1、第3节 生态工程在2008年北京奧运会的筹办过程中，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。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。在2008年北
2、京奧运会的筹办过程中，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。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
3、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。在2008年北京奧运会的筹办过程中，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。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
4、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。01 概述生态工程的概念。02 概述生态工程的基本原理，举例说出自生、循环、协调和整体原理的主要内容。 03 通过分析和评价生态工程的实例，说出这些实例所运用的生态工程基本原理。04 通过评述生态工程的发展前景，增强生态文明意识。学习目标一、生态工程的基本原理 指的是人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，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了修复、重建，从而提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会和自然环境的和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。（一） 生态工程的概念学科基础：生态学、系统学、工
5、程学和经济学等学科。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。目 的：遵循生态学规律，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。特 点：少消耗、多效益、可持续生态学基础：生态系统的自组织、自我调节能力为基础。比较项目生态工程传统农业基本原理调节机制与环境的关系主要能源生物多样性生态学、工程学、系统学、经济学工程学人为辅助下的自我调节人为调控协调破坏环境太阳能化学能得到保护减少生态工程与传统农业的比较（二）生态工程所遵循的四大基本原理：自生、循环、协
6、调和整体。1、生态工程所遵循的基本原理：自生实质： 由生物组分产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和自我维持。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，构建复合的群落。（能否形成自组织能力的基础条件）维持条件： 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。原因：生物能够新陈代谢和再生更新；生物之间可以通过各种相互作用进行自组织，实现了系统结构与功能的协调，形成有序的整体。自组织实例实例： 湿地生态系统的修复过程中，湿地生态系统的修复过程中，应该选择污染物净化能力较强的多应该选择污染物净化能力较强的多种水生植物，还要考
7、虑这些植物各种水生植物，还要考虑这些植物各自生态位的差异，以及它们之间的自生态位的差异，以及它们之间的中间关系，通过合理的人工设计，中间关系，通过合理的人工设计，使这些生物形成互利共生的关系。使这些生物形成互利共生的关系。 湿地生态系统，通过移除湖泊、湿地生态系统，通过移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质，河流中富营养化沉积物和有毒物质，降低水体污染物，增加水体溶氧量，降低水体污染物，增加水体溶氧量，可改善水生生物的生存环境。可改善水生生物的生存环境。一个系统在没有外界信息指令的作用下，一个系统在没有外界信息指令的作用下，自发地由无序发展到有序，由低有序到自发地由无序发展到有序，由低有序到
8、高有序的发展过程，就是自组织。高有序的发展过程，就是自组织。北京汉石桥湿地景区北京汉石桥湿地景区2、 生态工程所遵循的基本原理：循环实质：目的：在生态工程中促进生态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。实现物质不断循环，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。实例实例：无废弃农业无废弃农业3、 生态工程所遵循的基本原理：协调对生物的要求：影响因素：生物与环境、生物与生物的协调与适应。处理好生物与环境、生物与生物的协调平衡，需要考虑环境容纳量。超过系统的承载能力，就会引起系统的失衡和破坏。实例：我国西北一些地区年
