1、1、概念：,在概念中应注意三个方面： (1)涉及的学科知识包括生态学和系统学； (2)运用到的技术手段或方法有系统设计、调控和技术组装； (3)最终目的是促进人类社会和自然环境的和谐发展。,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，对已破坏的生态环境进行修复、重建，对造成污染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,2、生态工程建设的目的：就是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。与传统的工程相比，3、生态工程特点：少消耗、多效益
2、、可持续。,资料一,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。,1、导致1998年长江洪水泛滥的主要原因：,一、
3、关注生态工程建设：,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。,2、洪灾的发生反映出经济发展模式存在问题：,资料二,“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。,3、“石油农业”：,资料三,在不同的国家有不同的改进措施。例如，在我国
4、，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。,4、石油农业的生产模式应当怎样改进？,资料四,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。,5
5、、“污染物是放错地方的资源”：,资料五,传统经济模式正在毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然资本。为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律，改变“人类能征服自然”的错误观念，走生态经济之路。,生态经济主要通过实行“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。,二、生态工程所遵循的基本原理,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。它所遵循的基本原理如下：,考点1 生态工程的基本原理,（一）物质循环再生原理
6、,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。而没有物质循环的系统，就会产生废弃物，造成环境污染，并最终影响到系统的稳定和发展。,考点1 生态工程的基本原理,理论基础 ：,意义 ：,实例：,可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响,物质循环,无废弃物农业,（二）物种多样性原理,一般而言，物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。,资料,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
7、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。,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？而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？,理论基础 ：,意义 ：,实例：,生态系统的稳定性,生物多样性程度可提高系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力,“三北”防护林建设中的问题，珊瑚礁生态系统的生物多样性的问题,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，
8、而且往往作用巨大。,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？,生物多样性程度高，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件。众多的生物通过食物链关系互相依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力。即使某个物种由于某种原因的死亡，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平衡。,（三）协调与平衡原理,理论基础 ：,意义 ：,实例：,生物与环境的协调与平衡,生物数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏,太湖富营养化问题、过度放牧等,所谓协调与平衡是指生物与环境的协调与平衡。,平衡：指某环境下生物种群的数
