5.1_生態(tài)工程基本原理(修改)_于琨-精選課件

1、專題5 生態(tài)工程編寫人：于琨專題5 生態(tài)工程 20世紀(jì)末世界人口突破了60億，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人類活動(dòng)遍布地球的每個(gè)角落，地球上已經(jīng)難以找到一個(gè)沒有受到人類影響的地方，原始的生態(tài)系統(tǒng)幾乎喪失，全球生態(tài)環(huán)境危機(jī)不斷激化。干裂的土地，赤紅的荒山，意味著不斷惡化的 ，幼苗的上方是蔚藍(lán)的地球，地球似乎化作一滴甘露，滋潤著大地；幼苗又可寓意為 ， 工程，雖然柔弱，卻頑強(qiáng)地支撐著地球；地球和幼苗組合和諧，象征著希望。生態(tài)環(huán)境生態(tài)本專題題圖寓意?生態(tài)工程 是指人類應(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，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)控和技術(shù)組裝，對(duì)已被破壞的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)、重建，對(duì)造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生產(chǎn)

2、方式進(jìn)行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，從而促進(jìn)人類社會(huì)和自然環(huán)境的和諧發(fā)展。 生態(tài)工程概念突破理論基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)技術(shù)手段通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)控和技術(shù)組裝操作過程對(duì)已被破壞的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)、重建，對(duì)造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式進(jìn)行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力最終目的促進(jìn)人類社會(huì)和自然環(huán)境的和諧發(fā)展第一節(jié) 生態(tài)工程的基本原理生態(tài)工程建設(shè)的目的是： 遵循自然界物質(zhì)循環(huán)的規(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。優(yōu)點(diǎn)： 與傳統(tǒng)的工程相比，生態(tài)工程是一類少 消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。 分析傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式帶來哪些問題？一、關(guān)注生態(tài)工程建設(shè)資料分析資料1： 20

3、19年夏季，長江流域經(jīng)歷了自1954年以來的最大洪災(zāi)。加上其他地區(qū)水災(zāi)，2019年全國受災(zāi)人數(shù)上億，近500萬所房屋倒塌，2000多萬公頃的土地被淹，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1600多億元人民幣。討論:根本原因：長江上游亂砍濫伐森林，水源涵養(yǎng)和水土保持功能急劇降低，造成大量泥沙淤積河道；中游圍湖造田、亂占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面積急劇減少。直接原因：2019年度的罕見降雨。但這也與全球溫室氣體排放量增加而導(dǎo)致的溫度升高、氣候異常有關(guān)。1.導(dǎo)致2019年長江洪水泛濫的主要原因是什么？ 解決措施：我國政府提出的“積極營造長江中上游水源涵養(yǎng)林和水土保持林”計(jì)劃，即以生物措施為主，結(jié)合工程措施，提高森林覆

4、蓋率；“退耕還湖”和改革不合理耕作方式等。 在進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時(shí)，要考慮到怎樣解決農(nóng)村（尤其是湖區(qū)或山區(qū)的遷出人員）的能源來源問題以及如何提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。2.洪災(zāi)的發(fā)生反映出經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式存在什么問題？ 傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式不注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，沒有考慮生態(tài)成本，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以巨大的生態(tài)環(huán)境破壞為代價(jià)。資料2： 我國是農(nóng)業(yè)大國，人均土地、水等資源占有量遠(yuǎn)低于世界平均水平。雖然我國用占世界10%的耕地養(yǎng)活了占世界21%的人口，但由于受到西方“石油農(nóng)業(yè)”模式的影響，加上人口壓力以及缺乏生態(tài)環(huán)境意識(shí)，所造成的資源破壞和農(nóng)業(yè)環(huán)境污染，已經(jīng)對(duì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展造成很大障礙。1.你對(duì)“石油農(nóng)業(yè)”是如何理解的？

5、 “石油農(nóng)業(yè)”大量使用化肥、農(nóng)藥和機(jī)械的生產(chǎn)方式，因?qū)κ偷饶茉从懈叨鹊囊蕾囆远妹?。理解?a、它把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)這一復(fù)雜的生物過程，變成了簡單的機(jī)械過程和化學(xué)過程。 b、優(yōu)點(diǎn):高產(chǎn)、高效、省時(shí)、省力；提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，解決糧食需求的矛盾。 c、缺點(diǎn)：高投入、高成本、高污染資料分析2問題討論 2.石油農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式應(yīng)當(dāng)怎樣改進(jìn)？ 在不同的國家有不同的改進(jìn)措施。例如，在我國，人多地少，應(yīng)該大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。實(shí)施的具體措施包括：可以根據(jù)田間作物的需要適量施用高效、低毒、低殘留的農(nóng)藥，多施有機(jī)肥，提高作物對(duì)水、肥等資源的利用效率，對(duì)作物秸稈和畜禽糞便進(jìn)行再利用，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的多級(jí)利用，等等。一方

