第4章人與環境第3節

生態工程濕地生態工程桑葉魚塘甘蔗糖渣糖蠶蠶蛹絲桑樹塘泥塘泥蠶排泄物魚塘魚塘桑基魚塘一.生態工程的基本原理1.什么是生態工程？2.為什么要關注生態工程建設？3.生態工程建設主要遵循哪些基本原理？4.我國在生態工程建設方面有哪些成就？生態工程具有怎樣的發展前景？本節聚焦討論：

在2008年北京奧運會的籌辦過程中，奧林匹克森林公園是一個重要建設項目公園所在地原來主要是普通村落和農田。2002年招標設計，2005年開工建設，2008年建成。公園建設堅持“綠色奧運”的理念，充分利用了原有地貌和植被，采用了營造近自然林系統、廢物資源循環利用等多項生態技術。例如，公園的水系建設采用了雨水收集、污水利用、中水凈化、智能化灌溉和生態防滲等環保技術。1.農田棄耕后，在自然狀態下也可以演替為森林，為什么還要人工造林呢？

棄耕的農田在自然狀態下演替為森林需要經過數十年甚至更長的時間，而利用生態工程原理進行人工造林，可以縮短建設周期，在較短時間內獲得生態效益。奧林匹克森林公園俯瞰

在2008年北京奧運會的籌辦過程中，奧林匹克森林公園是一個重要建設項目公園所在地原來主要是普通村落和農田。2002年招標設計，2005年開工建設，2008年建成。公園建設堅持“綠色奧運”的理念，充分利用了原有地貌和植被，采用了營造近自然林系統、廢物資源循環利用等多項生態技術。例如，公園的水系建設采用了雨水收集、污水利用、中水凈化、智能化灌溉和生態防滲等環保技術。2.為什么要先做森林公園的整體設計再開工呢？建設北京奧林匹克森林公園是涉及生態學、工程學、系統學、經濟學等多學科的原理和方法的系統工程，要綜合考慮諸多方面的因素，而且建設成本較高，在開工前做好整體設計可以保證工程建設的合理性與可實施性，也可以有效控制建設成本和后續維護成本，避免不必要的浪費,提高生態效益。奧林匹克森林公園俯瞰討論：

在2008年北京奧運會的籌辦過程中，奧林匹克森林公園是一個重要建設項目公園所在地原來主要是普通村落和農田。2002年招標設計，2005年開工建設，2008年建成。公園建設堅持“綠色奧運”的理念，充分利用了原有地貌和植被，采用了營造近自然林系統、廢物資源循環利用等多項生態技術。例如，公園的水系建設采用了雨水收集、污水利用、中水凈化、智能化灌溉和生態防滲等環保技術。3.公園建設為什么要充分利用原有的地貌和植被，營造近自然林系統呢？生態工程的建設要順應自然，即合乎自然規律。自然的地貌和植被，是自然選擇、生物與環境相適應的結果，充分利用原有的地貌和植被有利于該公園的可持續發展，并且會減少人力和物力的投入。奧林匹克森林公園俯瞰討論：20世紀60年代以來，全球經濟進入了快速增長階段，人們生活水平提高、人口迅速增長，人類也隨之更多地從自然中索取。毀林種地，圍湖造田，大量使用化肥、農藥等農業生產方式，以及工業的迅猛發展，正在大量消耗自然資源。問題導入：為什么要關注生態工程建設？消耗大量的自然資源；自然環境遭到破壞人類可持續發展受到影響解決環境與經濟協調發展需要生態工程可持續發展的重要手段。毀林種地圍湖造田化肥農藥工業發展理論基礎一.關注生態工程建設1.生態工程的概念:

指人類應用_______________________的基本原理和方法，對人工生態系統進行__________________，或對已被破壞的生態環境進行了_____________，從而_____________________或______________，促進人類____________________________的系統工程技術或綜合工藝過程。分析、設計和調控生態學和系統學等學科提高生態系統的生產力修復、重建改善生態環境社會和自然環境的和諧發展操作過程一.關注生態工程建設2.生態工程建設的目的:遵循生態學規律，充分發揮資源的生產潛力，防止環境污染，達到經濟效益和生態效益的同步發展。是一類少消耗、多效益、可持續的工程體系。3.生態工程的優點:——可持續發展的重要手段生態工程生態效益經濟效益二.生態工程所遵循的基本原理生態工程以生態系統的_________、_________功能為基礎,