9、量与环境的承载力要平衡， 如果生物的数量超过了环境的承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏，如草原上的过度放牧就是典型的例子。,协调：主要指生物要适应环境，因此在建设生态工程时，不要盲目引种或栽种；,（四）整体性原理,自然生态系统是通过生物与环境、生物与生物之间的协同进化而形成的一个不可分割的有机整体。人类也处在一个社会经济自然复合而成的巨大系统中。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，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。只有把生态与经济结合起来，才能从根本上达到造林和护林的目的。,除此之外，社会习惯、法律制度等也都对生态工程建设有着重要影响。建立在对系统成分的性质及
10、相互关系充分了解基础之上的整体理论，是解决生态环境问题的必要基础。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，保障生态系统的平衡和稳定。,理论基础 ：,意义 ：,实例：,社会，经济、自然构成复合系统,统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定,林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题,（五）系统学和工程学原理,1、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。我们可以把系统的结构比作计算机网络。,理论基础 ：,意义 ：,实例：,系统的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式,改善和优化系统的结
11、构以改善功能,桑基鱼塘,1、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。,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
12、，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”的要求。桑基鱼塘系统物质、能量流动示意图见图,（五）系统学和工程学原理,2、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“112”。,理论基础 ：,意义 ：,实例：,整体大于部分,保持系统很高的生产力,珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系,整体性原理和系统整体性原理的比较：,整体性原理指社会、经济、自然三方面协调统一，保障整个系统的稳定与平衡。如林业建设中自然系统、社会系统与经济系统的关系问题，即种树的同时考虑经济收入、粮食、燃料等问题。,
13、系统整体性原理指整体大于部分之和，目的是保持系统有很高的生产力，具体的说指互利共生的生物体现系统整体性原理，如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中藻类和真菌等。,实例一农村综合发展型生态工程,问题,在我国13亿人口中，有9亿多人口生活在农村，人多地少是突出的矛盾。怎样才能实现物质的多级循环利用，在资源有限的条件下有较多的产出，取得经济效益、社会效益和生态效益的全面提高呢？,对策,建立农村综合发展型生态工程,考点2 生态工程实例分析,案例,北京郊区的窦店村就是这个方面的一个典型。,作物秸秆用来生产食用菌;饮料喂养畜禽;人、粪尿作为原料生产沼气;沼液用于水产养殖业;沼渣为有机农产品“无公害蔬菜”
14、施肥和喂养畜禽。,讨论,物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理等。,1、在这一案例中，主要运用了哪些生态工程的基本原理？,这个案例以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。,2、这一生态系统的结构和功能有哪些特点？有哪些值得借鉴的做法？,实现物质的多级循环利用，在资源有限的条件下有较多的产出，以解决人多地少的矛盾,解决问题：,自养需氧型,生产者,将生活垃圾分类处理,分解者,除利用了有机垃圾中的能量外，还充分地、分层次地多 级利用了垃圾中的物质，并且减少了因燃烧带来的污染,以沼气工程为中心，农林牧副渔各业全
15、面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展，降低了环境污染，促进了农村的可持续发展,实例二小流域综合治理生态工程,问题,小流域是指河流各级支流的集水区域。这些区域往往是水土流失比较严重的地方。因此小流域治理具有十分重要的意义。,对策,小流域治理模式是我国农民和技术人员的创举，它是应用生态工程的整体性原理、协调与平衡原理，以及系统学和工程学原理，通过保土蓄水、耕作措施、林草措施等工程和生物措施，层层设防来控制土壤侵蚀的。,案例,我国甘肃陇南地区总结出了“九子登科”的治理模式：即山项戴帽子（封山育林），山腰系带子（还林还草，减少径流），坡地修台子（梯田等高种植作物），地埂锁边子（种植作物保护地埂
16、），荒地荒沟栽苗子（营造薪柴林），山脚种果子（种植果园），沟底穿靴子（各种拦截坝、堤，拦蓄泥沙等），见缝插针钉扣子（利用零星地种植林果），秋田盖罩子（覆盖地膜等保土耕作措施）。,讨论,“综合”表现在它一改以前的单纯造林和蓄水、减沙等工程模式，同时考虑到了生态效益和经济效益：不但注重通过还林、还草、筑坝等措施达到蓄水、降低土壤侵蚀的生态效果；还考虑如何提高人们的生活水平。例如，不但种植农作物，还同时种植经济作物来提高人们的收入；考虑到了种植薪柴林解决人们的燃料来源问题。各种措施的结果是建立一个稳定、持久、高效的生态系统。,1、小流域的综合治理，“综合”表现在哪些方面？,在下题分析中解答经济效益与
