專題五生態工程 第一節生態工程的基本原理 一 生態工程的興起 可持續發展 的內涵 SustainableDevelopment 經濟發展不僅要滿足當代人的需要 還要不危害后代人發展能力 那我們用什么方法來實現 可持續發展 關注生態工程建設 1 導致1998年長江洪水泛濫的主要原因是什么 2 洪災的發生反映出經濟發展模式存在什么問題 討論 關注生態工程建設 1 你對 石油農業 是如何理解的 3 石油農業 的生產模式應當怎樣改進 討論 2 如何理解 污染物是放錯地方的資源 這句話 主要是通過實行 原則 使一個系統產生出的污染物 能夠成為本系統或者另一個系統的 從而實現廢棄物的資源化 而實現循環經濟最重要的手段之一是 生態經濟的定義 循環經濟 生產原料 生態工程 二 生態工程實例及原理 廢棄物只是放錯了地方的資源 無廢棄物農業 1 物質循環再生原理 理論基礎是 生態系統的物質循環原理含義是指 生態系統中 生物借助能量的不停流動 一方面不斷地從自然界攝取物質并合成新的物質 另一方面又隨時分解為原來的簡單物質 即所謂 再生 重新被系統中的生產者植物所吸收利用 進行著不停頓的物質循環 資料分析討論 1 為什么樟子松林的松毛蟲會肆虐 幾十億株楊樹會毀于一旦 2 為什么珊瑚礁區卻能夠在養分稀少的深海中 保持著很高的生物多樣性 資料分析討論 從上面正面和反面的實例 你能得出怎樣的結論 你認為生物多樣性的破壞有人為因素嗎 在上面的例子中 深海的自然生態系統能進行更好的物質循環 只有保持生態系統較高的物種豐富度和營養結構 才能保證生態系統的穩定和平衡 生物多樣性的破壞有人為因素 而且往往作用巨大 2 物種多樣性原理 理論基礎 生態系統的穩定性 內容 物種多而繁雜的生態系統具有較高的抵抗力穩定性 生物多樣性程度高 可以為各類生物的生存提供多種機會和條件 眾多的生物通過食物鏈關系相互依存 就可以在有限的資源條件下 產生或容納更多的生物量 提高系統生產力 這樣 就要求我們在生態工程設計和建設要保證物種多樣性程度高 生態系統穩定性高 以保持生態平衡 意義 避免系統結構或功能失衡 資料分析討論 水葫蘆泛濫對生態系統造成影響 資料分析 從協調與平衡原理出發 想一想 在我國西北地區進行防護林建設時 應選擇哪些樹種 如果在該地區發展畜牧養殖業 你認為應該注意什么問題 幾種西北地區特別適宜樹種的介紹 1 沙棘 俗稱 酸柳 酸刺 黑刺 2 山杏 主要指西伯利亞杏 3 刺槐 4 錦雞兒 又稱擰條 5 杜梨 6 沙棗 7 合歡 8 臭椿 3 協調與平衡原理 理論基礎 與必修課中的種間關系 環境容納量等內容有聯系 環境容納量 環境所能負擔的種群的最高密度是 環境的負載能力 協調 主要是生物與環境的協調 強調生物要和環境相適應 平衡 是種群數量與環境的負載能力要平衡 協調與平衡原理要求我們在生態工程設計和建設時要考慮 生物要和環境相適應種群數量與環境的負載能力要平衡 林業工程建設中的問題 前邊種樹 后面砍林 解決方法 一方面號召農民種樹 另一方面要考慮農民的生活問題 4 整體性原理 整體指社會 經濟 自然復合成的巨大系統 只有同一協調當前與長遠 局部與整體 開發與環境建設之間的關系 才能有效保障生態系統的平衡與穩定 桑基魚塘分布在我國長江三角洲 珠江三角洲一帶的水鄉 是一種典型的水陸物質和能量交換型生態工程 資料分析 試分析桑基魚塘的物質和能量流動途徑 試分析 桑基魚塘與普通的魚塘或者桑樹林最大的區別在哪里 桑基魚塘改變了傳統農業的結構 優化了組合 達到了改善系統功能的目的 這樣的組合 優化了生態系統的結構組成 更加充分的利用能量 更加有效的進行物質循環 珊瑚礁 白化 在造礁珊瑚的體內 共生有大量的蟲黃藻 正是它們為珊瑚染上絢麗的色彩 蟲黃藻可以進行光合作用 一面制造養料 一面為造礁珊瑚的生長清除代謝的廢料 二氧化碳等 和提供氧氣 然而 珊瑚是一種活生物 極度敏感 如果海水水溫超過一定范圍 珊瑚就會拋棄蟲黃藻 恢復成白色 如果蟲黃藻不再回來 珊瑚就會死去 1 系統的結構決定功能原理 桑基魚塘 2 系統整體性原理 5 系統學和工程學原理 系統各組分之間要有適當的比例關系 只有這樣才能順利完成能量 物質 信息等的轉換和流通 并且實現總體功能大于各部分之和的效果 即 1 1 2 理論基礎 整體功能大于部分之和 你能舉出系統整體功能大于部分之和的例子嗎 豆科作物和固氮菌的共生就是一例 固氮菌為豆科作物提供氮素 而豆科作物為其提供能量和其他營養 