1、第 38 讲 生态工程1.简 述 生 态 工 程 的 原 理 （ ） 2.生 态 工 程 的 实 例 （ ）生态工程的基本原理1生态工程(1)目的：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。(2)特点：少消耗、多效益、可持续。2生态经济(1)原则：循环经济。(2)结果：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。(3)目的：实现废弃物的资源化。(4)重要手段：生态工程。3生态工程的基本原理项目 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物种多样性原理生态系统的稳定性
2、生物多样性程度高可提高系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力“三北防护林”建设中的问题，珊瑚礁生态系统的生物多样性的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、过度放牧等整体性原理社会、经济、自然构成复合系统统一协调各种关系，保障生态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的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式改善和优化系统的结构以改善功能 桑基鱼塘系统学和工程学原理 系统整体性原理：总体功能大于部分之和保持系统很高的生产力珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系请回答下列问题：(1)生态经济主要是通过实行“_”的原则，
3、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_，从而实现废弃物的资源化。(2)近年来大力推广的生态农业是一个自我维持的生态系统，其特点是保持和完善系统内的生态平衡，其设计原则是能量的_和物质的循环再生，以求得最大的生产力和可持续发展。我国农民收集一切可能的有机物质使其转变为有机肥料；保持土壤肥力的做法称为_农业。(3)桑基鱼塘生态系统能充分利用废弃物中的能量，形成无废弃物农业，这主要遵循了生态工程的_原理。同时，通过饲养家禽、家畜，栽培食用菌，提高农民经济收入，使保护环境和发展经济相互协调，这又体现了生态工程的_原理。我国西北一些地区年降雨量少，适宜种植灌木和草，却被硬性规定种植属于
4、乔木的杨树，致使许多地方的杨树长成半死不活状，其失败的原因主要是违背了_原理。解析：(1)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。(2)生态系统中能量多级利用和物质循环再生是生态学的一条基本原理，能量流动和物质循环主要是通过食物链完成，可通过合理设计食物链，使废物资源化，以便使能量多级利用，减少环境污染。(3)桑基鱼塘生态系统能充分利用废弃物中的能量，形成无废弃物农业，这主要遵循了生态工程的物质循环再生原理；通过饲养家禽、家畜，栽培食用菌，提高农民经济收入，使保护环境和发展经济相互协调，这又体现了生态工程
5、的整体性原理；我国西北一些地区年降雨量少，适宜种植灌木和草，却被硬性规定种植属于乔木的杨树，致使许多地方的杨树长成半死不活状，其失败的原因主要是违背了协调与平衡原理。答案：(1)循环经济 生产原料 (2)多级利用 无废弃物 (3)物质循环再生 整体性 协调与平衡生态工程的实例和发展前景1设计生态工程的五大原理及实例整合连一连由此可见，除外均涉及整体性原理，除外均涉及协调与平衡原理。2实例分析：如图是某生态工程示意图(1)从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是实现物质的循环再生和能量的多级利用；该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了利用，这体现了生态工程的物质循环再生
6、原理。(2)该生态工程能生产出无公害大米的原因是减少了化肥和农药 的使用量，减少了环境污染。(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量，原因是蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强。3生态工程发展的前景(1)“生物圈 2 号”生态工程实验的启示：使我们认识到人与 自然和谐共处的重要性，深化了我们对自然规律的认识。(2)发展前景：我们需要走有中国特色的道路，即不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。(选修 3 P122“讨论题”解答 )在“矿区废弃地的生态恢复工程”案例中，恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？答案：矿区土壤条件恶劣，不适宜
