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2019-2020年高考生物二輪復(fù)習(xí) 2.1.2《我國(guó)的生態(tài)工程》教案 中圖版選修3 一、教學(xué)目標(biāo) 1.舉例說(shuō)出生態(tài)工程的實(shí)例，說(shuō)出這些實(shí)例所運(yùn)用的主要生態(tài)工程原理。 2.評(píng)述生態(tài)工程發(fā)展前景，說(shuō)出生態(tài)工程的局限性，舉例說(shuō)出我國(guó)生態(tài)工程的特點(diǎn)。 3.嘗試設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的生態(tài)工程。 二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 1.教學(xué)重點(diǎn) 生態(tài)工程的實(shí)例。 2.教學(xué)難點(diǎn) 應(yīng)用生態(tài)工程的原理，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的生態(tài)工程。 三、教學(xué)策略 教材選擇的六個(gè)生態(tài)工程各有特色，教師可以根據(jù)學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)，區(qū)域的特點(diǎn)進(jìn)行選擇，“搭配”出適于學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容。例如，在第一節(jié)的教學(xué)中組織了實(shí)踐活動(dòng)《調(diào)查沼氣工程的實(shí)施情況》，教師要精心設(shè)計(jì)參觀內(nèi)容，讓學(xué)生通過(guò)調(diào)查，總結(jié)出以沼氣工程為中心的農(nóng)村綜合發(fā)展型生態(tài)工程的特點(diǎn)。 小流域綜合治理生態(tài)工程的教學(xué)可以通過(guò)資料分析進(jìn)行；如果學(xué)生的家鄉(xiāng)有這類(lèi)問(wèn)題，教師就應(yīng)從社會(huì)調(diào)查入手開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生對(duì)具有我國(guó)特色的生態(tài)工程有一定的了解。教學(xué)中要注意強(qiáng)調(diào)我國(guó)農(nóng)民和科技工作者在實(shí)踐中的創(chuàng)造，讓學(xué)生理解實(shí)踐出真知的道理，培養(yǎng)學(xué)生求實(shí)、創(chuàng)新及勇于實(shí)踐的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。 大區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)工程的教學(xué)，師生可以通過(guò)搜集資料了解我國(guó)沙漠化現(xiàn)狀和三北防護(hù)林建設(shè)的背景、發(fā)展前景及存在的問(wèn)題。在有條件的地區(qū)，應(yīng)組織學(xué)生開(kāi)展植樹(shù)等志愿者活動(dòng)，積極參加生態(tài)工程的建設(shè)。 濕地生態(tài)恢復(fù)工程的教學(xué)，可適當(dāng)加入濕地的生態(tài)功能、我國(guó)濕地面臨的問(wèn)題，以及生物多樣性的保護(hù)等內(nèi)容。可采取聘請(qǐng)專(zhuān)家開(kāi)設(shè)專(zhuān)題講座等多種方式進(jìn)行，也可以組織志愿者活動(dòng)，如去濕地觀鳥(niǎo)、考察等，讓學(xué)生重視濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，關(guān)注濕地生態(tài)恢復(fù)工程的建設(shè)，在教學(xué)中注意整體性原理的應(yīng)用。 關(guān)于礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)工程的教學(xué)，如果學(xué)生沒(méi)有這方面的經(jīng)驗(yàn)，除教材中的實(shí)例外，教師可查閱相關(guān)資料，如向?qū)W生介紹德國(guó)的礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)工程（德國(guó)在這方面的工作很有特點(diǎn)）。 城市環(huán)境生態(tài)工程的教學(xué)，一種方式是對(duì)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查，組織學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，如將學(xué)生分成不同的課題小組，分專(zhuān)題研究城市生態(tài)系統(tǒng)的主要問(wèn)題，調(diào)查城市生態(tài)工程的現(xiàn)狀，以小專(zhuān)題（如校園或小區(qū)綠化）的形式設(shè)計(jì)城市生態(tài)工程，撰寫(xiě)調(diào)查報(bào)告和開(kāi)答辯會(huì)等。另一種方式是可以帶領(lǐng)學(xué)生調(diào)查城市生態(tài)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，討論目前所采用辦法的利與弊，并在有條件的地方，組織學(xué)生參觀城市環(huán)境生態(tài)工程，如污水處理廠、生態(tài)園區(qū)等。但無(wú)論哪種教學(xué)模式，都要把教學(xué)落實(shí)在學(xué)生的行動(dòng)上，積極組織學(xué)生參加生態(tài)工程的建設(shè)和環(huán)?；顒?dòng)，提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，并用行動(dòng)教育周?chē)木用褡杂X(jué)地保護(hù)環(huán)境。 關(guān)于“生物圈2號(hào)”內(nèi)容的教學(xué)，雖然“生物圈2號(hào)”在初中和高中必修模塊中都有介紹，但作為人工模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的工程，在本專(zhuān)題中還有必要進(jìn)行認(rèn)真地分析。