兩者的共生使豆科作物能夠在氮素缺乏的土地上生長 當把它們分開時 兩者的生長都要受到損害 物質循環再生原理 物種多樣性原理 協調與平衡原理 整體性原理 系統學和工程學原理 1 系統的結構決定功能原理 2 系統整體性原理 小結 生態工程的原理 根據應用剛才我們所了解的各種原理 我們不難得出生態工程的概念 生態工程 人類應用生態學和系統學等學科的基本原理和方法 通過系統設計 調控和技術組裝 對已破壞的生態環境進行修復 重建 對造成環境污染和破壞的傳統生產方式進行改善 并提高生態系統的生產力 從而促進人類社會和自然環境和諧發展 三 生態工程的概念 注意 1 學科知識 2 技術手段 3 突出特點 少消耗 多效益 可持續發展4 最終目的 生態學和系統學 系統設計 調控和技術組裝 促進人類社會和自然環境的和諧發展 物質循環再生原理 物種多樣性原理 協調與平衡原理 整體性原理 系統學和工程學原理 無廢棄物農業 三北防護林建設中的問題 珊瑚礁生態系統的多樣性 林業建設遇到的自然系統與經濟 社會系統的關系問題 桑基漁塘 珊瑚礁藻類和珊瑚蟲的營養關系 太湖的富營養化問題 西北一些地區的防護林問題 基本原理 實例 沼氣的利用 沼氣工程介紹 補充資料 沼氣工程 沼氣的概念 什么是沼氣 是各種有機物質 在一定的溫度 濕度 酸度條件下 隔絕空氣 如用沼氣池 經微生物作用 發酵 而產生的可燃性氣體 沼氣的主要成分是甲烷 CH4 和二氧化碳 C02 其中甲烷占60 70 二氧化碳占30 40 還有少量氫 一氧化碳 硫化氫 氧和氮等氣體 其特性與天然氣相似 沼氣的概念 農村戶用沼氣是由戶用沼氣池生產的 主要用來做生活燃料 還可以應用于農業生產中 如溫室保溫 烘烤農產品 儲備糧食 水果保鮮等 城市垃圾中含有大量的有機物 通過填埋 厭氧發酵可產生沼氣 結合我國沼氣發酵原料的分布狀況和國情 我國的沼氣利用大致有以下兩種方式 沼氣的利用 加入原料 發酵罐 產生沼氣 當沼氣壓力增大時 會將沼液和沼渣壓入出料池 出料池 沼氣發酵罐示意圖 沼氣的利用 當池內產生沼氣時 儲氣間內的沼氣不斷增多 壓力不斷增高 迫使主池內液面下降 擠壓出一部分料液到水壓間內 當人們打開爐時 沼氣池內的壓力逐漸下降 水壓間料液不斷流回主池 這樣 不斷地產氣和用氣 使發酵間和出料間始終維持壓力平衡地狀態 沼氣的利用 隨著我國城市化和經濟的高速發展 城市垃圾問題已變得日益突出 全世界每年產生4 9億噸垃圾 而僅我國每年就產生近1 5億噸 占世界垃圾總量的32 全世界垃圾年均增長速度為8 42 而我國垃圾增長率達到10 以上 城市垃圾中含有大量的有機物 通過填埋 厭氧發酵可產生沼氣 如果這些沼氣得到利用 可產生可觀的經濟效益和環境效益 垃圾填埋沼氣 沼氣的利用 垃圾填埋沼氣發電 垃圾填埋沼氣發電技術包括沼氣收集 沼氣處理 發電 變電 送電等環節 據國內已經投產運營的垃圾填埋氣發電項目的建設案例表明 與垃圾焚燒發電相比 填埋沼氣發電投資小 運行費用低 僅為焚燒費用的1 4左右 沼氣工程介紹 沼氣工程介紹 北京德青源2MW集中型氣 熱 電 肥聯產沼氣工程于2009年5月19日竣工 開始向華北電網并網發電 該發電廠除每年向電網提供1400萬千瓦的綠色電力外 還產生相當于4500噸標煤的余熱用于供暖 同時減少了8萬多噸的溫室氣體排放 預處理 厭氧發酵 沼液貯池 沼肥用于果園飼料地等 生物脫硫 貯氣柜 發電機組 發電 余熱利用 雞糞 廢水 沼氣工程介紹 工藝流程 當前 要進一步推廣農村戶用沼氣 這是中國沼氣過去和現在的重中之重 同時 目前也要大力發展城市垃圾填埋沼氣以及污水沼氣 這是能源和環保形勢所需 在將來 隨著我國城鎮化的不斷推進 純農業人口將不斷減少 城鎮人口將大幅增加 城市垃圾填埋沼氣以及污水沼氣將成為中國沼氣的重點 與此同時 集約化養殖將代替一家一戶的養殖模式 屆時戶用沼氣池將逐步退出歷史舞臺 養殖場大中型沼氣工程將成為一股重要力量 沼氣發展情景 2 單一的人工林比天然混合林的穩定性低 容易遭受害蟲危害 這體現了生態工程的什么原理 A 物質循環再生原理B 協調與平衡原理C 物種多樣性原理D 系統整理性原理 1 實現循環經濟的最重要的手段之一是 A 大力發展 石油農業 B 生態工程C 清除污染物D 禁止產出污染物 練一練 3 城市生活垃圾要做到分類 回收 利用 實現廢物資源化利用 與該做法關系最密切的生態工程原理是 A 物種多樣性原理B 整體性原理C 物質循環再生原理D 系統學原理