“綠色奧運(yùn)”的理念，充分利用了原有地貌和植被，采用了營(yíng)造近自然林系統(tǒng)、廢物資源循環(huán)利用等多項(xiàng)生態(tài)技術(shù)。例如，公園的水系建設(shè)采用了雨水收集、污水利用、中水凈化、智能化灌溉和生態(tài)防滲等環(huán)保技術(shù)。3.公園建設(shè)為什么要充分利用原有的地貌和植被，營(yíng)造近自然林系統(tǒng)呢？提示：生態(tài)工程的建設(shè)要順應(yīng)自然，即合乎自然規(guī)律。自然的地貌和植被，是自然選擇、生物與環(huán)境相適應(yīng)的結(jié)果，充分利用原有的地貌和植被有利于該公園的可持續(xù)發(fā)展，并且會(huì)減少人力和物力的投入。奧林匹克森林公園俯瞰一、生態(tài)工程的基本原理人類(lèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題20世紀(jì)60年代以來(lái)，全球經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了快速增長(zhǎng)階段，人們生活水平提高、人口迅速增長(zhǎng)，人類(lèi)也隨之更多地從自然中索取。毀林種地，圍湖造田，大量使用化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，以及工業(yè)的迅猛發(fā)展，正在大量消耗自然資源。這樣的生產(chǎn)方式，已經(jīng)嚴(yán)重影響了人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展。解決方法為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須符合生態(tài)學(xué)規(guī)律，改變“人類(lèi)能征服自然”的錯(cuò)誤觀念，旨在解決環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)問(wèn)題的一門(mén)新學(xué)科——生態(tài)工程應(yīng)運(yùn)而生并迅速發(fā)展?；驹砗头椒ǎ喝祟?lèi)應(yīng)用生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)等學(xué)科的基本原理和方法。操作內(nèi)容：對(duì)人工生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和調(diào)控，或?qū)σ驯黄茐牡纳鷳B(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)、重建。目的：提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力或改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)與自然環(huán)境和諧發(fā)展的系統(tǒng)工程技術(shù)或綜合工藝過(guò)程。生態(tài)工程的定義生態(tài)工程建設(shè)目的遵循生態(tài)學(xué)規(guī)律，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境污染，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的同步發(fā)展。特點(diǎn)與傳統(tǒng)的工程相比，生態(tài)工程是一類(lèi)少消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。學(xué)科范疇生態(tài)工程是人類(lèi)學(xué)習(xí)自然生態(tài)系統(tǒng)“智慧”的結(jié)晶，是生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科交又而產(chǎn)生的應(yīng)用學(xué)科。生態(tài)工程工程基礎(chǔ)生態(tài)工程以生態(tài)系統(tǒng)的自組織、自我調(diào)節(jié)功能為基礎(chǔ)。工程原理遵循著整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、自生等生態(tài)學(xué)基本原理。生態(tài)工程遵循的基本原理自生理論基礎(chǔ)生物能夠進(jìn)行新陳代謝、再生更新。生物之間通過(guò)各種相互作用（特別是種間關(guān)系）進(jìn)行自組織，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)，形成有序的整體。含義由生物組分而產(chǎn)生的自組織、自我優(yōu)化、自我調(diào)節(jié)、自我更新和維持就是系統(tǒng)的自生。自生要求遵循自生原理，需要在生態(tài)工程中有效選擇生物組分并合理布設(shè)。例如濕地修復(fù)中凈化能力較強(qiáng)的多種水生植物的選擇以及物種間互利共存關(guān)系的形成。一般而言，應(yīng)盡量提高生物多樣性程度，利用種群之間互利共存關(guān)系，構(gòu)建復(fù)合的群落，這樣即便某個(gè)種群消亡，其他種群也能彌補(bǔ)上來(lái)，從而有助于生態(tài)系統(tǒng)維持自生能力。