还剩51页未读，
继续阅读
高中生物第3节 生态工程图文ppt课件
展开
这是一份高中生物第3节 生态工程图文ppt课件，共59页。PPT课件主要包含了教学过程，概念图，课堂练习巩固，典型习题，规律总结，课外实践，实例及发展前景，生态工程的基本原理，问题探讨，关注生态工程建设等内容，欢迎下载使用。
Teaching Prcess
2.课堂教 学内容
在2008年北京奥运会的筹办过程中，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。
讨论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。
一.生态过程的基本原理
讨论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？
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。
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。
讨论2：为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢？
（1）实施生态工程的背景
这样的生产方式，已经严重影响了人类的可持续发展。为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律。改变“人类能征服自然”的错误观念，旨在解决环境与经济发展协调问题的一门新学科——生态工程应运而生并迅速发展。
20世纪60年代以来，全球经济进入了快速增长阶段，人们生活水平提高、人口迅速增长，人类也随之更多地从自然中索取。毁林种地，围湖造田，大量使用化肥、农药等农业生产方式，以及工业的迅猛发展，正在大量消耗自然资源。
消耗少、效益多、可持续。
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。
遵循生态学原理，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。
毁林种地,围湖造田,大量使用化肥、农药等农业生产方式,以及工业的迅猛发展,正在消耗大量的自然资源。
2.生态工程所遵循的基本原理
生态工程以生态系统的_______、_________功能为基础,遵循______、_____、_____、_____等生态学基本原理
有效选择并合理布设生物组分
由于生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持就是系统的自生。
生态系统的自我调节能力
实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染
促进物质的迁移与转化，保证各环节物质迁移顺畅，保证主要物质和元素的转化率高。
生态系统的物质循环功能
旁栏思考（p100）：有人说，过度从土地索取导致土地退化， 是有些古文明中断的一个重要原因，我国几千年的农业发展没有出现这一问题，这是中华文明数千年延续不断的条件之一。你认同这一观点吗？请查找资料，对这一观点作出评析。
提示： 认同。历史上美索不达米亚、小亚细亚等地居民毁林造田，使那里成为不毛之地，而中华文明在“天人合一”“道法自然”等生态智慧和“仁民爱物”“民胞物与”等生态伦理的指导下，生生不息、源远流长。
考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。
生物与环境、生物与生物之间要协调与适应
在年降雨量小于450mm的西北部建防护林，能否栽种乔木杨树？
从协调原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设，应选择哪些树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？
我国西部地区缺雨干旱，土壤较为贫瘠，应该选择适合当地自然环境条件的树种，如沙棘、山杏、刺槐、小叶锦鸡儿等；
在西北地区发展畜牧业，应注意考虑环境容纳量，牲畜数量不超过草地的承载力，避免过度放牧，并适当种植牧草。
遵从自然生态系统的规律
考虑经济和社会的影响力
社会-经济-自然复合系统
思考•讨论：生态工程所遵循的基本原理
讨论：1.尝试画出桑基鱼塘中的食物链。
浮游植物一浮游动物→鱼
（1）蚕粪、蔗叶进入鱼塘，经分解者作用后被植物利用。
（2）池塘养鱼要考虑不同鱼种的关系和鱼的数量。
（3）桑基鱼塘在设计时要考虑栽种作物与养殖动物的比例。
讨论：2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
（4）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。
讨论：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，生态工程建设除了要考虑生态学、工程学原理，还需要关注什么？
还需关注经济学原理，要达到经济效益和生态效益的同步发展
拓展：《基于 AquatX 的北京奥林匹克森林公园主湖生态净化模拟》Simulatin f Ec-purificatin in Beijing Olympic Frest Park Lake Based n Aquatx Simulatin Mdel乔青青 王沛永QIAO Jinging, WANG Peryng *