遵循_______、_______、_______、_______等生態學基本原理。自組織自我調節整體循環協調自生

一個系統在沒有外界信息指令的作用下，自發地由無序到有序，由低有序到高有序的發展過程，就是自組織。星球的誕生，自然生態系統的形成都是自組織的結果。相關信息（P99）二.生態工程所遵循的基本原理資料：1953年朝鮮戰爭停戰后，南北雙方以北緯38°為停火線，沿線兩側大約500km2為非軍事區，

這里的地表經過戰爭浩劫，幾乎沒有生物存在。幾十年來，由于基本沒有人類活動，這里恢復了完全的自然狀態。河水清澈、森林茂盛、物種繁多，還出現了多種被認為早已在朝鮮半島滅絕的動物，如棕熊。有科學家評論說：“全世界只有在這個地方，由于3000年以來的農耕文明突然終止，原始物種可在沒有人類干擾的情況下自由發展，這個地區的生態恢復情況大大超過了人類所有生態建設所能達到的水平。”自然生態系統具有很強的自生能力1.自生:自生自組織自我優化自我更新和維持自我調節

由生物組分而產生的自組織、自我優化、自我調節、自我更新和維持。二.生態工程所遵循的基本原理（1）概念：二.生態工程所遵循的基本原理（2）理論基礎：

生態系統的結構與功能（生態系統的自我調節能力）①個體水平生物能夠進行新陳代謝、再生更新等②系統水平生物之間通過各種相互作用（特別是種間關系）進行自組織，實現系統結構與功能的協調，形成有序的整體1.自生:二.生態工程所遵循的基本原理1.自生:（3）實施措施①有效選擇生物組分并合理布設選擇污染物凈化能力較強的多種水生植物考慮這些植物各自生態位差異，以及它們之間的種間關系，通過合理設計，使這些物種形成互利共存的關系,構建復合群落。適當提高生物多樣性濕地生態工程二.生態工程所遵循的基本原理1.自生:（3）實施措施②要創造有益于生物組分的生長、發育、繁殖，以及它們形成互利共存關系的條件移除湖泊、河流中富營養化沉積物和有毒物質降低水體污染有利于生態系統的自生增加水體氧容量改善水生生物生存環境濕地生態工程二.生態工程所遵循的基本原理1.自生:（4）應用實例以太陽能為動力，驅動水質循環，進行生態恢復，改善水質太陽能水生態修復系統二.生態工程所遵循的基本原理

在生態工程中促進系統的物質遷移與轉化，既保證各個環節的物質遷移順暢，也保證主要物質或元素的轉化效率高。2.循環(1)概念：(2)理論基礎:生態系統的物質循環功能。原料廢物原料廢物(3)實施措施

通過設計，實現不斷循環，使前一個環節產生的廢物盡可能地被后一環節利用，減少整個生產環節“廢物”的產生。實現廢棄物的資源化。二.生態工程所遵循的基本原理2.循環我國古代“無廢棄物農業”保證了土壤肥力改善了土壤結構培育了土壤微生物實現了土壤養分如氮、磷、鉀及微量元素的循環利用。實現物質的多級循環利用，廢棄物資源化，減少污染。優點（4）應用實例有人說，過度從土地索取導致土地退化，是有些古文明中斷的一個重要原因。我國幾千年的農業發展沒有出現這一問題，這是中華文明數千年延續不斷的條件之一。你認同這一觀點嗎？請對這一觀點做出評析。

