選修3－生態(tài)工程的基本原理 市賽獲獎 完整版課件

1、專題5 生態(tài)工程5.1 生態(tài)工程的基本原理 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，人類活動遍布地球的每個角落，地球上已經(jīng)難以找到一個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。 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、調(diào)控和技術(shù)組裝，對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)、重建，對造成環(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，從而促進(jìn)人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展。生態(tài)工程的概念從四個方面來理解（1）涉及的學(xué)科知識（2）運用到的技術(shù)手段或方法（3） 操作過程 （4）最終目的 遵循自然界物質(zhì)循環(huán)的規(guī)律，充分發(fā)揮資源的

2、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。生態(tài)工程建設(shè)的目的生態(tài)工程的優(yōu)越性 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。一、關(guān)注生態(tài)工程建設(shè)分析傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式帶來哪些問題？P107資料1 1998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)，1998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。被洪水淹沒的大地砍伐森林-綠色的流逝1.導(dǎo)致1998年長江洪水泛濫的主要原因是什么？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、

3、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：1998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)。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。P107討論 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，但由于我國受到西方“石油農(nóng)業(yè)”模式的影響, P108資料2一、關(guān)注生態(tài)工程建設(shè)1.你對“石油農(nóng)業(yè)”是如何理解的？3.如何理解“污染物是放錯地方的資源”這句話？4.“石油農(nóng)業(yè)”的生產(chǎn)模式應(yīng)

4、當(dāng)怎樣改進(jìn)？P108討論 “石油農(nóng)業(yè)”是指大量使用化肥、農(nóng)藥和機(jī)械的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。需要大量的石油、煤、天然氣等作為原料或動力。它把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)這一生物過程，變成了機(jī)械過程和化學(xué)過程（產(chǎn)生大量的廢棄物和有害物質(zhì)）。在提高人民生活水平的同時，大大削弱了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)生產(chǎn)力，并造成日益嚴(yán)重的農(nóng)產(chǎn)品污染和環(huán)境污染等問題。P108討論1.你對“石油農(nóng)業(yè)”是如何理解的？P108討論3.如何理解“污染物是放錯地方的資源”這句話？ 對環(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。例如，對廢、污水中的重金屬或

5、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了地方?jīng)]有被利用的資源。P108討論4.“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，提高作物對水、肥等資源的利用效率，對作物秸稈和畜禽糞便進(jìn)行再利用，實現(xiàn)物質(zhì)的多級利用等等。一方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)活動對環(huán)境的污染，促進(jìn)社會的可持續(xù)發(fā)展。 毀壞水、大氣、土壤和生物資源，消耗地球贈給我們的自然資本，并造成環(huán)境污染。傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式帶來諸多問題：一、關(guān)注生態(tài)工程建設(shè)為了

6、可持續(xù)發(fā)展，走生態(tài)經(jīng)濟(jì)之路生態(tài)經(jīng)濟(jì)： 主要是通過實行“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的原則，使一個系統(tǒng)產(chǎn)出的污染物，能夠成為本系統(tǒng)或者另一個系統(tǒng)的生產(chǎn)原料，從而實現(xiàn)廢棄物的資源化，而實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)最重要的手段之一就是生態(tài)工程。二、生態(tài)工程所遵循的基本原理 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4、整體性原理5、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理3、協(xié)調(diào)與平衡原理系統(tǒng)的結(jié)決定功能原理系統(tǒng)整體性原理它所遵循的基本原理有： 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

7、環(huán)和全球地質(zhì)大循環(huán)，循環(huán)往復(fù)，分層分級利用，從而達(dá)到取之不盡，用之不竭的效果。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（1）內(nèi)容：（2）理論基礎(chǔ)：物質(zhì)循環(huán) 是我國古代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的輝煌成就之一，也是生態(tài)工程最早和最生動的一種模式?！盁o廢棄物農(nóng)業(yè)”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(3)實例:“無廢棄物農(nóng)業(yè)”物質(zhì)和能量流動圖 通過積極種植能夠固氮的豆科作物，以及收集一切可能的有機(jī)物質(zhì)，包括人畜糞便、枯枝落葉、殘羹剩飯、河泥、炕土、老墻土以及農(nóng)產(chǎn)品加工過程中的廢棄物等，采用堆肥和漚肥等多種方式，把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)肥料，施用到農(nóng)田中，改善了土壤結(jié)構(gòu)；培育了土壤微生物；實現(xiàn)了土壤養(yǎng)分如

8、氮、磷、鉀及微量元素的循環(huán)利用。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(3)實例:“無廢棄物農(nóng)業(yè)”施有機(jī)肥料提高土壤肥力 我國古代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的輝煌成就之一，是生態(tài)工程最早和最生動的一種模式?！盁o廢棄物農(nóng)業(yè)”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(3)實例: 實現(xiàn)了物質(zhì)的區(qū)域小循環(huán)，做到了物質(zhì)和能量的分層分級利用。沒有物質(zhì)循環(huán)的系統(tǒng)，就會產(chǎn)生廢棄物，造成環(huán)境污染，并最終影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定和發(fā)展。(4)意義: 物種多而繁雜的生態(tài)系統(tǒng)具有較高的抵抗力穩(wěn)定性。生物多樣性程度高，可以為各類生物的生存提供多種機(jī)會和條件。眾多的生物通過食物鏈關(guān)系互相依存，就可以在有限的資源條件下，產(chǎn)生或容納

