高中生物必修三专题5.1_生态工程的基本原理

1、 干裂的土地，赤红的荒山，意味着不断恶化的 ，幼苗的上方是蔚蓝的地球，地球似乎化作一滴甘露，滋润着大地；幼苗又可寓意为 工程，虽然柔弱，却顽强地支撑着地球；地球和幼苗组合和谐，象征着希望。生态环境生态环境生态生态生态工程建设目的：生态工程建设目的：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，达到经济经济效益效益和和生态效益生态效益的同步发展。的同步发展。与传统的工程相比，生态工程是一类与传统的工程相比，生态工程是一类少消少消耗耗、多效益多效益、可持续可持续的工程体系。的工程体系。生态工程优点：生态工程优点：

2、资料分析一资料分析一（一）关注生态工程建设（一）关注生态工程建设（一）关注生态工程建设（一）关注生态工程建设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？2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？讨论讨论: :根本原因根本原因：长江上游乱：长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧急剧降低降低，造成大量泥沙淤积河道；中游，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。1.导致导致19

3、98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？直接原因直接原因：1998年度的罕见年度的罕见降雨降雨。但这也与全球温室气体排。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的放量增加而导致的温度升高、气候异常温度升高、气候异常有关。有关。2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？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保护不注重生态环境的保护，没有考，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虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价价。3.3.可以采取什么措施解决长江洪水泛滥的问可以采取什么措施解决长江洪水

4、泛滥的问题？题？以生物措施为主，结合工程措施，提高森林以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；覆盖率；“退耕还湖退耕还湖”和改革不合理耕作方和改革不合理耕作方式等。式等。在进行生态工程建设时，要考虑到怎在进行生态工程建设时，要考虑到怎样解决农村（尤其是湖区或山区的迁出人员）样解决农村（尤其是湖区或山区的迁出人员）的能源来源问题以及如何提高农民的经济收的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。入。资料分析二：资料分析二：1.你对你对“石油农业石油农业”是如何理解的？是如何理解的？资料分析二：资料分析二：石油农业石油农业：是指大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。由于需要大量的石油、煤、天

5、然气等作为原料或动力而得名。2.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？（一）关注生态工程建设（一）关注生态工程建设资料分析资料分析21.“石油农业石油农业”是以美国为代表的高投入、高产出的是以美国为代表的高投入、高产出的农业现代化模式。这一模式之所以被称为农业现代化模式。这一模式之所以被称为“石油石油农业农业”，是因为它大量地使用以石油产品为动力，是因为它大量地使用以石油产品为动力的农业机械，大量使用以石油制品为原料的化肥、的农业机械，大量使用以石油制品为原料的化肥、农药等农用化学品，对石油等能源有高度的依赖农药等农用化学品，对石油等能源有高度的依赖性。性。 优点优点

6、：对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了：对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用。巨大的作用。 缺点缺点：产生废弃物和有害物质，大大削弱了农业生：产生废弃物和有害物质，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。的农产品污染和环境污染等问题。2.农业生产活动对人体健康以及环境造成危害的实例农业生产活动对人体健康以及环境造成危害的实例 蓝婴病蓝婴病1973年，美国内布拉斯加州首次出现幼儿高铁血红年，美国内布拉斯加州首次出现幼儿高铁血红蛋白症（蓝婴病）。蛋白症（蓝婴病）。其原因是饮用水中硝酸盐含量超过其

7、原因是饮用水中硝酸盐含量超过10 mg/L，这时过，这时过多的硝酸盐会与红细胞中的血色素结合，形成高铁多的硝酸盐会与红细胞中的血色素结合，形成高铁血红蛋白。高铁血红蛋白不能为细胞和组织运输足血红蛋白。高铁血红蛋白不能为细胞和组织运输足够的氧。患儿的临床症状是在口、手或脚等部位出够的氧。患儿的临床症状是在口、手或脚等部位出现时断时续的蓝色或淡紫色，呼吸困难、腹泻、呕现时断时续的蓝色或淡紫色，呼吸困难、腹泻、呕吐、抽搐，严重的会失去知觉，甚至死亡。吐、抽搐，严重的会失去知觉，甚至死亡。 对环境造成危害的污染物，采用一定的对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够措施和技术，就能够进行回收