17、生态效益的统一问题。这种模式在其他小流域不能照搬，还是要因地制宜地进行生态工程建设，不同气候带、不同自然条件和不同经济发展水平的地区，其生态工程的模式应各具特色。,2、从这一案例看，当地是怎么做到经济效益与生态效益相统一的？这一模式在其他小流域能够照搬吗？,山顶土壤条件、气候条件恶劣，不宜蓄水，交通不便，改造成本高，适宜封山，依靠自然恢复力来恢复植被；山腰、荒地等土壤，虽然水分条件较好，但是仍不适宜种植农作物，对于这样的地方可以自然恢复，也可以人为种植适宜的林木、草或果树等，加快植被恢复速度，这样既能降低土壤侵蚀，又能创造一定的经济效益；对沟底而言，应建设堤坝系统，它可以蓄水和淤积土地，还能够
18、减少山体的崩塌和滑坡，保证人民的生命财产安全；对坡地和山脚农田来说，土壤、水分条件良好，交通也较方便，土地生产力高，适宜种植农作物来解决人们的粮食和收入等问题，但是在坡地上要水平梯田种植，以减少水土流失。根据不同的地形采取不同的措施，既要考虑到生态效益，又要考虑到人们的生活和收入问题，这体现了生态工程协调与平衡、因地制宜的原理和思想。,3、为什么要针对不同的地形采取不同的措施？这体现了生态工程的什么原理？,实例三大区域生态系统恢复工程,问题,据统计，1999年我国有沙漠化土地2.67X106Km2,其中由于人类农事活动的不当而引起的荒漠化面积就有9X105Km2。造成荒漠化的因素及其影响力的大
19、小依次为：过度樵采（32%），过度放牧（30%），盲目开垦（27%），不合理利用水资源（9.6%），其他（1.4%）。,对策,为了控制荒漠化的发展和水土流失，改善生态环境，提高人民的生活水平，我国实施退耕还林还草、植 树造林等工程。,在这一案例中，主要运用了哪些生态工程的基本原理？,协调与平衡原理、整体性原理,讨论,三北防护林跨越中国13个省、直辖市、自治区，对我国具有重要的意义：生态环境的质量关系到这一地区人民的生产和生活问题，对维护社会稳定具有重要意义；更重要的是，这一地区的生态环境关系到下游地区人民的生产、生活和经济发展，如黄河上游的水土流失容易导致下游地区的洪水泛滥，而危害巨大的沙尘暴
20、的发生也与这一地区的土地沙漠化关系密切；同时这里自然矿产资源丰富，对我国的经济发展和国家安全具有重要战略意义。,1、国家为什么投入巨大的人力和物力兴建三北防护林工程？,首先应考虑树种的生态适应性问题，种植适宜品种，宜林则林，宜灌则灌，宜草则草；其次要考虑树种的多样性，保证防护林体系的稳定性；不同地区应根据当地情况采取不同的策略，如条件恶劣的地区应该结合自然恢复力，而农区的防护林中农田防护林网可能占较大比重。,2、这一工程横跨多个省区，根据协调与平衡原理和生物多样 性原理，不同地区在造林设计上应当注意什么问题？,实例四湿地生态恢复工程,问题,在经济发展过程中，人们对湿地刊物排水和围垦，已经破坏了
21、地球上80%的湿地资源。湿地的缩小会导致局部气候变劣、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等，因此，湿地生态系统恢复工程已成为我国生态工程中的一项重要任务。,对策,湿地生态系统恢复工程是采用工程和生物措施相结合的方法，以及植物物种的引进种植等，使受到干扰的湿地得以恢复。还应建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地领先自然演替等机制恢复其生态功能。（控制污染、退田还湖）,案例,江西鄱阳湖的吞吐水量可以占到长江总水量的15%，是很重要的一类湿地。但 由于人类的围湖造田，使其面积从上个世纪50年代的5100Km2缩小到90年代的3900km2。鄱阳湖面积的缩小，使长江的蓄洪能力缩减了4.5X1
22、09m3，湖区洪灾频繁发生。最严重的一次是1998年，数十万公顷的良田被淹没，150多万人家园被毁。为此，党中央提出了“平堤行洪、退田还湖、移民建镇”的方针，共迁移农民22万户，使长江流域的湖泊水面又恢复到建国初期的水平。,讨论,主要原因：我国历来人多地少，在“以粮为纲”的年代，围湖造田，种植农作物，以生产更多的粮食；片面强调经济发展，没有认识到湖泊的巨大生态调节功能也是重要原因。,1、当初人们为什么要围湖造田？,保护环境，减少水土流失和水污染。例如,减少工厂、生活污水往水体中的排放，农田中减少化肥和农药的施用量等。,2、地处湖区上游的人们对湿地恢复生态工程负有什么责任？,实例五矿区废弃地生态
23、恢复工程,问题,矿藏开采后信念会造成土体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏。矿区极端恶劣的土地条件，又会阻碍植被的生长。尤其是规模巨大的采矿业，不仅会对土地景观造成巨大的影响，还可能产生严重的重金属污染。,对策,为回事恢复矿区生态环境，人们采用的措施包括人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程。,在这一案例中，主要运用了哪些生态工程的基本原理？,系统学和工程学原理,案例,我国赤峰市元宝山矿区生态恢复工程：自20世纪60年代以来，该矿区建立了大中小型煤矿20余个，为此共挤占耕地5500hm2，并造成了大量排土场、塌陷地和闲置地等类型的废弃地。该地区在生态恢复改造工程中，