對(duì)這部分內(nèi)容的講授，一方面是從科學(xué)實(shí)驗(yàn)的角度學(xué)習(xí)，如教師提出實(shí)驗(yàn)方案，與學(xué)生討論其設(shè)計(jì)思路，最主要的是總結(jié)分析其失敗原因和帶來(lái)的啟示。另一方面，可以從一個(gè)導(dǎo)游者的角度，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行“生物圈2號(hào)”虛擬參觀，讓學(xué)生以游記的形式記錄所見(jiàn)所聞，或以當(dāng)年進(jìn)入“生物圈2號(hào)”的科學(xué)家的口氣描述實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，反思其失敗的原因。 關(guān)于我國(guó)生態(tài)工程前景的分析與展望的教學(xué)，應(yīng)在總結(jié)中西方生態(tài)工程區(qū)別的基礎(chǔ)上，突出我國(guó)生態(tài)工程的特點(diǎn)，還可以讓學(xué)生搜集古代哲學(xué)家的思想對(duì)生態(tài)工程和環(huán)境保護(hù)影響的名句。同時(shí)，應(yīng)讓學(xué)生理解建立生態(tài)工程是人們不得已而為之的，存在一定的局限性，而保護(hù)環(huán)境、建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)是最根本的。可以引領(lǐng)學(xué)生分析“思考與探究”第1題中關(guān)于朝鮮三八線的例子，思考從一片沒(méi)有生命的焦土到生機(jī)勃勃的野生生物的樂(lè)園這一過(guò)程中帶給人們的啟示。 四、答案與提示 （一）思考與探究 1.分析朝鮮三八線的資料（具體資料見(jiàn)教材），說(shuō)明它所蘊(yùn)涵的意義。 提示：生態(tài)工程的恢復(fù)作用是有限的，不能認(rèn)為只要有了生態(tài)工程，就可以先污染，后治理。人類(lèi)迄今尚沒(méi)有能力完全模擬出自然的生態(tài)系統(tǒng)。自然生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展到今天已經(jīng)過(guò)幾十億年的進(jìn)化，每平方公里每年的無(wú)形服務(wù)價(jià)值高達(dá)6.4萬(wàn)美元，而為了達(dá)到同樣的效果，用人工制造和模擬的辦法，人類(lèi)至少要花費(fèi)10億美元還不盡如人意。 另一方面，自然生態(tài)系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)淖晕一謴?fù)能力，我們?cè)谏鷳B(tài)工程建設(shè)中應(yīng)該積極利用自然生態(tài)系統(tǒng)的這種能力，以節(jié)省投資。 2.在我國(guó)北方地區(qū)，由于冬天氣溫很低，會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物不能生長(zhǎng)，家畜生長(zhǎng)緩慢，甚至停止，沼氣池不能正常產(chǎn)氣；而農(nóng)民要解決蔬菜的不間斷生產(chǎn)問(wèn)題。很顯然，大量使用造價(jià)昂貴、并用燃料加熱的玻璃溫室是不符合我國(guó)國(guó)情的。你能用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)一種生態(tài)工程，來(lái)較好地解決上述問(wèn)題嗎？請(qǐng)?jiān)诋?huà)出其物質(zhì)和能量結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上，說(shuō)明你所依據(jù)的生態(tài)工程原理。 提示：（以下為參考答案，可讓同學(xué)們進(jìn)行其他設(shè)計(jì)） 教材中“四位一體”的圖所示為近年來(lái)出現(xiàn)在我國(guó)北方農(nóng)區(qū)的一種生態(tài)工程類(lèi)型，它較好地解決了習(xí)題中所述問(wèn)題?！八奈弧敝刚託獬?、豬禽舍、廁所及日光溫室四部分，是庭院經(jīng)濟(jì)與生態(tài)農(nóng)業(yè)相結(jié)合的一種生產(chǎn)模式。它的運(yùn)行原理為：日光溫室的增溫效應(yīng)可使蔬菜等作物在冬天也能正常生長(zhǎng)；同時(shí)也使豬禽免受?chē)?yán)寒而快速生長(zhǎng)；溫室內(nèi)的植物為動(dòng)物提供氧氣，同時(shí)吸收二氧化碳；人、豬、禽的糞尿及蔬菜廢棄物和秸稈等物質(zhì)投入沼氣池產(chǎn)氣，同時(shí)溫室的高溫也提高了沼氣在冬天的產(chǎn)氣穩(wěn)定性；沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于減少蔬菜的病蟲(chóng)害，提高蔬菜的產(chǎn)量和質(zhì)量。 “四位一體”充分應(yīng)用了物質(zhì)循環(huán)和生物多樣性等原理，提高了單位土地面積的產(chǎn)出，同時(shí)減少了環(huán)境污染，大大提高了農(nóng)業(yè)的綜合效益?！八奈灰惑w”的物質(zhì)循環(huán)見(jiàn)圖5-2： （二）正文中討論題 【農(nóng)村綜合發(fā)展型生態(tài)工程案例】 1.在這一案例中，主要運(yùn)用了哪些生態(tài)工程的基本原理？ 提示：物質(zhì)循環(huán)再生原理、整體性原理、物種多樣性原理等。 2.這一生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能有哪些特點(diǎn)？有哪些值得借鑒的做法？ 提示：這個(gè)案例以沼氣工程為核心，農(nóng)林牧副漁各業(yè)全面發(fā)展，增加了勞動(dòng)力就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展；同時(shí)又降低了環(huán)境污染，促進(jìn)了農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)展。 