9、降雨量小于450mm，只适宜种植灌木和草，但却被硬性规定种植属于乔木的杨树，结果防护林成为残败的“灰色长城”。4、 生态工程所遵循的基本原理：整体考虑因素：目 的：遵从自然生态系统的规律。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。社会习惯、法律制度等对生态工程建设也有重要影响力。应用整体原理，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。理论基础意义实例自生自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持实现系统结构和功能的协调，实现系统结构和功能的协调，形成有序的整体形成有序的整体湿地生态系统的修复湿地生态系统的修复循环物质循环通过系
10、统设计实现循环，使前通过系统设计实现循环，使前一环节产生的废物尽可能被后一环节产生的废物尽可能被后一环节利用，减少整个生产环一环节利用，减少整个生产环节废物的产生节废物的产生无废弃物农业协调生物与生物、生物与环境的协调与适应生物数量不超过环境承载力，生物数量不超过环境承载力，避免系统的失衡和破坏避免系统的失衡和破坏西北地区不适于种植西北地区不适于种植乔木类的杨树乔木类的杨树整体社会、经济、自然构成的复合系统统一协调各种关系，保障生态统一协调各种关系，保障生态系统的平衡和稳定系统的平衡和稳定林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题将下列实例与所体现的生态学原理连接起来将下列实例与所体现的生态
11、学原理连接起来: : 5、桑蔗基鱼塘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浮游动物鱼2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？自生：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。循环：“陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑”这样的农业生产模式维持着高效的物质循环。协调：所选择的生物与生物、生物与环境达到了协调和平衡，例如，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等等。整体：桑基鱼塘在设计时，陆地与水面配比合理
12、，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”。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，生态工程除了要考虑生态学、工程学原理，还需要关注什么？还需要关注经济学原理，要达到经济效益和生态效益的同步发展。二、生态工程的实例和发展前景二、生态工程的实例和发展前景农村农村人多地少人多地少，产出不足。，产出不足。（1 1）问题）问题: :（3 3）对策）对策: :（2 2）案例：）案例：建立建立农村综合发展型生态工程农村
13、综合发展型生态工程，实现物质的，实现物质的多级循环利用多级循环利用，获得，获得较多的产出，取得经济效益、社会效益和生态效益的全面提高。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。北京郊区的某村以沼气工程为中心的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物质多级循环利用工程。（4 4）核心）核心: :（5 5）优点）优点: : 农、林、牧、副、渔全面发展；开发可更新资源农、林、牧、副、渔全面发展；开发可更新资源, ,减少环境污染。减少环境污染。以沼气工程为中心。以沼气工程为中心。1、农村综合发展型生态工程（一）（一）生态工程的实例生态工程的实例青贮青贮: :是指在玉米等作物
14、没有完是指在玉米等作物没有完全成熟时全成熟时, ,将果穗和秸秆一起收将果穗和秸秆一起收获切碎，通过厌氧发酵成为牛羊获切碎，通过厌氧发酵成为牛羊的青饲料。的青饲料。氨化氨化: :是指利用氨水或氮素化肥是指利用氨水或氮素化肥处理稻麦秸秆，使之软化适口，处理稻麦秸秆，使之软化适口，提高其作为饲料的营养价值。提高其作为饲料的营养价值。鱼鱼/ /螺池螺池沼沼渣渣 厩粪厩粪 秸秆秸秆 种植业种植业青贮、氨化处理，食青贮、氨化处理，食用菌培养基用菌培养基饲料饲料谷物谷物屠宰厂屠宰厂副产品养殖业养殖业沼渣沼渣沼液沼液加工加工输出到市场输出到市场物质在系统内流动物质在系统内流动1.1.在这一案例中，主要运用了生
15、态工程的哪些基本原理在这一案例中，主要运用了生态工程的哪些基本原理? ?2.2.这一生态系统的结构和功能有哪些特点这一生态系统的结构和功能有哪些特点? ?3.3.这一生态工程有哪些值得借鉴的做法这一生态工程有哪些值得借鉴的做法? ?整体、协调、循环、自生。整体、协调、循环、自生。生态系统中的各组分搭配合理，紧密联系形成一个有序整体。生态系统中的各组分搭配合理，紧密联系形成一个有序整体。该生态系统实现了物质多级循环利用，能量充分利用，减少该生态系统实现了物质多级循环利用，能量充分利用，减少了废物排放和环境污染。了废物排放和环境污染。 湿地被誉为地球的湿地被誉为地球的“肾肾”, ,具有蓄洪防旱，调
