1、生态工程的基本原理 生态工程的基本原理 20 20世纪末世界人口突破了世纪末世界人口突破了6060亿，随着现代农业亿，随着现代农业生产的发展，人类活动遍布地球的每个角落，地球生产的发展，人类活动遍布地球的每个角落，地球上已经难以找到一个没有受到人类影响的地方，原上已经难以找到一个没有受到人类影响的地方，原始的生态系统几乎丧失，全球生态环境危机不断激始的生态系统几乎丧失，全球生态环境危机不断激化。化。2 0 世纪末世界人口突破了6 0 亿，随着现代农业生产的发一、全球气候变化一、全球气候变化当前全球性生态环境问题凸显当前全球性生态环境问题凸显二、水资源短缺二、水资源短缺三、臭氧层破坏三、臭氧层破
2、坏四、酸雨四、酸雨五、土地荒漠化五、土地荒漠化六、海洋污染六、海洋污染七、生物多样性锐减七、生物多样性锐减一、全球气候变化当前全球性生态环境问题凸显二、水资源短缺三、厄尔尼诺现象厄尔尼诺现象厄尔尼诺现象是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。当这种现象发生时，海水水位上涨，水温升高，导致太平洋沿岸地区出现干旱及洪涝等自然灾害，甚至造成全球气候反常。厄尔尼诺现象温室效应 温室效应CO2等温室气体的大量排放，引起全球气候变暖，导致等温室气体的大量排放，引起全球气候变暖，导致极地的冰雪和高山冰川融化，海平面上升等。极地的冰雪和高山冰川融化，海平面上升等。温室效应 温室
3、效 水资源短缺水资源短缺地球表面的地球表面的70%被水覆盖，但淡水资源仅占所有水资源被水覆盖，但淡水资源仅占所有水资源的的2.5%，可为人类直接利用的淡水只占所有淡水资源的，可为人类直接利用的淡水只占所有淡水资源的1%。随着工业污染和生活污水的排放，水资源的短缺已。随着工业污染和生活污水的排放，水资源的短缺已经成为摆放在人类面前的刻不容缓的问题。经成为摆放在人类面前的刻不容缓的问题。黄河断流黄河断流 水 臭氧层破坏氟利昂等物质的大量排放，引起臭氧层破坏，导致地氟利昂等物质的大量排放，引起臭氧层破坏，导致地球上的紫外线辐射增强，人类的皮肤癌和白内障患病球上的紫外线辐射增强，人类的皮肤癌和白内障患
4、病率上升，植物的光合作用受到抑制等。率上升，植物的光合作用受到抑制等。酸雨酸雨酸雨是指酸雨是指PH值小于的酸性降雨。酸雨对环境有多方值小于的酸性降雨。酸雨对环境有多方面的危害：使水域和土壤酸化，损害农作物和林木面的危害：使水域和土壤酸化，损害农作物和林木的生长，危害渔业生产；酸雨还腐蚀建筑物、工厂的生长，危害渔业生产；酸雨还腐蚀建筑物、工厂设备和文化古迹，同时也危害人类健康设备和文化古迹，同时也危害人类健康。酸雨酸雨是 土地荒漠化土地荒漠化土地荒漠化简单地说就是指土地退化，也叫土地荒漠化简单地说就是指土地退化，也叫“沙漠化沙漠化”。荒漠化的主要影响是土地生产力的下降和随之而来的农荒漠化的主要影
5、响是土地生产力的下降和随之而来的农牧业减产，相应带来巨大的经济损失和一系列社会恶果，牧业减产，相应带来巨大的经济损失和一系列社会恶果，如沙尘暴等。如沙尘暴等。土地荒漠化土 海洋污染各种污染物通过河流和空气进入海洋，以及海洋运输时各种污染物通过河流和空气进入海洋，以及海洋运输时的石油泄露和倾倒等造成海洋污染。的石油泄露和倾倒等造成海洋污染。海洋污染 生物多样性锐减由于环境污染由于环境污染,人们对资源不合理的开发利用人们对资源不合理的开发利用,破坏了生破坏了生物生存的环境物生存的环境,导致许多生物濒临灭绝。导致许多生物濒临灭绝。生物多样性锐第五章 生态工程 是指人类应用是指人类应用生态学生态学和和
6、系统学系统学等学科的基本原等学科的基本原理和方法，通过理和方法，通过系统设计、调控和技术组装系统设计、调控和技术组装，对，对已被破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环已被破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环人类社会和自然环境境的和谐发展。的和谐发展。生生 态态 工工 程程 是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方生态工程概念突破生态工程概念突破理论基础理论基础生态学和系统学生态学和系统学技术手段技术手段通过系统设计、调控和技术组装通过系
7、统设计、调控和技术组装操作过程操作过程对已被破坏的生态环境对已被破坏的生态环境进行修复进行修复、重、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式方式进行改善进行改善，并提高并提高生态系统的生生态系统的生产力产力最终目的最终目的促进人类社会和自然环境的和谐发展促进人类社会和自然环境的和谐发展 生态工程概念突破理论基础生态学和系统学技术手段通过系统设计第一节 生态工程的基本原理生态工程生态工程建设的目的建设的目的是：是：遵循自然界遵循自然界物质循环物质循环的规律，充分发挥资的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止源的生产潜力，防止环境污染环境污染，达到，达到经济效益经济效
