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第4章 人与环境
第3节 生态工程
课标内容要求
核心素养对接
必备知识·自主预习储备
01
生态学
经济效益
可持续
自组织、自我优化、自我调节、
自我更新和维持
新陈代谢
结构与功能
选择生物组分并合理布设
生物组分
互利共存
迁移与转化
物质迁移
转化率
废物
环境
生物
失衡和破坏
比例
有序的结构
改变和优化结构
改善系统功能
经济和社会
种树
生活
人多地少
综合发展型
多级循环利用
物质多级循环利用
调节区域气候
缩小和破坏
工程学和生态学
缓冲带
自然演替
山体
生态系统
植被恢复
土壤微生物
标准化
高科技含量
监测技术
理论性
环境污染
并发症
生态环境
经济、社会效益
关键能力·重难探究达成
02
核心点一
核心点二
应用创新·问题情境探究
03
学习效果·随堂评估自测
04
点击右图进入…
课
时
分
层
作
业
谢谢观看 THANK YOU!
W
原理、方法
应用
等学科的基本原理和方法
生
任务
提高生态系统的生产力或改善
促进
人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术
工程
或综合工艺过程
措施
分析、设计和调控人工生态系统或修复、重
建
浅仰芹
生物降解塑料
有机肥料
②
有机废弃物
发酵处理
沼气
③
燃烧发电、提
饲养蚯蚓、
动物蛋
供社区用热水
苍蝇等
白饮料
我仰
h
团结守纪勤学春
饲料
养鸡场
鸱炎
溶渣水
农田
肉蛋奶鱼
奶牛场
粪
沼渣
水
沼
菜园
猪
粪
养猪场
站
沼
为这光
渣水
沼
果园
粮、菜、果苗
潘
水
鱼塘
农户
苗圃
生态工程
生态工程
基本原理
生态工程的实例
和发展前景
关注生态
基本原理
生态工
生态工程发
工程建设
程实例
展的前景
含义〔
目的特点
问题与
存在
对策
案例
特点
问题课时分层作业(13) 生态工程
题组一 生态工程概念、特点和建设目的
1．下列关于生态工程的叙述，错误的是( )
A．生态工程是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的新兴学科
B．生态工程力求达到生态效益、经济效益和社会效益的协调统一
C．生态工程是无消耗、多效益的工程
D．应用了自生、协调、整体和循环等原理
C [生态工程实现了物质和能量的多级利用，并不是无消耗。]
2．人们为了解决某些在农业、牧业、渔业等生产中产生的生态问题而采取了下列各项措施，其中会导致完全相反的结果的是( )
A．更好的人口控制方法
B．制造毒性更强、更有效的农药
C．合理地放养牲畜
D．科学合理地利用海洋资源
B [人口的迅速增加必然会对生态系统施加更大的压力，所以控制人口增长是解决生态问题的有效方法；合理的放养牲畜和科学、合理利用海洋资源是解决生态问题的有效途径；但更强、更有效的农药必然会对环境造成严重的污染，与人们的愿望是完全相反的，对于病虫害的防治应致力于生物防治方法的研究与开发，才能有效地解决防治病虫害的同时产生的环境污染问题。]
题组二 生态工程遵循的基本原理
3．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、烧柴以及收入等。以上做法依据的生态工程原理是( )
A．协调原理 B．整体原理
C．循环原理 D．以上都不是
B [从题干可以看出，在生态恢复的过程中不但要考虑到生态效益，还要考虑与经济、社会的关系，应属于整体原理。]
4．我国西北地区土地沙化和盐渍化非常严重，原因有多种，其中一个主要原因是超载放牧，导致草地退化。试分析上述事实主要违背的生态工程原理是( )
A．自生原理 B．协调原理
C．循环原理 D．整体原理
B [协调原理的一个重要方面就是考虑环境承载力。]
5．自开展“南京莫愁湖物理生态示范实验研究”开始，相继引种了浮水植物、沉水植物等共计10余种，在围隔区内已经形成了以沉水植物为优势的水生植物群体。试验区内营养盐的浓度得到有效控制，如试验区内氨氮和总氮仅分别为试验区外的1/13和1/5，有效地改善了水质。
(1)此项生态工程依据的生态学原理有_______________________________。
(2)生态工程的调控机制是________________________________________，
主要利用的能源是___________________________________________。我国的生态工程建设中，____________仍起着较大作用，强调按预期目标，因地制宜地调整复合生态系统的结构和功能。
(3)生态工程的主要目的在于________________________________________
_______________________________________________________________。
[解析] 生态工程的建设不仅要遵循生态学原理，另外还要注意对于人与自然和谐发展的调控。目前我国的生态工程和西方国家的生态工程建设所处的阶段不同，因而追求的目标也不尽相同，但总之都是为了使生物和环境之间变得高度和谐。
[答案] (1)循环原理、协调原理、整体原理和自生原理
(2)人为辅助下的自我调节 太阳能 人为调控
(3)建造和调控人工生态系统，使生物与环境之间变得高度和谐
题组三 生态工程的实例
6．生态农业是一个生态上自我维持的农业生态系统，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。下列不属于生态农业生产方式的是( )
A．病虫害的生物防治
B．作物轮作、套种
C．使用化肥提高作物产量
D．秸秆等农业废弃物的资源化利用
C [使用化肥会引起水体富营养化，造成环境污染，不属于生态农业生产方式。]
7．下列关于湿地生态恢复工程的叙述，错误的是( )
A．该工程采用工程和生物措施相结合的方法