乔箐箐/1992年生/女/辽宁人/北京林业大学园林学院在读硕士研究生/研究方向为风景园林规划与设计（北京100083)
王沛永/1972年生/男/河北人/博士/城乡生态环境北京实验室，北京林业大学园林学院，风景园林工程教研室副教授/研究方向为风景园林工程（北京 100083）
奥森水域面积小且封闭、易污染、缺少完整食物链，因此水体容易发生富营养化，产生水华。为评估奥森主湖水体生态系统的状况，提出水质净化的有效措施，研究人员借助模型软件对公园水体生态系统进行了模拟研究。 设计思路：设置实验组（模型1：使用人工净水系统，进水口增加人工湿地）和空白对照组（模型2：自然水域。无人工净水系统），其他变量一致。模拟期限设定为5年（即5个植物生长期）。 相关数据：本研究中，以高等植物每年的长势作为判断生态系统稳定性高低和人工净水措施可持续性的指标。实验中选择了3种代表植物，通过观察这些植物的生物量变化建立模拟曲线。实验结果如下图。
模型中的生物变量包括浮游植物、浮游动物、大型植物和鱼类。共加入了绿藻、蓝藻、高营养硅藻（小环藻属）、低营养硅藻（脆杆藻属，）、隐藻5 类浮游植物，和摇蚊幼虫、水蚤、轮虫、肉食性浮游动物 4 类浮游动物。大型植物和鱼类按照公园原设计，选取了苦草、菹草、水藓3 种沉水植物和鲤鱼。3种沉水植物的初始生物量分别设为 5g/m2、5g/m2、1g/m2，鱼类通过设定不同的初始生物量并观察 15 年的模拟时间段内生物量变化确定其承载力。
苦草的主要生长期为 4—6 月，5 月达到生物量峰值；菹草的主要生长期为8—12月，9 月底达到峰值。第一年苦草长势较强，峰值达到干重 209.9g/m2，菹草长势较弱，峰值达到干重 137.3g/m2；之后 4 年中苦草生物量峰值保持在干重 200g/m2左右，菹草生物量在干重180g/m2左右。水藓7—9月生物量略微减少，但总体呈现逐渐增多的趋势。
高等植物的长势模拟结果如图 所示。与模型 1 相比，苦草长势大致不变，生物量峰值在200g/m2左右，但在秋季也有少量生长；菹草长势明显较弱，生物量峰值在 30~50g/m2；水藓总体呈现快速生长的趋势，第五年生物量远高于模型 1。
分析两个模型，小组讨论，并回答问题。 思考1. 模型1在进水口增加了人工湿地，对入水进行一定的净化。与模型2相比，模型1中三种植物的长势是否有变化？请你推测，哪个模型的生态系统稳定性高？
将模型 1 和模型 2 相比较可以看出，主湖水质净化主要依靠外部的湿地净化系统。现有的循环净化系统能较为有效地维持水质，而仅通过现有沉水植物和鱼类不能有效地维持水质，且不能维持水中的生态平衡。
新措施：在模型2中加入底栖动物田螺，建立模型3。田螺可以摄食有机碎屑、浮游生物、苔藓类植物等，也是鲤鱼的食物之一。实验结果如下。
高等植物的长势模拟结果如图所示。可见，苦草和菹草的长势与模型 1 基本相同，但苦草生物量峰值略小。苦草第一年生物量峰值为干重 202.1g/m2，之后每年在 170~180g/m2之间；菹草第一年生物量峰值为干重181.0g/m2，之后每年在190g/m2左右；水藓的生物量没有增加的趋势。
思考2. 自然进化形成的生态系统稳定极高，请利用生态学知识提高模型2的稳定性的新措施。
将模型 3 和模型 1、2 相比较可以看出，加入底栖动物后，对浮游植物的控制效果和生态系统稳定性不但优于加入底栖动物之前，也优于现有的循环净化系统。底栖动物的加入完善了湖水中的生态系统，增加了“植物—田螺—鲤鱼”这一条食物链，加速了营养物质和能量从植物到鲤鱼的传递。一方面由于鲤鱼的食物来源增加，模型可承载的鲤鱼生物量增大；另一方面水藓和浮游植物由于田螺的摄食，生物量维持在较低的水平。
当生态系统中物种配置合理时，可以通过自我调节和更新达到相对稳定状态，这就是生态系统的自生，是生态工程遵循的最重要的原理。
为探究奥森主湖水体生态系统的物种配置对净水效果及可持续性的影响，研究人员将模型2中的菹草置换为荷花建立模型4。菹草与苦草、水藓都是沉水植物，而荷花是挺水植物，它与苦草、水藓的生态位不同。实验结果如下图。
高等植物的长势模拟结果如图所示。苦草第一年的长势与模型 1 接近，但之后每年的生长量较小，生物量峰值约在干重125~150g/m2之间；水藓仍有逐年增多的趋势，但生长速度与模型 1 相比明显减缓，第5年生物量峰值为 20.5g/m2；荷花长势较为稳定，生长期 5—11 月，8 月到达生物量峰值，第一年峰值为干重 153.6g/m2，之后峰值在干重 145g/m2左右。
将模型 4 和模型 1、2 相比较可以看出，与单一的沉水植物配植相比，沉水植物和挺水植物的组合配植对浮游植物繁殖的控制效果更好，动植物生长也较为稳定，但总体净水效果仍然有限。荷花在 8 月藻类最容易爆发的时期达到生物量峰值，因此有效抑制了季节性藻类爆发。 此外，挺水植物会阻挡光线进入水下，在与沉水植物的竞争中处于优势。但需要注意的是，主湖在现实中仅有局部区域可种植挺水植物，因此这一方案在主湖的可行性较低，但可以为水深较浅的景观水体设计所借鉴。
更换不同生态位的物种对该生态系统的群落结构有和影响？ 在生态工程建设中，进行物种配置需要主要哪些问题？
在生态工程建设时，必须要考虑生物与环境、生物与生物的协调与平衡，才能实现可持续发展。
生态工程需要根据工程的目的，以及当地自然、社会和经济的情况，从系统的不同角度综合考虑问题。因次，不但要考虑生态学原理，而且要考虑经济和社会的实际状况，通过系统学、工程学的设计，在充分利用自然的基础上，考虑节省投资和维护成本，提供务实、可持续的解决方案。
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养微生物的分解作用
