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高二生物选修3.5.1生态工程的基本原理


资料分析1:一九九八年的洪水

1998年夏季,长 江流域经历了自 1954年以来的最大 洪灾。加上其他地 区水灾,1998年全 国受灾人数上亿, 近500万所房屋倒 塌,2000多万公顷 的土地被淹,直接 经济损失达1600多 亿元人民币。

讨论: 1.导致1998年长江洪水泛滥的主要 原因是什么? 直接原因: 1998年度的罕见降

雨。

讨论: 1.导致1998年长江洪水泛滥的主要 原因是什么?
根本原因:
全球温室气体排放量增加而导致的温度 升高、气候异常;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。

解决长江洪水泛滥的措施有: 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。

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2:我国是农业大国,人均土地、水 等资源占有量远低于世界平均水平。虽 然我国用占世界10%的耕地养活了占世界 21%的人口,但由于受到西方“石油农业” 模式的影响,加上人口压力以及缺乏生 态环境意识,所造成的资源破坏和农业 环境污染,已经对社会的可持续发展造 成很大障碍

讨论:
1.你对“石油农业”是如何理解的?

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。
但是它所产生的废弃物和有害物质的数量 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。

4.石油农业的生产模式应当怎样改进?
大力发展生态农业。 具体措施: 适量施用高效、低毒、低残留农药,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.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。

你还能举出哪些经济的发展是以 巨大的生态环境破坏为代价的实例?

20世纪末世界人口突破了60亿,随着现 代农业生产的发展,人类活动遍布地球的每 个角落,地球上已经难以找到一个没有受到 人类影响的地方,原始的生态系统几乎丧失, 全球生态环境危机不断激化。

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。而硝酸盐污染的来源:如下水

道、畜禽养殖场、对农田、公园、草地等的施肥。

传统经济模式:
毁坏水、大气、土壤和生物 资源,消耗地球赠给我们的自然

资本,并造成环境污染。

生态经济
循环经济 主要是通过实行“____________” 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 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 生态工程 是_____________。

专题5 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。

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。

生态工程建设目的:
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。

优点:
与传统的工程相比,生态工程是一类 少消耗、多效益、可持续的工程体系。

生态工程应遵循什么基本原理
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
?
? ?

系统的结构决定功能 系统整体性

. .

. 物质循环再生.

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—我 国古代传 统农业的 辉煌成就 之一,是 生态工程 最早和最 生动的一 种模式。

2、物种多样性原理

理论基础:生态 系统的稳定性

一般来说,生态系统中的组分越多,食物

网越复杂,其自我调节能力就越强,抵抗力
稳定性就越高。

单一的樟子

松林被松毛
虫害死

人工林

生物多样性很高的 珊瑚礁维持的很好

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。 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,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而很少流出 系统外。

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。

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

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”。

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。

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。

4、整体性原理
理论基础:自然-经 济-社会复合系统
据美联社2008年1月30日报道,随着食物价格飞速上涨, 居住在贫民区的海
地家庭每天连一盘米也买不起。这种用特有黄泥土晒成的“饼干”成了他 们一日三餐的主要食品。

当地医生说,长期依靠泥饼干维生会导致营 养不良和腹泻。泥土中的寄生虫和毒素也

会对人体产生致命影响。

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

5、系统学和工程学原理 ⑴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,达到改善系 统功能的目的。 ⑵系统整体性原理 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”。

⑴系统结构决定功能原理

理论基础:分布式优 于集中式和环式

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:

工作可靠性哪个高?

高 效 生 态 系 统

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。

⑵系统整体性原理

理论基础:整体功能大于 部分之和

例如:珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生

产力,得益于珊瑚虫和藻类组成的高效的植
物—动物营养循环。通常情况下,失去了共

生藻类的珊瑚虫会因为死亡而导致珊瑚礁逐
渐“白化”,失去其鲜艳的色彩,那里的生

物多样性也将锐减,从而造成系统的崩溃。

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。

整体大于局部之和 没有菌共生 与菌共生

目前,在我国的生态工程建设中,人为调控仍

起着较大的作用,强调按预期目标,因地制宜地调
整复合生态系统的结构和功能;调控生态系统内形

成互利共生网络;多层次分级利用物质、能量、空
间、时间 ;促进系统的良性循环,以达到经济、生 态和社会效益的统一。生态工程的设计还必须遵循 社会发展和经济运行的基本规律,运用系统工程的 理论和方法来指导生态工程的实施和管理。

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

1.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

2.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 生态工程原理是( C )

A.物种多样性原理
C.物质循环再生原理

B.整体性原理
D.系统学原理 )

3.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

4.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

5.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

6.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


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