16、节区域气候，具有蓄洪防旱，调节区域气候，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，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。以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。（1 1）湿地的作用）湿地的作用: :（4 4）对策）对策: :（3 3）案例：）案例：厦门筼筜湖生态恢复。厦门筼筜湖生态恢复。（2 2）问题）问题: :（5 5）主要困难）主要困难: : 解决迁出湖区居民的生活和就业问题。解决迁出湖区居民的生活和就业问题。2、湿地生态恢复工程所遵循的原理主要是：协调、整体、自生所遵循的原理主要是：协调、整体、自生
17、在经济发展过程中，人们对湿地进行排水和围垦在经济发展过程中，人们对湿地进行排水和围垦, ,已经破坏了地球已经破坏了地球上上80%80%的湿地资源。的湿地资源。湿地的缩小会导致局部气候恶化、地下水位下降、生物多湿地的缩小会导致局部气候恶化、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等。此外，湿地的环境污染、生物资源的过度利用样性降低、迁飞鸟类绝迹等。此外，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。等，会导致湿地生态系统严重退化。 采用工程学和生态学措施相结合的方法。如废水处理、点源采用工程学和生态学措施相结合的方法。如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，以及动植
18、物物种引进等，使受和非点源污染控制、土地处理工程，以及动植物物种引进等，使受到干扰的湿地得以恢复。在湿地的周围，还应建立缓冲带，以尽量到干扰的湿地得以恢复。在湿地的周围，还应建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。 2020世纪世纪9090年代，厦门市采年代，厦门市采取了引潮入湖、输送新鲜取了引潮入湖、输送新鲜海水、西水东调等措施。海水、西水东调等措施。 进入进入2121世纪，通过清挖湖世纪，通过清挖湖底淤泥，沿湖修建驳岸、底淤泥，沿湖修建驳岸、导流堤及环湖林荫步行道导流堤及环湖林荫步行道等措施。等措施。
19、厦门筼筜湖的生态恢复工程。厦门筼筜湖的生态恢复工程。（4 4）对策）对策: :3.3.矿区废弃地的生态恢复工程矿区废弃地的生态恢复工程(1)(1)问题：问题：造成山体、土壤和植被，及至整个地区生态系统的破坏；造成山体、土壤和植被，及至整个地区生态系统的破坏；矿区极端恶劣的土地条件，会阻碍植被的生长。矿区极端恶劣的土地条件，会阻碍植被的生长。规模巨大的采矿业，不仅会对土地景观造成巨大的影响，规模巨大的采矿业，不仅会对土地景观造成巨大的影响，还可能还可能产生严重的重金属污染。产生严重的重金属污染。(3)(3)对策：对策：人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。人工制造表土、
20、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。其中，其中，关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。（2 2）案例：）案例： 赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。所遵循的原理主要是：整体所遵循的原理主要是：整体赤峰市元宝山矿区生态恢复工程赤峰市元宝山矿区生态恢复工程矿区废弃地矿区废弃地工程机械工程机械措施措施 制造表土、制造表土、压实压实植树、种草植树、种草 环境环境投入投入牧牧草草加加工工业业 就业投入就业投入 肉蛋奶肉蛋奶施施肥肥畜牧养殖畜牧养殖社会、市场社会、市场采矿业对环境造成极大
21、影响采矿业对环境造成极大影响1、我国生态工程存在的问题（1 1）难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。）难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。（2 2）设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的检测技术的）设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的检测技术的支持，缺乏理论性指导等。支持，缺乏理论性指导等。（1 1）我国生态工程还有许多不足之处）我国生态工程还有许多不足之处（2 2）我国生态危机较为严重）我国生态危机较为严重（3 3）我国党和政府高度重视生态文明建设，）我国党和政府高度重视生态文明建设，把美丽中国作为建设把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标社会主义现代化