B．要建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰
C．对湿地的恢复，只注意退耕还湿地或建立自然保护区就可以
D．湿地的恢复除利用生物工程手段外，还要依靠自然演替机制恢复其生态功能
C [湿地生态恢复工程就是采用工程学和生态学措施相结合的方法，如退耕还湿地、建立自然保护区、废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，以及植物物种的引进种植等，使受到干扰的湿地得以恢复。在湿地的周围，还应建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。]
8．下列关于生态工程的问题和对策的理解，正确的是( )
A．建立农村综合发展型生态工程，是解决我国人多地少问题的唯一途径
B．湿地生态恢复工程会加剧人多地少的矛盾，对人类发展不利
C．矿区生态环境的恢复工程中关键的措施是植被恢复
D．只要各种生态工程技术发展成熟，我们完全可以走“先污染，后治理”的老路
C [建立农村综合发展型生态工程，是解决人多地少问题的有效途径之一，而非唯一途径。湿地生态恢复工程是恢复原有的湿地生态系统，耕地会暂时性略有减少，但是其生态效益是巨大的。虽然各种生态工程技术逐渐发展，并最终会成熟起来，但绝不能走“先污染，后治理”的老路。]
9．甘肃某山区由于开采露天小铁矿等活动，自然生态系统完全被破坏，成为一片废墟。为尽快使该山区恢复到原有自然生态系统状态，应采取的最好措施是在这片废墟上( )
A．回填土壤，引进多种外来物种，重建新的生态系统
B．撤出人类全部活动，实行全面封闭，等待自然恢复
C．回填土壤，栽培当地经济农作物，发展农业生产
D．回填土壤，栽种多种当地原有的植物，实行封山育林
D [解答本题首先应明确题干中提供的信息：①原有的自然生态系统完全被破坏；②尽快恢复原状的最佳措施是回填土壤为栽种植物提供生存条件。然后再由选项并结合生态工程所遵循的基本原理作答。]
10．湿地是地球上生物生产力最大的生态系统之一。它是天然的蓄水池，并能过滤和分解水中的污染物进而改善水质，被誉为“地球之肾”。湿地类型众多，如红树林、河流、湖泊和稻田等。
(1)湿地由于其特殊的水文及地理特征，具有___________________________等生态功能。
(2)与生物多样性丰富的湖泊相比，稻田的______稳定性较低。
(3)调查表明，我国相当一部分湖泊已不同程度富营养化，原因是含氮、磷等元素丰富的污染物的排放量超过了湖泊______________的限度，使其自动调节能力下降。造成富营养化水体中鱼类大量死亡的原因有_________________
___________________________________________________________________
_________________________________________________________________等。
(4)湿地面积的缩小会导致局部气候变恶劣、_________________________
____________________________________________________________等。
(5)湿地生态恢复工程就是采用________和______措施相结合的方法，如废水处理、______________污染控制、土地处理工程以及__________________等，使受干扰的湿地得以恢复。
[解析] (1)湿地可以调节水流量和控制洪水，可以补充地下水，同时还可以净化水质。(2)生物多样性越丰富，其抵抗力稳定性越高，恢复力稳定性越低。稻田的物种多样性低，因此它的抵抗力稳定性比湖泊的低。(3)自动净化能力是湖泊恢复到以前正常状态的能力，是有限度的，超过了限度就会造成破坏。水体富营养化导致藻类大量繁殖，产生毒素并消耗水中的氧气，造成鱼类大量死亡。(4)(5)见答案。
[答案] (1)调节水流量和控制洪水(蓄洪抗旱)、净化水质(答案合理即可) (2)抵抗力 (3)自动净化能力 溶氧量下降、有毒物质增加 (4)地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹(答案合理即可) (5)工程学 生态学 点源和非点源 动植物物种引进
11．如图表示某人工设计的生态系统，下列叙述错误的是( )
A．该生态系统经过能量多级利用，提高了系统总能量利用效率
B．该生态系统的分解者是蝇蛆和蚯蚓，促进了系统中物质和能量循环流动的进行
C．合理使用农家肥可提高葡萄和蔬菜的产量
D．该生态系统遵循了循环原理，但各营养级之间的能量传递效率并未提高
B [该生态系统遵循了循环原理，生态系统经过能量多级利用，虽然没有提高能量的传递效率，但提高了系统总能量利用效率，选项A、D正确；该生态系统的分解者是蝇蛆和蚯蚓，促进了系统中的物质循环，但能量流动是单向的、不循环的，选项B错误；合理使用农家肥，不仅能提供无机盐，还能提供二氧化碳，增强光合作用效率，从而提高葡萄和蔬菜的产量，选项C正确。]
12．浙江慈溪采用聚乙烯发泡板为人工浮床，在富营养化污水中栽培绿萝、美人蕉和龟背竹，从而使污染水体得到净化。下列关于人工浮床净化水体机理的叙述，正确的是( )
A．植物吸收水中悬浮物，提高水体透明度
B．浮床上的植物不能吸收水中的NO、PO等离子，不能降低水中氮、磷等含量
C．浮床遮挡部分光，抑制浮游藻类的生长繁殖，防止水华发生
D．浮床下方水体氧气浓度升高，减少了微生物种类和数量
C [植物不能吸收水中的悬浮物，选项A错误；水体富营养化指的是水中富含N、P等营养物质，栽培的植物可以吸收利用水中的无机盐，从而降低水体富营养化的程度，选项B错误；浮床可以遮挡光照，使得水体中的藻类不能进行光合作用，抑制其生长繁殖从而避免水华的发生，选项C正确；浮床下方水体氧气浓度降低，选项D错误。]
13．(不定项)如图为利用自然生态系统净化污水的一种大面积、敞开式污水处理池塘(氧化塘)。请据图分析，下列叙述错误的是( )