維持系統(tǒng)自生，需要?jiǎng)?chuàng)造有益于生物組分的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖，以及它們形成互利共存關(guān)系的條件。例如濕地生態(tài)工程中降低水體污染物，增加水體溶氧量，改善水生生物的生存環(huán)境。循環(huán)理論基礎(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)利用含義是指在生態(tài)工程中促進(jìn)系統(tǒng)的物質(zhì)遷移與轉(zhuǎn)化，既保證各個(gè)環(huán)節(jié)的物質(zhì)遷移順暢，也保證主要物質(zhì)或元素的轉(zhuǎn)化率較高。要求通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不斷循環(huán)，使前一環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢物盡可能地被后一環(huán)節(jié)利用，減少整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)“廢物”的產(chǎn)生。循環(huán)舉例我國(guó)古代先民正是依靠“無(wú)廢棄物農(nóng)業(yè)”保證了土壤的肥力，改善了土壤結(jié)構(gòu)，培育了土壤微生物，實(shí)現(xiàn)了土壤養(yǎng)分如氮、磷、鉀及微量元素的循環(huán)利用。幾千年來(lái)土地一直維持著生產(chǎn)能力。牲畜糞便土壤養(yǎng)分吸收作物沉降物(雨、雪等)飲料與墊料人類(lèi)食品人人類(lèi)食品作物殘留人糞尿牲畜無(wú)廢棄物農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)理論基礎(chǔ)生物與環(huán)境、生物與生物間的關(guān)系含義生態(tài)工程建設(shè)要考慮生物與環(huán)境、生物與生物的協(xié)調(diào)與適應(yīng)。要求處理好生物與環(huán)境、生物與生物的協(xié)調(diào)與平衡。需要考慮環(huán)境容納量。如果生物的數(shù)量超過(guò)環(huán)境承載力限度，就會(huì)引起系統(tǒng)的失衡和破壞。協(xié)調(diào)舉例

我國(guó)西北一些地區(qū)年降水量小于450毫米，只適宜種植灌木和草本植物，但曾被硬性規(guī)定種植喬木類(lèi)的楊樹(shù)，由于環(huán)境不利于楊樹(shù)的生長(zhǎng)，這里許多楊樹(shù)長(zhǎng)得十分矮小，枯枝很多，半死不活，遠(yuǎn)不如當(dāng)?shù)貥?shù)種那樣有較高的生態(tài)適應(yīng)性，導(dǎo)致一些地區(qū)種植的防護(hù)林成了殘敗的灰色長(zhǎng)城。整體理論基礎(chǔ)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然是一個(gè)復(fù)合的系統(tǒng)。含義幾乎每個(gè)生態(tài)工程都是具有多組分、復(fù)雜結(jié)構(gòu)及綜合功能的系統(tǒng)，這樣的復(fù)雜系統(tǒng)建設(shè)必須以整體觀為指導(dǎo)。整體要求遵從自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，各組分之間要有適當(dāng)?shù)谋壤煌M分之間應(yīng)構(gòu)成有序的結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，達(dá)到改善系統(tǒng)功能的目的。人類(lèi)處在一個(gè)社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合而成的巨大系統(tǒng)中。進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時(shí)，不僅要考慮自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，更要考慮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等系統(tǒng)的影響力。生產(chǎn)成本消費(fèi)效益經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)植物動(dòng)物微生物非生物因素自然系統(tǒng)管理科學(xué)文化政策社會(huì)系統(tǒng)社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)整體舉例