認同。歷史上美索不達米亞、小亞細亞等地居民毀林造田，使那里成為不毛之地，而中華文明在“天人合一”“道法自然”等生態智慧和“仁民愛物”“民胞物與”等生態倫理的指導下，生生不息、源遠流長。“傳統經濟”≠“生態經濟”傳統經濟是大量使用化肥、農藥、機械的農業生產方式，不注重生態環境的保護，經濟的發展以巨大的生態環境破壞為代價。生態經濟實現了“原料—產品—原料—產品”的生產體系，實現了廢棄物資源化的循環經濟。具有少消耗、多效益、可持續的特點。課堂延展二.生態工程所遵循的基本原理3.協調(1)概念：在進行生態工程建設時，生物與環境、生物與生物的協調與適應也是需要考慮的問題。(2)理論基礎:生物與環境、生物與生物的協調與平衡。我國西北地區一些地區年降水量小于450mm，只適宜種植灌木和草本植物，但曾被硬性規定種植喬木類楊樹。由于環境不利于楊樹生長，這里的楊樹長得十分矮小，枯枝很多，半死不活，遠不如當地樹種那樣有較高的生態適應性，導致一些地區種植的防護林成了殘敗的“灰色長城”。①生物與環境、生物與生物之間要協調與適應二.生態工程所遵循的基本原理3.協調（3）實施措施過度放牧如果放養的牲畜量超過載畜量，則會造成過度放牧，使草地退化，還有土地沙漠化。

一定時期內單位面積草地上、在利用適度的條件下所能放牧的牲畜頭數。不同質量的草地其載畜量不一樣。②需要考慮環境容納量。如果生物的數量超過了環境承載力的限度，就會引起系統的失衡和破壞。二.生態工程所遵循的基本原理3.協調（3）實施措施

從協調原理出發，想一想，在我國西北地區進行防護林建設，應選擇哪些樹種？如果在該地區發展畜牧養殖業，你認為應該注意什么問題？

我國西部地區缺雨干旱，土壤較為貧瘠，應該選擇適合當地自然環境條件的樹種，如沙棘、山杏、刺槐、小葉錦雞兒等；

在西北地區發展畜牧業，應注意考慮環境容納量，牲畜數量不超過草地的承載力，避免過度放牧，并適當種植牧草。二.生態工程所遵循的基本原理4.整體(1)概念：

系統建設以整體觀為指導，進行生態工程建設時，不僅考慮自然生態系統的規律，更要考慮經濟和社會等系統的影響力。(2)理論基礎:①遵從自然生態系統的規律，各組分之間要有適當的比例，不同組分之間應構成有序的結構，通過改變和優化結構，達到改善系統功能的目的。

②進行生態工程建設時，不僅要考慮自然生態系統的規律，更要考慮經濟和社會等系統的影響力。二.生態工程所遵循的基本原理4.整體整體原理遵從自然生態系統的規律考慮經濟和社會的影響力“綠色”的經濟系統“宜居”的社會系統“生態”的自然系統社會-經濟-自然復合系統生產成本消費效益植物動物微生物非生物的因素政策管理科學文化二.生態工程所遵循的基本原理4.整體