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。几年来，由于基本没有人类活动，这里恢复了完全的自然状态。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。
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。
请基于对生态系统稳定性的认识，回答以下问题。3.可以采取什么措施来改善该地河流水质？
从治理已有污染的角度，可采用物理、化学、生物等方法进行治理，如机械除藻、底泥疏浚、在某些区段人工増氧、利用微生物分解污染物、利用水生植物进行生态修复等。从管理的角度，应禁止生活污水和工业废水排入河道，或污水、废水必须经严格处理才能排放；加强人们的水环境保护意识；加强执法检査；
我国生态工程取得不少成绩，仍有不足之处。
二.生态过程的实例和发展前景
农村人多地少，产出不足。
建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用，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。
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。
农、林、牧、副、渔全面发展；开发可更新资源,减少环境污染。
（1）农村综合发展型生态工程
思考•讨论：分析某村综合发展型生态工程
P111应用前景广阔的沼气工程
广东省正在逐步推进新农村建设项目，但部分农村仍存在许多问题（下图），假如你是该村村长，请你指出该村存在的问题，并对这些问题提出你的解决方案，同时也说明依据了哪些原理。
讨论2.这一生态系统的结构和功能有哪些特点？
生态系统中的各组分搭配合理，紧密联系形成一个有序的整体，实现了物质多级循环利用、能量充分利用，减少了废物排放与环境污染。
讨论3.这一生态工程有哪些值得借鉴的做法？
这一生态工程实现了物质利用的良性循环，提高了土地产出水平，创造了多种劳动力就业机会，增加了农民收入，促进了经济发展，同时降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。
湿地被誉为地球的“肾”,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，以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。
解决迁出湖区居民的生活和就业问题。
在经济发展过程中，人们对湿地进行排水和围垦,已经破坏 了地球上80%的湿地资源。
（2）湿地生态恢复工程
江西鄱阳湖生态恢复工程
矿藏开采后会造成山体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏。
A.改良表土；B.种植耐旱的灌木、草和树；C.合理确定载牧量。
赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。
（3）矿区废弃地的生态恢复工程
（1）我国生态工程存在的问题
①缺乏定量化模型的指导，难以像“精确农业”那样设计出标准化、易操作的生态工程样板。 ②有些设计缺乏高科技含量。 ③生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持。 ④缺乏理论指导。
（2）我国目前面临的生态危机及对策
②对策：发挥生态工程建设的作用，重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。
2.生物工程的发展前景
（3）对生态工程治理应持有的态度
在肯定生态工程的作用，特别是看到它在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，不要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，就可以走“先污染、破坏，后治理”的老路。
（4）我国生态工程的前景
中华民族传承古老的天人合一理念，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。今天，古老的智慧融合了现代科学成就，生态工程的发展和应用，将在建设美丽中国的过程中大有作为。
思维训练：总结概括并运用术语表达
1.生命系统的结构特征？2.生命系统的功能特点？3.从生态的视角看，生命系统___________________________________4.从历史的角度看，生命系统___________________________________________________。
依存于环境，也能适应环境、影响环境
能与环境进行物质和能量的交换以维持自身的有序性，进行“自我更新”；细胞和个体等生命系统还能进行“自我复制”。
开放性、复杂性、有序性、动态性、整体性。
由最原始、最简单的生命进化而来，
例1.如图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田里的杂草和害虫，利用鸭不间断地活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长，用作物养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪、鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答下列问题：