7、农作物的生长，因此代之以适应性强，耐旱的灌木、草和树。绿色城市的重要标志之一是实现垃圾的“减量化、资源化和无害化”。下图是垃圾资源化、无害化处理的一种方案。回答下列问题：(1)列出该生态系统中的三种分解者的名称_ 。(2)从资源与环境的角度来看，途径优于途径的主要原因是_、_。(3)进行过程的甲烷杆菌与酵母菌在细胞结构上的最主要区别是_。(4)每一位市民都应该积极参与过程，具体做法是_ 。(5)该生态工程突出体现了_这个基本原理。解析：(1)分解者是以分解有机物质为生的异养微生物或动物。由图示可知，该生态系统中的三种分解者是蚯蚓、蝇蛆、细菌。(2)途径运用生态学原理可充分地利用垃圾中的物质，既
8、实现了物质的多级利用，又减少了环境污染，明显优于途径燃烧。(3)甲烷杆菌为原核生物，而酵母菌为真核生物，甲烷杆菌无成形的细胞核。(4)每一位市民都应该积极参与过程，将生活垃圾进行分类。(5)从图示看出该生态工程突出体现了物质循环再生这个基本原理。答案：(1)蚯蚓、蝇蛆、细菌( 微生物) (2)途径可以充分地利用垃圾中的物质 (对物质的多级利用) 减少环境污染 (3) 甲烷杆菌无成形的细胞核 (4)将生活垃圾进行分类 (5)物质循环再生巧记六类生态工程实例中所遵循的原理(1)在六类生态工程实例中除“矿区废弃地的生态恢复工程 ”外，其余五大生态工程均涉及“整体性”原理。(2)除“矿区废弃地生态恢复
9、工程”及“农村综合发展型生态工程 ”外，均涉及“协调与平衡”原理。(3)只有“农村综合发展型生态工程”涉及“物质循环再生 ”原理(4)只有“农村综合发展型生态工程”及“大区域生态系统恢复工程 ”涉及“物种多样性”原理。(5)只有“小流域综合治理生态工程”及“矿区废弃地生态恢复工程 ”涉及“系统学和工程学”原理。 清一清易错点 1 混淆“传统经济”与“生态经济”点拨 (1)传统经济是大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式，不注重生态环境的保护，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。(2)生态经济实现了“原料产品原料产品”的生产体系，是实现了废弃物资源化的循环经济。具有少消耗、多效益、可持续的特点
10、。易错点 2 误认为利用物质循环再生原理可以提高生态系统的能量传递效率点拨 能量传递效率是由生态系统中物种本身的特性决定的。易错点 3 混淆生态工程的“整体性原理”与“系统整体性原理”点拨 (1)整体性原理：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，例如林业建设中自然系统、社会系统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。(2)系统整体性原理：系统整体性原理强调整体大于部分之和，即 “112”，目的是保持系统有很高的生产力，互利共生的生物能体现系统整体性原理，如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣中藻类和真菌等。判一判(1)生态农业的指导思想是环
11、境与经济协调发展( )(2)生态工程是无消耗、多效益的工程( )(3)设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是追求经济效益的最大化( )(4)某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定控制，体现了物种多样性原理和协调与平衡原理( )(5)建立生态农业时巧设、增设食物链的目的是使食物链延长，消耗能量环节增多，系统总能量利用率降低( )(6)矿区废弃地生态修复工程的关键是优先选择农作物以提高经济效益( )(7)“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理( )(8)在建设高新农业时，沼气池的建立遵循的是物质循环再生原理( )(9)根据协调与平衡原理
12、，一个生态系统中种群的数量不应超过环境容纳量( )(10)“总体功能大于各部分之和的效果”是利用系统整体性原理 ( )(11)在建设生态工程时，既要考虑自然生态系统的规律，还要考虑到经济和社会等系统的影响力( )答案：(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)(高考重庆卷节选)为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行了公园化建设。(1)对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如图所示。t 0t 1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的 _转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在_，导致群落中植物