A．图中A可以表示氧气，B可以表示二氧化碳、无机盐等
B．由图示可知，氧化塘净化污水的途径有物理沉降和微生物的分解作用
C．氧化塘实现净化污水的原理主要是利用细菌和藻类的分解作用来分解有机污染物
D．随着距水面深度的不断增加，不同水层微生物的呼吸作用类型变化顺序可能是需氧型、兼性厌氧型、厌氧型
C [流入的污水经沉淀后被污泥中的微生物分解，分解产生的二氧化碳和无机盐又被藻类等生产者利用，A项正确；整个过程中既有物理沉降又有微生物的分解作用，B项正确；这个过程中细菌起分解作用，而藻类属于生产者，进行光合作用产生氧气和有机物，不能称为分解作用，C项错误；随着距水面深度的增加，溶氧量不断下降，不同水层的微生物呼吸作用类型可能依次是需氧型、兼性厌氧型和厌氧型，D项正确。]
14．(不定项)下列关于生态工程的叙述，正确的是( )
A．窦店村综合发展型生态工程建立了良好的物质多级循环利用程序
B．在城市环境治理中，实现垃圾分类处理体现了循环原理
C．对湿地的恢复，只要注意退耕还湿地或建立自然保护区就可以了
D．我国的生态工程应该以经济和社会效益为主要目标
AB [北京郊区窦店村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程，符合循环原理，A正确；在城市环境治理中，实现垃圾分类处理，充分利用废弃物中的物质和能量，体现了循环原理，B正确；对湿地的恢复，不仅要注意退耕还湿地和建立自然保护区，还要注意控制污染源、废水处理等问题，C错误；生态工程应该以自然、经济和社会效益为主要目标，保障生态系统的平衡和稳定，D错误。]
15．(2020·全国卷Ⅱ)植树造林、“无废弃物农业”、污水净化是建设美丽中国的重要措施。回答下列有关生态工程的问题：
(1)在植树造林时，一般认为，全部种植一种植物的做法是不可取的。因为与混合种植方式所构建的生态系统相比，按照种植一种植物方式所构建的生态系统，其抵抗力稳定性________。抵抗力稳定性的含义是_________________
_________________________________________________________________。
(2)“无废弃物农业”是我国利用生态工程的原理进行农业生产的一种模式，其做法是收集有机物质，包括人畜粪便、枯枝落叶等，采用堆肥和沤肥等多种方式，把它们转变为有机肥料，再施用到农田中。施用有机肥料的优点是___________________________________________________________________
_________________________________________________(答出3点即可)。
在有机肥料的形成过程中，微生物起到了重要作用，这些微生物属于生态系统组分中的________。
(3)在污水净化过程中，除发挥污水处理厂的作用外，若要利用生物来回收污水中的铜、镉等金属元素，请提供一个方案：_________________________
_________________________________________________________________。
[解析] (1)一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力越强，抵抗力稳定性就越高，因而，按照种植一种植物方式所构建的生态系统，其抵抗力稳定性会相对较低。抵抗力稳定性是指生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状或不受损害的能力。(2)施用有机肥可改善土壤的结构、培育土壤微生物、实现土壤养分的循环利用。微生物可作为分解者将有机肥料中的有机物分解为无机物。(3)在污水净化过程中，可种植能吸收污水中铜、镉等金属元素的水生植物，再从植物中回收金属。
[答案] (1)低 生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状或不受损害的能力 (2)改善了土壤结构；培育了土壤微生物；实现了土壤养分的循环利用 分解者 (3)种植能吸收这些金属元素的水生植物，再从植物中回收金属
7/7课时分层作业(13) 生态工程
题组一 生态工程概念、特点和建设目的
1．下列关于生态工程的叙述，错误的是( )
A．生态工程是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的新兴学科
B．生态工程力求达到生态效益、经济效益和社会效益的协调统一
C．生态工程是无消耗、多效益的工程
D．应用了自生、协调、整体和循环等原理
2．人们为了解决某些在农业、牧业、渔业等生产中产生的生态问题而采取了下列各项措施，其中会导致完全相反的结果的是( )
A．更好的人口控制方法
B．制造毒性更强、更有效的农药
C．合理地放养牲畜
D．科学合理地利用海洋资源
题组二 生态工程遵循的基本原理
3．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、烧柴以及收入等。以上做法依据的生态工程原理是( )
A．协调原理 B．整体原理
C．循环原理 D．以上都不是
4．我国西北地区土地沙化和盐渍化非常严重，原因有多种，其中一个主要原因是超载放牧，导致草地退化。试分析上述事实主要违背的生态工程原理是( )
A．自生原理 B．协调原理
C．循环原理 D．整体原理
5．自开展“南京莫愁湖物理生态示范实验研究”开始，相继引种了浮水植物、沉水植物等共计10余种，在围隔区内已经形成了以沉水植物为优势的水生植物群体。试验区内营养盐的浓度得到有效控制，如试验区内氨氮和总氮仅分别为试验区外的1/13和1/5，有效地改善了水质。
(1)此项生态工程依据的生态学原理有_______________________________。
(2)生态工程的调控机制是________________________________________，