在進(jìn)行林業(yè)工程建設(shè)時(shí)，一方面要號(hào)召農(nóng)民種樹(shù)，另一方面一定要考慮貧困地區(qū)農(nóng)民的生活問(wèn)題，如糧食、燒柴以及收入等問(wèn)題。往往是生活方面的因素導(dǎo)致農(nóng)民對(duì)森林、灌叢的過(guò)量砍伐。因此，只有把生態(tài)與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)結(jié)合起來(lái)，才能從根本上達(dá)到造林和護(hù)林的目的。說(shuō)明：社會(huì)習(xí)慣、法律制度等對(duì)生態(tài)工程建設(shè)有著重要影響。整體意義只有應(yīng)用整體原理，才能統(tǒng)一協(xié)調(diào)當(dāng)前與長(zhǎng)遠(yuǎn)、局部與整體、開(kāi)發(fā)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，保障生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。在生態(tài)工程建設(shè)中，應(yīng)該如何應(yīng)用上述生態(tài)工程的原理呢？思考Thinking【思考·討論】分析生態(tài)工程案例中的原理和應(yīng)用明清時(shí)期，我國(guó)南方長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲低洼內(nèi)澇積水地或河網(wǎng)發(fā)達(dá)地區(qū)的先民們，就探索出一種?；~(yú)塘的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式：陸基種桑、桑葉飼蠶、蠶沙喂魚(yú)、塘泥培桑。這樣可以將陸地種植與魚(yú)塘養(yǎng)殖結(jié)合起來(lái)，把原本割裂的生產(chǎn)系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化組合，有機(jī)地整合在一起。根據(jù)同樣的原理，甘蔗種植也可以與養(yǎng)豬、養(yǎng)魚(yú)結(jié)合在一起。糖糖渣魚(yú)塘魚(yú)塘魚(yú)塘塘泥塘泥甘蔗蠶排泄物桑樹(shù)桑葉絲蠶蛹蠶【思考·討論】分析生態(tài)工程案例中的原理和應(yīng)用在設(shè)計(jì)桑基魚(yú)塘?xí)r，要考慮合適的陸地與水面的配比，需要考慮栽種作物與養(yǎng)殖動(dòng)物的關(guān)系。例如，地基和魚(yú)塘的面積比例是“三比七”或“四比六”，即大部分采取“三基七水”或“四基六水”的比例。池塘養(yǎng)魚(yú)，也應(yīng)綜合考慮不同魚(yú)種的關(guān)系，根據(jù)淡水魚(yú)在自然環(huán)境中的混合生長(zhǎng)狀態(tài)，實(shí)行以四大家魚(yú)為主的多魚(yú)種混養(yǎng)模式，讓鳙魚(yú)、鰱魚(yú)、草魚(yú)、鯪魚(yú)、鯉魚(yú)、鯽魚(yú)等各種魚(yú)類(lèi)都有生存的機(jī)會(huì)和空間。運(yùn)轉(zhuǎn)良好的桑基魚(yú)塘，可以做到物質(zhì)的循環(huán)再生利用。種桑養(yǎng)蠶，蠶沙（蠶糞便）本是廢棄物，如果不經(jīng)處理直接堆放在室外，不但會(huì)腐爛變質(zhì)污染環(huán)境，而且可能通過(guò)鳥(niǎo)、昆蟲(chóng)的攜帶造成交叉感染，導(dǎo)致家蠶疫病大爆發(fā)。桑基魚(yú)塘將蠶沙由廢棄物變成了漁業(yè)生產(chǎn)的飼料。【思考·討論】分析生態(tài)工程案例中的原理和應(yīng)用討論嘗試畫(huà)出?；~(yú)塘中的食物鏈。提示：桑樹(shù)→蠶；甘蔗→人；甘蔗→豬→人；雖然用蠶沙喂魚(yú)，但池塘中還可能存在如下食物鏈：浮游植物→魚(yú)；浮游植物→浮游動(dòng)物→魚(yú)。糖糖渣魚(yú)塘魚(yú)塘魚(yú)塘塘泥塘泥甘蔗蠶排泄物桑樹(shù)桑葉絲蠶蛹蠶【思考·討論】分析生態(tài)工程案例中的原理和應(yīng)用討論桑基魚(yú)塘應(yīng)用了生態(tài)工程的哪些基本原理？提示：自生：桑基魚(yú)塘中的生物組分通過(guò)合理布設(shè)，互利共存，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的協(xié)調(diào)，形成了可以自我維持的有序的整體。循環(huán)：“陸基種桑、桑葉飼蠶、蠶沙喂魚(yú)、塘泥培?！边@樣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式維持著高效的物質(zhì)循環(huán)。協(xié)調(diào)：所選擇的生物與生物，生物與環(huán)境達(dá)到了協(xié)調(diào)和平衡，例如，桑樹(shù)和甘蔗適應(yīng)我國(guó)南方溫暖濕潤(rùn)的氣候；四大家魚(yú)混養(yǎng)充分利用了群落的空間結(jié)構(gòu)；桑葉飼蠶，利用了種間關(guān)系，但養(yǎng)殖的蠶的數(shù)量沒(méi)有多到危及桑的存活；等等。整體：?；~(yú)塘在設(shè)計(jì)時(shí)，陸地與水面配比合理，各組分的搭配與比例適當(dāng)，結(jié)構(gòu)有序，形成了一個(gè)不可分割的整體；?；~(yú)塘將原本割裂的生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化組合，能夠發(fā)展多種經(jīng)營(yíng)，為農(nóng)民創(chuàng)收，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的“社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合系統(tǒng)”。【思考·討論】分析生態(tài)工程案例中的原理和應(yīng)用討論當(dāng)桑葉價(jià)格高，賣(mài)桑葉比賣(mài)魚(yú)更合算時(shí)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民會(huì)將蠶沙用作桑樹(shù)的肥料，而不是喂魚(yú)。由此可