8、益和和生态效益生态效益的同步发展。的同步发展。少消耗、多效益、可持续少消耗、多效益、可持续的工程体系。的工程体系。生态工程的优点：生态工程的优点：生态工程建设的目的是：少消耗、多效益、可持续的工程体系。生态（一）关注生态工程建设（一）关注生态工程建设资料分析一资料分析一98洪水洪水（一）关注生态工程建设资料分析一9 8 洪水资料分析一：资料分析一：1.导致导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？年长江洪水泛滥的主要原因是什么？根本原因根本原因(1)长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；急剧降低，造成大量泥沙淤
9、积河道；(2)中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。面积急剧减少。直接原因直接原因：1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。资料分析一：1.导致1 9 9 8 年长江洪水泛滥的主要原因是什么？以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；盖率；“退耕还湖退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。和改革不合理耕作方式等。在进行生态工程建设时，要考虑到怎样在进行生态工程建设时，
10、要考虑到怎样解决解决农村的农村的能源来源能源来源问题以及如何提高问题以及如何提高农民农民的经济收入的经济收入。解决长江洪水泛滥的措施：解决长江洪水泛滥的措施：以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；“退耕还湖”和2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？题？传统的经济发展模式传统的经济发展模式不注重生态环境的不注重生态环境的保护保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。大的生态环境破坏为代价。2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？资料资料2 2：我国是农业大国，人均土地、水等资源占有我
11、国是农业大国，人均土地、水等资源占有量远低于世界平均水平。虽然我国用占世界量远低于世界平均水平。虽然我国用占世界10%10%的的耕地养活了占世界耕地养活了占世界21%21%的人口，但由于受到西方的人口，但由于受到西方“石油农业石油农业”模式模式的影响，加上人口压力以及的影响，加上人口压力以及缺乏生态环境意识，所造成的资源破坏和农业缺乏生态环境意识，所造成的资源破坏和农业环境污染，已经对社会的可持续发展造成很大环境污染，已经对社会的可持续发展造成很大障碍。障碍。资料2：1.1.你对你对“石油农业石油农业”是如何理解的？是如何理解的？“石油农业石油农业”大量大量使用化肥、农药和机械使用化肥、农药和
12、机械的生产方式，的生产方式，因对石油等能源有高度的依赖性而得名。因对石油等能源有高度的依赖性而得名。2、石油农业的优势：、石油农业的优势：高产、高效、省时、省力高产、高效、省时、省力；提高农业生产效率和农产品产量，解决粮食需求提高农业生产效率和农产品产量，解决粮食需求的矛盾。的矛盾。3、石油农业的弊端：、石油农业的弊端：高投入、高成本、高污染高投入、高成本、高污染1.你对“石油农业”是如何理解的？“石油农业”大量使例如：珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，土地荒漠化土地荒漠化简单地说就是指土地退化，也叫“沙漠化”。是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装
13、，对已被破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。单一的樟子松林被松毛虫害死(1)长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；P108资料分析2问题讨论虽然我国用占世界10%的耕地养活了占世界21%的人口，但由于受到西方“石油农业”模式的影响，加上人口压力以及缺乏生态环境意识，所造成的资源破坏和农业环境污染，已经对社会的可持续发展造成很大障碍。环境承载力又称环境容纳量是指某种环境所能养活的生物种群的数量。系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、
14、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+12”。主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。物种越丰富，生态系统的抵抗力稳定性越高。当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。高产、高效、省时、省力；4.4.石油农业的生产模式应当怎样改进？石油农业的生产模式应当怎样改进？在不同的国家有不同的改进措施。在不同的国家有不同的改进措施。例如，在我国，人多地少，应该大力发展例如，在我国，人多地少，应该大力发展生生态农业态农业。实施的具体实施的具体措施包括：措施