8、和循环利用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，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。方没有被利用的资源。3.“3.“污染物是放错地方的资源污染物是放错地方的资源”4、石油农业的生产模式改进、石油农业的生产模式改进 在不同的国家有不同的改进措施。例如在我国，人在不同的国家有不同的改进措施。例如在我国，人多地少，应该大力发展多地少，

9、应该大力发展生态农业生态农业。具体措施包括：。具体措施包括： 可以根据田间作物的需要适量施用高效、低毒、低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，提高作物对水、肥等资残留的农药，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。级利用，等等。(1)一方面要不断提高土地的产出水平；一方面要不断提高土地的产出水平；(2)另一方面要减少农业活动对环境的污染，促进社会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的可持续发展生态工程与传统农业的比较生态工程

10、与传统农业的比较生态工程生态工程传统农业传统农业基本原理基本原理调节机制调节机制与环境的与环境的关系关系主要能源主要能源生物多样性生物多样性生态学、工程学生态学、工程学工程学工程学人为辅助下的人为辅助下的自我调节自我调节人为调控人为调控协调协调破坏破坏太阳能太阳能化学能化学能保护保护减少减少传统经济模式：毁坏传统经济模式：毁坏水、大气、土壤和生物资源水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的消耗地球赠给我们的自然资本自然资本，并造成环境污染。，并造成环境污染。为了可持续发展，经济发展必须符合生态学规为了可持续发展，经济发展必须符合生态学规律，改变律，改变“人类能征服自然人类能征服自然”的原则

11、，走的原则，走生态经济生态经济之路。之路。资料一、资料二说明：资料一、资料二说明：原则：原则： ;目的：目的： ；手段之一：手段之一： 。P108 生态经济生态经济（L.R.布朗）布朗） 循环经济循环经济 废弃物资源化废弃物资源化 生态工程生态工程 生态工程的概念生态工程的概念(P105)： 人类应用人类应用 等学科的基本原理等学科的基本原理和方法，通过和方法，通过 ，对已破坏的生态环境进行修复、重建，对造成对已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提高生态系统的生产力，从而，从而 生态学和系统学

12、生态学和系统学系统设计、调控和技术组装系统设计、调控和技术组装促进人类社会和自然环境和谐发展促进人类社会和自然环境和谐发展生态工程的特点：生态工程的特点：少消耗少消耗、多效益多效益、可持续可持续物质循环再生原理物种多样性原理协调与平衡原理整体性原理系统学和工程学原理（二）（二） 生态工程所遵循的基本原理生态工程所遵循的基本原理1 1、物质循环再生原理、物质循环再生原理理论基础理论基础: :物质循环物质循环 地球以有限的空间和资源，长久维持地球以有限的空间和资源，长久维持着众多生物的生存、繁衍和发展，奥着众多生物的生存、繁衍和发展，奥秘就在于秘就在于物质能够在各类生态系统中物质能够在各类生态系统

13、中，进行区域小循环和全球地质大循环进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复循环往复，分层分级利用分层分级利用，从而达到，从而达到取之不尽，用之不竭的效果。取之不尽，用之不竭的效果。是我国古代传统农业的辉煌成就之一，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也是生态工程最早和最生动的一种模式。式。无废弃物农业无废弃物农业1、种植能够固氮的豆科作物、种植能够固氮的豆科作物2、堆肥和沤肥、堆肥和沤肥,改善土壤结构改善土壤结构4、实现了土壤养分如氮、磷、实现了土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用钾及微量元素的循环利用堆肥的堆制要为微生物创造堆肥的堆制要为微生物创造好氧分解的