(1)从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是_____________________________。 该系统将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了应用，体现了生态工程的________原理。(2)该系统将多个生态系统通过优化组合，有机整合在一起，提高了系统生产力，体现了生态工程中 的______原理。生产的大米无公害的原因是__________________________________________。
(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，试分析其增产的原因：__________________________。 蘑菇房与蔬菜大棚相通，比单纯种植蔬菜和单纯培育蘑菇带来的效益之和还要高，体现了生态工程 中的_______原理。
实现物质的循环再生和能量的多级利用
减少了化肥和农药的使用量，减少了对水的污染
蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强
1. 生态工程建设需要因地制宜、多措并举。判断下列相关表述是否正确。 （1）农村综合发展型生态工程实现了物质和能量的循环利用。 （ ） （2）农村综合发展型生态工程的原理是一样的，各地均可按相同的模式建设。 （ ） （3）在湿地生态恢复工程中，建立缓冲带主要是为了减少人类的干扰。 （ ） （4）在某矿区废弃地进行公园化建设时，需要考虑植被与土壤之间的协调。 （ ）
2. 2017年，我国农业部启动了农业绿色发展行动，其中要求提高农作物秸秆的利用率。下列对农作物秸秆处理不当的是( ) A. 过腹还田 B. 青贮、氨化处理 C. 田间焚烧，留灰做底肥 D. 利用作物秸杆培养蚯蚓
莱茵河是欧洲大陆的一条大河，流经多个国家,曾是流域内几千万人的饮用水水源，也是鲜鱼等河游性鱼的洄游河流。第二次世界大战以后，伴随经济的快速发展，过度捕捞、河道的渠化、工业污水的排放、繁忙的内河航运等人类活动导致莱茵河的水质严重恶化，因河道裁弯取直,鱼类涧游受阻等问题日趋严重。（1）针对上述问题，列举菜茵河的治理要解决哪些方面的问题。（2）莱茵河流域管理委员会和沿河国家于1987年提出了重塑莱茵河的生态修复计划，查阅资料，了解该计划的设计思路。（3）查阅最新进展，了解莱茵河的生态现状。（4）谈谈莱茵河治理给你的启发。（5）你家乡附近的河流是否也出现20世纪菜茵河遇到的问题？能否借鉴莱茵河治理的经验和教训？提出你的想法。
莱茵河是欧洲大陆的一条大河，流经多个国家,曾是流域内几千万人的饮用水水源，也是鲜鱼等河游性鱼的洄游河流。第二次世界大战以后，伴随经济的快速发展，过度捕捞、河道的渠化、工业污水的排放、繁忙的内河航运等人类活动导致莱茵河的水质严重恶化，因河道裁弯取直,鱼类涧游受阻等问题日趋严重。（1）针对上述问题，列举菜茵河的治理要解决哪些方面的问题。
提示：要解决过度捕捞、河道的渠化、工业污水的排放、繁忙的内河航运等人类活动带来的水质严重恶化等问题。要协调经济和社会发展与生态环境保护之间的关系。严格控制流域内的污水排放并对污水进行净化处理；拆除不合理的航道、灌溉和防洪工程；保护植被、加强绿化、恢复生态；保护洄游鱼类、保护鱼类产卵场、控制鱼类捕捞量；等等。
莱茵河是欧洲大陆的一条大河，流经多个国家,曾是流域内几千万人的饮用水水源，也是鲜鱼等河游性鱼的洄游河流。第二次世界大战以后，伴随经济的快速发展，过度捕捞、河道的渠化、工业污水的排放、繁忙的内河航运等人类活动导致莱茵河的水质严重恶化，因河道裁弯取直,鱼类涧游受阻等问题日趋严重。（4）谈谈莱茵河治理给你的启发。
提示：一方面可以从人们对污染治理的观念转变，制订科学的治理方案，加强国际合作与公众参与等角度来谈；另一方面可以将莱茵河的治理与我国在河流治理方面的典型案例进行对比分析，并提出合理化建议等。
2.有的科学家说，人类总是如下图所示，依靠科技的进步，使自身更加适应环境。然而，人口也会随之明显增长，并使生态环境进一步遭到破坏，如消耗更多的资源、生物多样性锐减以及产生更多的废弃物和污染物，从而形成一种恶性循环。你认同这种观点吗？你认为人口、科技进步和资源与环境之间应当是一种什么样的关系？
不认同。世界近几百年来人口过快增长与科技进步有一定关系，人口过快增长造成资源大量消耗、生态遭到严重破坏的情况是比较普遍的。但是，在许多人口增长控制得比较好、生态治理和环境保护做得比较好的国家和地区，资源和环境状况正在朝着好的方向转化，因此不能笼统地认同这种观点。人口、科技进步、资源与环境之间应当是一种相互协调的关系。科技进步特别是农业科技进步可以使地球养活更多的人口，但科技进步并不一定导致人口猛增，有些科技发达的国家甚至出现人口下降的趋势；应用先进科技可以提高资源和能源的利用效率，开发绿色能源和防治污染。因此，人类不仅要大力推动科技进步，还要大力加强人口、资源和环境教育。此外，各国还要加强有关的法制建设和国际合作，使全球人口增长得到合理的控制，使资源得到合理的利用，使生态环境不再遭到破坏并且朝着好的方向发展。总之，人类应当坚持走一条自然、经济、社会相协调的可持续发展之路。
Teaching Prcess
2.课堂教 学内容
在2008年北京奥运会的筹办过程中，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。