15、包括：可以根据田间作物的需可以根据田间作物的需要适量施用高效、低毒、低残留的农药，多施有机肥，要适量施用高效、低毒、低残留的农药，多施有机肥，提高作物对水、肥等资源的利用效率，对作物秸秆和提高作物对水、肥等资源的利用效率，对作物秸秆和畜禽粪便进行再利用，实现物质的多级利用，等等。畜禽粪便进行再利用，实现物质的多级利用，等等。一方面要不断提高土地的产出水平；另一方面要减少一方面要不断提高土地的产出水平；另一方面要减少农业活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。农业活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。例如：珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，4.石油农业的生 如何理解如何理解“污染物是放错地
16、方的资源污染物是放错地方的资源”这句话？这句话？对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行技术，就能够进行回收和循环利用回收和循环利用，这样不但能，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。例如，对废污水中的重金减少了资源的浪费。例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。P108P108资料分析资料分析2 2问题讨论问题讨论 如何理解
17、“污染物是放错地方的资源”这句话？毁坏毁坏水、大气、土壤和生物资源水、大气、土壤和生物资源，消耗，消耗地球赠给我们的地球赠给我们的自然资本自然资本，并造成环境污，并造成环境污染。染。传统经济模式：传统经济模式：毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然 主要是通过实行主要是通过实行“循环经济循环经济”的原则，的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的物的资源化资源化，而实现循环经济最重要的手段之，而实现循环经济最重要的手段之一一就是就是生态工程。生态工程。生态经济
18、：生态经济：主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统二、生态工程所遵循的基本原理二、生态工程所遵循的基本原理1 1、物质循环再生原理、物质循环再生原理 2 2、物种多样性原理、物种多样性原理3 3、协调与平衡的原理、协调与平衡的原理4 4、整体性原理、整体性原理5 5、系统学和工程学原理、系统学和工程学原理二、生态工程所遵循的基本原理1、物质循环再生原理 不产生废弃物，没有环境污染，不产生废弃物，没有环境污染，生态生态系统稳定发展。系统稳定发展。1.物质循环再生原理物质循环再生原理 理论基础：理论基础：物质循环物质循环物质能够在各类生态系统中，进行物质能够在各类生态系统中，进行区区域小循环
19、域小循环和和全球地质大循环全球地质大循环，循环往，循环往复，复，分层分级分层分级利用，从而达到取之不利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。尽、用之不竭的效果。含义：含义：特点：特点：不产生废弃物，没有环境污染，生态系统稳定发展。1.物质循环我国古代传我国古代传统农业的辉统农业的辉煌成就之一，煌成就之一，是生态工程是生态工程最早和最生最早和最生动的一种模动的一种模式。式。无废弃物农业无废弃物农业我国古代传统农业的辉煌成就之一，是生态工程最早和最生动的一种2.物种多样性原理物种多样性原理物种越丰富，生态系统的抵抗力物种越丰富，生态系统的抵抗力稳定性越高。稳定性越高。理论基础：理论基础：生态系统生
20、态系统的的稳定性。稳定性。实质：实质：资料分析：资料分析：1.1.为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海会毁于一旦？而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性？中，保持着很高的生物多样性？2.物种多样性原理物种越丰富，生态系统的抵抗力稳定性越高。2 2、物种多样性原理、物种多样性原理单一的樟子松单一的樟子松林被松毛虫害林被松毛虫害死死食物链短而食物链短而单调，缺少单调，缺少松毛虫、天松毛虫、天牛的天敌。牛的天敌。理论基础：生态系统理论基础：生态系统的稳定性的稳定性2、物种多样性原理单一的樟
21、子松林被松毛虫害死食物链短而单调，3 3、协调与平衡原理、协调与平衡原理理论基础：生物与环境的协调与平衡理论基础：生物与环境的协调与平衡超出环境承载力超出环境承载力环境容纳量环境容纳量3、协调与平衡原理理论基础：生物与环境的协调与平衡超出环境承 西北地区年降雨量西北地区年降雨量450nm，只适宜种植灌木和草的，只适宜种植灌木和草的地区，却被硬性规定种植属于乔木的杨树，地区，却被硬性规定种植属于乔木的杨树，“杨家将杨家将”因因为不适应长成了为不适应长成了“小老头小老头“防护林变成了残败的防护林变成了残败的”灰色长灰色长城城“西北地区年降雨量4 5 0 n m，只适宜种植灌木和 提示：提示：抗寒、