在進行林業工程建設時，一方面號召農民種樹，另一方面一定要考慮貧困地區農民的生活問題，如糧食、燒柴以及收入等問題。

往往是生活方面的因素導致農民對森林、灌叢的過量砍伐。因此，只有把生態與社會、經濟結合起來，才能從根本上達到造林和護林的目的。

此外，社會習慣、法律制度等對生態工程建設有著重要影響。當前與長遠局部與整體建設與環保整體原理統一

協調（3）實施措施二.生態工程所遵循的基本原理4.整體（4）應用實例植物微生物動物非生物的因素自然系統政策科學文化管理社會系統生產成本消費效益經濟系統

人類處在一個社會—經濟—自然復合而成的巨大系統中，進行生態工程建設時，不僅要考慮自然生態系統的規律，更要考慮經濟和社會系統的影響力。自然一社會一經濟復合系統理論基礎意義實例自生自組織、自我優化、自我調節、自我更新和維持實現系統結構和功能的協調，形成有序的整體濕地生態工程建設有效選擇生物組分、合理布設，并創造有利條件循環物質循環通過系統設計實現循環，使前一環節產生的廢物盡可能被后一環節利用，減少整個生產環節廢物的產生無廢棄物農業協調生物與生物、生物與環境的協調與適應生物數量不超過環境承載力，避免系統的失衡和破壞西北地區的防護林建設出現的問題整體社會、經濟、自然構成的復合系統統一協調各種關系，保障生態系統的平衡和穩定林業建設中自然系統與社會、經濟系統的關系問題課堂小結生態工程的基本原理學以致用寫出下列例子主要涉及到的生態工程原理①沼氣池——遵循了_______原理②在人工林增加植被層次——遵循了_______原理③“落紅不是無情物，化作春泥更護花”——體現了________原理④前面造林，后面砍樹——違背了_______原理⑤草原確定載畜量，不能過度放牧——遵循________原理⑥濕地破壞——違背了________原理⑦減少污水排放，治理湖泊——遵循了________原理⑧引入物種時考慮是否適應環境——遵循________原理⑨引入水葫蘆泛濫，導致多數生物死亡——違背了_______原理和_______原理循環自生循環整體協調自生協調自生協調協調學以致用核心詞提高生物多樣性，創造有益于生物形成互利共存關系的條件物質循環——無廢棄物各組分之間要有適當的比例，自然（生態）、經濟、社會結合。生物與生物之間、生物與環境之間協調，考慮環境容納量。將下列實例與所體現的生態學原理連接起來：分析生態工程案例中的原理和應用

明清時期，我國南方長江三角洲、珠田江三角洲低洼內澇積水地或河網發達地區的先民們，就探索出一種桑基魚塘的農業生產模式：陸基種桑、桑葉飼蠶、蠶沙喂魚、塘泥培桑。這樣可以將陸地種植與魚塘養殖結合起來，把原本割裂的生產系統通過優化組合，有機地整合在一起。根據同樣的原理，甘蔗種植也可以與養豬、養魚結合在設計桑基魚塘時，要考慮合適的陸地與水面的配比，需要考慮栽種作物與養殖動物的關系。例如，地基和魚塘的面積比例是“三比七”或“四比六”,即大部分采取“三基七水”或“四基六水”的比例。池塘養魚，也應綜合考慮不同魚種的關系，根據淡水魚在自然環境中的混合生長狀態，實行以四大家魚為主的多魚種混養模式，讓鐮魚、鏈魚、草魚草魚、鍍魚、鯉魚、鯽魚等各種魚類都有生存的機會和空間。運轉良好的桑基魚塘,可以做到物質的循環再生利用。種桑養蠶，蠶沙(蠶糞便)本是廢棄物，如果不經處理直接堆放在室外，不但會腐爛變質污染環境，而且可能通過鳥、昆蟲的攜帶造成交叉感染，導致家蠶疫病大爆發。桑基魚塘將蠶沙由廢棄物變成了漁業生產的飼料。分析生態工程案例中的原理和應用分析生態工程案例中的原理和應用桑樹→蠶甘蔗→人甘蔗→豬→人浮游植物→魚浮游植物→浮游動物→魚1.嘗試畫出桑基魚塘中的食物鏈。桑葉魚塘甘蔗糖渣糖蠶蠶蛹絲桑樹塘泥塘泥蠶排泄物魚塘魚塘分析生態工程案例中的原理和應用2.桑基魚塘應用了生態工程的哪些基本原理？

自生：桑基魚塘中的生物組分通過合理布設，互利共存，實現了系統結構與功能的協調，形成了可以自我維持的有序的整體。

循環：“陸基種桑、桑葉飼蠶、蠶沙喂魚、塘泥培桑”這樣的農業生產模式維持著高效的物質循環。

協調：所選擇的生物與生物，生物與環境達到了協調和平衡，例如，桑和甘蔗適應我國南方溫暖濕潤的氣候；四大家魚混養充分利用了群落的空間結構；桑葉飼蠶，利用了種間關系，但養殖的蠶的數量沒有多到危及桑的存活；等等。整體：桑基魚塘在設計時，陸地與水面配比合理，各組分的搭配與比例適當，結構有序，形成了一個不可分割的整體；桑基魚塘將原本割裂的生產系統優化組合，能夠發展多種經營，為農民創造收入，是結構優化的“社會—經濟—自然復合系統”。3.當桑葉價格高，賣桑葉比賣魚更合算時，當地農民會將蠶沙用作桑樹的肥料，而不是喂魚。由此可以看出，生態工程建設除了要考慮生態學、工程學原理，還需要關注什么？還需關注經濟學原理，要達到經濟效益和生態效益的同步發展。分析生態工程案例中的原理和應用練習與應用一、概念檢測