讨论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。
一.生态过程的基本原理
讨论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？
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。
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。
讨论2：为什么要先做森林公园的整体设计再开工呢？
（1）实施生态工程的背景
这样的生产方式，已经严重影响了人类的可持续发展。为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律。改变“人类能征服自然”的错误观念，旨在解决环境与经济发展协调问题的一门新学科——生态工程应运而生并迅速发展。
20世纪60年代以来，全球经济进入了快速增长阶段，人们生活水平提高、人口迅速增长，人类也随之更多地从自然中索取。毁林种地，围湖造田，大量使用化肥、农药等农业生产方式，以及工业的迅猛发展，正在大量消耗自然资源。
消耗少、效益多、可持续。
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。
遵循生态学原理，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。
毁林种地,围湖造田,大量使用化肥、农药等农业生产方式,以及工业的迅猛发展,正在消耗大量的自然资源。
2.生态工程所遵循的基本原理
生态工程以生态系统的_______、_________功能为基础,遵循______、_____、_____、_____等生态学基本原理
有效选择并合理布设生物组分
由于生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持就是系统的自生。
生态系统的自我调节能力
实现物质的多级循环利用，废物资源化，减少污染
促进物质的迁移与转化，保证各环节物质迁移顺畅，保证主要物质和元素的转化率高。
生态系统的物质循环功能
旁栏思考（p100）：有人说，过度从土地索取导致土地退化， 是有些古文明中断的一个重要原因，我国几千年的农业发展没有出现这一问题，这是中华文明数千年延续不断的条件之一。你认同这一观点吗？请查找资料，对这一观点作出评析。
提示： 认同。历史上美索不达米亚、小亚细亚等地居民毁林造田，使那里成为不毛之地，而中华文明在“天人合一”“道法自然”等生态智慧和“仁民爱物”“民胞物与”等生态伦理的指导下，生生不息、源远流长。
考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。
生物与环境、生物与生物之间要协调与适应
在年降雨量小于450mm的西北部建防护林，能否栽种乔木杨树？
从协调原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设，应选择哪些树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？
我国西部地区缺雨干旱，土壤较为贫瘠，应该选择适合当地自然环境条件的树种，如沙棘、山杏、刺槐、小叶锦鸡儿等；
在西北地区发展畜牧业，应注意考虑环境容纳量，牲畜数量不超过草地的承载力，避免过度放牧，并适当种植牧草。
遵从自然生态系统的规律
考虑经济和社会的影响力
社会-经济-自然复合系统
思考•讨论：生态工程所遵循的基本原理
讨论：1.尝试画出桑基鱼塘中的食物链。
浮游植物一浮游动物→鱼
（1）蚕粪、蔗叶进入鱼塘，经分解者作用后被植物利用。
（2）池塘养鱼要考虑不同鱼种的关系和鱼的数量。
（3）桑基鱼塘在设计时要考虑栽种作物与养殖动物的比例。
讨论：2.桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？
（4）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。
讨论：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，生态工程建设除了要考虑生态学、工程学原理，还需要关注什么？
还需关注经济学原理，要达到经济效益和生态效益的同步发展
拓展：《基于 AquatX 的北京奥林匹克森林公园主湖生态净化模拟》Simulatin f Ec-purificatin in Beijing Olympic Frest Park Lake Based n Aquatx Simulatin Mdel乔青青 王沛永QIAO Jinging, WANG Peryng *
乔箐箐/1992年生/女/辽宁人/北京林业大学园林学院在读硕士研究生/研究方向为风景园林规划与设计（北京100083)
王沛永/1972年生/男/河北人/博士/城乡生态环境北京实验室，北京林业大学园林学院，风景园林工程教研室副教授/研究方向为风景园林工程（北京 100083）
奥森水域面积小且封闭、易污染、缺少完整食物链，因此水体容易发生富营养化，产生水华。为评估奥森主湖水体生态系统的状况，提出水质净化的有效措施，研究人员借助模型软件对公园水体生态系统进行了模拟研究。 设计思路：设置实验组（模型1：使用人工净水系统，进水口增加人工湿地）和空白对照组（模型2：自然水域。无人工净水系统），其他变量一致。模拟期限设定为5年（即5个植物生长期）。 相关数据：本研究中，以高等植物每年的长势作为判断生态系统稳定性高低和人工净水措施可持续性的指标。实验中选择了3种代表植物，通过观察这些植物的生物量变化建立模拟曲线。实验结果如下图。