22、耐旱，适应性强的沙棘，耐盐碱力较强抗寒、耐旱，适应性强的沙棘，耐盐碱力较强的沙枣等植物。的沙枣等植物。P111P111资料分析问题讨论资料分析问题讨论 从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪些特征的树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，建设时，应选择哪些特征的树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？你认为应该注意什么问题？提示：抗寒、耐旱，适应性强的沙棘，耐盐碱力较强的沙 处理好生物与环境的协调与平衡，处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑需要考虑环境承载力环境承载力。环境承载力又称环境承载力又
23、称环境容纳量环境容纳量是指某种环境所能养活的生是指某种环境所能养活的生物种群的数量。物种群的数量。处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。环例如，在我国，人多地少，应该大力发展生态农业。虽然我国用占世界10%的耕地养活了占世界21%的人口，但由于受到西方“石油农业”模式的影响，加上人口压力以及缺乏生态环境意识，所造成的资源破坏和农业环境污染，已经对社会的可持续发展造成很大障碍。物质能够在各类生态系统中，进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。通过系统设计、调控和技术组装荒漠化的主要影响是土地生产力的下降和随之而来的农牧业减产，相应带来
24、巨大的经济损失和一系列社会恶果，如沙尘暴等。若把系统的结构比作计算机网络，分析三种计算机网络结构示意图：若把系统的结构比作计算机网络，分析三种计算机网络结构示意图：促进人类社会和自然环境的和谐发展环境承载力又称环境容纳量是指某种环境所能养活的生物种群的数量。1、物质循环再生原理P108资料分析2问题讨论从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪些特征的树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？系统各组分之间要在适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+12”。洪灾的发生反映出经济
25、发展模式存在什么问题？“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？例如，在我国，人多地少，应该大力发展生态农业。5 5、系统学和工程学原理、系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理系统的结构决定功能原理 生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构通过改变和优化结构，达到改善系统功能达到改善系统功能的目的。的目的。系统整体性原理系统整体性原理 系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，样才能顺利完成能量、物质、信息等
26、的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+121+12”。5、系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理系统结构决定功能原理系统结构决定功能原理 若把系统的结构比作计算机网络，分析三若把系统的结构比作计算机网络，分析三种计算机网络结构示意图：种计算机网络结构示意图：工作的可靠性哪个高？工作的可靠性哪个高？系统结构决定功能原理 若把系统的结构比作计算机系统结构决定功能原理系统结构决定功能原理系统结构决定功能原理5 5、系统学和工程学原理、系统学和工程学原理系统结构决定功能原理系统结构决定功能原理高效生态系统高效生态系统5、系统学和工程学原理
27、系统结构决定功能原理高效生态系统 系统各组分之间要在适当的比例关系，只有系统各组分之间要在适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即即“1+12”。理论基础：整体功能大理论基础：整体功能大于部分之和于部分之和系统整体性原理系统整体性原理例如：珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，例如：珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，得益于珊瑚虫和藻类组成的高效的植物得益于珊瑚虫和藻类组成的高效的植物动物营动物营养循环。养循环。系统各组分之间要在适当的比例关系，只有这样才固氮菌为豆科作物提供氮素，固氮菌为豆科作物提供氮素，豆科作物为其提供能量和其他豆科作物为其提供能量和其他营养，营养，两者的共生使豆科作物能够两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长；在氮素缺乏的土地上生长；当把它们当把它们分开分开时，两者的生时，两者的生长都要长都要受到损害受到损害。豆科作物和固氮菌的共生豆科作物和固氮菌的共生固氮菌为豆科作物提供氮素，豆科作物和固氮菌的共生