13、物种数增加；t 1t 3，人工林抵抗力稳定性的变化是_；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间_加剧。(2)通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的_原理。解析：(1)t 0t 1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的分解者分解成无机物，使土壤条件得到改善。改造的废弃采石场中的土壤中存在一些种子或其他繁殖体，所以在群落演替过程中植物物种数会增加。t 1t 3，由于人工林中的植物物种数增加，所以人工林的自我调节能力逐渐增强，导致人工林的抵抗力稳定性也逐渐增加。在一个群落中，植物之间因光照、土壤中的水分和无机盐等因素而具有竞争关系。(2)生态工
14、程的整体性原理是指进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。答案：(1)分解者 种子或繁殖体 增强 竞争 (2)整体性(高考广东卷)污水处理厂的污泥富含有机质和无机成分，可用作肥料，但其多环芳烃(PAHs)等有机污染物含量通常较高，施入土壤会带来二次污染。生物质炭是由作物废弃秸秆等炭化而成。将污泥、含 7%生物质炭的污泥均堆放一段时间后用于盆栽实验，研究它们对黑麦草生长及 PAHs 迁移的影响，结果见下表：测定项目 红壤 红壤污泥 红壤含 7%生物质炭的污泥土壤 PAHs 含量(g/kg) 527 1 079 765黑麦草叶绿素含量(m
15、g/g) 2.0 2.1 2.3黑麦草每盆干重(g) 1.7 2.3 2.7黑麦草 PAHs 含量(g/kg) 401 651 428(1)生物质炭孔隙结构发达，能改善土壤的通气状况，使根系细胞_加强，_合成增加，从而促进根系对土壤养分的吸收。(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥_ ，从而促进黑麦草生长；污泥的施用使土壤和黑麦草的 PAHs 含量_，但生物质炭的输入_，从而降低 PAHs 污染的风险。由此可见，生物质炭有望用作污泥改良剂，促进污泥的推广应用。污泥的应用符合生态工程的_原理。解析：(1)生物质炭能改善土壤的通气状况，增加土壤中的氧气量，使根系细胞的有氧呼吸加强，ATP 的产生量增
16、加，为根系主动运输吸收养分提供能量。(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥时，黑麦草叶绿素含量增加，从而促进黑麦草的生长。与只施用污泥相比，施用含生物质炭的污泥能降低土壤和黑麦草中 PAHs 的含量，说明生物质炭的输入能降低污泥中 PHAs 的含量，从而降低 PAHs 污染的风险。污泥中含有大量的有机质和无机成分，施用污泥的目的是使其中的养分直接或间接地被植物吸收利用，因此利用了物质循环再生的生态工程原理。答案：(1)有氧呼吸 ATP (2)能增加黑麦草叶绿素含量 升高 能降低污泥中 PAHs的含量 物质循环再生高考应答必背1生态工程建设的目的是遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，
17、防止环境污染，达到经济效益与生态效益的同步发展。2物质循环再生原理的基础是物质循环；物种多样性原理的基础是生态系统的稳定性；协调与平衡原理的基础是生物与环境的协调与平衡；整体性原理的基础是社会、经济和自然构成复合系统；系统学和工程学原理的基础是系统的结构决定功能。3农村综合发展型生态工程的主要原理是物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理；小流域综合治理生态工程的主要原理是整体性原理和协调与平衡原理；大区域生态系统恢复工程和城市环境生态工程的主要原理都是协调与平衡原理、整体性原理。课时作业1(2019山西太原高三四校联考) 柴静的纪录片穹顶之下引发了全国人民对雾霾的关注和讨论，而天津港火灾
18、爆炸事故遗址将在彻底清理后建设海港生态公园，这再次将生态环境与生态经济推上舆论的焦点，生态工程的建设已经成为社会关注的热点，请回答下列问题：(1)山西省为产煤大省，生态环境破坏严重，矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于_，具体实施的措施有_ (答两点) 。(2)某生态工程以沼气工程为中心，各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼，人、畜、禽粪便作为原料生产沼气，沼渣水返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘，主要体现了生态工程的_原理，该生态工程建设中，鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其_，该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循_原理。(3)在上述的生态工程中，种植