【小流域綜合治理生態(tài)工程案例】 分析甘肅省隴南縣的“九子登科”模式，在說(shuō)明“九子”措施含義的基礎(chǔ)上，談?wù)勀銓?duì)小流域綜合治理生態(tài)工程的理解。 補(bǔ)充資料──“九子登科”措施的具體意義 ●山頂戴帽子：山頭實(shí)行封禁管理、營(yíng)造水土保持林，保護(hù)和恢復(fù)植被； ●山腰系帶子：半山陡坡退耕還林還草，發(fā)揮林草攔蓄作用，減少?gòu)搅鳎? ●坡地修臺(tái)子：坡耕地以坡改梯田為突破口，建設(shè)基本農(nóng)田，為調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)提供條件； ●地埂鎖邊子：充分利用地埂種植經(jīng)濟(jì)作物，既獲得經(jīng)濟(jì)效益，又保護(hù)地??； ●荒地荒溝栽苗子：在荒山、荒溝、荒坡地建設(shè)薪炭林； ●山腳種果子：山腳發(fā)展經(jīng)濟(jì)林果園，促進(jìn)商品經(jīng)濟(jì)發(fā)展； ●溝底穿靴子：在干、支、毛溝溝底修建谷坊、攔擋壩，建設(shè)溝壩地，攔蓄泥沙，防止溝壑被水沖蝕而導(dǎo)致其不斷擴(kuò)張； ●見(jiàn)縫插針釘扣子：利用田間地頭、房前屋后栽植林果，發(fā)揮零星作用，提高治理程度； ●秋田蓋罩子：在緩坡耕地改順坡種植為橫坡等高種植、實(shí)行地膜覆蓋等保土耕作措施。 1.小流域的綜合治理，“綜合”表現(xiàn)在哪些方面？ 提示： “綜合”表現(xiàn)在它一改以前的單純?cè)炝趾托钏p沙等工程模式，同時(shí)考慮到了生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益：不但注重通過(guò)還林、還草、筑壩等措施達(dá)到蓄水、降低土壤侵蝕的生態(tài)效果；還考慮如何提高人們的生活水平。例如，不但種植農(nóng)作物，還同時(shí)種植經(jīng)濟(jì)作物來(lái)提高人們的收入；考慮到了種植薪柴林解決人們的燃料來(lái)源問(wèn)題。各種措施的結(jié)果是建立一個(gè)穩(wěn)定、持久、高效的生態(tài)系統(tǒng)。 2.為什么要針對(duì)不同的地形采取不同的措施？這體現(xiàn)了生態(tài)工程的什么原理？ 提示：山頂土壤條件、氣候條件惡劣，不宜蓄水，交通不便，改造成本高，適宜封山，依靠自然恢復(fù)力來(lái)恢復(fù)植被；山腰、荒地等土壤，雖然水分條件較好，但是仍不適宜種植農(nóng)作物，對(duì)于這樣的地方可以自然恢復(fù)，也可以人為種植適宜的林木、草或果樹(shù)等，加快植被恢復(fù)速度，這樣既能降低土壤侵蝕，又能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益；對(duì)溝底而言，應(yīng)建設(shè)堤壩系統(tǒng)，它可以蓄水和淤積土地，還能夠減少山體的崩塌和滑坡，保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全；對(duì)坡地和山腳農(nóng)田來(lái)說(shuō)，土壤、水分條件良好，交通也較方便，土地生產(chǎn)力高，適宜種植農(nóng)作物來(lái)解決人們的糧食和收入等問(wèn)題，但是在坡地上要水平梯田種植，以減少水土流失。根據(jù)不同的地形采取不同的措施，既要考慮到生態(tài)效益，又要考慮到人們的生活和收入問(wèn)題，這體現(xiàn)了生態(tài)工程協(xié)調(diào)與平衡、因地制宜的原理和思想。 3.從這一案例看，當(dāng)?shù)厥窃趺醋龅浇?jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益相統(tǒng)一的？這一模式在其他小流域能夠照搬嗎？ 提示：上題分析中已解答了經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的統(tǒng)一問(wèn)題。這種模式在其他小流域不能照搬，還是要因地制宜地進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)，不同氣候帶、不同自然條件和不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的地區(qū)，其生態(tài)工程的模式應(yīng)各具特色。 【大區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)工程──“三北”防護(hù)林案例】 1.國(guó)家為什么投入巨大的人力和物力興建三北防護(hù)林工程？這一工程為什么需要如此漫長(zhǎng)的時(shí)間？ 提示：三北防護(hù)林跨越中國(guó)13個(gè)省、直轄市、自治區(qū)，對(duì)我國(guó)具有重要的意義：生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量關(guān)系到這一地區(qū)人民的生產(chǎn)和生活問(wèn)題，對(duì)維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定具有重要意義；更重要的是，這一地區(qū)的生態(tài)環(huán)境關(guān)系到下游地區(qū)人民的生產(chǎn)、生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，如黃河上游的水土流失容易導(dǎo)致下游地區(qū)的洪水泛濫，而危害巨大的沙塵暴的發(fā)生也與這一地區(qū)的土地沙漠化關(guān)系密切；同時(shí)這里自然礦產(chǎn)資源豐富，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全具有重要戰(zhàn)略意義。 這一地區(qū)區(qū)域廣闊，氣候、自然條件復(fù)雜，總體經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低等情況也決定了這個(gè)工程需要較長(zhǎng)的時(shí)間，非一朝一夕之功。 2.這一工程橫跨多個(gè)省區(qū)，根據(jù)協(xié)調(diào)與平衡原理和生物多樣性原理，不同地區(qū)在造林設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)注意什么問(wèn)題？ 