生態(tài)工程的基本原理

第3節(jié)

生態(tài)工程

第4章

人與環(huán)境

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(shè)項目。公園所在地原來主要是普通村落和農(nóng)田。2002年招標設(shè)計，2005年開工建設(shè)，2008年建成。公園建設(shè)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(tǒng)、廢物資源循環(huán)利用等多項生態(tài)技術(shù)。例如，公園的水系建設(shè)采用了雨水收集、污水利用、中水凈化、智能化灌溉和生態(tài)防滲等環(huán)保技術(shù)。1.農(nóng)田棄耕后,在自然狀態(tài)下也可以演替為森林,為什么還要人工造林呢？

棄耕的農(nóng)田在自然狀態(tài)下演替為森林需要經(jīng)過數(shù)十年甚至更長的時間，而利用生態(tài)工程原理進行人工造林，可以縮短建設(shè)周期，在較短時間內(nèi)獲得生態(tài)效益。問題探討2.為什么要先做森林公園的整體設(shè)計再開工呢？3.公園建設(shè)為什么要充分利用原有的地貌和植被，營造近自然林系統(tǒng)呢？

建設(shè)北京奧林匹克森林公園是涉及生態(tài)學、工程學、系統(tǒng)學、經(jīng)濟學等多學科的原理和方法的系統(tǒng)工程，要綜合考慮諸多方面的因素，而且建設(shè)成本較高，在開工前做好整體設(shè)計可以保證工程建設(shè)的合理性與可實施性，也可以有效控制建設(shè)成本和后續(xù)維護成本，避免不必要的浪費，提高生態(tài)效益。

生態(tài)工程的建設(shè)要順應(yīng)自然，即合乎自然規(guī)律。自然的地貌和植被，是自然選擇、生物與環(huán)境相適應(yīng)的結(jié)果，充分利用原有的地貌和植被有利于該公園的可持續(xù)發(fā)展，并且會減少人力和物力的投入。問題探討1、生態(tài)工程提出的背景人口增長人類活動全球生態(tài)環(huán)境危機人類可持續(xù)發(fā)展受到影響解決環(huán)境與經(jīng)濟與協(xié)調(diào)發(fā)展生態(tài)工程導致導致需要需要生態(tài)工程是可持續(xù)發(fā)展的重要手段。關(guān)注生態(tài)工程建設(shè)2、概念:

指人類應(yīng)用______________________的基本原理和方法，對人工生態(tài)系統(tǒng)進行_________________，或?qū)σ驯黄茐牡纳鷳B(tài)環(huán)境進行了____________，從而_____________________或______________，促進人類____________________________的系統(tǒng)工程技術(shù)或綜合工藝過程。分析、設(shè)計和調(diào)控生態(tài)學和系統(tǒng)學等學科提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力修復、重建改善生態(tài)環(huán)境社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展3、原因:毀林種地,圍湖造田,大量使用化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,以及工業(yè)的迅猛發(fā)展,正在消耗大量的自然資源。生態(tài)工程以生態(tài)系統(tǒng)的_________、_________功能為基礎(chǔ),

遵循_______、_______、_______、_______等生態(tài)學基本原理。自組織自我調(diào)節(jié)整體循環(huán)協(xié)調(diào)自生6、基本原理:4、目的:遵循生態(tài)學規(guī)律，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境污染，達到經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的同步發(fā)展。是一類少消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。5、優(yōu)點:在生態(tài)系統(tǒng)中由________而產(chǎn)生的_______、________、________、__________和________。①概念:生物組分自組織自我優(yōu)化自我調(diào)節(jié)自我更新維持②原因:生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能(生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力)生物能夠進行新陳代謝、再生更新生物之間通過各種相互作用(特別是種間關(guān)系)進行自組織生物本身生物之間實現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)，形成有序整體自我維持（1）自生原理:生態(tài)工程所遵循的基本原理

一個系統(tǒng)在沒有外界信息指令的作用下，自發(fā)地由無序發(fā)展到有序，由低有序到高有序的發(fā)展過程，就是自組織。

星球的誕生，自然生態(tài)系統(tǒng)的形成都是自組織的結(jié)果。③實施措施：

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(tài)位差異，以及它們之間的種間關(guān)系，通過合理設(shè)計，使這些物種形成互利共存的關(guān)系。濕地生態(tài)工程ⅰ有效選擇生物組分并合理布設(shè)?！舅伎肌繛槭裁刺岣呱锒鄻有猿潭龋兄谏鷳B(tài)系統(tǒng)維持自生能力？

