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生态工程的基本原理_图文

专题5 生态工程
5.1 生态工程的基本原理

生态工程的概念
人类应用生态学和系统学的基本原理和方法,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。 理论基础? 生态学和系统学 技术手段? 通过系统设计、调控和技术组装 操作过程? 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。 最终目的? 促进人类社会和自然环境的和谐发展。

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科技探索之路

生态工程的兴起

思考:从以往的历史看,经济发展和环境污染有
什么关系?他们之间的矛盾是否就是不可调和的呢?
“可持续发展”的内涵: (Sustainable Development)

经济发展不仅要满足当代人的需要,还要不危害 后代人发展能力,即经济和环境协调发展。

1.导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么?
根本原因:长江上游乱砍滥伐森林,水源涵养和水土保持功能急剧降低,
造成大量泥沙淤积河道;中游围湖造田、乱占河道,造成具有蓄洪作用的湖 泊面积急剧减少。 直接原因:1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导 致的温度升高、气候异常有关。 解决长江洪水泛滥的措施有:我国政府提出的“积极营造长江中上游 水源涵养林和水土保持林”计划,即以生物措施为主,结合工程措施,提高 森林覆盖率;“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。 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)的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。

2.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不注重生态环境的保护,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价。

资料分析二:

资料分析二:
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、天然气等作为原料或动力而得名。

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,因对石油等 能源有高度的依赖性而得名。它把农业生产这一复杂的生物过程,变成 了简单的机械过程和化学过程。由于其投入高,产出也高,对粮食安全 保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用,但同时它所产生的废弃物 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?

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 发展生态农业。实施的具体措施包括: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,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。一方 面要不断提高土地的产出水平;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。

3. 你能举出一些农业生产活动对人体健康以及环境 造成危害的实例吗?
除日常生活中能够发现的实例外,农业活动对环境和人类健康造成危 害的实例中,世界上影响较大的有蓝婴病。1973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)。其原因是饮用水中硝酸盐含量 超过10 mg/L,这时过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、 呕吐、抽搐,严重的会失去知觉,甚至死亡。硝酸盐来源于点源污染,如 下水道、畜禽养殖场等,或非点源污染,如对农田、公园、草地等的施肥。

4.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。

为了可持续发展,走生态经济之路。

生态经济:

主要是通过实行“循环经济”的原则, 使一个系统产出的污染物,能够成为本系 统或者另一个系统的生产原料,从而实现 废弃物的资源化,而实现循环经济最重要 的手段之一就是生态工程。

1、物质循环再生原理 理论基础:物质循环 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,奥秘就在于物质能 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。

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。

循环往复 分层分级利用 目的: 取之不尽,用之不竭

资料分析

?

(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、物种多样性原理

理论基础:生态系 统的稳定性

单一的樟子 松林被松毛 虫害死
食物链短而 单调,缺少 松毛虫、天 牛的天敌。

生物多样性很高的珊 瑚礁维持的很好
为什么珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中,保持 着很高的生物多样性?

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。
?

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

?

.两种稳定性区别

.比较两种稳定性

(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? 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。 生物多样性的破坏有人为因素,而且往 往作用巨大。 2、物种多样性原理
物种越丰富,生态系统的抵抗力稳定性越高

课堂练习 1.下列关于生态工程的说法,错误的是(D ) A.与传统工程相比,生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的 工程体系 B.能防止环境破坏和环境污染 C.遵循生态系统物质循环规律,能提高能量利用率 D.生态工程能解决所有环境问题,可以走“先污染、破坏,后 治理”的道路 2.生态经济所遵循的主要原则和实现的重要手段分别是( B) A.整体性原则和生态工程 B.循环经济和生态工程 C.循环经济和工程学手段 D.无污染原则和系统学手段 3.生态系统内即使某个物种由于某种原因而死亡,也会很快有其 他物种占据它原来的生态位置,从而避免了系统结构或功能的失 衡。这体现了生态工程的什么原理 ( A ) A.物种多样性原理 B.整体性原理 C.协调与平衡原理 D.物质循环再生原理

.

物种多样性原理.

.原因,解决方法

.水葫芦

.原因,解决,引进该注意什么

.资料分析

西北地区年降雨量450nm,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, “杨家将”因为不适应长成了“小老头“防护林变 成了残败的”灰色长城“

3、协调与平衡原理

理论基础:生 物与环境的协 调与平衡

由于周边城市、工业和 农田的排水中氮、磷的 浓度较高,使太湖水体 中的水葫芦和藻类疯长

P111资料分析问题讨论 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?