14、条件，发酵温度好氧分解的条件，发酵温度较高。沤肥多在水下沤制，较高。沤肥多在水下沤制，以厌氧分解为主，发酵温度以厌氧分解为主，发酵温度低。低。3、培育了土壤微生物、培育了土壤微生物与物质循环有关的肥料问题：与物质循环有关的肥料问题：化肥化肥有机肥有机肥复合肥复合肥生物有机肥生物有机肥类类型型尿素、尿素、钾钾肥、肥、磷肥等磷肥等 用植物残落物添加用植物残落物添加粪粪尿等尿等进进行堆肥行堆肥( (陆陆地地) )和和沤沤肥肥( (水中水中) )含一定有机含一定有机质质，又，又补补充了特充了特定元素的肥定元素的肥混有根瘤菌、固混有根瘤菌、固氮菌、磷氮菌、磷细细菌等菌等的有机肥的有机肥优优点点单单一肥份

15、高、一肥份高、肥效快、水溶肥效快、水溶性好、利用率性好、利用率较较高高成本低、肥效成本低、肥效长长、养分、养分全面、改善土壤全面、改善土壤结结构、构、少量有益微生物，能少量有益微生物，能调节调节生生态环态环境境综综合化肥和有合化肥和有机肥的特点机肥的特点成本低、肥效成本低、肥效长长且且稳稳定、定、营营养全养全面、含有大量有面、含有大量有益微生物、不益微生物、不烧烧苗苗缺缺点点养分养分单单一，一，流失快而流失快而污污染染环环境、易造境、易造成土壤板成土壤板结结、 、降低降低农农作物作物品品质质养分含量养分含量较较低，肥效低，肥效慢、慢、发发酵不酵不彻彻底底易造成易造成烧烧苗、易苗、易传传播播土土

16、传传病虫害、有臭味病虫害、有臭味肥效肥效较较慢、慢、易易传传播土播土传传病病虫害虫害肥效肥效较较慢慢（二）（二）. 生态工程所遵循的基本原理生态工程所遵循的基本原理循环往复、分层分级利用取之不尽、用之不竭（二）（二）. . 生态工程所遵循的基本原理生态工程所遵循的基本原理生物多样性高生物多样性高食物网越复杂食物网越复杂生态系统抵抗生态系统抵抗力稳定性越高力稳定性越高生态系统的总生态系统的总生物量越大生物量越大（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三北防护林：三北防护林：绿色长城绿色长城涵养水份涵养水份阻挡风沙阻挡风沙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

17、樟子松林被松毛虫害林被松毛虫害死死食物链短而单食物链短而单调，缺少松毛调，缺少松毛虫、天牛的天虫、天牛的天敌。敌。理论基础：生态系统的稳定性理论基础：生态系统的稳定性生物多样性很高的珊生物多样性很高的珊瑚礁维持的很好瑚礁维持的很好资料分析讨论：资料分析讨论：遇虫害而死的樟子松讨论：为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨讨论：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？树会毁于一旦？而珊瑚礁区确能维持长远的稳定？而珊瑚礁区确能维持长远的稳定？ 纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物纯樟子松林、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，而成片链短而单调，缺少松毛虫、

18、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。会导致了树林的毁坏。 珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。例如氮、因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。例如氮、磷等养分就能够在该区生物体间充分地循环利用磷等养分就能够在该区生物体间充分地循环利用而很少流出系统外。而很少流出系统外。2.2.从上面正面和反面的实例，你能得出怎从上面正面和反面的实例，你能得出怎样的结论

19、？你认为生物多样性的破坏有人样的结论？你认为生物多样性的破坏有人为因素吗？为因素吗？ 只有保持生态系统较高的生物多样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。性，才能保证生态系统的稳定和平衡。生物多样性的破坏有人为因素，而且生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大。往往作用巨大。（三）（三）. . 生态工程所遵循的基本原理生态工程所遵循的基本原理-需要考虑环境承载力（环境容纳量），以及生物需要考虑环境承载力（环境容纳量），以及生物与环境的适应与环境的适应环境容纳量环境容纳量:环境所能负担的种群的最高密度，环环境所能负担的种群的最高密度，环境的负载能力。境的负载能力。协