主要利用的能源是___________________________________________。我国的生态工程建设中，____________仍起着较大作用，强调按预期目标，因地制宜地调整复合生态系统的结构和功能。
(3)生态工程的主要目的在于________________________________________
_______________________________________________________________。
题组三 生态工程的实例
6．生态农业是一个生态上自我维持的农业生态系统，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。下列不属于生态农业生产方式的是( )
A．病虫害的生物防治
B．作物轮作、套种
C．使用化肥提高作物产量
D．秸秆等农业废弃物的资源化利用
7．下列关于湿地生态恢复工程的叙述，错误的是( )
A．该工程采用工程和生物措施相结合的方法
B．要建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰
C．对湿地的恢复，只注意退耕还湿地或建立自然保护区就可以
D．湿地的恢复除利用生物工程手段外，还要依靠自然演替机制恢复其生态功能
8．下列关于生态工程的问题和对策的理解，正确的是( )
A．建立农村综合发展型生态工程，是解决我国人多地少问题的唯一途径
B．湿地生态恢复工程会加剧人多地少的矛盾，对人类发展不利
C．矿区生态环境的恢复工程中关键的措施是植被恢复
D．只要各种生态工程技术发展成熟，我们完全可以走“先污染，后治理”的老路
9．甘肃某山区由于开采露天小铁矿等活动，自然生态系统完全被破坏，成为一片废墟。为尽快使该山区恢复到原有自然生态系统状态，应采取的最好措施是在这片废墟上( )
A．回填土壤，引进多种外来物种，重建新的生态系统
B．撤出人类全部活动，实行全面封闭，等待自然恢复
C．回填土壤，栽培当地经济农作物，发展农业生产
D．回填土壤，栽种多种当地原有的植物，实行封山育林
10．湿地是地球上生物生产力最大的生态系统之一。它是天然的蓄水池，并能过滤和分解水中的污染物进而改善水质，被誉为“地球之肾”。湿地类型众多，如红树林、河流、湖泊和稻田等。
(1)湿地由于其特殊的水文及地理特征，具有___________________________等生态功能。
(2)与生物多样性丰富的湖泊相比，稻田的______稳定性较低。
(3)调查表明，我国相当一部分湖泊已不同程度富营养化，原因是含氮、磷等元素丰富的污染物的排放量超过了湖泊______________的限度，使其自动调节能力下降。造成富营养化水体中鱼类大量死亡的原因有_________________
___________________________________________________________________
_________________________________________________________________等。
(4)湿地面积的缩小会导致局部气候变恶劣、_________________________
____________________________________________________________等。
(5)湿地生态恢复工程就是采用________和______措施相结合的方法，如废水处理、______________污染控制、土地处理工程以及__________________等，使受干扰的湿地得以恢复。
11．如图表示某人工设计的生态系统，下列叙述错误的是( )
A．该生态系统经过能量多级利用，提高了系统总能量利用效率
B．该生态系统的分解者是蝇蛆和蚯蚓，促进了系统中物质和能量循环流动的进行
C．合理使用农家肥可提高葡萄和蔬菜的产量
D．该生态系统遵循了循环原理，但各营养级之间的能量传递效率并未提高
12．浙江慈溪采用聚乙烯发泡板为人工浮床，在富营养化污水中栽培绿萝、美人蕉和龟背竹，从而使污染水体得到净化。下列关于人工浮床净化水体机理的叙述，正确的是( )
A．植物吸收水中悬浮物，提高水体透明度
B．浮床上的植物不能吸收水中的NO、PO等离子，不能降低水中氮、磷等含量
C．浮床遮挡部分光，抑制浮游藻类的生长繁殖，防止水华发生
D．浮床下方水体氧气浓度升高，减少了微生物种类和数量
13．(不定项)如图为利用自然生态系统净化污水的一种大面积、敞开式污水处理池塘(氧化塘)。请据图分析，下列叙述错误的是( )
A．图中A可以表示氧气，B可以表示二氧化碳、无机盐等
B．由图示可知，氧化塘净化污水的途径有物理沉降和微生物的分解作用
C．氧化塘实现净化污水的原理主要是利用细菌和藻类的分解作用来分解有机污染物
D．随着距水面深度的不断增加，不同水层微生物的呼吸作用类型变化顺序可能是需氧型、兼性厌氧型、厌氧型
14．(不定项)下列关于生态工程的叙述，正确的是( )
A．窦店村综合发展型生态工程建立了良好的物质多级循环利用程序
B．在城市环境治理中，实现垃圾分类处理体现了循环原理
C．对湿地的恢复，只要注意退耕还湿地或建立自然保护区就可以了
D．我国的生态工程应该以经济和社会效益为主要目标
15．(2020·全国卷Ⅱ)植树造林、“无废弃物农业”、污水净化是建设美丽中国的重要措施。回答下列有关生态工程的问题：
(1)在植树造林时，一般认为，全部种植一种植物的做法是不可取的。因为与混合种植方式所构建的生态系统相比，按照种植一种植物方式所构建的生态系统，其抵抗力稳定性________。抵抗力稳定性的含义是_________________
_________________________________________________________________。
(2)“无废弃物农业”是我国利用生态工程的原理进行农业生产的一种模式，其做法是收集有机物质，包括人畜粪便、枯枝落叶等，采用堆肥和沤肥等多种方式，把它们转变为有机肥料，再施用到农田中。施用有机肥料的优点是___________________________________________________________________