模型中的生物变量包括浮游植物、浮游动物、大型植物和鱼类。共加入了绿藻、蓝藻、高营养硅藻（小环藻属）、低营养硅藻（脆杆藻属，）、隐藻5 类浮游植物，和摇蚊幼虫、水蚤、轮虫、肉食性浮游动物 4 类浮游动物。大型植物和鱼类按照公园原设计，选取了苦草、菹草、水藓3 种沉水植物和鲤鱼。3种沉水植物的初始生物量分别设为 5g/m2、5g/m2、1g/m2，鱼类通过设定不同的初始生物量并观察 15 年的模拟时间段内生物量变化确定其承载力。
苦草的主要生长期为 4—6 月，5 月达到生物量峰值；菹草的主要生长期为8—12月，9 月底达到峰值。第一年苦草长势较强，峰值达到干重 209.9g/m2，菹草长势较弱，峰值达到干重 137.3g/m2；之后 4 年中苦草生物量峰值保持在干重 200g/m2左右，菹草生物量在干重180g/m2左右。水藓7—9月生物量略微减少，但总体呈现逐渐增多的趋势。
高等植物的长势模拟结果如图 所示。与模型 1 相比，苦草长势大致不变，生物量峰值在200g/m2左右，但在秋季也有少量生长；菹草长势明显较弱，生物量峰值在 30~50g/m2；水藓总体呈现快速生长的趋势，第五年生物量远高于模型 1。
分析两个模型，小组讨论，并回答问题。 思考1. 模型1在进水口增加了人工湿地，对入水进行一定的净化。与模型2相比，模型1中三种植物的长势是否有变化？请你推测，哪个模型的生态系统稳定性高？
将模型 1 和模型 2 相比较可以看出，主湖水质净化主要依靠外部的湿地净化系统。现有的循环净化系统能较为有效地维持水质，而仅通过现有沉水植物和鱼类不能有效地维持水质，且不能维持水中的生态平衡。
新措施：在模型2中加入底栖动物田螺，建立模型3。田螺可以摄食有机碎屑、浮游生物、苔藓类植物等，也是鲤鱼的食物之一。实验结果如下。
高等植物的长势模拟结果如图所示。可见，苦草和菹草的长势与模型 1 基本相同，但苦草生物量峰值略小。苦草第一年生物量峰值为干重 202.1g/m2，之后每年在 170~180g/m2之间；菹草第一年生物量峰值为干重181.0g/m2，之后每年在190g/m2左右；水藓的生物量没有增加的趋势。
思考2. 自然进化形成的生态系统稳定极高，请利用生态学知识提高模型2的稳定性的新措施。
将模型 3 和模型 1、2 相比较可以看出，加入底栖动物后，对浮游植物的控制效果和生态系统稳定性不但优于加入底栖动物之前，也优于现有的循环净化系统。底栖动物的加入完善了湖水中的生态系统，增加了“植物—田螺—鲤鱼”这一条食物链，加速了营养物质和能量从植物到鲤鱼的传递。一方面由于鲤鱼的食物来源增加，模型可承载的鲤鱼生物量增大；另一方面水藓和浮游植物由于田螺的摄食，生物量维持在较低的水平。
当生态系统中物种配置合理时，可以通过自我调节和更新达到相对稳定状态，这就是生态系统的自生，是生态工程遵循的最重要的原理。
为探究奥森主湖水体生态系统的物种配置对净水效果及可持续性的影响，研究人员将模型2中的菹草置换为荷花建立模型4。菹草与苦草、水藓都是沉水植物，而荷花是挺水植物，它与苦草、水藓的生态位不同。实验结果如下图。
高等植物的长势模拟结果如图所示。苦草第一年的长势与模型 1 接近，但之后每年的生长量较小，生物量峰值约在干重125~150g/m2之间；水藓仍有逐年增多的趋势，但生长速度与模型 1 相比明显减缓，第5年生物量峰值为 20.5g/m2；荷花长势较为稳定，生长期 5—11 月，8 月到达生物量峰值，第一年峰值为干重 153.6g/m2，之后峰值在干重 145g/m2左右。
将模型 4 和模型 1、2 相比较可以看出，与单一的沉水植物配植相比，沉水植物和挺水植物的组合配植对浮游植物繁殖的控制效果更好，动植物生长也较为稳定，但总体净水效果仍然有限。荷花在 8 月藻类最容易爆发的时期达到生物量峰值，因此有效抑制了季节性藻类爆发。 此外，挺水植物会阻挡光线进入水下，在与沉水植物的竞争中处于优势。但需要注意的是，主湖在现实中仅有局部区域可种植挺水植物，因此这一方案在主湖的可行性较低，但可以为水深较浅的景观水体设计所借鉴。
更换不同生态位的物种对该生态系统的群落结构有和影响？ 在生态工程建设中，进行物种配置需要主要哪些问题？
在生态工程建设时，必须要考虑生物与环境、生物与生物的协调与平衡，才能实现可持续发展。
生态工程需要根据工程的目的，以及当地自然、社会和经济的情况，从系统的不同角度综合考虑问题。因次，不但要考虑生态学原理，而且要考虑经济和社会的实际状况，通过系统学、工程学的设计，在充分利用自然的基础上，考虑节省投资和维护成本，提供务实、可持续的解决方案。
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养微生物的分解作用
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。几年来，由于基本没有人类活动，这里恢复了完全的自然状态。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。
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。
请基于对生态系统稳定性的认识，回答以下问题。3.可以采取什么措施来改善该地河流水质？