22、强国的重要目标（二）生态工程的发展前景（二）生态工程的发展前景2、我国生态工程面临的问题西方国家生态工程的特点西方国家生态工程的特点: :我国生态工程的特点我国生态工程的特点: : 发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等资源占有量较多，所以这些国家的生态工程往往资源占有量较多，所以这些国家的生态工程往往注重注重生态恢复生态恢复，而，而较少注重经济效益较少注重经济效益。 我国人口较多，人均土地、水资源和能源占有量少，我国人口较多，人均土地、水资源和能源占有量少，所以在所以在进行生态工程进行生态工程时，一定要时，一定要注重生态效益、社会注重生态效益、社会效
23、益和经济效益的统一效益和经济效益的统一。3 3、西方国家和我国生态工程的比较、西方国家和我国生态工程的比较当堂演练“四位一体四位一体” ” 生态工程生态工程的的优点优点：温室的增温效应温室的增温效应使猪使猪、禽禽和和蔬菜在冬天蔬菜在冬天也能正常也能正常生长；生长； 温室内的植物温室内的植物吸收二氧化碳吸收二氧化碳，同时为动物同时为动物提供氧气提供氧气；动物动物的粪尿的粪尿、生活垃圾、生活垃圾及及蔬菜废弃物蔬菜废弃物投入投入沼气池产气沼气池产气；沼液和沼渣又是蔬菜的沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料良好肥料；清洁新能源清洁新能源的开发与利用。的开发与利用。( (指指沼气池沼气池、猪禽舍猪禽舍、厕所厕所
24、及及日光温室日光温室四部分四部分) ) “四位一体四位一体”充分充分应用了物应用了物质循环质循环再生再生和生物多样性等原理，和生物多样性等原理，提高了单位土地面积的产出提高了单位土地面积的产出，同，同时时减少了环境污染减少了环境污染，大大提高了，大大提高了农业的综合效益。农业的综合效益。（20202020全国全国高考真题）植树造林、高考真题）植树造林、“无废弃物农业无废弃物农业”、污水净化是建设、污水净化是建设美丽中国的重要措施。回答下列有关生态工程的问题：美丽中国的重要措施。回答下列有关生态工程的问题：（1 1）在植树造林时，一般认为，全部种植一种植物的做法是不可取的。因为）在植树造林时，一
25、般认为，全部种植一种植物的做法是不可取的。因为与混合种植方式所构建的生态系统相比，按照种植一种植物方式所构建的生与混合种植方式所构建的生态系统相比，按照种植一种植物方式所构建的生态系统，其抵抗力稳定性态系统，其抵抗力稳定性_。抵抗力稳定性的含义是。抵抗力稳定性的含义是_。（2 2）“无废弃物农业无废弃物农业”是我国利用生态工程的原理进行农业生产的一种模式，是我国利用生态工程的原理进行农业生产的一种模式，其做法是收集有机物质。包括人畜粪便、枯枝落叶等，采用堆肥和沤肥等多其做法是收集有机物质。包括人畜粪便、枯枝落叶等，采用堆肥和沤肥等多种方式，把它们转变为有机肥料，再施用到农田中。施用有机肥料的优
26、点是种方式，把它们转变为有机肥料，再施用到农田中。施用有机肥料的优点是_（答出（答出3 3点即可）。在有机肥料的形成过程中，微生物起到点即可）。在有机肥料的形成过程中，微生物起到了重要作用，这些微生物属于生态系统组分中的了重要作用，这些微生物属于生态系统组分中的_。（3 3）在污水净化过程中，除发挥污水处理厂的作用外，若要利用生物来回收）在污水净化过程中，除发挥污水处理厂的作用外，若要利用生物来回收污水中的铜、镉等金属元素，请提供一个方案：污水中的铜、镉等金属元素，请提供一个方案：_。【高考在线高考在线】低低 生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状或
27、不受损害的能力与功能保持原状或不受损害的能力改善了土壤结构；培育了土壤微生物；改善了土壤结构；培育了土壤微生物；实现了土壤养分的循环利用实现了土壤养分的循环利用分解者分解者种植能吸收这些金属元素的水生种植能吸收这些金属元素的水生植物，再从植物中回收金属植物，再从植物中回收金属 一、概念检测1.生态工程遵循整体、协调、循环、自生等基本原理。判断下列相关表述是否正确。（1）依据生态工程的循环原理，应该对垃圾进行焚烧处理。（ ）（2）园林既能改善生态环境，又能提高社会和经济效益，体现了生态工程的整体原理。（ ）2.建设人工湿地可将污水、污泥有控制地投放到人工建造的湿地上，主要利用了土壤、人工介质、微
28、生物的作用对污水和污泥进行处理。下列叙述，不合理的是（ ）A.合理搭配植物以提高系统的生物多样性B.尽量使用本地物种以减少外来物种入侵C.为提高能量传递效率增大引入湿地的污水总量D.选择合适的人工介质以利于好氧微生物的分解作用C二、拓展应用1953年朝鲜战争停战后，南北双方以北纬 38为停火线，沿线两侧大约500km2为非军事区， 这里的地表经过战争浩劫，几乎没有生物存在。几十年来，由于基本没有人类活动，这里恢复了 完全的口然状态。河水清澈、森林茂盛、物种繁多,还出现了多种被认为早已在朝鲜半岛灭绝的动物, 如棕熊。有科学家评论说：“全世界只有在这个地方，由于3 000年以来的农耕文明突然终止，原始物种可在没有人类干扰的情况下自由发展，这个地区的生态恢复情况大大超过了人类所有生态建设所能达到的水平。”说说这个案例给你的启示。提示：我们在认识到生态工程在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，不能忘记大自然固有的强大的生态恢复力量，更不能误认为只要有了生态工程，就可以先污染，后治理；在生态工程建设中，我们应充分利用自然生态系统的恢复能力，结合当地生态环境有针对性地进行生态工程建设，以达到更好的效果，并节约成本。