6、面要不斷提高土地的產(chǎn)出水平；另一方面要減少農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的污染，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。 資料分析2問題討論3. 你能舉出一些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)人體健康以及環(huán)境造成危害的實(shí)例嗎？ 除日常生活中能夠發(fā)現(xiàn)的實(shí)例外，農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)環(huán)境和人類健康造成危害的實(shí)例中，世界上影響較大的有藍(lán)嬰病。1973年，美國內(nèi)布拉斯加州首次出現(xiàn)幼兒高鐵血紅蛋白癥（藍(lán)嬰?。?。其原因是飲用水中硝酸鹽含量超過10 mg/L，這時(shí)過多的硝酸鹽會(huì)與紅細(xì)胞中的血色素結(jié)合，形成高鐵血紅蛋白。高鐵血紅蛋白不能為細(xì)胞和組織運(yùn)輸足夠的氧?；純旱呐R床癥狀是在口、手或腳等部位出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)的藍(lán)色或淡紫色，呼吸困難、腹瀉、嘔吐、抽搐，嚴(yán)重的會(huì)失去知覺，甚至死

7、亡。硝酸鹽來源于點(diǎn)源污染，如下水道、畜禽養(yǎng)殖場等，或非點(diǎn)源污染，如對(duì)農(nóng)田、公園、草地等的施肥。 資料分析2問題討論4.如何理解“污染物是放錯(cuò)地方的資源”這句話？ 對(duì)環(huán)境造成危害的污染物，采用一定的措施和技術(shù)，就能夠進(jìn)行回收和循環(huán)利用，這樣不但能夠減少環(huán)境污染，而且提高了資源的利用效率，減少了資源的浪費(fèi)。例如，對(duì)廢污水中的重金屬或氮、磷等養(yǎng)分就可以進(jìn)行回收再利用。因此說污染物是放錯(cuò)了地方?jīng)]有被利用的資源。 資料分析2問題討論 1、20世紀(jì)90年代后期，長江流域經(jīng)常發(fā)生洪災(zāi)，究其原因是上游地區(qū)對(duì)森林的過度采伐，中游圍湖造田蓄洪能力銳減，這能反映出經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式存在的問題是() A.過度依賴煤、石油等

8、能源 B.不注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，沒有考慮生態(tài)成本 C.過分依賴農(nóng)家肥，造成土壤結(jié)構(gòu)破壞 D.對(duì)水資源缺少足夠的認(rèn)識(shí)B隨堂演練2、以下選項(xiàng)不屬于解決長江洪水泛濫的有效措施( )A.以生物措施為主，結(jié)合工程措施，提高森林覆蓋率B.“退耕還湖”和改革不合理耕作方式C.大力發(fā)展“石油農(nóng)業(yè)”D.改變傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，提高人民的環(huán)境保護(hù)意識(shí)C傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式： 毀壞水、大氣、土壤和生物資源，消耗地球贈(zèng)給我們的自然資本，并造成環(huán)境污染。生態(tài)經(jīng)濟(jì)： 主要是通過實(shí)行“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的原則，使一個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)出的污染物，能夠成為本系統(tǒng)或者另一個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)原料，從而實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化，而實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)最重要的手段之一就是生態(tài)工程

9、。為了可持續(xù)發(fā)展，走生態(tài)經(jīng)濟(jì)之路。 生態(tài)工程是人類學(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)科交叉而產(chǎn)生的新興學(xué)科。 1.物質(zhì)循環(huán)再生原理 2.物種多樣性原理 3.協(xié)調(diào)與平衡原理 4.整體性原理 5.系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理二、生態(tài)工程所遵循的基本原理1、物質(zhì)循環(huán)再生原理 地球以有限的空間和資源，長久維持著眾多生物的生存、繁衍和發(fā)展，奧秘就在于物質(zhì)能夠在各類生態(tài)系統(tǒng)中，進(jìn)行區(qū)域小循環(huán)和全球地質(zhì)大循環(huán)，循環(huán)往復(fù)，分層分級(jí)利用，從而達(dá)到取之不盡，用之不竭的效果。理論基礎(chǔ):物質(zhì)循環(huán)無廢棄物農(nóng)業(yè)我國古代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的輝煌成就之一，是生態(tài)工程最早和最生動(dòng)的一種模式。1、種植能夠固氮的豆科