从治理已有污染的角度，可采用物理、化学、生物等方法进行治理，如机械除藻、底泥疏浚、在某些区段人工増氧、利用微生物分解污染物、利用水生植物进行生态修复等。从管理的角度，应禁止生活污水和工业废水排入河道，或污水、废水必须经严格处理才能排放；加强人们的水环境保护意识；加强执法检査；
我国生态工程取得不少成绩，仍有不足之处。
二.生态过程的实例和发展前景
农村人多地少，产出不足。
建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用，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。
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。
农、林、牧、副、渔全面发展；开发可更新资源,减少环境污染。
（1）农村综合发展型生态工程
思考•讨论：分析某村综合发展型生态工程
P111应用前景广阔的沼气工程
广东省正在逐步推进新农村建设项目，但部分农村仍存在许多问题（下图），假如你是该村村长，请你指出该村存在的问题，并对这些问题提出你的解决方案，同时也说明依据了哪些原理。
讨论2.这一生态系统的结构和功能有哪些特点？
生态系统中的各组分搭配合理，紧密联系形成一个有序的整体，实现了物质多级循环利用、能量充分利用，减少了废物排放与环境污染。
讨论3.这一生态工程有哪些值得借鉴的做法？
这一生态工程实现了物质利用的良性循环，提高了土地产出水平，创造了多种劳动力就业机会，增加了农民收入，促进了经济发展，同时降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。
湿地被誉为地球的“肾”,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，以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。
解决迁出湖区居民的生活和就业问题。
在经济发展过程中，人们对湿地进行排水和围垦,已经破坏 了地球上80%的湿地资源。
（2）湿地生态恢复工程
江西鄱阳湖生态恢复工程
矿藏开采后会造成山体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏。
A.改良表土；B.种植耐旱的灌木、草和树；C.合理确定载牧量。
赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。
（3）矿区废弃地的生态恢复工程
（1）我国生态工程存在的问题
①缺乏定量化模型的指导，难以像“精确农业”那样设计出标准化、易操作的生态工程样板。 ②有些设计缺乏高科技含量。 ③生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持。 ④缺乏理论指导。
（2）我国目前面临的生态危机及对策
②对策：发挥生态工程建设的作用，重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。
2.生物工程的发展前景
（3）对生态工程治理应持有的态度
在肯定生态工程的作用，特别是看到它在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，不要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，就可以走“先污染、破坏，后治理”的老路。
（4）我国生态工程的前景
中华民族传承古老的天人合一理念，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。今天，古老的智慧融合了现代科学成就，生态工程的发展和应用，将在建设美丽中国的过程中大有作为。
思维训练：总结概括并运用术语表达
1.生命系统的结构特征？2.生命系统的功能特点？3.从生态的视角看，生命系统___________________________________4.从历史的角度看，生命系统___________________________________________________。
依存于环境，也能适应环境、影响环境
能与环境进行物质和能量的交换以维持自身的有序性，进行“自我更新”；细胞和个体等生命系统还能进行“自我复制”。
开放性、复杂性、有序性、动态性、整体性。
由最原始、最简单的生命进化而来，
例1.如图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田里的杂草和害虫，利用鸭不间断地活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长，用作物养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪、鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答下列问题：
(1)从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是_____________________________。 该系统将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了应用，体现了生态工程的________原理。(2)该系统将多个生态系统通过优化组合，有机整合在一起，提高了系统生产力，体现了生态工程中 的______原理。生产的大米无公害的原因是__________________________________________。