提高生物多樣性程度，利用種群之間互利共存的關(guān)系，構(gòu)建復合群落，這樣即使某個種群消亡，其他種群也能彌補上來。移除湖泊、河流中富營養(yǎng)化沉積物和有毒物質(zhì)降低水體污染有利于生態(tài)系統(tǒng)的自生增加水體氧容量改善水生生物生存環(huán)境③實施措施：濕地生態(tài)工程ⅱ創(chuàng)造有益于生物組分的生長、發(fā)育、繁殖、以及它們形成互利共存關(guān)系的條件。通過設(shè)計，實現(xiàn)不斷循環(huán)，使前一個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢物盡可能地被后一環(huán)節(jié)利用，減少整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)“廢物”的產(chǎn)生。實現(xiàn)廢棄物的資源化，減少污染。指在生態(tài)工程中______________________________，既保證______________________，也保證______________________促進系統(tǒng)的物質(zhì)遷移與轉(zhuǎn)化各個環(huán)節(jié)物質(zhì)遷移順暢主要物質(zhì)或元素的轉(zhuǎn)化率高①概念:②理論基礎(chǔ):生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)功能③特點:（2）循環(huán)原理:④實例:我國古代“無廢棄物農(nóng)業(yè)”保證土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)，培育土壤微生物；實現(xiàn)了土壤養(yǎng)分如氮、磷、鉀及微量元素的循環(huán)利用。“傳統(tǒng)經(jīng)濟”≠“生態(tài)經(jīng)濟”(1)傳統(tǒng)經(jīng)濟是大量使用化肥、農(nóng)藥、機械的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，不注重生態(tài)環(huán)境的保護，經(jīng)濟的發(fā)展以巨大的生態(tài)環(huán)境破壞為代價。(2)生態(tài)經(jīng)濟實現(xiàn)了“原料—產(chǎn)品—原料—產(chǎn)品”的生產(chǎn)體系，是實現(xiàn)了廢棄物資源化的循環(huán)經(jīng)濟。具有少消耗、多效益、可持續(xù)的特點。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(nóng)業(yè)發(fā)展沒有出現(xiàn)這一問題，這是中華文明數(shù)千年延續(xù)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。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。中華文明在“天人合一”“道法自然”等生態(tài)智慧和“人仁民愛物”“民胞物與”等生態(tài)倫理的指導下，生生不息、源遠流長。①概念:②實施措施:適應(yīng)ⅰ考慮生物與環(huán)境、生物與生物的協(xié)調(diào)與適應(yīng)。生物與環(huán)境、生物與生物之間相互適應(yīng)、平衡，協(xié)同進化。我國西北地區(qū)一些地區(qū)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(guī)定種植喬木類楊樹。由于環(huán)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?shù)貥浞N那樣有較高的生態(tài)適應(yīng)性，導致一些地區(qū)種植的防護林成了殘敗的“灰色長城”。（3）協(xié)調(diào)原理:②實施措施:

一定時期內(nèi)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(shù)。不同質(zhì)量的草地其載畜量不一樣。如果放養(yǎng)的牲畜量超過載畜量、則會造成過度放牧、使草地退化還有，過度放牧極易造成草場退化、土地沙漠化。平衡ⅱ處理好生物與環(huán)境、生物與生物的協(xié)調(diào)與平衡，需要考慮環(huán)境容納量。過度放牧每個生態(tài)工程都是具有多組分、復雜結(jié)構(gòu)及綜合功能的系統(tǒng)，復雜系統(tǒng)建設(shè)必須以整體觀為指導。整體原理社會-經(jīng)濟-自然是一個復合系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)是一個有機的整體系統(tǒng)的整體功能大于各成分功能之和需要遵循（4）整體原理:①概念:②理論基礎(chǔ):①生態(tài)系統(tǒng)是一個有機的整體

遵從自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，各組分之間要有適當?shù)谋壤煌M分之間應(yīng)構(gòu)成有序的結(jié)構(gòu)，通過改變和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，達到改善系統(tǒng)功能的目的。③實施措施:植物微生物動物非生物因素自然系統(tǒng)②社會-經(jīng)濟-自然是一個復合系統(tǒng)

人類處在一個社會—經(jīng)濟—自然復合而成的巨大系統(tǒng)中，進行生態(tài)工程建設(shè)時，不僅要考慮自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，更要考慮經(jīng)濟和社會系統(tǒng)的影響力。經(jīng)濟系統(tǒng)自然系統(tǒng)社會系統(tǒng)在進行林業(yè)工程建設(shè)時，一方面號召農(nóng)民種樹，另一方面一定要考慮貧困地區(qū)農(nóng)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(nóng)民對森林、灌叢的過量砍伐。因此，只有把生態(tài)與社會、經(jīng)濟結(jié)合起來，才能從根本上達到造林和護林的目的。(3)實施措施:生產(chǎn)成本消費效益經(jīng)濟系統(tǒng)政策管理科學文化社會系統(tǒng)植物微生物動物非生物因素自然系統(tǒng)此外，社會習慣、法律制度等對生態(tài)工程建設(shè)有著重要影響。當前與長遠局部與整體建設(shè)與環(huán)保整體原理協(xié)調(diào)糖蠶蛹絲蠶桑葉蠶排泄物甘蔗桑樹塘泥糖渣魚塘魚塘魚塘分析生態(tài)工程案例中的原理和應(yīng)用桑基魚塘農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式陸基種桑，桑葉飼蠶蠶沙喂魚，塘泥培桑優(yōu)點：將陸地種植與魚塘養(yǎng)殖結(jié)合起來，把原本割裂的生產(chǎn)系統(tǒng)通過優(yōu)化組合，有機地整合在一起。根據(jù)同樣原理，甘蔗種植與養(yǎng)豬、養(yǎng)魚結(jié)合(如圖)思考