10、作物2、堆肥和漚肥,改善土壤結(jié)構(gòu)3、培育了土壤微生物4、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2、物種多樣性原理理論基礎(chǔ)：生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性單一的樟子松林被松毛蟲害死食物鏈短而單調(diào)，缺少松毛蟲、天牛的天敵。生物多樣性很高的珊瑚礁維持的很好 1、純樟子松林、楊樹林的生物多樣性低，食物鏈短而單調(diào)，缺少松毛蟲、天牛的天敵，而成片單一的林木又為其提供了豐富的食物來源，因而會(huì)導(dǎo)致了樹林的毀壞。 珊瑚礁區(qū)的生物多樣性高，食物鏈復(fù)雜，不同的生物占據(jù)了不同的時(shí)間位、空間位和資源位，因而充分利用了珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境。例如，氮、磷等養(yǎng)分就能夠在該區(qū)生物體間充分地循環(huán)利用而很少流出系統(tǒng)外。P110資料分析問

11、題討論提示2.從上面正面和反面的實(shí)例，你能得出怎樣的結(jié)論？你認(rèn)為生物多樣性的破壞有人為因素嗎？ 只有保持生態(tài)系統(tǒng)較高的生物多樣性，才能保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡。生物多樣性的破壞有人為因素，而且往往作用巨大。隨堂演練3、下列關(guān)于生態(tài)工程的說法，錯(cuò)誤的是（ ）A、與傳統(tǒng)工程相比，生態(tài)工程是一類少消耗、 多效益、可持續(xù)的工程體系B、能防止環(huán)境破壞和環(huán)境污染C、遵循生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)規(guī)律，能提高能量利 用率D、生態(tài)工程能解決所有環(huán)境問題，可以走“先污 染、破壞，后治理”的道路D4、生態(tài)經(jīng)濟(jì)所遵循的主要原則和實(shí)現(xiàn)的重要手段分別是（ ）A整體性原則和生態(tài)工程 B循環(huán)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)工程C循環(huán)經(jīng)濟(jì)和工程學(xué)手段 D無

12、污染原則和系統(tǒng)學(xué)手段5、生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)即使某個(gè)物種由于某種原因而死亡，也會(huì)很快有其他物種占據(jù)它原來的生態(tài)位置，從而避免了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或功能的失衡。這體現(xiàn)了生態(tài)工程的什么原理 ( )A物種多樣性原理 B整體性原理 C協(xié)調(diào)與平衡原理 D物質(zhì)循環(huán)再生原理BA3、協(xié)調(diào)與平衡原理由于周邊城市、工業(yè)和農(nóng)田的排水中氮、磷的濃度較高，使太湖水體中的水葫蘆和藻類瘋長理論基礎(chǔ)：生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡 西北地區(qū)年降雨量小于450 mm，只適宜種植灌木和草的地區(qū)，卻被硬性規(guī)定種植屬于喬木的楊樹，“楊家將”因?yàn)椴贿m應(yīng)長成了“小老頭“防護(hù)林變成了殘敗的”灰色長城“ 提示：抗寒、耐旱，適應(yīng)性強(qiáng)的沙棘，耐鹽堿力較強(qiáng)的沙棗等植物。 P

13、111資料分析問題討論 從協(xié)調(diào)與平衡原理出發(fā)，想一想，在我國西北地區(qū)進(jìn)行防護(hù)林建設(shè)時(shí)，應(yīng)選擇哪些特征的樹種？如果在該地區(qū)發(fā)展畜牧養(yǎng)殖業(yè)，你認(rèn)為應(yīng)該注意什么問題？提示： 西北畜牧養(yǎng)殖應(yīng)該注意牲畜數(shù)量不能超過草地的承載量。針對(duì)公共草地的過度放牧問題，應(yīng)該實(shí)行草地承包，調(diào)動(dòng)個(gè)人的管理積極性，減少過度放牧現(xiàn)象；另外，可以在有條件的地方，人工種植牧草，增加牧草產(chǎn)量。環(huán)境承載力又稱環(huán)境容納量是指某種環(huán)境所能養(yǎng)活的生物種群的數(shù)量。 協(xié)調(diào)與平衡原理 要求我們?cè)谏鷳B(tài)工程設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)要考慮生物要和環(huán)境相適應(yīng)、種群數(shù)量與環(huán)境的承載能力要平衡。4、整體性原理 進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時(shí)，不但要考慮到自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，更重要

