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专题5第一节生态工程的基本原理一、生态工程的概论：1.概念：生态工程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，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。2.建设目的：遵循自然界物质循环的规律，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。3．特点：少消耗、多效益、可持续。4．生态经济：(1)实行原则：循环经济。(2)特点：废弃物资源化。(3)最重要的手段之一：生态工程。二、传统农业生产模式与生态经济：(1)传统农业生产模式——石油农业。①模式内容：大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。②弊端：不注重生态环境的保护，没有考虑成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。(2)建立生态经济——循环经济。(1)生态经济的实质：能够满足我们的需求而又不会危及子孙后代满足其需要的经济发展方式。(2)生态经济中生态学家和经济学家之间的关系：①模式：实现“原料→产品→原料→产品”的生产体系。②目标：实现废弃物的资源化。问题探讨：1.你对“石油农业”是如何理解的？石油农业：大量使用化肥、农药和机械的生产方式，由于对石油、煤、天然气等能源有高度的依赖性而得名。农业生产中复杂的生物过程→简单的机械和化学过程。投入高，产出也高；产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。2.“石油农业”的生产模式应当怎样改进？大力发展生态农业生态工程与传统农业模式的比较生态工程传统农业基本原理生态学、工程学工程学调节机制人为辅助下的自我调节人为调控与环境的关系协调破坏主要能源太阳能化石能生物多样性保护破坏3.如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，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。三、生态工程的基本原理生态工程是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶，是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的新兴学科1.物质循环再生原理2.物种多样性原理3.协调与平衡原理4.整体性原理5.系统学和工程学原理1、物质循环再生原理(1)含义：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。(2)实例：“无废弃物农业”。“无废弃物农业”是我国古代传统农业的辉煌成就之一，也是生态工程最早和最生动的一种模式。无废弃物农业1、种植能够固氮的豆科作物2、堆肥和沤肥,改善土壤结构4、实现了土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用堆肥的堆制要为微生物创造好氧分解的条件，发酵温度较高。沤肥多在水下沤制，以厌氧分解为主，发酵温度低。3、培育了土壤微生物生态系统稳定性的概念生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力。.两种稳定性区别.比较两种稳定性抵抗力稳定性：抵抗干扰，保持原状恢复力稳定性：遭到破坏，恢复原状自动调节能力资料分析遇虫害而死的樟子松2、物种多样性原理(1)内容：物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性，可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力。(2)实例：①反面：辽宁西部章古台地区的樟子松林，由于没有一条昆虫与其天敌相生相克的食物链，松毛虫肆虐一时。②正面：由珊瑚虫和某些藻类共生组成的珊瑚礁区，物种繁多，系统稳定。遇虫害而死的樟子松我国“三北防护林”(1).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？纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而会导致了树林的毁坏2.从上面正面和反面的实例，你能得出怎样的结论？你认为生物多样性的破坏有人为因素吗？资料分析讨论：只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。√资料分析讨论：水葫芦泛滥对生态系统造成影响需要考虑：生物与环境的协调关系3、协调与平衡原理----需要考虑环境承载力（环境容纳量），以及生物与环境的适应需要考虑：生物与环境的适应性，因地制宜抗寒、耐旱，适应性强的沙棘，耐盐碱力较强的沙枣等植物。畜牧养殖应该注意：牲畜量不超过草地承载量讨论：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？4、整体性原理整体指社会-经济-自然复合成的巨大系统例：林业工程建设中的问题一方面号召农民种树，另一方面要考虑农民的生活问题生产成本消费效益经济系统植物动物微生物非生物的因素自然系统政策管理科学文化社会系统含义：进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。只有应用整体性原理,才能统一协高当前与长远、局部与整体、开发与环境建设之间的关系，保障生态系统的平衡和稳定5、系统学和工程学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，通过改变和优化结构，达到改善生态系统功能的目的。运用：改善和优化生态系统的结构例：桑基鱼塘模式分布式优于集中式和环式（1）系统的结构决定功能原理桑基鱼塘分布在我国长江三角洲、珠江三角洲一带的水乡，是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程。遵循系统学和工程学原理的实例——桑基鱼塘1．桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的。能量的流动包含在物质的循环利用过程中，随着食物链的延伸逐级递减。2．能量的多级利用和物质的循环利用：(1)桑叶喂蚕，蚕产蚕丝。(2)桑树的凋落物和蚕粪落到鱼塘中，作为鱼饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可促进鱼生长。(3)甘蔗可榨糖，糖渣喂猪，猪的排泄物进入鱼塘。(4)鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经微生物的分解，又可作为桑和甘蔗的有机肥料。3．桑基鱼塘的优势：巧妙地利用了很难利用的大片低湿地，发展了多种经营，为农民创造了多种收入的门路，完全符合“无废弃农业”的要求。5、系统学和工程学原理（2）系统整体性原理你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗?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，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+12”。珊瑚礁“白化”豆科作物和固氮菌的共生5、系统学和工程学原理（二）生态工程所遵循的基本原理（2）系统整体性原理豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌为豆科作物提供氮素，而豆科作物为其提供能量和其他营养，两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长；当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。归纳：生态工程的基本原理物质循环再生物种多样性协调与平衡整体性系统学和工程学系统的结构决定功能系统整体性目的：遵循自然界物质循环的规律，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，可持续发展生态工程所遵循的基本原理理论基础意义举例物质循环再生原理物质循环避免环境污染及对系统稳定性和发展的影响无废弃物农业物种多样性原理生态系统的抵抗力稳定性避免生态系统结构或功能失衡解决单纯林引起的“绿色荒漠”问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡避免生态系统的失衡和破坏赤潮和水华等水体富营养化问题整体性原理社会、自然、经济复合系统统一协调各种关系，保障生态系统的平衡与稳定林业建设中自然生态系统与社会、经济系统的关系问题系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式改善和优化系统的结构以改善功能桑基鱼塘系统整体性原理：整体大于部分保持较高的系统生产力藻类和珊瑚虫的关系