提示：首先應(yīng)考慮樹(shù)種的生態(tài)適應(yīng)性問(wèn)題，種植適宜品種，宜林則林，宜灌則灌，宜草則草；其次要考慮樹(shù)種的多樣性，保證防護(hù)林體系的穩(wěn)定性；不同地區(qū)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r采取不同的策略，如條件惡劣的地區(qū)應(yīng)該結(jié)合自然恢復(fù)力，而農(nóng)區(qū)的防護(hù)林中農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)可能占較大比重。 【濕地生態(tài)恢復(fù)工程案例】 1.當(dāng)初人們?yōu)槭裁匆獓焯铮? 提示：主要原因：我國(guó)歷來(lái)人多地少，在“以糧為綱”的年代，圍湖造田，種植農(nóng)作物，以生產(chǎn)更多的糧食；片面強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到湖泊的巨大生態(tài)調(diào)節(jié)功能也是重要原因。 2.為什么說(shuō)“退耕還湖”是一項(xiàng)巨大的系統(tǒng)工程？實(shí)施這一工程面臨的主要困難是什么？ 提示：退耕還湖不僅包括退耕地為湖區(qū)，還包括退耕后湖區(qū)上游以及湖區(qū)周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)工作；更重要的是原耕地上居民的遷移，要解決遷出居民的生活和就業(yè)等問(wèn)題，這是退耕還湖工程的主要困難。 3.地處湖區(qū)上游的人們對(duì)濕地恢復(fù)生態(tài)工程負(fù)有什么責(zé)任？ 提示：保護(hù)環(huán)境，減少水土流失和水污染。例如,減少工廠、生活污水往水體中的排放，農(nóng)田中減少化肥和農(nóng)藥的施用量等。 【礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)工程案例】 1.在這一案例中，恢復(fù)植被的措施是植樹(shù)和種草，為什么不是種植農(nóng)作物？ 提示：礦區(qū)土壤條件惡劣，不適宜農(nóng)作物的生長(zhǎng)，因此代之以適應(yīng)性強(qiáng)，耐旱的灌木、草和樹(shù)。 2.怎樣合理地籌劃養(yǎng)殖肉牛的數(shù)量？ 提示：首先要考慮到牧草的產(chǎn)量，以草定畜；從外地調(diào)運(yùn)飼料要考慮飼養(yǎng)成本；更重要的是要考慮到土地對(duì)糞肥的承載力,以及對(duì)糞肥的加工或利用情況，要保持在承載力范圍以內(nèi)，以免養(yǎng)殖規(guī)模過(guò)大，糞肥數(shù)量巨大而造成新的污染。 3.除煤礦外，你知道還有哪些礦區(qū)嗎？這些礦區(qū)的恢復(fù)工程與煤礦是否有不同之處？ 提示：除煤礦外，還有金礦、鐵礦等。這些生態(tài)恢復(fù)工程最重要的是改良表土，恢復(fù)植被，但要因地制宜。 【城市生態(tài)工程】 1.汽車(chē)尾氣是城市大氣污染的主要來(lái)源之一，汽車(chē)噪聲又是城市噪聲污染的主要來(lái)源。你認(rèn)為應(yīng)當(dāng)限制城市居民購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)嗎？為什么？如果不限制，應(yīng)當(dāng)采取什么措施來(lái)減少由汽車(chē)造成的污染？ 提示：減少污染的措施：制定法律法規(guī)，禁止市區(qū)內(nèi)鳴笛，禁止使用含鉛汽油，鼓勵(lì)使用電力、天然氣等無(wú)污染能源的新型汽車(chē)，以及對(duì)其的研究和應(yīng)用等。 2.城市的水污染問(wèn)題應(yīng)當(dāng)采取哪些措施來(lái)解決？每一個(gè)城市居民應(yīng)當(dāng)在這方面承擔(dān)什么責(zé)任和義務(wù)？ 提示：減少或禁止工廠的污水排放；進(jìn)行污水凈化回收利用；實(shí)行雨水和污水分流。 每一個(gè)城市居民都應(yīng)該樹(shù)立節(jié)水意識(shí)、宣傳節(jié)水的意義，家庭生活中應(yīng)該使用無(wú)磷洗衣粉和洗滌劑，制止或減少生活中的水污染行為。 （三）旁欄思考題 發(fā)達(dá)國(guó)家與我國(guó)的生態(tài)工程建設(shè)強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)有所不同，為什么？ 提示：發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，人均土地、水等資源占有量較多，所以這些國(guó)家的生態(tài)工程往往注重生態(tài)恢復(fù)，而較少注重經(jīng)濟(jì)效益。而我國(guó)人口較多，人均土地、水資源和能源占有量少，所以在進(jìn)行生態(tài)工程時(shí)，一定要注重生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。 五、知識(shí)拓展 1.你知道美國(guó)的羅斯福工程嗎？ 19世紀(jì)中葉，美國(guó)鼓勵(lì)向半干旱的西部大草原移民開(kāi)荒，認(rèn)為這是既發(fā)展西部又解決就業(yè)問(wèn)題的聰明之舉。1860～1890年間，90 000 km2不宜作為農(nóng)田的天然草原被開(kāi)墾。但由于農(nóng)作物的地面覆蓋遠(yuǎn)沒(méi)有草地來(lái)得有效，加上過(guò)度墾、牧造成土地大面積沙化，從而提供了沙塵源。從20世紀(jì)30年代起，沙塵暴漸成氣候。1934年5月12日，一場(chǎng)巨大的風(fēng)暴席卷了美國(guó)東部與加拿大西部的遼闊土地。風(fēng)暴從美國(guó)西部土地破壞最嚴(yán)重的干旱地區(qū)刮起，形成一個(gè)東西長(zhǎng)2 400 km，南北寬1 500 km，高3.2 km的巨大的移動(dòng)塵土帶，空氣中含沙量達(dá)40 t/km3，遮天蔽日，向東部橫掃過(guò)去，直達(dá)首都華盛頓。風(fēng)暴持續(xù)了3天，掠過(guò)了美國(guó)2/3的大地，約3108 t土壤被刮走。風(fēng)過(guò)之處，水井、溪流干涸，牛羊死亡，冬小麥嚴(yán)重減產(chǎn)，人們背井離鄉(xiāng)。這就是震驚世界的“黑風(fēng)暴”（Dust Bowl）事件。