_________________________________________________(答出3点即可)。
在有机肥料的形成过程中，微生物起到了重要作用，这些微生物属于生态系统组分中的________。
(3)在污水净化过程中，除发挥污水处理厂的作用外，若要利用生物来回收污水中的铜、镉等金属元素，请提供一个方案：_________________________
_________________________________________________________________。
7/7第3节 生态工程
举例说明根据生态学原理、采用系统工程的方法和技术，达到资源多层次和循环利用的目的，使特定区域中的人和自然环境均受益。 1．生命观念——通过相关生物学概念的学习，用稳态和平衡观理解生态工程的建设。2．科学思维——通过运用生态工程原理分析生态环境及解决对策。3．社会责任——运用生态工程原理指导生态工程建设。
一、生态工程的基本原理
1．关注生态工程建设
(1)生态工程的概念
(2)进行生态工程建设的目的
遵循生态学规律，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。
(3)特点：少消耗、多效益、可持续。
2．生态工程所遵循的基本原理
(1)自生原理
①概念：由生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持。
②基础：生态系统的结构与功能，主要包括以下两个方面：
a.个体水平：生物个体能够进行新陈代谢、再生更新等；
b.系统水平：生物之间通过各种相互作用(特别是种间关系)进行自组织，实现系统结构与功能的协调，形成有序的整体。
③应用自生原理设计生态工程时遵循的原则
a.需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设。
b.需要创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖，以及它们形成互利共存关系的条件。
(2)循环原理
①概念：在生态工程中促进系统的物质迁移与转化，既保证各个环节的物质迁移顺畅，也保证主要物质或元素的转化率较高。
②应用循环原理设计生态工程时遵循的原则
实现物质不断循环，使前一环节产生的废物尽可能地被后一环节利用，减少整个生产环节“废物”的产生。
③意义：减少整个生产环节“废物”的产生。
(3)协调原理
①理论基础：生物与环境、生物与生物的协调与适应。
②应用协调原理设计生态工程时遵循的原则
a．生物与环境、生物与生物的协调与适应。
b．考虑环境容纳量，不能超过环境承载力的限度，否则会引起系统的失衡与破坏。
③意义：可避免系统的失衡和破坏。
(4)整体原理
①应用整体原理设计生态工程时遵循的原则
a．要遵从自然生态系统的规律，各组分之间要有适当的比例，不同组分之间应构成有序的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。
b．不仅要考虑自然生态系统的规律、更要考虑经济和社会等系统的影响力。
②实例：在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面一定要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。
问题：设计桑基鱼塘农业生产模式时需要考虑的因素有哪些？
提示：(1)首先要考虑合适的陆地与水面的配比，需要考虑栽种作物与养殖动物的关系。
(2)池塘养鱼也应考虑不同鱼种的关系。
二、生态工程的实例和发展前景
1．生态工程的实例
(1)农村综合发展型生态工程
①问题：农村人口多，人多地少，产出不足。
②对策：建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用。
③案例：北京郊区的某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。
(2)湿地生态恢复工程
①湿地的作用：具有蓄洪防旱，调节区域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和其他多种动植物提供栖息地，以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。
②问题：湿地的缩小和破坏问题。
③对策
a．采用工程学和生态学措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复。
b．在湿地周围建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。
④案例：厦门筼筜湖的生态恢复工程。
(3)矿区废弃地的生态恢复工程
①问题：山体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏。
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，关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。
③案例：我国赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。
2．生态工程的发展前景
(1)我国生态工程存在的问题
①缺乏定量化模型的指导，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的支持，缺乏理论性指导等。
(2)我国面临的生态危机
