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5．2 生态工程的实例和发展前景
课标领航
1．举例说出生态工程的实例，说出这些实例所运用的主要生态工程原理。
2．评述生态工程发展前景，说出生态工程的局限性，举例说出我国生态工程的特点。
3．尝试设计简单的生态工程。
【重点】 生态工程的实例分析。
【难点】 尝试设计简单的生态工程。。
1986年，美国人巴斯为了扩展人类新的生存空间，出资2亿美元在美国亚利桑那州的沙漠区动工兴建了世界瞩目的“生物圈2号”。1991年9月26日，来自世界各地的8位志愿者参与了“生物圈2号”的实验计划。
情景导航
在1991至1993年的实验中，由于研究人员发现：“生物圈2号”的氧气与二氧化碳的大气组成比例无法自行达到平衡；“生物圈2号”内的水泥建筑物影响到正常的碳循环；多数动植物无法正常生长或生殖，其灭绝的速度比预期的还要快。
经广泛讨论，确认“生物圈2号”的实验失败，这证明了在已知的科学技术条件下，人类离开了地球将难以永续生存。
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
5．2 生
态
工
程
的
实
例
和
发
展
前
景
基础自主梳理
一、生态工程的实例
1．农村综合发展型生态工程
(1)问题：人多地少，____________，产出不足。
(2)对策：建立农村综合发展型生态工程，实现物质的_________________。
(3)案例：北京窦店村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。
资源有限
多级循环利用
2．小流域综合治理生态工程
(1)问题：河流各级支流的集水区域水土流失严重。
(2)对策：应用生态工程的_________原理、_________________原理以及工程学原理，通过保土蓄水、耕作措施、林草措施等工程和生物措施，层层设防来控制土壤侵蚀。
(3)案例：我国甘肃陇南地区“九子登科”的治理模式。
整体
协凋与平衡
3．大区域生态系统恢复工程
(1)问题及原因
①问题：土地___________严重。
②原因：过度樵采(32%)，过度放牧(30%)，盲目开垦(27%)，不合理利用___________(9.6%)，其他(1.4%)。
(2)对策：森林或草原的_________________、水土保持生态工程等。
(3)案例：“三北防护林”生态工程。
荒漠化
水资源
恢复生态工程
4．湿地生态恢复工程
(1)湿地作用
具有____________，调节____________，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和多种动植物提供栖息地，为人们提供休闲娱乐的环境等功能。
(2)问题
人们对湿地进行排水和围垦，已经破坏了地球上_____________的湿地资源。
蓄洪防旱
区域气候
80%
(3)对策
①采用工程和______措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复。
②在湿地周围建立缓冲带，以减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。
(4)案例：鄱阳湖的生态恢复工程。
生物
5．矿区废弃地的生态恢复工程
(1)问题：土体、土壤和植被乃至整个地区______________的破坏。
(2)对策：人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等，其中关键在于_______________，以及为植被恢复所必需的_________________群落的重建。
(3)案例：我国赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。
生态系统
植被恢复
土壤微生物
6．城市环境生态工程
(1)问题：环境污染、大气污染、噪声污染等。
(2)对策：用____________的方法对城市环境进行综合治理。
①在城市规划和布局方面，要进行城市_____________，合理分布工业区、居住区、生态绿地等。
②推广“环境友好技术”和_____________________以减少污染的产出。
生态工程
生态分区
低污染清洁生产工艺
③采用各种手段治理污染，进行废弃物的________________利用。
④加强监管。
(3)案例：张家港、大连、厦门等环境保护模范城市。
资源化
思考感悟
有了生态工程建设，人们是不是就可以“先污染、破坏，后治理”？
【提示】 不是。在肯定生态工程的作用，特别是对恢复和重建受损生态环境的重要作用的同时，不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量；更不能误认为只要有了生态工程，就可以走发达国家“先污染、破坏，后治理”的老路。
二、“生物圈2号”生态工程的实验及启示
1．设计目的：制造一个人工模拟的生命支持系统，以验证人类在离开地球的情况下，利用_________________，仅仅依靠太阳能，能否维持生存。
2．失败原因：_______失调，“大气和海洋比例与地球相差甚远，土壤呼吸释放的CO2超过了植物和海洋的固定能力，导致空气中CO2的含量猛增；O2量减少，不足以维持人及动物的生存。
人工生态工程
温度
3．启示：使人们认识到与________和谐共处的重要性，深化了对自然规律的认识，尽管科学技术已很发达了，但人类仍没有能力去完全模拟出_____________________。
三、对我国生态工程发展前景的分析与展望
1．生态工程特点：重视对___________的保护，注重与经济、社会效益的结合。
2．存在问题
(1)难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。
(2)设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导。
自然
自然生态系统
生态环境
核心要点突破
生态工程的实例