9、更多的生物量，提高系統(tǒng)生產(chǎn)力。二、生態(tài)工程所遵循的基本原理2、物種多樣性原理(1)內(nèi)容:生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性(2)理論基礎(chǔ):二、生態(tài)工程所遵循的基本原理2、物種多樣性原理單一的樟子松林被松毛蟲害死食物鏈短而單調(diào)，缺少松毛蟲的天敵。(3)實例一:單一的楊樹林被楊樹天牛毀于一旦。生物多樣性很高的珊瑚礁維持的很好二、生態(tài)工程所遵循的基本原理1、物種多樣性原理(3)實例二:1.為什么樟子松林的松毛蟲會肆虐，幾十億株楊樹會毀于一旦？為什么珊瑚礁區(qū)卻能夠在養(yǎng)分稀少的深海中，保持著很高的生物多樣性？2.從上面正面和反面的實例，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？P110討論1.為什么樟

10、子松林的松毛蟲會肆虐，幾十億株楊樹會毀于一旦？為什么珊瑚礁區(qū)卻能夠在養(yǎng)分稀少的深海中，保持著很高的生物多樣性？P110討論 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。2.從上面正面和反面的實例，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？P110討論 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)

11、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。二、生態(tài)工程所遵循的基本原理3、協(xié)調(diào)與平衡原理（1）內(nèi)容：（2）理論基礎(chǔ)： 處理好生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡，需要考慮環(huán)境承載力。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。生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡由于周邊城市、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二、生態(tài)工程所遵循的基本原理3、協(xié)調(diào)與平衡原理（3）實例一： 西北地區(qū)年降雨量450mm，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”因為不適應(yīng)長成了“小老頭”，防護(hù)林變成了殘敗的 “灰色長城”。二、生態(tài)工程所遵循的

12、基本原理3、協(xié)調(diào)與平衡原理（3）實例二：P111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，應(yīng)選擇哪些樹種？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？ 可選擇一些耐干旱、抗鹽堿性的品種，如沙棘、山杏、刺槐、合歡等。 注意牲畜數(shù)量不能超過草地的承載量；減少過度放牧現(xiàn)象；在有條件的地方，人工種植牧草。-需要考慮環(huán)境承載力即環(huán)境容納量二、生態(tài)工程所遵循的基本原理4、整體性原理（1）內(nèi)容：（2）理論基礎(chǔ)： 進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時，不但要考慮到自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，更重要的是，要考慮到經(jīng)濟(jì)和社會等系統(tǒng)的影響力。 另外，社會習(xí)慣、法律制度等也都對生態(tài)工程建設(shè)有著重要影響。 人類

13、處在一個社會、經(jīng)濟(jì)、自然復(fù)合而成的系統(tǒng)中。二、生態(tài)工程所遵循的基本原理4、整體性原理（3）實例：（4）意義：林業(yè)工程建設(shè)中，自然生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)與社會、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的關(guān)系問題。 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)的平衡和穩(wěn)定。二、生態(tài)工程所遵循的基本原理5、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理（1）內(nèi)容：（2）理論基礎(chǔ)：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)到改善系統(tǒng)功能的目的。 若把系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比作計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分析三種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，工作的可靠性哪個高？系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定功能（分布式優(yōu)于集中式和環(huán)式）二、生態(tài)工程所遵循的基本原理5

14、、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（3）實例：?；~塘二、生態(tài)工程所遵循的基本原理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（4）意義： 該模式把很多單個生產(chǎn)系統(tǒng)通過優(yōu)化組合，有機(jī)地整合在一起，成為一個新的高效生態(tài)系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的生產(chǎn)力。改變和優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以改善功能。生態(tài)工程之沼氣工程生態(tài)工程之沼氣工程二、生態(tài)工程所遵循的基本原理5、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理（1）內(nèi)容：（2）理論基礎(chǔ)：系統(tǒng)整體性原理 系統(tǒng)各組分之間要在適當(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，并且實現(xiàn)總體功能大于各部分之和的效果，即“1+12”?？傮w功能大于各部分之和 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物營養(yǎng)循環(huán)。通常情況下，失去了共生藻類的珊瑚蟲會因為死亡而導(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。二、生態(tài)工程所遵循的基本原理5、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理系統(tǒng)整體性原理（3）實例一：藻類與珊瑚蟲的關(guān)系 豆科植物和根瘤菌是互利共生的關(guān)系，根瘤菌為豆科作物提供氮素，豆科作物為根瘤菌提供有機(jī)養(yǎng)料，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，兩者的生長都要受到損害，即“1+12”。二、生態(tài)工程所遵循的基本原理5、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理系統(tǒng)整體性原理（3）實例二：豆科植