①生态危机：不单纯是环境污染问题，而是与人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合在一起的“并发症”。
②解决措施：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，需要生态工程发挥作用。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．生态工程是无消耗、多效益、可持续的工程体系。 ( )
2．在建设高新农业时，沼气池的建立遵循了循环原理。 ( )
3．湿地的恢复除利用生物工程手段外，还要依靠自然演替机制恢复其生态功能。 ( )
4．矿区废弃地生态恢复工程的关键是植被恢复和土壤微生物群落的重建。 ( )
5．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。 ( )
提示：1．× 生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。
2．√ 3．√ 4．√ 5．√
生态工程的基本原理
1．生态工程建设的原因分析
(1)传统农业的生产模式——石油农业
①模式内容：大量使用化肥、农药、机械的农业生产模式。
②弊端：不注重生态环境的保护，没有考虑成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
(2)生态工程与传统农业的比较
比较项目 生态工程 传统农业
基本原理 生态学、工程学 工程学
调节机制 人为辅助下的自我调节 人为调控
与环境的关系 协调 破坏环境
主要能源 太阳能 化学能
生物多样性 得到保护 减少
2．生态工程的基本原理
项目 理论基础 意义 实例
自生 自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持 实现系统结构和功能的协调，形成有序的整体 湿地生态工程建设有效选择生物组分、合理布设，并创造有利条件
循环 物质循环 减少整个生产环节“废物”的产生，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”
协调 生物与生物、生物与环境的协调与适应 生物数量不超过环境承载力，避免系统的失衡和破坏 西北地区的防护林建设出现的问题
整体 社会、经济、自然构成的复合系统 统一协调各种关系，保障生态系统的平衡和稳定 林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题
1．“西部大开发”是国家为振兴西部提出的宏观决策，在我国西北地区进行防护林建设时，没有种植适应当地环境的树种，而是大量种植了不适应当地环境的杨树。这主要是违背了什么原理？
提示：违背了协调原理。
2．我国的植树造林运动在世界上规模最大，因而人工林面积占世界首位，请对我国的植树造林运动提出建设性意见。
提示：植树造林时，要根据自生原理和协调原理，树种绝不能单一，还要根据当地的气候、土壤等条件，因地制宜地植树。
1．“无废弃物农业”是生态工程最早的模式之一。如图是“无废弃物农业”中对有机废弃物进行处理的一种方案。下列有关叙述错误的是( )
A．施用有机肥能为作物提供更多的营养物质和能量
B．该模式遵循循环原理、整体原理等基本原理
C．从资源化、无害化角度分析，途径②③优于④
D．蚯蚓、沼气池中的微生物等分解者能有效促进物质循环利用
A [施用有机肥通过微生物的分解，能为作物提供更多的营养物质，不能提供能量，A错误；“无废弃物农业”生产模式，遵循循环原理、整体原理等基本原理，B正确；从资源化、无害化角度分析，通过多层分级利用有机废弃物中的物质，既充分利用有机物中的能量，又减少了环境污染，因此途径②③优于④，C正确；分解者可以把生产者的枯枝败叶和遗体残骸、消费者的遗体遗骸和粪便分解为无机物，能有效促进物质循环利用，D正确。]
2．下列关于生态工程基本原理的叙述，错误的是( )
A．遵循自生原理，需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设
B．循环原理是指在生态工程中促进系统的物质迁移和转化
C．协调原理不需要考虑环境的容纳量，但应处理好生物与环境的关系
D．遵循整体原理，要遵从自然生态系统的规律
C [协调原理要考虑环境的容纳量，如果生物的数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏。]
生态工程基本原理的判断方法
(1)强调物质循环、废物利用、减轻环境污染→循环原理。
(2)体现物种多，营养关系复杂→自生原理。
(3)强调生物与环境、生物与生物的协调与平衡，涉及环境承载力→协调原理。
(4)涉及自然、经济和社会，指整个系统，如林业生态工程建设→整体原理。
生态工程的实例和发展前景
1．建立生态工程的原则
生态工程需要根据工程的目的，以及当地自然、社会和经济的情况，从系统的不同角度综合考虑问题。因此，不但要考虑生态学原理，而且要考虑经济和社会的实际状况，通过系统学、工程学的设计，在充分利用自然的基础上，考虑节省投资和维护成本，提供务实、可持续的解决方案。
2．生态工程实例的比较
实例 原理 对策 注意问题
农村综合发展型生态工程 自生原理、循环原理、协调原理、整体原理 建立农村综合发展型生态工程 (1)核心：沼气工程(2)优点：农、林、牧、副、渔业等全面发展，开发可以更新的资源，减少环境污染
湿地生态恢复工程 协调原理、整体原理 控制污染、退耕还湿地 (1)主要措施：退耕还湿地(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 协调原理、整体原理 修复土地、恢复植被 (1)改良表土(2)种植耐旱的灌木、草和树(3)合理确定载畜量
3．生态工程的设计
(1)技术设计：技术设计是整个生态工程建设的核心环节。即通过改变食物链(网)的方法，提高系统本身的迁移、转化、再生物质和利用能量的能力，充分利用原料、产品、副产品以及时间和营养生态位，提高整体的综合效益。