(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，试分析其增产的原因：__________________________。 蘑菇房与蔬菜大棚相通，比单纯种植蔬菜和单纯培育蘑菇带来的效益之和还要高，体现了生态工程 中的_______原理。
实现物质的循环再生和能量的多级利用
减少了化肥和农药的使用量，减少了对水的污染
蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强
1. 生态工程建设需要因地制宜、多措并举。判断下列相关表述是否正确。 （1）农村综合发展型生态工程实现了物质和能量的循环利用。 （ ） （2）农村综合发展型生态工程的原理是一样的，各地均可按相同的模式建设。 （ ） （3）在湿地生态恢复工程中，建立缓冲带主要是为了减少人类的干扰。 （ ） （4）在某矿区废弃地进行公园化建设时，需要考虑植被与土壤之间的协调。 （ ）
2. 2017年，我国农业部启动了农业绿色发展行动，其中要求提高农作物秸秆的利用率。下列对农作物秸秆处理不当的是( ) A. 过腹还田 B. 青贮、氨化处理 C. 田间焚烧，留灰做底肥 D. 利用作物秸杆培养蚯蚓
莱茵河是欧洲大陆的一条大河，流经多个国家,曾是流域内几千万人的饮用水水源，也是鲜鱼等河游性鱼的洄游河流。第二次世界大战以后，伴随经济的快速发展，过度捕捞、河道的渠化、工业污水的排放、繁忙的内河航运等人类活动导致莱茵河的水质严重恶化，因河道裁弯取直,鱼类涧游受阻等问题日趋严重。（1）针对上述问题，列举菜茵河的治理要解决哪些方面的问题。（2）莱茵河流域管理委员会和沿河国家于1987年提出了重塑莱茵河的生态修复计划，查阅资料，了解该计划的设计思路。（3）查阅最新进展，了解莱茵河的生态现状。（4）谈谈莱茵河治理给你的启发。（5）你家乡附近的河流是否也出现20世纪菜茵河遇到的问题？能否借鉴莱茵河治理的经验和教训？提出你的想法。
莱茵河是欧洲大陆的一条大河，流经多个国家,曾是流域内几千万人的饮用水水源，也是鲜鱼等河游性鱼的洄游河流。第二次世界大战以后，伴随经济的快速发展，过度捕捞、河道的渠化、工业污水的排放、繁忙的内河航运等人类活动导致莱茵河的水质严重恶化，因河道裁弯取直,鱼类涧游受阻等问题日趋严重。（1）针对上述问题，列举菜茵河的治理要解决哪些方面的问题。
提示：要解决过度捕捞、河道的渠化、工业污水的排放、繁忙的内河航运等人类活动带来的水质严重恶化等问题。要协调经济和社会发展与生态环境保护之间的关系。严格控制流域内的污水排放并对污水进行净化处理；拆除不合理的航道、灌溉和防洪工程；保护植被、加强绿化、恢复生态；保护洄游鱼类、保护鱼类产卵场、控制鱼类捕捞量；等等。
莱茵河是欧洲大陆的一条大河，流经多个国家,曾是流域内几千万人的饮用水水源，也是鲜鱼等河游性鱼的洄游河流。第二次世界大战以后，伴随经济的快速发展，过度捕捞、河道的渠化、工业污水的排放、繁忙的内河航运等人类活动导致莱茵河的水质严重恶化，因河道裁弯取直,鱼类涧游受阻等问题日趋严重。（4）谈谈莱茵河治理给你的启发。
提示：一方面可以从人们对污染治理的观念转变，制订科学的治理方案，加强国际合作与公众参与等角度来谈；另一方面可以将莱茵河的治理与我国在河流治理方面的典型案例进行对比分析，并提出合理化建议等。
2.有的科学家说，人类总是如下图所示，依靠科技的进步，使自身更加适应环境。然而，人口也会随之明显增长，并使生态环境进一步遭到破坏，如消耗更多的资源、生物多样性锐减以及产生更多的废弃物和污染物，从而形成一种恶性循环。你认同这种观点吗？你认为人口、科技进步和资源与环境之间应当是一种什么样的关系？
不认同。世界近几百年来人口过快增长与科技进步有一定关系，人口过快增长造成资源大量消耗、生态遭到严重破坏的情况是比较普遍的。但是，在许多人口增长控制得比较好、生态治理和环境保护做得比较好的国家和地区，资源和环境状况正在朝着好的方向转化，因此不能笼统地认同这种观点。人口、科技进步、资源与环境之间应当是一种相互协调的关系。科技进步特别是农业科技进步可以使地球养活更多的人口，但科技进步并不一定导致人口猛增，有些科技发达的国家甚至出现人口下降的趋势；应用先进科技可以提高资源和能源的利用效率，开发绿色能源和防治污染。因此，人类不仅要大力推动科技进步，还要大力加强人口、资源和环境教育。此外，各国还要加强有关的法制建设和国际合作，使全球人口增长得到合理的控制，使资源得到合理的利用，使生态环境不再遭到破坏并且朝着好的方向发展。总之，人类应当坚持走一条自然、经济、社会相协调的可持续发展之路。
相关课件
高中生物第3节 生态工程获奖ppt课件： 这是一份高中生物第3节 生态工程获奖ppt课件，共16页。PPT课件主要包含了一生态工程，1含义，3措施，自组织，自我调节，2实例，湿地生态系统的修复，北京汉石桥湿地景区，迁移与转化，无废弃物农业等内容，欢迎下载使用。
人教版 (2019)选择性必修2第3节 生态工程教案配套课件ppt： 这是一份人教版 (2019)选择性必修2第3节 生态工程教案配套课件ppt，共23页。PPT课件主要包含了问题探讨，本节要点聚焦，湿地生态恢复工程，生态工程，第3节生态工程等内容，欢迎下载使用。
高中人教版 (2019)第3节 生态工程练习题ppt课件： 这是一份高中人教版 (2019)第3节 生态工程练习题ppt课件，共54页。PPT课件主要包含了教学过程，概念图，课堂练习巩固，典型习题，规律总结，课外实践，实例及发展前景，生态工程的基本原理，问题探讨，关注生态工程建设等内容，欢迎下载使用。