類(lèi)似事件后來(lái)又發(fā)生過(guò)若干起。 1934年起羅斯?？偨y(tǒng)緊急實(shí)施“大草原各州林業(yè)工程”，即“羅斯福工程”。工程規(guī)劃沿西經(jīng)100度線種植一條縱貫美國(guó)的防護(hù)林帶，南北長(zhǎng)約1 850 km，東西寬160 km，建設(shè)范圍約1 851.5104 hm2。用了約8年時(shí)間（1935～1942年），營(yíng)造林帶總長(zhǎng)28 962 km，面積約105 hm2。到20世紀(jì)80年代中期，人工營(yíng)造的防護(hù)林帶總長(zhǎng)16104 km，面積約65104 hm2。 在開(kāi)展造林工程的同時(shí)，美國(guó)成立了土壤保持局，鼓勵(lì)各州采取土壤保持措施，如農(nóng)田免耕、覆蓋、休耕、糧草輪作、退耕還草等措施；同時(shí)把新墾地上的幾十萬(wàn)居民舉家遷往西海岸。這些系統(tǒng)的生態(tài)治理措施，使得美國(guó)后來(lái)基本上控制了黑風(fēng)暴。這是人類(lèi)應(yīng)用生態(tài)工程改造環(huán)境的一個(gè)良好案例。 2.你知道“斯大林改造大自然計(jì)劃”的前因和后果嗎？ 前蘇聯(lián)從1954年開(kāi)始提出“讓荒地服務(wù)于社會(huì)主義”的口號(hào)，在哈薩克、烏拉爾等地的半干旱草原上，10年之內(nèi)盲目開(kāi)墾了約6105 km2土地。這雖然一度使前蘇聯(lián)糧食年產(chǎn)量增加了大約2/3，但卻造成了植被和表土結(jié)構(gòu)的破壞。在1960年3月和4月，兩次出現(xiàn)大面積黑風(fēng)暴，僅哈薩克新墾區(qū)農(nóng)田就被毀了2105 km2。其農(nóng)耕系統(tǒng)幾乎癱瘓，連鄰國(guó)羅馬尼亞、匈牙利和南斯拉夫也都?jí)m土迷漫。比黑風(fēng)暴波及更廣、持續(xù)更長(zhǎng)的，是同時(shí)發(fā)生并綿延至今的白風(fēng)暴。前蘇聯(lián)在土庫(kù)曼斯坦卡拉庫(kù)姆沙漠中修建卡拉庫(kù)姆運(yùn)河，從亞洲第三大湖咸海的主要水源──阿姆河調(diào)水，灌溉農(nóng)田和草場(chǎng)。這種“創(chuàng)造性地再造自然”帶來(lái)了一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題：阿姆河河水被截走，使得阿姆河下游的咸海水位急劇下降，30年間湖岸線后退了10～20 km，咸海湖底鹽堿裸露，周?chē)貐^(qū)沙化嚴(yán)重，“白風(fēng)暴”（含鹽塵的風(fēng)暴）接踵而來(lái)，不僅使咸海附近的環(huán)境荒漠化，還永久性地毀滅了60%的新墾區(qū)，使其成為生命的禁區(qū)，導(dǎo)致了不可逆轉(zhuǎn)的生態(tài)災(zāi)難。 1948年，前蘇聯(lián)實(shí)行了“蘇聯(lián)歐洲部分草原和森林草原地區(qū)營(yíng)造農(nóng)田防護(hù)林，實(shí)行草田輪用，修建池塘和水庫(kù)，以確保農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)計(jì)劃”，這就是所謂的“斯大林改造大自然計(jì)劃”。規(guī)劃用17年時(shí)間（1949～1965年），營(yíng)造各種防護(hù)林57105 hm2。實(shí)際營(yíng)造各種防護(hù)林287104 hm2。1967年，前蘇聯(lián)發(fā)布“關(guān)于防止土壤侵蝕緊急措施”的決議，將營(yíng)造各種防護(hù)林列為防止土壤侵蝕的主要措施，再次把防護(hù)林建設(shè)列入國(guó)家計(jì)劃。到1985年，前蘇聯(lián)已營(yíng)造防護(hù)林約55105 hm2；國(guó)家防護(hù)林帶13.3104 hm2，總長(zhǎng)11 500 km，這些林帶分布在分水嶺、平原、大河兩岸、道路兩旁，對(duì)調(diào)節(jié)徑流、改善小氣候、提高農(nóng)作物產(chǎn)量等起到明顯作用。20世紀(jì)80年代末期，前蘇聯(lián)解體，防護(hù)林大規(guī)模營(yíng)造活動(dòng)中止。 從總體上看，前蘇聯(lián)把生態(tài)恢復(fù)和保護(hù)工程片面理解為只是營(yíng)造農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)，而且是“改造”自然的行動(dòng)；但伴隨造林工程的不是退耕還林還草，反而是耕種面積的進(jìn)一步擴(kuò)展和生產(chǎn)用水?dāng)U大。其結(jié)果是雖然到1953年?duì)I建的防護(hù)林近23105 hm2，但到20世紀(jì)60年代末，保存下來(lái)的防護(hù)林面積只有2%，其結(jié)果就是生態(tài)環(huán)境局部變好而整體惡化。 3.最近這些年來(lái)我國(guó)北方沙塵暴問(wèn)題日益嚴(yán)重的主要原因是什么？ 沙塵暴的形成及其大小，直接取決于風(fēng)力、氣溫、降水及與其相關(guān)的土壤表層狀況。氣候異常、高空氣流運(yùn)動(dòng)、氣溫升高是造成沙塵暴的主要原因；降水稀少導(dǎo)致表層土壤干燥、疏松；植被破壞、沙化土地不斷擴(kuò)展是沙塵暴頻繁發(fā)生的重要原因，而這與人類(lèi)的毀林毀草開(kāi)荒、過(guò)度放牧、濫樵濫采等破壞活動(dòng)密切相關(guān)；同時(shí)城市建設(shè)中工地裸露也是揚(yáng)沙浮塵天氣的原因之一。 4.有什么新方法處理農(nóng)作物的秸稈？ 秸稈還田、青貯飼料、沼氣發(fā)酵和秸稈汽化等。 秸稈汽化技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)較新的秸稈利用技術(shù)。秸稈經(jīng)過(guò)汽化后，生成可燃?xì)怏w（相當(dāng)于發(fā)生爐煤氣），用于農(nóng)村居民的炊事及采暖，也可生產(chǎn)電力。這種技術(shù)比秸稈在作為燃料使用時(shí)的熱效率大大提高，可以更有效地利用，并減少了環(huán)境污染。 5.薪炭林種植的樹(shù)種有什么特點(diǎn)？ 薪炭林具有生長(zhǎng)穩(wěn)定、速生、高產(chǎn)、發(fā)芽率高、熱值高等特性，包括天然林和人工林。