(2)常用方法
①食物链(网)的“相接”。即连接平行的原本不相连接的种类，形成互利共生网络，提高效率，促进物质的良性循环。
②食物链(网)的“加环”。即在食物链(网)中增加一些环节，以充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量，促使物质循环和能量流动的路径畅通，发挥生产潜力，提高生态效益、经济效益和社会效益。
中国和西方国家生态工程建设的差异
(1)西方国家的生态工程以治理环境污染为目标，主要通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中于对破坏的生态系统进行生态恢复。
(2)我国的生态工程建设不但重视对生态环境的保护，更注重与经济和社会效益的结合。
1．设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，如图就是一种“加环”示意图。下列叙述错误的是( )
A．用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益
B．用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质的多级利用
C．图中的箭头可表示物质循环和能量流动
D．该生态工程的运转离不开人的管理
C [用玉米的副产品玉米芯产生木糖醇、残渣来培育食用菌和蛆蛹实现了废弃物的资源化，实现了物质的多级循环利用，生态工程的正常运转离不开人的管理，将蛆蛹粪便还田，运用了循环原理，但是能量是不能循环利用的。]
2．纪录片《穹顶之上》引起了全国人民对雾霾的关注和讨论，而天津港火灾爆炸事故遗址将在彻底清理后建设海港生态公园，这再次使人们关注生态环境与生态经济问题，生态工程的建设已经成为社会关注的热点。如图为某地一生态工程建设模式图，请据图回答有关问题：
(1)从能量流动的意义分析，该生态工程实现了_______________________
________________________________________________________________。
(2)该生态工程借鉴了“无废弃物农业”，其主要体现了生态工程的________原理，与此密切相关的主要生物类群在生态系统的组成成分中属于________。
(3)在进行生态工程建设时，要根据当地的实际条件，因地制宜地进行，在矿区废弃地的生态恢复工程中，恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？_____________________________________________________________
__________________________________________________________________。
[解析] (1)该生态工程实现了物质和能量的多级利用。从能量流动的意义分析，该生态工程实现了能量的多级利用，提高了能量的利用率。(2)图中生态工程主要是借鉴了“无废弃物农业”，主要体现了生态工程循环原理，与此密切相关的生物为腐生细菌和真菌等分解者。(3)矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长，因此恢复植被的措施是植树和种草，而不是种植农作物。
[答案] (1)能量的多级利用，提高了能量的利用率 (2)循环 分解者 (3)矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长
生态农业设计原则
(1)应当体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则。
(2)应当能构成一个合理的生产结构。
(3)应当体现充分利用自然界的物质和能量资源的原则。
(4)应当体现减少环境污染的原则。
(5)应当充分考虑经济、社会和生态的综合效益。
(6)所设计的农业生态系统，从理论上看应当能实现良性循环。
如图为农村综合发展型生态工程示意图。
由材料分析知，农村综合发展型生态工程中增加“环节”，使废弃物充分利用且提高了能量的利用率，这与生态工程的原理密切相关，由此形成了生命观念、科学思维和社会责任的学科素养。
1．从生态学角度分析，人们建立上图所示农业生态系统的主要目的是什么？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哪些原理？(生命观念、科学思维)
提示：实现物质的循环再生和能量的多级利用；体现了生态工程的循环原理和自生原理。
2．从环境保护角度分析，该生态工程能生产出无公害大米的原因是什么？(科学思维、社会责任)
提示：减少了化肥和农药的使用量，减少了环境污染。
3．从细胞代谢的角度分析，将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量的原因是什么？(生命观念、科学思维)
提示：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。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 要 点 强 化 识 记