20、调协调-主要是生物与环境的协调主要是生物与环境的协调(强调生物要和强调生物要和环境相适应环境相适应)平衡平衡-是种群数量与环境的负载能力要平衡是种群数量与环境的负载能力要平衡由于周边城市、工业和由于周边城市、工业和农田的排水中农田的排水中氮、磷的氮、磷的浓度较高浓度较高，使太湖水体，使太湖水体中的水葫芦和藻类疯长中的水葫芦和藻类疯长（三）（三）. . 生态工程所遵循的基本原理生态工程所遵循的基本原理资料分析讨论：资料分析讨论： 西北地区年降雨量小于西北地区年降雨量小于450mm450mm，只适宜种植灌木和草的地，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。区，却被硬性规定种植属于

21、乔木的杨树。“杨家将杨家将”因为不因为不适应长成了适应长成了“小老头小老头”防护林变成了残败的防护林变成了残败的“灰色长城灰色长城”。 提示：提示：抗寒、耐旱，适应性强的抗寒、耐旱，适应性强的沙棘沙棘，耐盐碱，耐盐碱力较强的力较强的沙枣沙枣等植物。等植物。 从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区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？地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？沙枣沙棘西北畜牧养殖应该注意西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不牲畜数量不能

22、超过草地的承载量能超过草地的承载量。针对公共草地的。针对公共草地的过度放牧问题，应该实行过度放牧问题，应该实行草地承包，调草地承包，调动个人的管理积极性，减少过度放牧动个人的管理积极性，减少过度放牧现现象；另外，可以在有条件的地方，象；另外，可以在有条件的地方，人工人工种植牧草，增加牧草产量种植牧草，增加牧草产量。4 4、整体性原理、整体性原理整体指社会整体指社会- -经济经济- -自然复合而成的巨大系统自然复合而成的巨大系统（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生产生产 成本成本消费消费效益效益经济系统经济系统植物植物动物动物微生物微生物非生物的因素非生物的因素自然系统

23、自然系统政策政策管管理理科科学学文文化化社会系统社会系统一方面一方面号召农号召农民种树民种树另一方另一方面要考面要考虑农民虑农民的生活的生活问题问题只有应用整体性原理只有应用整体性原理,才能统一协调当前与长才能统一协调当前与长远、局部与整体、开发与环境建设之间的关系，远、局部与整体、开发与环境建设之间的关系，保障生态系统平衡和稳定。保障生态系统平衡和稳定。.新。.系统学，工程学另外，社会另外，社会习惯习惯、法律制度等也都、法律制度等也都对对生生态态工程建工程建设设有有着重要影响。着重要影响。5.5.系统学和工程学原理系统学和工程学原理（1 1）系统的）系统的结构决定功能结构决定功能原理原理理理

24、论论基基础础：分布式：分布式优优于集中式和于集中式和环环式式内容：内容：生态工程需要考虑系统内部不同组分之生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化生态系统的结构，间的结构，通过改变和优化生态系统的结构，达到改善系统功能的目的达到改善系统功能的目的例：桑基鱼塘模式例：桑基鱼塘模式思考与探究：思考与探究：3.桑基鱼塘分布在我国长江三角洲、珠江三角洲一带的水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。试分乡，是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程。试分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。 桑基鱼塘系统中

25、物质和能量的流动是相互联系的，能量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。逐级递减。能量的多级利用和物质的循环利用：桑叶用于喂蚕，蚕可以生产蚕丝；桑树的凋落物和蚕沙（粪）落到鱼塘中，作为鱼的饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可以促进鱼的生长；甘蔗可以榨糖，糖渣用来喂猪，猪的排泄物也进入鱼塘；鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经过微生物的分解，又可以作为桑和甘蔗的有机肥料。桑基鱼塘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”