24、采取了诸如围栏、排石整地、植树造林、种草等措施，仅用了3年多的时间，就建立了草地750hm2年产优质牧草4000t以上，还建立了3处加工能力为8t的饮料工厂及一处饲养场，进行肉牛的养殖和粪肥的利用。,讨论,矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长，因此代之以适应性强，耐旱的灌木、草和树。,1、在这一案例中，恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？,首先要考虑到牧草的产量，以草定畜；其次从外地调运饲料要考虑饲养成本；更重要的是要考虑到土地对粪肥的承载力,以及对粪肥的加工或利用情况，要保持在承载力范围以内，以免养殖规模过大，粪肥数量巨大而造成新的污染。,2、怎样合理地筹划养殖肉牛的数量？,实
25、例六城市环境生态工程,问题,随着我国城市化进程的加快，能流、物流和人流的增加，一方面促进了城市的繁荣，另一方面，也带来了严重的环境污染等问题。,对策和案例,对城市的环境的治理要把整个城市作为一个巨大的生态系统来考虑，即用生态工程的方法对城市环境进行综合治理。首先在城市规划和布局方面，要进行城市生态分区，合理颁布工业区、居住区、生态绿地等;其次是推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺，以减少污染的产出;采用中种手段治理污染，进行废弃物的资源化利用;同时要建立健全法制进行监督。,在这一案例中，主要运用了哪些生态工程的基本原理？,协调与平衡原理、整体性原理等,讨论,减少污染的措施：制定法律法规，禁
26、止市区内鸣笛，禁止使用含铅汽油，鼓励使用电力、天然气等无污染能源的新型汽车，以及对其的研究和应用等。,1、汽车尾气是城市大气污染的主要来源之一，汽车噪声又是城市噪声污染的主要来源。你认为应当限制城市居民购买汽车吗？为什么？如果不限制，应当采取什么措施来减少由汽车造成的污染？,减少或禁止工厂的污水排放；进行污水净化回收利用；实行雨水和污水分流。,2、城市的水污染问题应当采取哪些措施来解决？每一个城市居民应当在这方面承担什么责任和义务？,在肯定生态工程的作用，特别是对恢复和重建受损生态环境的重要作用的同时，不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量;更不能误认为只要有了生态工程，就可以走发达国家“先污
27、染、破坏，后治理”的老路。,二、生态工程发展的前景,（一）“生物圈2号”生态工程的实验及启示,多年来，人类梦寐以求地憧憬着冲出地球，向宇宙进军，在地球外寻找“诺亚方舟”。“生物圈2号”就是在人们的这种求索中诞生的。其目的是制造一个人工模拟的生命支持系统，以验证人类在离开地球的情况下，利用人工生态工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生存。,1、“生物圈2号”生态工程的结构组成,它的地上部分为立体钢架构型，配有双层玻璃窗，底部以厚水泥层完全与外界隔离。内部主要由7种模拟生态群落区和两个大气扩张室“肺”组成。生物群落包括5个野生生物群落（热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠）和2个人工生物群落（集约农业区
28、和居住区），约有生物4000种。,2、“生物圈2号”与外界的联系和能量供给：,“生物圈2号”虽然在物质上与外界完全隔绝，全可以通过电力传输、电信和计算机同外界联系。能量的供给则只有通过植物吸收的太阳能。,3、“生物圈2号”的物质循环途径：,农田区的作物秸秆作为附近动物饲养场的饲料，产出的肉、蛋、奶以及作物产品供应人类。死亡植株及动物与人的排泄物经分解者进行分解，然后，返还到农田中给植物提供营养。生活废水经处理后进行循环利用。氧气由植物光合作用提供，呼吸产生的二氧化碳由植物吸收。,主要原因是温度失调，以及“大气和海洋”比例与地球相差甚远，土壤呼吸释放的CO2超过了植物和海洋的固定能力，导致空气中
29、CO2的含量猛增; O2量减少，不足以维持人及动物的生存，19种脊椎动物死亡;除蟑螂、蟋蟀、蚂蚁外，其余昆虫也全部死亡;靠昆虫传粉廷续后代的植物也灭绝了。,4、“生物圈2号”失败的原因：,“生物圈2号”的失败使我们认识到与自然和谐共处的重要性，深化了我们对自然规律的认识，即自然界给人类提供的生命支持服务是无价之宝。“生物圈2号”工程是人类在认识自然界的道路上迈出的一小步，人类探索自然、模拟自然的试验将在它的基础上继续进行下去。,5、“生物圈2号”的意义：,三、对我国生态工程发展前景的分析与展望,我国目前面临的生态危机，已经不单纯是环境污染问题，而是与人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合在一起的“并发症”。作为解决途径之一的生态工程，需要走有中国特色的道路，即不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。,目前我国的生态工程还有一些不足之处，如缺乏定量化模型的指导，难以象近年来西方出现的“精确农业”那样，设计出标准化、易操作的生态工程样板。此外，设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。,