19、不同的农作物、果树，饲养多种畜禽，这体现了生态工程的_原理。(4)一般来说，生态工程的主要任务是对_进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。(5)在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时，需选择符合要求的植物，这遵循了生态工程的_原理。解析：(1)矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于植被恢复与土壤微生物群落的重建，具体实施的措施有人工制造表土、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。(2)该生态工程以沼气工程为中心，各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼，人、畜、禽粪便作为原料生产沼气，沼渣水返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘，体现了生态工程的物质循环再生原理。该生
20、态工程建设中，鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其环境容纳量。该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循系统的结构决定功能原理。(3) 该生态工程种植不同的农作物、果树、饲养多种畜禽，这体现了生态工程的物种多样性原理。(4)生态工程的主要任务是对已破坏的生态系统进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。(5)在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时，需选择符合要求的植物，这遵循了生态工程的协调与平衡原理。答案：(1)植被恢复与土壤微生物群落的重建 人工制造表土、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等( 任选两点)(2)物质循环再生 环境容纳量 系
21、统的结构决定功能(3)物种多样性 (4) 已破坏的生态系统 (5) 协调与平衡2在政府的大力支持下，部分村镇的农民率先建起了以沼气池为中心的生态工程。如图是某同学绘制的一个庭院生态工程的示意图，分析并回答下列问题：(1)该生态系统的“基石”是_。沼气池中有产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物，其生态学作用主要是作为_。(2)构建这种以沼气池为中心的生态模式所依据的最主要的生态学原理是_。在沼气发酵的过程中，有一种微生物有除臭作用，这种微生物是_，它的除臭过程是_。(3)某养殖户把自己的养鸡场、养猪场、鱼塘和桑园也纳入该生态工程，并把多个单个的生产系统通过优化组合有机地整合在一起，改善了系统的功能，这体
22、现了生态工程中_原理。(4)生态农业是一个在生态上能自我维持的农业生产系统，其特点是在保持和改善系统内的生态平衡、不对其周围环境造成明显改变的情况下，求得最大生产力和可持续发展。下列关于生态农业的叙述，不正确的是_。A生态农业中食物链的营养级之间的能量传递效率大大提高了B生态农业比传统农业的抵抗力稳定性高C生态农业设计的指导原则是能量的多级利用和物质的循环再生D生态农业属于人工生态系统，对病虫害一般采用生物防治的方法解析：(1)生产者是生态系统的“基石”，该生态系统中黄瓜、番茄等蔬菜是生产者。沼气池中的产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物是生态系统中的分解者。(2)该生态系统依据的主要原理是物质循环再
23、生原理。沼气发酵过程中的臭气是氨气，常利用硝化细菌的硝化作用除去氨气。(3) 把多个单个的生产系统通过优化组合有机地整合在一起，提高了生态系统的复杂性，从而改善了生态系统的功能，这体现了生态工程中系统的结构决定功能原理。(4)生态农业中食物链的营养级之间的能量传递效率不变，但生态系统的营养结构变复杂了。答案：(1)黄瓜、番茄等蔬菜 分解者 (2)物质循环再生原理 硝化细菌 将氨气转化为亚硝酸盐和硝酸盐 (3)系统的结构决定功能 (4)A3在我国，生物氧化塘是实施城市生活污水资源化利用的有效方法，是我国着力推广的一项生态工程技术。该技术利用细菌和真菌等微生物对进入氧化塘的有机物进行处理，同时塘中
