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1、专题5 生态工程,5.1 生态工程的基本原理,1.简述生态工程的概念,关注生态工程的建设。 2.简述生态工程的原理,举例说出各原理的内容。 3.尝试运用生态工程原理,分析生态环境问题及解决对策。,一,二,一、关注生态工程建设 1.生态经济 (1)最主要的实行原则:循环经济。 (2)最主要的特点: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。 (3)实现循环经济的最重要的手段之一:生态工程。 2.生态工程 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同步发展。与传统的工程相比,生态工程是一类少
2、消耗、多效益、可持续的工程体系。,一,二,二、生态工程所遵循的基本原理 1.物质循环再生原理 (1)理论基础:生态系统的物质循环。 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。 (2)实例无废弃物农业 “无废弃物农业”即通过积极种植能够固氮的豆科作物,以及收集一切可能的有机物质,如粪便、枯枝落叶、河泥等,采用堆肥和沤肥等多种方式,把它们转变为有机肥料,施用到农田中,这样既利用了废弃物,又改善了土壤结构,培育了土壤微生物,实现了土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用。 (3)没有物质循环的生态系统的危害:会产生废弃物,造成环
3、境污染,并最终影响系统的稳定和发展。,一,二,2.物种多样性原理 (1)理论基础:生态系统的稳定性。 物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。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。 (2)实例: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
4、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。,一,二,3.协调与平衡原理 (1)理论基础:生物与环境的协调与平衡。 (2)处理好生物与环境的协调与平衡,需要考虑环境承载力,又称环境容纳量,是指某种环境所能养活的生物种群的最大数量。 4.整体性原理 (1)理论基础:社会经济自然复合系统(如下图)。,一,二,如上图所示,人类所处的是一个由社会系统、经济系统、自然系统复合而成的巨大的系统,三者相互影响而形成一个统一的整体。在进行生态工程建设时,不但要考虑自然生态系统的规律,更重要的是,还要考虑经济和社会等系统的影响力,只从生态学的角度片面考虑生物与环境之间、生物与生物之间的相互影响是不可以的
5、。 (2)意义: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与稳定。,一,二,5.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。在分布式的结构中,一般局部的故障不至于造成整个网络的瘫痪。 (2)系统整体性原理:系统的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“1+12”。 在我国西北一些地区年降雨量小于450 mm,如果在这些地区种植的不是适应当地环境的灌木和草,而是不
6、适应当地环境的杨树,这主要违背了什么原理? 提示:主要违背了协调与平衡原理。,一,二,三,一、物种多样性与生物多样性 1.物种多样性是指多种多样的生物种类,强调物种的变异性。 2.生物多样性是指生命形式的多样化(从类病毒、病毒、细菌、放线菌、支原体、真菌到植物、动物),各种生命形式之间及其与环境之间的多种相互作用,以及各种生物群落、生态系统及其生态环境与生态过程的复杂性。一般地讲,生物多样性可以从三个层面上去描述,即遗传(基因)多样性、物种多样性、生态系统多样性。,四,一,二,三,二、协调与平衡原理 所谓协调与平衡是指生物与环境的协调与平衡。 1.协调主要指生物要适应环境,因此在建设生态工程时
7、,不要盲目引种或栽种。 2.平衡是指某环境下生物种群的数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,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。,四,一,二,三,三、整体性原理与系统整体性原理 1.整体性原理 (1)含义: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。 (2)举例: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。 2.系统整体性原理 (1)含义:指总体功能大于各部分之和,即1+12。原因是系统保持很高的生产力,具体是指互利共生的生物体现系统整体性原理。 (2)举例:如藻类和珊瑚虫、大豆和根
8、瘤菌、地衣植物中的藻类和真菌等。,四,一,二,三,四,四、常见生态工程实例主要遵循的原理分析 1.单一人工林比天然混合林稳定性低,易爆发虫害物种多样性原理。 2.草原确定合理载畜量,不能过度放牧协调与平衡原理。 3.引种考虑适应环境协调与平衡原理。 4.林业生态工程建设,既考虑种树又考虑生活问题整体性原理。,题型一,题型二,题型三,题型一 生态工程 【例1】 下列关于生态工程的叙述,错误的是( ) A.生态工程是生态学与系统工程学的结合 B.生态工程追求经济效益与生态效益的双赢 C.生态工程是无消耗、多效益的工程 D.生态工程能促进人类社会和自然环境的和谐发展 解析:生态工程是生态学与系统工程
9、学相结合,追求经济效益与生态效益的双赢,促进人类社会和自然环境的和谐发展,低消耗、多效益的工程体系。 答案:C,题型一,题型二,题型三,题型二 生态工程的基本原理 【例2】 下列关于生态工程的基本原理的说法,错误的是 ( ) A.物质循环再生原理,在于使生态系统的物质能够循环利用 B.物种多样性原理,是指众多生物通过食物链相互依存,提高系统生产力,维持系统平衡 C.整体性原理,是考虑自然系统的规律,所有的人类活动必须完全以生态系统为核心 D.系统整体性原理要求系统各组分之间要有适当的比例关系 解析:整体性原理是指进行生态工程建设时,不但要考虑自然生态系统的规律,还要考虑经济和社会的影响力。 答
10、案:C,题型一,题型二,题型三,题型三 运用生态工程基本原理分析实例 【例3】 为加强水体治理,珠江流域某城市构建了较大面积的人工湿地。 (1)当污染物随水流进入该湿地时,湿地水体中碳元素的迁移和转化途径如下图。请用箭头和文字补充虚线框中的碳转化途径。,题型一,题型二,题型三,(2)一段时间后,湿地中出现了轮虫等浮游动物,可控制绿藻等浮游植物的增殖;管理员还放养了一些鱼和鸭,为城市增添自然气息。请写出可能存在的食物链(两条)。 (3)如果含有重金属的工业废水进入该系统,请根据生态学基本原理,指出可能产生哪些负面影响。 解析:由题图可知,可溶性有机碳可作为好氧细菌的碳源,被好氧细菌分解利用,好氧细菌呼吸作用产生的二氧化碳等作为黑藻、绿藻等植物光合作用的原料,同时CO2又是黑藻、绿藻等植物呼吸作用的产物,这样,在细菌、植物、无机环境之间形成了稳定的物质循环。根据第(2)小题的题干,梳理出两条食物链。重金属盐在食物链中有富集现象,对处于高营养级的人危害很大,而且难于降解,易发生二次污染。,题型一,题型二,题型三,答案:(1) (2)绿藻轮虫鱼、黑藻鱼鸭。 (3)重金属进入食物链,危害人体健康;重金属无法降解,易发生二次污染。,