發(fā)展以生產(chǎn)燃料為主要目的薪炭林是我國(guó)森林發(fā)展的重要方面。發(fā)展薪炭林，不僅關(guān)系著我國(guó)林業(yè)建設(shè)成效，也是緩解我國(guó)薪材供求矛盾和農(nóng)村能源短缺的重要措施，對(duì)于改善林種樹(shù)種結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)森林適應(yīng)社會(huì)和抗御自然災(zāi)害能力，維護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)秸稈、畜糞還田和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重大戰(zhàn)略作用。 6.生物凈化生態(tài)工程如何用于解決水體的富營(yíng)養(yǎng)化？ 包括養(yǎng)殖場(chǎng)、屠宰場(chǎng)廢水在內(nèi)的高濃度有機(jī)廢水，雖然經(jīng)過(guò)厭氧處理（沼氣發(fā)酵），可以有效的降低生物耗氧量（BOD）和化學(xué)耗氧量（COD），但是沼液中大量的氮、磷養(yǎng)分并未脫去。如果集中排入水體，仍然可能導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化。這種情況與由于面源污染和城市污水引起的富營(yíng)養(yǎng)化是一樣的。關(guān)鍵是如何能有效地脫出過(guò)多的氮、磷等，以至脫去水中的重金屬。原中國(guó)水稻所科技人員創(chuàng)造了用浮床種植特殊的水生、半水生植物的辦法，較好的解決了這個(gè)問(wèn)題，所定期采收的綠色植物體有的可以直接用做飼料，或加工成綠肥，有的甚至在大量干燥處理后進(jìn)行金屬的熔煉，提取銅、鋅、汞等金屬。目前國(guó)內(nèi)外都有類(lèi)似的試驗(yàn)。該技術(shù)一般在1～2年內(nèi)就能使水體內(nèi)原來(lái)的劣Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)凈化達(dá)到Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，并能使沉水植物和底棲生物等水生生物得到自然恢復(fù)，使水生態(tài)系統(tǒng)逐步達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。 7.“生物圈2號(hào)”生物群落分區(qū)的情況是怎樣的？ （1）人類(lèi)居住區(qū) 這是首批“生態(tài)航行者”曾居住過(guò)的房間，現(xiàn)以博物館的形式向公眾開(kāi)放。在第一層準(zhǔn)備了一個(gè)有關(guān)地球發(fā)生氣候變化的展覽。通過(guò)電腦演示，參觀者可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫室效應(yīng)增強(qiáng)時(shí)，地球上將可能發(fā)生什么情況，并且可以參與設(shè)想各種拯救地球的方案。 （2）“肺”（大氣擴(kuò)張室） 在“生物圈2號(hào)”中，“肺”的作用是貯存緩沖空氣，并推動(dòng)空氣在“生物圈2號(hào)”中的運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)“生物圈2號(hào)”內(nèi)的壓力變化，這樣可以避免溫室發(fā)生爆炸。 （3）農(nóng)業(yè)區(qū) 溫室的農(nóng)業(yè)區(qū)稱(chēng)為精細(xì)農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)，在那里生產(chǎn)科學(xué)家所需要的食物，還要進(jìn)行惡劣條件下可持續(xù)農(nóng)業(yè)的實(shí)驗(yàn)。 （4）沙漠 在“生物圈2號(hào)”內(nèi)模擬的沙漠是以美國(guó)加利福尼亞沿海沙漠的生態(tài)系統(tǒng)為樣板（冬季靠雨水灌溉）。目前正在進(jìn)行的研究,是為了確定生物體在多大程度上能夠適應(yīng)這種土壤條件，尤其是適應(yīng)濕度的重大變化。移植的植物大部分是所謂的“多汁”植物（肉質(zhì)植物），其中包括各種仙人掌。 （5）熱帶雨林 模擬熱帶雨林的生態(tài)系統(tǒng)區(qū)占地約2 000 m2，最高處達(dá)28 m。這個(gè)區(qū)域包括了絕大部分熱帶植物，其中以亞馬孫河流域的物種占多數(shù)。該生態(tài)區(qū)內(nèi)部為各個(gè)物種提供了8個(gè)不同的生態(tài)環(huán)境，其中有山脈、河流、瀑布和蘆葦叢生的湖泊等。 （6）熱帶草原 這個(gè)區(qū)域分為兩個(gè)部分，分別種植著不同植物。一部分由佛羅里達(dá)州大沼澤地島上的水生植物和各種金合歡屬植物（經(jīng)過(guò)挑選，以便進(jìn)行生產(chǎn)橡膠的試驗(yàn)）組成，另一部分則長(zhǎng)滿果樹(shù)，主要是芒果樹(shù)。 （7）海洋 海洋以加勒比海珊瑚礁的生態(tài)系統(tǒng)為樣板，由一個(gè)3 500 m2的大水池構(gòu)成海洋。選擇的物種較齊全，從浮游生物到大型捕食動(dòng)物都有。目前的研究涉及珊瑚礁的營(yíng)養(yǎng)循環(huán)，以及過(guò)量的二氧化碳對(duì)珊瑚生長(zhǎng)的負(fù)面影響。 8.“生物圈2號(hào)”用了多長(zhǎng)時(shí)間建成？ “生物圈2號(hào)”于1986年11月破土動(dòng)工。1991年9月，第一批8名實(shí)驗(yàn)者進(jìn)入其中并開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。1993年2月，向“生物圈2號(hào)”輸氧，人員撤出。1994年2月第二批7名實(shí)驗(yàn)者進(jìn)入其中，幾個(gè)月后撤出，實(shí)驗(yàn)失敗。 9.什么是“精確農(nóng)業(yè)”？ 精確農(nóng)業(yè)（precision agriculture，PA），或稱(chēng)精細(xì)農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，是大約20年前在美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的土壤學(xué)者倡導(dǎo)下開(kāi)始探索的環(huán)境保護(hù)型農(nóng)業(yè)的通稱(chēng)。