討論1.嘗試畫出?；~塘中的食物鏈桑樹→蠶甘蔗→人甘蔗→豬→人浮游植物→魚浮游植物→浮游動物→魚2.?；~塘應(yīng)用了生態(tài)工程的哪些原理？?；~塘中生物組分通過合理布設(shè)，互利共存，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)，形成了可以自我維持的有序整體。自生“陸基種桑，桑葉飼蠶，蠶沙喂魚，塘泥培?！边@樣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式維持著高效的物質(zhì)循環(huán)利用。循環(huán)2.?；~塘應(yīng)用了生態(tài)工程的哪些原理？所選擇的生物與生物，生物與環(huán)境達到了協(xié)調(diào)和平衡。協(xié)調(diào)桑和甘蔗適應(yīng)南方溫暖濕潤的氣候，四大家魚混養(yǎng)充分利用了群落的空間結(jié)構(gòu)；桑葉飼蠶，利用了種間關(guān)系，但養(yǎng)殖的蠶的數(shù)量沒有多到危機桑的存活。2.?；~塘應(yīng)用了生態(tài)工程的哪些原理？?；~塘在設(shè)計，陸地與水面配比合理，各組分的搭配與比例適當，結(jié)構(gòu)有序，形成了一個不可分割的整體，整體桑基魚塘將原本割裂的生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化組合，能夠發(fā)展多種經(jīng)營，為農(nóng)民創(chuàng)造收入，是機構(gòu)優(yōu)化的“社會-經(jīng)濟-自然復合系統(tǒng)”。3.當桑葉價格高，賣桑葉比賣魚更合算時，當?shù)剞r(nóng)民會將蠶沙用做桑樹肥料，而不是喂魚。由此可以看出，生態(tài)工程建設(shè)除了要考慮生態(tài)學、工程學原理，還需要關(guān)注什么？還需要關(guān)注經(jīng)濟學原理，要達到經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的同步發(fā)展。理論基礎(chǔ)意義實例自生自組織、自我優(yōu)化、自我調(diào)節(jié)、自我更新和維持實現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的協(xié)調(diào)，形成有序的整體濕地生態(tài)工程建設(shè)有效選擇生物組分、合理布設(shè)，并創(chuàng)造有利條件循環(huán)物質(zhì)循環(huán)通過系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)循環(huán)，使前一環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢物盡可能被后一環(huán)節(jié)利用，減少整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)廢物的產(chǎn)生無廢棄物農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)生物與生物、生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與適應(yīng)生物數(shù)量不超過環(huán)境承載力，避免系統(tǒng)的失衡和破壞西北地區(qū)的防護林建設(shè)出現(xiàn)的問題整體社會、經(jīng)濟、自然構(gòu)成的復合系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)各種關(guān)系，保障生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定林業(yè)建設(shè)中自然系統(tǒng)與社會、經(jīng)濟系統(tǒng)的關(guān)系問題課堂總結(jié)一、概念檢測1.生態(tài)工程遵循整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、自生等基本原理。判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)依據(jù)生態(tài)工程的循環(huán)原理，應(yīng)該對垃圾進行焚燒處理。（×）(2)園林既能改善生態(tài)環(huán)境，又能提高社會和經(jīng)濟效益，體現(xiàn)了生態(tài)工程的整體原理。（√

）2.建設(shè)人工濕地可將污水、污泥有控制地投放到人工建造的濕地上，主要利用了土壤、人工介質(zhì)、微生物的作用對污水和污泥進行處理。下列敘述，不合理的是（

C

）A.合理搭配植物以提高系統(tǒng)的生物多樣性B.盡量使用本地物種以減少外來物種入侵C.為提高能量傳遞效率增大引入濕地的污水總量D.選擇合適的人工介質(zhì)以利于好養(yǎng)微生物的分解作用練習與應(yīng)用練習與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用1953年朝鮮戰(zhàn)爭停戰(zhàn)后，南北雙方以北緯38°為停火線，沿線兩側(cè)大約500km2為非軍事區(qū)，這里的地表經(jīng)過戰(zhàn)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(tài)。河水清澈、森林茂盛、物種繁多，還出現(xiàn)了多種被認為早已在朝鮮半島滅絕的動物，