《生态工程的基本原理》教案

5.1 生态工程的基本原理

【学习目标】

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。

【教学重点】

生态工程的基本原理。

【教学难点】

生态工程的系统学和工程学原理。

【教学方法】

自学法、讨论法、归纳法。

【课时安排】

1课时

★教学过程

（一）引入新课

[课件]展示专题题图：

[问题]你觉得本专题题图有什么寓意？

[学生]干裂的土地，赤红的荒山；幼苗的上方是蔚蓝的地球。地球似乎化作一滴甘露，滋润着幼苗和大地；幼苗又可寓意生态工程，虽然柔弱，但却顽强地支撑着地球；地球和幼苗组合和谐，象征着希望。

（通过师生共同分析以引起同学的思考，引导学生进入本专题的学习。）

[阅读]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。

[点拨]（1）涉及的学科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和谐发展。

[阅读]《科技探索之路──生态工程的兴起》给学生呈现了生态工程的兴起过程。[归纳]（1）经济的不当发展对环境的破坏；（2）解决经济发展与环境问题的根本原则是循环经济；（3）实现循环经济的重要手段之一是生态工程。

（二）进行新课

[阅读]本节内容。思考并讨论以下问题：

（1）阅读课本内容，在必修中学习过生态系统及其稳定性后，你对生态工程的应用前景肯定吗？

（2）生态工程建设的目的是什么？

（3）解决经济发展与环境问题的根本原则是什么？

（4）生态工程遵循的基本原理是什么？

1.关注生态工程建设

资料1

[讨论]导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？

[提示]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。

[讨论]洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？

[提示]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

[讨论]你对“石油农业”是如何理解的？

[提示] “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。

[讨论] “石油农业”的生产模式应当怎样改进？

[提示]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。[师讲]传统经济模式正在毁坏资源，消耗地球赠给我们的自然资本，为了实验可持续性发展，经济发展必须符合生态学规律，走生态经济之路。

[问题]什么是生态经济？

[生答]主要是通过实行“循环经济”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是生态工程。

2.生态工程所遵循的基本原理

（1）物质循环再生原理

[实例]无废弃物农业

[问题]物质循环再生原理的含义是什么？

[生答]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。

[总结]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）物种多样性原理

资料分析：

[问题]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？

[提示]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。

[总结]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。（3）协调和平衡原理

资料分析：

[总结]生态系统的生物数量不能超过环境承载力的限度。

（4）整体性原理

[问题]整体性原理和含义是什么？

实例：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的生活问题，如粮食、烧柴及收入等。

[总结]整体指社会-经济-自然复合而成的巨大系统。是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。只有把生态与经济和社会有机地结合起来，才能从根本上达到建设生态工程的目的。

（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，即要通过改善和优化系统结构改善功能。

实例：我国南方水网地区的桑基鱼塘。

②系统整体性原理：系统各组分间要有适当的比例关系，使得能量、物质、信息等的转换和流通顺利完成，并实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+1>2”。实例：能保持系统高生产力的珊瑚礁。

[小结]（1）生态工程的基本原理（见下表）

项目理论基础意义实例

物质循环再生原理物质循环

可避免环境污染及

其对系统稳定和发

展的影响

无废弃物农业

生物多样性原理生态系统的稳定

性

生物多样性程度高，

可提高系统的抵抗

力稳定性

“三北”防护林建设

中的单纯林问题、

珊瑚礁生态系统的

生物多样性问题

协调与平衡原理生物与环境的协

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

整体性原理社会、经济、自

然复合系统

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

系统学和工系统的结构决定改善和优化系统的桑基鱼塘

程学原理

功能原理：分布

式优于集中式和

环式

结构以改善功能

系统整体性原

理：整体大于部

分

保持系统很高生产

力

珊瑚礁藻类和珊瑚

虫的关系

①生态工程的建设应遵循以上五个原理，但不同的生态系统遵循的原理可以不同。

②生态工程建设的目的就是遵循自然物质循环的规律，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。

③生态工程具有少消耗、多效益、可持续的特点。

[类比]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。

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。

（三）课堂总结