作為基于信息高科技的集約農(nóng)業(yè)，PA將遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等技術(shù)與作物生長(zhǎng)模型、作物—土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)等農(nóng)學(xué)技術(shù)，以及傳感技術(shù)、電腦控制噴灑施肥裝置等農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中對(duì)農(nóng)作物、土地、土壤從宏觀到微觀的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行因地（土地空間分布）制宜地精確施肥和用藥，做到增產(chǎn)、節(jié)肥（藥）、節(jié)水和減少農(nóng)業(yè)化學(xué)品對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率的提高和可持續(xù)發(fā)展。 前沿動(dòng)態(tài) 1.關(guān)于沼氣的研究進(jìn)展 沼氣發(fā)酵是一個(gè)極其復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，包括各種不同類(lèi)型微生物所完成的各種代謝途徑。這些微生物及其所進(jìn)行的代謝都不是在孤立的環(huán)境中單獨(dú)進(jìn)行的，而是在一個(gè)混雜的環(huán)境中相互影響。它們之間的相互作用包括：不產(chǎn)甲烷細(xì)菌與產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間的作用；不產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間的作用和產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間的作用。 在沼氣發(fā)酵過(guò)程中，不產(chǎn)甲烷細(xì)菌與產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間，相互依賴，互為對(duì)方創(chuàng)造和維持生命活動(dòng)所需要的良好環(huán)境條件，但它們之間又互相制約，在發(fā)酵過(guò)程中處于平衡狀態(tài)。它們之間的主要關(guān)系表現(xiàn)在下列幾方面：①不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長(zhǎng)所需要的基質(zhì)；②不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造了適宜的氧化還原條件；③不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除了有害物質(zhì)；④產(chǎn)甲烷細(xì)菌又為不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除了反饋抑制；⑤不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中適宜的pH。 沼氣發(fā)酵的整個(gè)過(guò)程分為三個(gè)階段，即液化階段、產(chǎn)酸階段、產(chǎn)甲烷階段。有機(jī)物分解可分為兩個(gè)階段：第一階段，復(fù)雜的高分子有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為低分子的有機(jī)物，例如乙酸、丙酸、丁酸等；第二階段，將第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。其中乙酸轉(zhuǎn)化為甲烷有兩條途徑：①乙酸的甲基化形成甲烷；②乙酸轉(zhuǎn)化為CO2和H2，再形成甲烷。 總體來(lái)看，目前我國(guó)關(guān)于沼氣的科研較薄弱，沼氣發(fā)生的一些基本原理目前仍在探索之中。 2.我國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)面臨的一些問(wèn)題 生態(tài)農(nóng)業(yè)是在不晚于國(guó)際可持續(xù)發(fā)展和可持續(xù)農(nóng)業(yè)思想肇端的20世紀(jì)70年代晚期，由我國(guó)科技人員、農(nóng)村基層干部和農(nóng)民，在當(dāng)時(shí)幾乎與外部世界隔絕的特殊年代，完全靠自身對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展途徑和戰(zhàn)略的思考與判斷而創(chuàng)建出的中國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的模式。它基于中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華──無(wú)廢棄物農(nóng)業(yè)，同時(shí)又加入了符合農(nóng)村實(shí)際需求的農(nóng)業(yè)生態(tài)工程。在派生產(chǎn)業(yè)、增加勞動(dòng)力的就業(yè)機(jī)會(huì)、降低環(huán)境污染、促進(jìn)農(nóng)村綜合發(fā)展等方面發(fā)揮了巨大的作用。 但是隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)重點(diǎn)的變化和內(nèi)涵的擴(kuò)展，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后期以后，生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展遇到了新的問(wèn)題。 （1）一個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善，受益的不一定只是這個(gè)地區(qū)的農(nóng)民。