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1、高中生物选修课题生态系统的基本原理本讲稿第一页，共十七页生态工程的基本原理生态工程的基本原理a.物质循环再生原理物质循环再生原理b.物种多样性原理物种多样性原理c.协调与平衡原理协调与平衡原理d.整体性原理整体性原理e.系统学与工程学原理系统学与工程学原理 本讲稿第二页，共十七页a.物质循环再生原理物质循环再生原理理论基础：物质循环 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，奥秘就在于发展，奥秘就在于物质能够在各类生态系统中物质能够在各类生态系统中，进行区域小循环和全球进行区域小循环和全球地质大循环地质大循环，循环往复
2、循环往复，分层分级利用分层分级利用，从而达到取之不尽，用之不竭的，从而达到取之不尽，用之不竭的效果。效果。无废弃物农业无废弃物农业 我国古代传统农业的辉煌成就之一，是生态工程最早和最生我国古代传统农业的辉煌成就之一，是生态工程最早和最生动的一种模式，通过积极种植能够动的一种模式，通过积极种植能够固氮的豆科作物固氮的豆科作物，以及收集一切可能的，以及收集一切可能的有机物质，包括人畜粪便、枯枝落叶、残羹剩饭、河泥、炕土、老墙有机物质，包括人畜粪便、枯枝落叶、残羹剩饭、河泥、炕土、老墙土以及农产品加工过程中的废弃物等，采用堆肥和沤肥等多种方式，土以及农产品加工过程中的废弃物等，采用堆肥和沤肥等多种方
3、式，把它们转变为有机肥料，施用到农田中，改善了土壤结构；培育了土把它们转变为有机肥料，施用到农田中，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。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。本讲稿第三页，共十七页太阳能太阳能太阳能太阳能饲料输入饲料输入系统系统（输出）（输出）桑基桑基蚕蚕桑桑鱼生态系统鱼生态系统鱼塘鱼塘浮游植物浮游植物 节肢动物节肢动物 鱼鱼鱼鱼（输出）（输出）废物底泥废物底泥遗遗散散蚕蚕沙沙（输出）（输出）（输出）（输出）青青贮贮脱脱落落补补偿偿（输出）（输出）沼气沼气（输出）（输出）分解物分解物桑基鱼塘桑基鱼塘典型无废弃物农
4、业典型无废弃物农业本讲稿第四页，共十七页b.物种多样性原理物种多样性原理理论基础：生态系统的稳定型珊瑚礁区的生物多样性珊瑚礁区的生物多样性 高，食物链复杂，不同的生物占高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间据了不同的时间 位、空间位和资源位，因位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚而充分利用了珊瑚 礁生礁生态系统的环境。例如，氮、磷等养态系统的环境。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。利用而很少流出系统外。只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态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
5、样性的破坏有人为因素，系统的稳定和平衡。生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大而且往往作用巨大本讲稿第五页，共十七页杨树是我国阔叶树林主要造林树种，近些年来杨杨树是我国阔叶树林主要造林树种，近些年来杨树速生丰产林大面积营造，防护林体系的建设也树速生丰产林大面积营造，防护林体系的建设也是以杨树为主，杨树蛀干害虫危害严重，特别是是以杨树为主，杨树蛀干害虫危害严重，特别是天牛的危害已经严重杨树造林的发展天牛的危害已经严重杨树造林的发展三北地区天牛的面积达到了三北地区天牛的面积达到了250250万亩万亩近二十年我国大部分地区天近二十年我国大部分地区天牛危害严重牛危害严重我国每年因天牛造成的我国每
6、年因天牛造成的经济损失约经济损失约2020亿人民币。亿人民币。危害严重的成因危害严重的成因1.1.树种或品种单一树种或品种单一 摘自内蒙古林业调查设计杨树天牛的发生与治理马洪武&张洪亮纯杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺纯杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少天牛的天敌，而成片单一的林木又为其提供了少天牛的天敌，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。丰富的食物来源，因而会导致了树林的毁坏。天牛里面有虫子里面有虫子本讲稿第六页，共十七页c.c.协调与平衡原理协调与平衡原理理论基础：生物与环境的协调平衡由于周边城市、工业和农田的排水由于周边城市、工业和农田的
