生态工程的基本原理 完整版本课件.ppt

,生态工程,生态工程,生态工程,生态工程,生态工程,生态工程,生态工程,生态工程,专题5 生态工程,生态工程的基本原理,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,生态工程的兴起,“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。,美国生态学家H.T.奥德姆于1962年首先提出“生态工程”概念：“A branch of engineering and field of science in which solutions to societys environmental problems would be grounded in the technology available from natural systems so that the human engineering required would be supplementary rather than primary (overhead).”即以从自然系统获得的技术为基础，解决人类社会环境问题的一门工程分支科学，它所需的人类工程技术仅仅起辅助作用，而不是起主要作用；或“人类应用主要来自自然的能源作为辅助能对环境的控制”；或“对自然的管理就是生态工程，更好的措施是与自然结成伙伴关系”。,H.T.奥德姆的学生米奇（W.J.Mitsch）继承其思想，于1989年编了世界上第一本生态工程专著（Ecological Engineering: An Introduction to Ecotechnology），并于1992年主编创办了生态工程杂志。他对生态工程的定义是：Ecological engineering has been defined as the design of ecosystems for the mutual benefit of humans and nature. 即生态工程是为了人类和自然的相互利益而进行的一种生态系统设计。,我国著名生态学家马世骏先生1979年首先倡导生态工程。他对生态工程下的定义是：生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生的原理、结合系统工程的最优化方法，设计的分层多级利用物质的生产工艺系统。生态工程的目标就是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥物质的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益与生态效益同步发展。它可以是纵向的层次结构，也可以发展为由几个纵向工艺链索横连而成的网状工程系统。,生态工程的概念：,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和谐发展。,注意：,1.学科知识： ；2.技术手段： ；3.操作过程:4.最终目的： 。,生态学和系统学,系统设计、调控和技术组装,促进人类社会和自然环境的和谐发展,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，并提高生态系统的生产力,科技探索之路 生态工程的兴起,阅读,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？,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。,可持续发展 的内涵,5.1 生态工程的基本原理,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，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。,生态工程建设的目的,（一）关注生态工程建设,资料分析一：1998年长江洪水,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：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”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。,1.你对“石油农业”是如何理解的？,资料分析二：,如化肥大量进入江湖中造成水体富营养化，影响鱼类生存。农药在杀病菌害虫的同时，也增加了病虫的抗性，杀死了有益生物及一些中性生物，结果引起病虫再猖獗，使农药用量愈来愈大，施用的次数愈来愈多，进入恶性循环。 化肥农药的大量施用，在大幅度提高农产品产量的同时，不可避免地对农产品造成污染，给人类生存和生活留下隐患。目前人类疾病的大幅度增加，尤以各类癌症的大幅度上升，无不与化肥农药的污染密切相关。 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。,2.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？,点源污染是指有固定排放点的污染源，指工业废水及城市生活污水，由排放口集中汇入江河湖泊。如企业,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。,3.如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？,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。,4.石油农业的生产模式应当怎样改进？,5.1 生态工程的基本原理,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。,关于生态经济,（二）生态工程所遵循的基本原理,1、物质循环再生原理,理论基础：生态系统的物质循环 原理含义：生态系统中, 生物借助能量的不停流动, 一方面不断地从自然界摄取物质并合成新的物质, 另一方面又随时分解为原来的简单物质, 即所谓“再生”, 重新被系统中的生产者植物所吸收利用, 进行着不停顿的物质循环。