因此，誰(shuí)來(lái)代表受益的地區(qū)或社會(huì)，為生態(tài)建設(shè)和環(huán)境治理的社會(huì)效益“埋單”，就成為生態(tài)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)前提條件。 （2）在過(guò)去的20多年中，生態(tài)農(nóng)業(yè)過(guò)于依賴行政力量的推動(dòng)和號(hào)召，結(jié)果是一旦行政部門(mén)的興奮點(diǎn)轉(zhuǎn)移，推動(dòng)力就大為減弱。 （3）從科技方面來(lái)看，生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新力度有待加強(qiáng)，對(duì)規(guī)律的總結(jié)提煉不夠，國(guó)際交流與合作尚不夠廣泛。生態(tài)農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化程度、骨干工程的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，迫切需要在今后加大研究開(kāi)發(fā)的力度。 3.西部生態(tài)治理的新思路 思路之一：在我國(guó)西部農(nóng)區(qū)和牧區(qū)交錯(cuò)的地帶，有數(shù)千年漫長(zhǎng)的農(nóng)牧區(qū)界線拉鋸式變動(dòng)和農(nóng)進(jìn)牧退的過(guò)程，這一地帶不適合將種植的糧食作物不斷向半干旱山坡地?cái)U(kuò)展，因?yàn)檫@會(huì)嚴(yán)重地破壞自然植被，誘發(fā)一系列破壞生態(tài)環(huán)境的效應(yīng)，如濫墾兼撂荒，水土嚴(yán)重流失及土地肥力減退。但是如果在這一地帶內(nèi)采取斷然措施，全部或大部分退耕還草、還林，勢(shì)必同農(nóng)民的生存（糧食安全和收入保障）發(fā)生尖銳的矛盾。為此，生態(tài)學(xué)者任繼周、程序等提出了“寓糧于草”、“生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力”的概念和思路，即把耕地集中到十分有限的溝谷地區(qū)上，采用各種技術(shù)，如簡(jiǎn)易日光溫室（以充分利用北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶豐富的光能資源），推行節(jié)水灌溉；配合種植瓜果、養(yǎng)豬及沼氣池形成的“四位一體”，延長(zhǎng)食物鏈，充分利用生物質(zhì)能，增加增值環(huán)節(jié)；其余的山坡地全部退耕，宜林則林，宜草則草，宜灌則灌；或?qū)嵭胁萏镙喿鳎a(chǎn)出的牧草、飼料用來(lái)發(fā)展畜牧業(yè)，生產(chǎn)肉、蛋、奶等畜產(chǎn)品，增加動(dòng)物性食物生產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)牧系統(tǒng)的耦合，提高這一地區(qū)總的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，改善國(guó)民膳食結(jié)構(gòu)，使農(nóng)業(yè)產(chǎn)值成倍增長(zhǎng)；此外，能很好地適應(yīng)惡劣條件的植物往往含有某種對(duì)人類(lèi)具特殊功能（如醫(yī)用）的次生代謝產(chǎn)物或活性物質(zhì)，提取這些以往未知或被看作是毒（廢）物的成分，可形成商品（即經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力）。經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力同初、次級(jí)生產(chǎn)力的耦合將形成可觀的“生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力”，從而為打破惡性循環(huán)提供足夠的“啟動(dòng)”力。這將是一條解決發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)同改善、保持生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間矛盾的途徑。 思路之二：目前我國(guó)每年都投入大量的資金用于西部生態(tài)退化的沙地和草地植樹(shù)、飛播等，但是這些經(jīng)費(fèi)支出的效果相對(duì)于大量的投資來(lái)說(shuō)收效很小。為此，中國(guó)科學(xué)院植物研究所蔣高明提出了建設(shè)生態(tài)城鎮(zhèn)，以地養(yǎng)地，依靠自然力恢復(fù)草原生態(tài)系統(tǒng)的治理方略。將這部分經(jīng)費(fèi)用于圍封，建自然保護(hù)區(qū)及改善搬遷牧民的生活，騰出土地“休養(yǎng)生息”，將會(huì)收到事半功倍的效果；在沙塵暴的治理方面，關(guān)鍵要解決自然生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)演替中牲畜及人口的壓力，生態(tài)系統(tǒng)的平衡可以借助自然力解決?？梢?jiàn)荒漠化治理更多的是管理問(wèn)題。 我國(guó)內(nèi)蒙古某旗飛播了三百多公頃沙地，使植被覆蓋率提高了約30%；成本81萬(wàn)元，每提高10%的覆蓋率合81元/公頃，這還不包括飛播不成功造成的各種浪費(fèi)。而圍欄實(shí)驗(yàn)證明，在2 600多公頃沙地草地里的實(shí)際投入只有16萬(wàn)元圍欄費(fèi)，灘地的草本覆蓋率達(dá)到100%，流動(dòng)沙丘的自然恢復(fù)率達(dá)到30%，平均起來(lái)，每提高10%的覆蓋率的費(fèi)用為2.6元/公頃,而且自然恢復(fù)的植被沒(méi)有外來(lái)種，為優(yōu)質(zhì)的禾本科牧草。因此，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)上，還是從生態(tài)上來(lái)看，飛播都是不合算的。況且僅靠樹(shù)木并不能阻擋沙塵暴，在沙塵暴發(fā)生最嚴(yán)重的早春，現(xiàn)場(chǎng)觀察到的情況是，楊樹(shù)林里的沙子照樣在流動(dòng)，林子外面的能見(jiàn)度在5 m以下；而灌木地和草本層覆蓋較好的地段，能見(jiàn)度則能達(dá)到200 m以上。