7、排水中氮、磷的浓度较高，使太湖水体中氮、磷的浓度较高，使太湖水体中的水葫芦和藻类疯长中的水葫芦和藻类疯长不平衡不平衡本讲稿第七页，共十七页西北地区年降雨量西北地区年降雨量450nm450nm，只适宜种植灌木和草的地区，却被硬性，只适宜种植灌木和草的地区，却被硬性规定种植属于乔木的杨树，规定种植属于乔木的杨树，”杨家将因为不适应长成了杨家将因为不适应长成了”小老小老头头“,防护林变成了残败的灰色长城防护林变成了残败的灰色长城不不不不适适适适应应应应本讲稿第八页，共十七页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
8、特征的树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，设时，应选择哪些特征的树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？你认为应该注意什么问题？本讲稿第九页，共十七页抗寒、耐旱，适应性强的沙棘，耐盐碱力较强的沙枣等植抗寒、耐旱，适应性强的沙棘，耐盐碱力较强的沙枣等植物。物。西北畜牧养殖西北畜牧养殖应该注意牲畜应该注意牲畜数量不能超过草数量不能超过草地的承载量。针地的承载量。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
9、牧草，增加牧草产量。地方，人工种植牧草，增加牧草产量。答：本讲稿第十页，共十七页处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力环境承载力。环境承载力又称环境容纳量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是指某种环境所能养活的生物种群的数量。种群的数量。本讲稿第十一页，共十七页d.d.整体性原理整体性原理理论基础：社会、经济、自然复合系统理论基础：社会、经济、自然复合系统人类处在一个社会、经济、自然复合而成的系统中。进行生人类处在一个社会、经济、自然复合而成的系统中。进行生态工程建设时，不但要考虑到态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统自然生态系
10、统的规律，更重的规律，更重要的是，要考虑到要的是，要考虑到经济经济和和社会社会等系统的影响力。另外，社等系统的影响力。另外，社会习惯、法律制度等也都对生态工程建设有着重要影响。会习惯、法律制度等也都对生态工程建设有着重要影响。只有应用整体性只有应用整体性原理原理,才能统一协调当前与长远、才能统一协调当前与长远、局部与局部与整体、开发整体、开发与环境建设之间的关系，保障生与环境建设之间的关系，保障生态系统平衡态系统平衡和稳定。和稳定。本讲稿第十二页，共十七页生生产产成成本本消消费费效效益益经济系统经济系统植物植物动物动物微生物微生物非生物因素非生物因素自然系统自然系统政策政策科科学学文文化化管管
11、理理社会系统社会系统自然社会经济复合系统本讲稿第十三页，共十七页e.e.系统学和工程学原理系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理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，生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改通过改变和优化结构变和优化结构，达到改善系统功能达到改善系统功能的目的。的目的。系统整体性原理系统整体性原理 系统各组分之间要在适当的比例关系，只有这样才能顺利完成系统各组分之间要在适当的比例关系，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，即之和
12、的效果，即“1+121+12”。理论基础：分布式优于集中式和环式理论基础：分布式优于集中式和环式理论基础：整体功能大于部分之和理论基础：整体功能大于部分之和本讲稿第十四页，共十七页系统的结构决定功能原理系统的结构决定功能原理本讲稿第十五页，共十七页系统整体性原理系统整体性原理珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，得益于珊瑚珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，得益于珊瑚虫和藻类组成的高效的植物虫和藻类组成的高效的植物动物营养循环。通常情况动物营养循环。通常情况下，失去了共生藻类的珊瑚虫会因为死亡而导致下，失去了共生藻类的珊瑚虫会因为死亡而导致珊瑚珊瑚礁逐渐礁逐渐“白化白化”，失去其鲜艳的色彩，那里的生物，失去其鲜艳的色彩，那里的生物多样性也将锐减，从而造成系统的崩溃。多样性也将锐减，从而造成系统的崩溃。豆科作物和固氮菌的共生也是一例。固氮菌为豆豆科作物和固氮菌的共生也是一例。固氮菌为豆科作物提供能量和其他营养，两者的共生使豆科科作物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。开时，两者的生长都要受到损害。本讲稿第十六页，共十七页本讲稿第十七页，共十七页