14、的是，要考慮到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等系統(tǒng)的影響力。另外，社會(huì)習(xí)慣、法律制度等也都對(duì)生態(tài)工程建設(shè)有著重要影響。 人類處在一個(gè)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然復(fù)合而成的系統(tǒng)中。例：林業(yè)工程建設(shè)中的問題理論基礎(chǔ)：社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然復(fù)合系統(tǒng) 只有應(yīng)用整體性原理,才能統(tǒng)一協(xié)調(diào)當(dāng)前與長遠(yuǎn)、局部與整體、開發(fā)與環(huán)境建設(shè)之間的關(guān)系，保障生態(tài)系統(tǒng)平衡和穩(wěn)定。.新。.系統(tǒng)學(xué)，工程學(xué)整體性原理的理論 :是指我們?cè)谏鷳B(tài)工程設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)要考慮自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律還需要考慮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)系統(tǒng)的影響。三者結(jié)合才能在生態(tài)工程設(shè)計(jì)和建設(shè)中取得成果。5、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定功能原理 生態(tài)工程需要考慮系統(tǒng)內(nèi)部不同組分之間的結(jié)構(gòu)，通過改變和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，達(dá)到改

15、善系統(tǒng)功能的目的。系統(tǒng)整體性原理 系統(tǒng)各組分之間要有適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系，只有這樣才能順利完成能量、物質(zhì)、信息等的轉(zhuǎn)換和流通，并且實(shí)現(xiàn)總體功能大于各部分之和的效果，即“1+12”。理論基礎(chǔ)：分布式優(yōu)于集中式和環(huán)式理論基礎(chǔ)：整體功能大于部分之和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定功能原理 若把系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比作計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分析三種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖：工作的可靠性哪個(gè)高？系統(tǒng)整體性原理例如：珊瑚礁之所以能夠保持很高的系統(tǒng)生產(chǎn)力，得益于珊瑚蟲和藻類組成的高效的植物動(dòng)物營養(yǎng)循環(huán)。通常情況下，失去了共生藻類的珊瑚蟲會(huì)因?yàn)樗劳龆鴮?dǎo)致珊瑚礁逐漸“白化”，失去其鮮艷的色彩，那里的生物多樣性也將銳減，從而造成系統(tǒng)的崩潰。豆科作物和固氮菌的共生

16、也是一例。固氮菌為豆科作物提供能量和其他營養(yǎng)，兩者的共生使豆科作物能夠在氮素缺乏的土地上生長；當(dāng)把它們分開時(shí)，兩者的 生長都要受到損害。課本旁欄思考：固氮菌為豆科作物提供氮素，而豆科作物為其提供能量和其他營養(yǎng)，兩者的共生使豆科作物能夠在氮素缺乏的土地上生長；當(dāng)把它們分開時(shí)，兩者的生長都要受到損害。 例：豆科作物和固氮菌的共生試分析下列事件可用何種生態(tài)工程原理來解釋1.畜牧養(yǎng)殖應(yīng)注意牲畜量不超過草地承載量2.使用堆肥和漚肥法實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)3.廣東大量引種木麻黃作為行道樹，一年一種叫吹綿介殼蟲的害蟲使木麻黃遭受嚴(yán)重破壞，后來從國外引進(jìn)澳洲瓢蟲，已持續(xù)發(fā)揮了控制害蟲的作用。 4.針對(duì)過度放牧的草原，一

17、方面要減少畜牧量，進(jìn)行草地承包，有效管理。另一方面要設(shè)法增加農(nóng)牧民的收入途徑。物質(zhì)循環(huán)再生原理物種多樣性原理協(xié)調(diào)與平衡原理整體性原理2單一的人工林比天然混合林的穩(wěn)定性低，容易遭受害蟲危害，這體現(xiàn)了生態(tài)工程的什么原理（）A物質(zhì)循環(huán)再生原理B協(xié)調(diào)與平衡原理C物種多樣性原理D系統(tǒng)整理性原理1實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的最重要的手段之一是（ ）A大力發(fā)展“石油農(nóng)業(yè)”B生態(tài)工程C清除污染物D禁止產(chǎn)出污染物課堂練習(xí)BC3城市生活垃圾要做到分類、回收、利用，實(shí)現(xiàn)廢物資源化利用。與該做法關(guān)系最密切的生態(tài)工程原理是（ ） A物種多樣性原理 B整體性原理 C物質(zhì)循環(huán)再生原理 D系統(tǒng)學(xué)原理4協(xié)調(diào)與平衡原理主要指（ ） A生物與環(huán)境的適應(yīng)及環(huán)境對(duì)生物的承載力 B系統(tǒng)各組分之間要有適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系 C自然系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一 D物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一課堂練習(xí)CA5.人類設(shè)計(jì)生態(tài)工程的根本目標(biāo)是（ ）A促進(jìn)自然界良性循環(huán)的前提下，達(dá)到生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的同步發(fā)展B促進(jìn)自然界良性循環(huán)的前提下，防治環(huán)境污染，提高經(jīng)濟(jì)效益C防治環(huán)境污染，達(dá)到生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益