1．核心概念生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，对人工生态系统进行分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行修复、重建，从而提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。2．结论语句(1)生态工程建设的目的是遵循生态学的规律，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)生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。(3)生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循着整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。(4)在进行生态工程建设时，应当根据当地的实际条件，因地制宜地进行。(5)湿地生态恢复工程是采用工程学和生态学措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复；而矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。
1．(不定项)下列关于生态工程的叙述，正确的是( )
A．生态工程研究的对象是社会—经济—自然复合生态系统
B．“退耕还林”“退耕还草”属于生态工程的内容
C．生态工程应遵循“整体、协调、循环、自生”的原则
D．生态工程的目的是环境保护
ABC [生态工程研究的对象是社会—经济—自然复合生态系统，其目的不单纯是环境保护，而是要实现社会、经济、自然的协调发展，共同进步。]
2．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。这种做法体现了( )
A．实行“循环经济”的原则
B．低消耗，多效益原则
C．遵循自生和协调原理
D．建立社会—经济—自然复合系统
C [自生原理和协调原理都是生态工程建设中应当遵循的。进行牧区草场建设时，既要考虑系统结构和功能的复杂性，又要考虑生物与环境的协调平衡，才能保证生态系统的稳定。]
3．下列做法依据的生态工程原理依次是( )
①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 ②我国古代的“无废弃物农业” ③在西北降水量少的地区种植灌木和草 ④湿地生态工程建设时既要有效选择生物成分，进行合理布设，又要创造有利的条件
a．自生原理 b．协调原理 c．循环原理 d．整体原理
A．a、b、c、d B．d、c、b、a
C．d、c、a、b D．b、c、d、a
B [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，依据的是整体原理，从而实现社会—自然—经济复合系统的平衡和稳定，d符合①；我国古代的“无废弃物农业”依据的是循环原理，从而避免了环境的污染，有利于系统的稳定和发展，c符合②；在西北降水量少的地区种植灌木和草，依据的是协调原理，b符合③；湿地生态工程建设时既要有效选择生物成分，进行合理布设，又要创造有利的条件，依据的是自生原理，a符合④。]
4．下列生态系统对于蓄洪防旱、自然净化污水具有非常重要的作用的是( )
A．矿区废弃地生态系统 B．湿地生态系统
C．草原生态系统 D．森林生态系统
B [湿地被誉为地球的“肾脏”，具有蓄洪防旱、调节气候、控制土壤侵蚀、自然净化污水等功能，其他生态系统在本题所叙述的两方面作用较小。]
5．我国南方某地环保部门向遭受严重污染的南湖中引入苦草、黑藻等沉水植物和螺蛳等底栖动物来修复该生态系统。如图所示为该生态系统修复后的部分生物的营养关系，请据图回答问题：
(1)在修复该生态系统时要控制污水流入的速率，除有利于有机污染物被充分分解外，还有利于植物对________的充分吸收，防止水体富营养化。该生态系统修复后物种丰富度逐渐增加，其群落演替类型是________。
(2)调查野鸭的种群密度常用__________法。当螺蛳数量增加时，草鱼和罗非鱼数量也会增多，螺蛳种群的增长就会受到抑制，这是生物群落内部____________的结果。
(3)苦草等沉水植物大量繁殖后，部分浮游植物的生物量下降，大型底栖动物的数量有所增加，这是在________水平上研究的结果。沉水植物通过一定的信息传递吸引浮游动物栖息于其叶表面，从而抚育出高密度的浮游动物群落。浮游动物能够大量捕食浮游藻类，也间接地控制了藻类的数量。这体现出信息传递的作用是能调节生物的________，以维持生态系统的稳定。
(4)该生态修复工程可将有机污染物充分地分解利用，这主要符合生态工程的________原理。若在此基础上，进一步建立一个集污水净化、休闲、养鱼为一体的新型多功能人工生态系统，其主要目的是设法调整能量流动关系，使能量持续高效地流向________________________。
[解析] (1)在生态系统修复时，调节污水流入的速率，既有利于微生物对有机污染物的充分分解，又有利于水生植物对无机盐(如N、P等)的充分吸收，防止水体富营养化。该生态系统修复后发生的群落演替类型属于次生演替。(2)对于活动能力强、活动范围大的动物，调查其种群密度常采用标记重捕法。当螺蛳数量增加时，草鱼和罗非鱼由于食物丰富，数量也会增多，这样，螺蛳种群的增长就会受到抑制，这是生物群落内部负反馈调节的结果。负反馈调节在生态系统中普遍存在，是生态系统自我调节能力的基础。(3)沉水植物大量繁殖后，会与浮游植物竞争营养物质和阳光，从而抑制浮游植物的生长，大型底栖动物由于食物丰富而数量增加，这是在群落水平上研究种间关系的问题。沉水植物通过信息传递吸引浮游动物并借助于浮游动物的捕食作用间接控制藻类的数量，这体现了信息传递能够调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。(4)该生态修复工程主要利用了生态工程的循环原理。若在此基础上进一步建立一个集污水净化、休闲、养鱼为一体的新型多功能人工生态系统，其主要目的是设法调整能量流动的关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
[答案] (1)无机盐 次生演替 (2)标记重捕 负反馈调节 (3)群落 种间关系 (4)循环 对人类最有益的部分
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