,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。,实例：我国古代“无废弃物农业,抵抗力稳定性：生态系统抵抗外界干扰使自身 结构功能维持原状的能力。 生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自动调节能力就越小，抵抗力就越低；反之，抵抗力就越高。 物种多，复杂,生态系统抵抗力稳定性高,抵抗力很强,2、物种多样性原理,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。,资料分析讨论：,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？,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。,生物多样性面临威胁的原因：,生存环境的改变和破坏（主要原因）,掠夺式的开发利用,环境污染,外来物种入侵或引种到缺少天敌的地区,人为因素,生存环境的改变和破坏,采伐,荒漠化的西部,人类掠夺性狩猎,被猎杀的藏羚羊尸体,狩猎,捕杀的大鲸鲨,结网捕鸟,环境污染,污染,生物入侵,潜水进入展箱中捞捕食人鲳,物种多样性原理: 要求我们在生态工程设计和建设是物种多样性程度高，生态系统稳定性高,以保持生态平衡,理论基础：与必修课中的种间关系、环境容纳量等内容有联系 环境容纳量:环境所能负担的种群的最高密度，是环境的负载能力。协调-主要是生物与环境的协调(强调生物要和环境相适应)平衡-是种群数量与环境的负载能力要平衡,3、协调与平衡原理,资料分析：1、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？,几种西北地区特别适宜树种的介绍,（1）沙棘，俗称“酸柳”、“酸刺”、“黑刺”，属于胡颓子科，为落叶乔木或灌木。植株表面具有棘刺，叶呈条形或条状被针形，两端趋尖，背面密被淡白色鳞片，叶柄极短。沙棘花先于枝叶开放，雌雄异株；果实为肉质花被筒包围，近于球形，直径510 mm。沙棘喜阳，粗壮的枝干抗风沙。沙棘叶、皮、果实及种子在医药上有着广泛的应用价值。沙棘的嫩枝、嫩叶是牛、羊的精饲料，被誉为“铁杆牧草”。沙棘果维生素含量极高，营养保健价值高，有利于增加种植者的收入。沙棘是半干旱黄土高原迅速绿化荒山、保持水土、调节生态平衡和促进农林牧业发展的良好树种。内蒙古鄂尔多斯等地区，实施沙棘生态工程，大面积种植沙棘，有效地控制了沟道水土流失，每年可减少流入黄河泥沙2 100万吨。,（2）山杏，主要指西伯利亚杏，它抗寒、耐旱，适应性强，是我国北方最普遍的果树之一，是绿化荒山、水土保持、防治风沙的先锋树种。山杏果仁营养丰富，含有大量维生素、微量元素和人体必需的氨基酸，是加工饮料的优质原料。,（3）刺槐，属落叶乔木，适应性强，在年降水量200 mm左右、年平均气温不低于3 的地区都能生长。它不仅生长快，且耐盐碱，有涵养水源和保持水土的作用。刺槐泌蜜丰富，蜜质优良，是主要蜜源植物之一。刺槐不仅可改善生态环境，还可用于发展畜牧业。,（4）锦鸡儿（又称拧条），豆科，多年生落叶灌木，根系发达，具根瘤，高1.53 m；耐干旱和寒冷，喜生沙地或半固定的沙丘上，不怕沙压和风蚀。此种植物广泛分布于我国东北、内蒙古、河北、山西、陕西、宁夏等地，可用于防风固沙，保持水土。枝条可用于编筐，其枝叶是牛、羊等冬春季节主要的饲料之一。,（5）杜梨，蔷薇科梨属落叶乔木，可高达10 m，原产于我国华北、西北及东北南部。耐寒，耐干旱、瘠薄，能在含盐量0.5%（质量分数）的土壤中正常生长，且耐涝性也较强。,（6）沙枣，胡颓子科胡颓子属，落叶小乔木。分布于华北及西北等地，耐盐碱力较强。,（7）合欢，豆科合欢属，落叶乔木，可高达20 m。分布于华北、西北及黄河以南等地区。耐盐碱力较强，但不耐水涝。,（8）臭椿，苦木科臭椿属，落叶乔木，可高达25 m。原产于华南、华北、西北各地。抗性强，生长快，耐盐碱力强。臭椿树干通直高大，树冠圆整如半球状，颇为壮观。叶大荫浓，秋季红果满树，虽叶及开花时有微臭但并不严重，故仍是一种很好的观赏树和庭荫树。,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。,协调与平衡原理要求我们在生态工程设计和建设时要考虑: 生物要和环境相适应,种群数量与环境的负载能力要平衡,4、整体性原理,整体指社会-经济-自然复合成的巨大系统,整体性原理的理论 : 指我们在生态工程设计和建设时要考虑自然生态系统的规律还需要考虑经济和社会系统的影响三者结合才能在生态工程设计和建设中取得成果,例：林业工程建设中的问题,一方面号召农民种树，另一方面要考虑农民的生活问题,5、系统学和工程学原理,（1）系统的结构决定功能原理,运用：改善和优化生态系统的结构,例：桑基鱼塘模式,（2）系统整体性原理,你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗？,豆科作物和固氮菌的共生就是一例。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。,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。 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。,桑基鱼塘系统物质、能量流动示意图,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”的要求。,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,（1）系统的结构决定功能原理,（2）系统整体性原理,小结：生态工程的原理,沼气池的建设和使用,此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！,