26、的要求。（2 2）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，只有这样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，实才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，实现总体功能大于各部分之和的效果，即现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+11+12”2”。例：珊瑚礁生态系统中藻类和珊瑚虫的关系。例：珊瑚礁生态系统中藻类和珊瑚虫的关系。豆科作物和固氮菌的共生豆科作物和固氮菌的共生 物质循环再生原理物质循环再生原理物种多样性原理物种多样性原理协调与平衡原理协调与平衡原理整体性原理整体性原理系统学和工程学原理系统学和工程学原理（1 1）系

27、统的结构决定功能原理）系统的结构决定功能原理（2 2）系统整体性原理）系统整体性原理生态工程建设目的生态工程建设目的：遵循自然界：遵循自然界 的规律，充分发的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止挥资源的生产潜力，防止 ，达到，达到 和和 的同步发展。（少消耗、多效益、的同步发展。（少消耗、多效益、 ）生态经济：主要是通过实行生态经济：主要是通过实行“ ”原则，使一个系原则，使一个系统产生出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的统产生出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的 ，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段，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是之一是 。

28、1 1） 原理：物质能在生态系统中循环往复，原理：物质能在生态系统中循环往复， 。 2 2） 原理：物种繁多复杂的生态系统具有较高的原理：物种繁多复杂的生态系统具有较高的 。 3 3） 原理：生态系统的生物数量不能超过原理：生态系统的生物数量不能超过 （环境容纳量）的限度（环境容纳量）的限度生态工程原理生态工程原理物质循环物质循环环境污染环境污染经济效益经济效益生态效益生态效益可持续可持续循环经济循环经济生产原料生产原料生态工程生态工程物质循环物质循环再生再生分层分级利用分层分级利用物种多样性物种多样性抵抗力稳定性抵抗力稳定性协调与平衡协调与平衡环境承载力环境承载力4） 原理：生态系统建设要考

29、虑自然、原理：生态系统建设要考虑自然、 、 的整的整体影响体影响5） 原理原理 系统的结构决定系统的结构决定 原理：要通过改善和优化系统结原理：要通过改善和优化系统结构改善功能构改善功能系统整体性原理：系统各组分间要有适当的系统整体性原理：系统各组分间要有适当的 ，使得能量、物质、信息等的转换和流通顺利完成，并使得能量、物质、信息等的转换和流通顺利完成，并实现总体功能大于各部分实现总体功能大于各部分 的效果，即的效果，即“1+12”整体性整体性经济经济 社会社会系统学和工程学系统学和工程学功能功能比例关系比例关系之和之和试分析下列事件可用何种生态工程原理来解释：1.畜牧养殖畜牧养殖应应注意牲畜

30、量不超注意牲畜量不超过过草地承草地承载载量量2.使用堆肥和使用堆肥和沤沤肥法肥法实现实现生生态农业态农业3.广广东东大量引种木麻黄作大量引种木麻黄作为为行道行道树树，一年一种叫吹，一年一种叫吹绵绵介壳虫的害虫使木麻黄遭受介壳虫的害虫使木麻黄遭受严严重破坏，后来从国外引重破坏，后来从国外引进进澳洲瓢虫，已持澳洲瓢虫，已持续发挥续发挥了控制害虫的作用。了控制害虫的作用。 4.针对过针对过度放牧的草原，一方面要减少畜牧量，度放牧的草原，一方面要减少畜牧量，进进行草行草地承包，有效管理。另一方面要地承包，有效管理。另一方面要设设法增加法增加农农牧民的收入牧民的收入途径。途径。物质循环再生原理物质循环再生原理物种多样性原理物种多样性原理协调与平衡原理协调与平衡原理整体性原理整体性原理2单一的人工林比天然混合林的稳定性低，容易遭单一的人工林比天然混合林的稳定性低，容易遭受害虫危害，