24、种植水生植物，进行水产和水禽养殖，既实现了对生活污水的有效地处理，又能获得经济效益。请分析回答下列问题：(1)该技术的应用属于_生态工程的实例。(2)流入氧化塘生态系统的总能量是_ ；该生态系统利用种植水生植物，养鱼、鸭、鹅等能形成多条食物链，体现了生态工程的_原理。(3)在氧化塘的建设中，每种生物的种植或投放量都不宜超过_，各种生物间还要有适当的_关系，这遵循了生态工程的_和_原理。(4)流出氧化塘的水与流入污水相比，明显减少的元素主要有_；氧化塘每天处理污水的量是一定的，说明生态系统的_是有限的。(5)氧化塘技术在处理污水的同时，能使人们获取经济效益，原因是_；该技术是人类学习自然生态系统
25、“智慧”的结晶，它体现了研究自然生态系统结构与功能具有_的意义。解析：(1)据题干信息“生物氧化塘是实施城市生活污水资源化利用的有效方法 ”可知，该技术的应用属于城市环境生态工程的实例。(2)流经该生态系统的总能量是生活污水中有机物含有的能量和植物固定的太阳能。该生态系统利用种植水生植物、养鱼、鸭、鹅等能形成多条食物链，体现了生态工程的物种多样性原理。(3) 协调与平衡原理是指生态系统的生物数量不能超过环境承载力( 环境容纳量) 的限度，每种生物的种植或投放量都会考虑自然、经济、社会的整体影响，即遵循了整体性原理。(4)氧化塘净化污水的途径有物理沉降、微生物的分解、化学分解和藻类植物的光合作用
26、。细菌和藻类生活在一起彼此有利，细菌通过分解有机物，为藻类生长提供二氧化碳，N 、P 矿物质等；藻类的光合作用为细菌的分解作用提供氧气和有机物，生态系统的自我调节能力是有限的。(5)生物氧化塘是以太阳能为初始能量，通过在塘中种植水生植物，进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统，在太阳能( 日光辐射提供能量)作为初始能量的推动下，通过生物氧化塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中污水的有机污染物进行降解和转化，最后不仅去除了污染物，而且以水生植物和水产、水禽的形式作为资源回收，净化的污水也可作为再生资源予以回收再用，使污水处理与利用结合起来，实现污水处理资源化，生物氧化塘
27、具有能充分利用地形，结构简单，建设费用低；可实现污水资源化和污水回收及再用，实现水循环，既节省了水资源，又获得了经济收益；处理能耗低，运行维护方便，成本低；美化环境，形成生态景观、污泥产量少等优点。答案：(1)城市环境 (2) 植物同化的太阳能总量及有机物中的能量 物种多样性 (3)环境承载力( 环境容纳量) 比例 协调与平衡原理 整体性 (4)N 、P 等自我调节能力 (5)提高了能量利用率( 废物资源化) 帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用4北京郊区的窦店村实施了以沼气工程为中心的农村综合发展性生态工程。据图回答下列问题：(1)沼气池的建立在有效地解决农村燃料问题的
28、同时，还可以节省林木、保护植被、减轻_。同时，沼渣用作畜禽饲料和农作物肥料，体现了生态工程的_原理。(2)从生态系统的组成成分看，蓝绿萍属于_。除了生态系统的组成成分，生态系统的结构还包括_。鱼等消费者通过自身代谢，将有机物转化为无机物，加快了生态系统的_。(3)进行生态工程建设时，要处理好生态与环境的协调与平衡，需要考虑_，若超过相应的限度，会引起系统的失衡与破坏。(4)与农业生态系统相比较，自然生态系统的抵抗力稳定性通常较高，主要原因是_。生态系统稳定性的基础是生态系统普遍存在的_机制。解析：(1)沼气池的建立在有效地解决农村燃料问题的同时，还可以节省林木、保护植被、减轻环境污染。同时，沼
29、渣用作畜禽饲料和农作物肥料，体现了生态工程的物质循环再生原理。(2) 蓝绿萍是植物，在生态系统的组成成分中，属于生产者。除了生态系统的组成成分，生态系统的结构还包括营养结构(食物链和食物网 )。鱼等消费者通过自身代谢，将有机物转化为无机物，加快了生态系统的物质循环。(3) 进行生态工程建设时，要处理好生态与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力，若超过相应的限度，会引起系统的失衡与破坏。(4)与农业生态系统相比较，自然生态系统的抵抗力稳定性通常较高，主要原因是生态系统组分多，食物网复杂，自我调节能力强。生态系统稳定性的基础是生态系统普遍存在的负反馈调节机制。答案：(1)环境污染 物质循环再生 (2)生产者 食物链和食物网 物质循环 (3)环境承载力 (4)生态系统组分多，食物网复杂，自我调节能力强 负反馈调节
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