类型 主要原理 注意问题
农村综合发展型生态工程 物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理 ①核心：沼气工程为中心
②优点：农、林、牧、副、渔全面发展；开发可更新资源，减少环境污染
类型 主要原理 注意问题
小流域综合治理生态工程 整体性原理、协调与平衡原理 ①“综合”表现在同时考虑到生态效益和经济效益
②不同气候带、不同自然条件和不同经济发展水平的地区，生态工程模式应各具特色
类型 主要原理 注意问题
大区域生态系统恢复工程 物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理 “三北”防护林工程建设中应注意的问题
①考虑树种生态适应性问题，种植适宜品种
②考虑树种多样性，保证防护林体系稳定性
③不同地区应根据当地情况采取不同策略
类型 主要原理 注意问题
湿地生态恢复工程 协调与平衡原理，整体性原理 ①主要措施：退耕还湖
②主要困难：解决迁出湖区居民的生活和就业问题
矿区废弃地的生态恢复工程 系统学和工程学原理 ①种植耐旱的灌木、草和树
②合理确定载牧量
③改良表土
类型 主要原理 注意问题
城市环境生态工程 协调与平衡原理、整体性原理等 ①大气污染解决措施：禁止使用有铅汽油
②水污染：减少或禁止污水排放，进行污水净化
例
如图为窦店村综合治理发展生态工程示意图，请据图回答：
(1)蓝绿萍的代谢类型是____________________，在生态系统中的地位是____________________。
(2)若下图是某科研工作者为该村设计的垃圾资源化、无害化处理的一种方案，请据图回答问题：
①此方案中①②过程需每一位居民的参与，参与的行动方式是________________________。
②过程④⑤利用的生物属于生态系统的何种成分？________。
③从对资源的充分利用角度看，④⑤途径比③途径突出的优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【尝试解答】 (1)自养需氧型 生产者
(2)①将生活垃圾分类处理 ②分解者
③除利用了有机垃圾中的能量外，还充分地、分层次地多级利用了垃圾中的物质，并且减少了因燃烧带来的污染
【解析】 (1)蓝绿萍的代谢类型是自养需氧型，属于生产者。
(2)过程①②是对垃圾的分类处理；过程④⑤是利用分解者的分解作用处理有机废弃物，此过程既充分利用了废弃有机物中的能量，又减少了因燃烧带来的污染。
【探规寻律】 (1)在建立不同的生态工程时，要遵循不同的设计原理，不能相互照搬，应因地制宜。
(2)在进行生态工程建设时，应积极利用自然生态系统的强大自我恢复力，节省投资。
(3)生态恢复力有限，不能认为有了生态工程，就可以先污染破坏后治理。
知能过关演练
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5．1 生态工程的基本原理
课标领航
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。
【重点】 生态工程的原理。
【难点】 分析生态环境问题及解决对策。
地球是人们赖以生存的共同的家园，多少年来，人们只知索取，不知呵护，使得地球变得千疮百孔，人们也正在遭受着大自然的种种惩罚，人类在破坏地球环境的同时，也在毁灭着自己。
人类只有一个地球，尊重地球就是尊重生命，拯救地球就是拯救未来。
情景导航
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
5．1 生
态
工
程
的
基
本
原
理
基础自主梳理
一、生态工程的目的和特点
1．目的：生态工程建设的目的就是遵循自然界_______________的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止______________，达到经济效益和生态效益的同步发展。
2．特点：与传统的工程相比，生态工程是一类___________、多效益、__________的工程体系。
物质循环
环境污染
少消耗
可持续
二、生态经济
生态经济主要是通过实行“______________”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或另一个系统的_____________，从而实现_____________资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是__________。
循环经济
生产原料
废弃物
生态工程
思考感悟
什么是“石油农业”？它有什么缺点？
【提示】 “石油农业”是指大量使用化肥、农药和机械的农业生产方式，因对石油等能源有高度的依赖性而得名。其缺点是在高投入、高产出的同时产生了大量的废弃物和有害物质，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。
三、生态工程的基本原理
1．物质循环再生原理
(1)含义：物质能够在各类生态系统中，进行_________________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)实例：“无废弃物农业”。
区域小循环
2．物种多样性原理
(1)内容：物种繁多而复杂的生态系统具有较高的____________________，可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的____________提高系统生产力。
(2)实例
①反面：辽宁西部章古台地区的樟子松林，由于没有一条昆虫与其灭天敌相生相克的____________，使得松毛虫肆虐一时。
②正面：由__________和某些藻类共生组成的珊瑚礁区。物种繁多，系统稳定。
抵抗力稳定性
生物量
食物链
珊瑚虫
3．协调与平衡原理
处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑______________，即环境所能养活的__________的数量。如果生物的数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的____________。