提示:抗寒、耐旱,适应性强的沙棘,耐盐碱力较 强的沙枣等植物。

提示:

西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不 能超过草地的承载量。针对公共草地的 过度放牧问题,应该实行草地承包,调 动个人的管理积极性,减少过度放牧现 象;另外,可以在有条件的地方,人工 种植牧草,增加牧草产量。

处理好生物与环境的协调与平 衡,需要考虑环境承载力。环境承

载力又称环境容纳量是指某种环境
所能养活的生物种群的数量。

协调与平衡 处理好生物与环境的协调与平衡,需要 考虑环境承载力。 ? 如果生物的数量超过了环境承载力的 限度,就会引起系统的失衡和破坏
?

. .

. S曲线,K值.

.山民宁愿忍受. .

. 不仅考虑自然系统,.整体性图

4、整体性原理

理论基础:社会、 经济、自然复合系 统 人类处在一个社会、 经济、自然复合而成的 系统中。 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,要考虑到经济 和社会等系统的影响力。
例:林业工程建设中的问题

资料分析

?

只要应用整体性(自然—社会—经济) 原理,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, 保障生态系统平衡和稳定。

. .

. 新。.系统学,工程学

另外,社会习惯、法律制度等也都对生态 工程建设有着重要影响。

?

只有应用整体性原理,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,保障生态系统平衡和稳定。

. .

. 新。.系统学,工程学

⑴系统结构决定功能原理

若把系统的结构比作计算机网络,分 析三种计算机网络结构示意图:

工作的可靠性哪个高?

5、系统学和工程学原理
⑴系统的结构决定功能原理

理论基础:分 布式优于集中 式和环式

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,达到改善系统 功能的目的。 理论基础:整体功能 ⑵系统整体性原理 大于部分之和 系统各组分之间要在适当的比例关系,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+1>2”。

5、系统学和工程学原理
⑴系统结构决定功能原理

高 效 生 态 系 统

系统的结构决定功能
?

利用这个原理,改善和优化系统的结 构,从而达到功能改善的效果。

. .

. 组分之间相互作用,珊瑚白化.

⑴系统结构决定功能原理

生态工程之沼气工程

系统整体性原理

.例子 .

. 系统整体性原理.

系统整体性 系统各组分之间要有适当的比例关系, 才能顺利完成能量、物质、信息的转 换和流通,并且实现总体功能大于各 部分之和的效果。 ? 区别:系统整体性与整体性
?

.区别 .

. .归纳生态工程

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 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。
少消耗,多效益,可持续发展

?

目的
?

?

特点
?

. .

.

试分析下列事件可用何种生态工程原理来解释
?

?

?

1.畜牧养殖应注意牲畜量不超过草地承载量 协调与平衡原理 2.使用堆肥和沤肥法实现生态农业 物质循环再生原理 3.广东大量引种木麻黄作为行道树,一年一种叫 吹绵介壳虫的害虫使木麻黄遭受严重破坏,后来 从国外引进澳洲瓢虫,已持续发挥了控制害虫的 作用。 物种多样性原理 4.针对过度放牧的草原,一方面要减少畜牧量, 进行草地承包,有效管理。另一方面要设法增加 农牧民的收入途径。 整体性原理

?

课堂练习

1.实现循环经济的最重要的手段之一是( B A.大力发展“石油农业” B.生态工程 C.清除污染物 D.禁止产出污染物



2.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,这体现了生态工程的什么原理( C) A.物质循环再生原理 B.协调与平衡原理 C.物种多样性原理 D.系统整理性原理

课堂练习

3.城市生活垃圾要做到分类、回收、利用,实现 废物资源化利用。与该做法关系最密切的生态工程 C ) 原理是( A.物种多样性原理 B.整体性原理 C.物质循环再生原理 D.系统学原理 4.协调与平衡原理主要指( A ) A.生物与环境的适应及环境对生物的承载力 B.系统各组分之间要有适当的比例关系 C.自然系统、经济系统、社会系统协调统一 D.物质循环和能量流动协调统一

课堂练习 5.人类设计生态工程的根本目标是( D ) A.促进自然界良性循环的前提下,达到生态效益 与经济效益的同步发展 B.促进自然界良性循环的前提下,防治环境污染, 提高经济效益 C.防治环境污染,达到生态效益与经济效益的同 步发展 D.促进自然界良性循环的前提下,充分发挥资源 的生产潜力,防治环境污染,达到生态效益与经济 效益的同步发展

课堂练习

6.我国西北土地沙化和盐渍化非常严重,原 因有多种,其中一个主要原因是超载放牧, 导致草地退化。试分析上述事实主要违背了 生态工程的什么原理( B ) A.系统整体性原理 B.协调与平衡原理 C.物种多样性原理 D.整体性原理

课堂练习

7.在进行林业工程建设时,一方面要号召 农民种树,另一方面要考虑贫困地区农民的 生活问题,如粮食、烧柴以及收入等问题。 以上做法依据的生态工程原理是( B ) A.系统整体性原理 B.整体性原理 C.系统结构决定功能原理 D.以上都不是


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