4．整体性原理
(1)含义：进行生态工程建设时，不但要考虑到_________________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。
环境承载力
生物种群
失衡和破坏
自然生态系统
(2)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农民的生活问题，如粮食、烧柴及收入等。
5．系统学和工程学原理
(1)系统的结构决定功能原理
①含义：生态工程需要考虑系统内部_________之间的结构，通过改变和优化结构，达到__________________的目的。
不同组分
改善系统功能
②实例：我国南方水网地区的__________________。
(2)系统整体性原理：系统各组分之间要有适当的______关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的_____________，并且实现____________大于各部分之和的效果，即“1＋1>2”。
桑基鱼塘模式
比例
转换和流通
总体功能
核心要点突破
生态工程所遵循的基本原理
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 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
项目 理论基础 意义 实例
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
项目 理论基础 意义 实例
系统学和工程学原理 系统的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式 改变和优化系统的结构以改善功能 桑基鱼塘
系统整体性原理：整体大于部分 保持很高的系统生产力 珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系
(2011年高考新课标全国卷)现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝气池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。回答问题：
(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。在这个过程中，微生物通过____________呼吸将有机物分解。
例
(2)植物池中，水生植物，昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了____________(生态系统、群落、种群)。在植物池的食物网中，植物位于第____________营养级。植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于______________所固定的____________能。
(3)生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、____________和____________等原理。
(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。
【尝试解答】 (1)无氧和有氧(或细胞)
(2)群落 一 生产者 太阳
(3)物质循环再生 物种多样性
(4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)
【解析】 (1)生活污水流经厌氧沉淀池时，厌氧微生物通过无氧呼吸将有机物分解；流经曝气池时，其中的需氧微生物通过有氧呼吸将有机物分解；流经兼氧池时，其中的微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。
(2)水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物组成的整体，不止一种生物，故排除种群；不包含无机环境，故排除生态系统，则这个整体属于群落。植物为生产者，属于第一营养级；生态系统中消费者和分解者的能量都是最终来源于生产者固定的太阳能。
(3)生态工程的建立要把社会、经济和自然作为一个统一的整体来考虑，需要考虑生物与环境的协调与平衡，分层、分级利用废弃物中的物质，并增加生物的种类以增强生态系统的稳定性，故生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。
(4)生态工程对恢复和重建受损的生态系统有着重要作用，通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善，可提高生态系统的生产力。
【易误警示】 (1)不同的生态工程建设遵循的基本原理可能不同。
(2)建立不同的生态工程时要依据不同的原理，因地制宜，不能相互照搬。
跟踪训练 俗话说：“靠山吃山，靠水吃水。”随着人口和经济的增长，靠山的人对山上的林木乱砍滥伐，靠水的人则对水中的生物乱捕滥猎，都对各自的生态系统造成了巨大的破坏，那么，在治理和恢复生态系统的过程中，我们应遵循的原理是( )
A．物质循环再生原理
B．物种多样性原理
C．整体性原理
D．协调和平衡原理
解析：选C。自然生态系统是通过生物与环境、生物与生物之间的协同作用而形成的一个不可分割的有机整体。人类也处在一个社会——经济——自然复合而成的巨大系统中。进行生态工程重建时，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与社会等系统的影响力。只有把生态与经济结合起来，才能从根本上达到治理和恢复生态系统的目的。
知能过关演练
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