5．1 生态工程的基本原理
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。(重点) 3．尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策。(难点)
一、生态工程的概念(阅读教材P107～P109)
基本原理和方法
生态学、系统学
手段
系统设计和调控技术组装
目的
对已破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展
二、关注生态工程建设
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．原因：传统经济模式正在毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然资本。
3．生态经济
(1)原则：循环经济。
(2)特点：一个系统产出的污染物，能够成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化。
(3)手段：生态工程。
三、生态工程所遵循的基本原理(阅读教材P109～P113)
1．物质循环再生原理
(1)概念：物质能够在各类生态系统中进行区域小循环和全球地质大循环，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)理论基础：生态系统的物质循环。
(3)实例——无废弃物农业。
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抵抗力稳定性，可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力。
(2)理论基础：生态系统的抵抗力稳定性。
(3)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天敌相生相克的食物链，松毛虫肆虐一时。
②正面：由珊瑚虫和某些藻类共生组成的珊瑚礁区，物种繁多，系统稳定。
3．协调与平衡原理
(1)理论基础：生物与环境的协调与平衡。
(2)处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力，又称环境容纳量，它是指某种环境所能养活的生物种群的最大数量。
4．整体性原理
(1)理论基础：社会—经济—自然复合系统。(如图)
(2)合理应用：在进行生态工程建设时，不但要考虑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。
(3)意义：只有应用整体性原理，才能统一协调当前与长远、局部与整体、开发与环境建设之间的关系，保障生态系统的平衡和稳定。
5．系统学和工程学原理
(1)系统的结构决定功能原理
①理论基础：分布式优于集中式和环式。
②合理应用：生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。在分布式的结构中，一般局部故障，不至于造成整个网络的瘫痪。
(2)系统整体性原理
①理论基础：整体功能大于部分之和。
②合理应用：系统的各组分之间要有适当的比例关系，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之和的效果，即“1＋1>2”。
连一连
判一判
(1)“石油农业”是大量使用化肥、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。(√)
(2)实现原料→产品→原料的生产体系，可使废弃物资源化。(√)
(3)(2018·东北师大附中高二检测)“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理。(×)
(4)在建设高新农业时，沼气池的建立是遵循系统整体性原理。(×)
(5)系统的整体功能等于部分之和。(×)
(6)(2018·山东省实验中学高二期末)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。(√)
关注生态工程建设
探究1 传统经济发展模式和传统农业生产模式存在的问题
资料1：1998年夏季，长江洪水泛滥，根本原因是长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减小。
资料2：石油农业大量使用化肥、农药、机械等，已造成资源破坏和农业环境污染，对社会的可持续发展造成很大障碍。
(1)洪灾的发生反映出传统经济发展模式存在什么问题？
提示：传统经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
(2)石油农业为什么难以满足社会发展的需求？
提示：石油农业产生的废弃物和有害物质的数量庞大，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。
探究2 生态农业常见类型
(1)人工建立的高产稳产的农业生态系统，做到蚕粪养鱼，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收，如图所示：
该生态农业类型为桑基鱼塘模式。
(2)该生态系统利用农作物发展养殖业，利用废弃物实现物质的循环，保证能量的多级利用，如图所示：
该生态农业类型为沼气农田立体养殖模式。
传统农业、现代农业和生态农业的比较
概念
优点
缺点
传统农业
简单的种植业
不产生严重的环境污染
结构简单，能量流动、物质循环水平低，经济效益低
现代农业
利用石油等提高农作物产量的生产方式
大量使用化肥、农药和机械动力，获得较高的经济效益
过量施用化肥、农药，严重污染环境
生态农业
运用生态学原理，建立的综合农业生态体系
通过物质多级利用，增加经济效益，净化环境
很难经得起较大经济环境和生态环境的冲击
交汇点1 物质循环与能量流动的关系
(1)物质循环：主要以____________形式在生物圈内进行，特点是具有全球性和循环性。
(2)能量流动：以有机物为载体，在生态系统各营养级之间进行，特点是____________、逐级递减。
(3)物质作为能量的____________，能量作为____________，物质循环和能量流动同时进行，相互依存。
交汇点2 生态农业的概念
按照生态学原理和经济学原理，运用现代科学技术成果和现代管理手段，以传统农业的有效经验建立起来的，能够获得较高的____________效益、____________效益和____________效益的现代农业。
答案：交汇点1
(1)无机物 (2)单向流动 (3)载体 动力
交汇点2
经济 生态 社会
1．下列关于生态工程的说法，错误的是( )
A．与传统工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系
B．能防止环境破坏和环境污染
C．遵循生态系统物质循环规律，能提高能量利用率
D．生态工程能解决所有环境问题，可以走“先污染、破坏，后治理”的道路
解析：选D。生态工程不能解决所有的环境问题，不能走先污染、破坏，后治理的道路。
2．下列关于生态工程的叙述，不正确的是( )
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、再生”的原则
D．实施生态工程的目的是环境保护
解析：选D。生态工程研究的对象是社会—经济—自然复合生态系统，其目的不单纯是保护环境，而是要实现社会、经济、自然的协调发展，共同进步。
生态工程的基本原理
探究1 分析以下实例利用了何种生态工程原理
(1)下图是“无废弃物农业”物质和能量流动图。
该图所体现的主要生态工程原理是物质循环再生原理。
(2)在辽宁西部的章古台地区，最初进行林带建设时，单一种植了大片的樟子松林，由于没有一条昆虫与其天敌相生相克的食物链，使得偶然滋生的松毛虫肆虐一时，很多地方的樟子松因此奄奄一息，甚至成为鸟兽了无踪影的“不毛之地”。同样的原因，前几年仅一种小小的杨树天牛就将宁夏、内蒙古等地的几十亿株杨树毁于一旦。
该资料所体现的主要生态工程原理是物种多样性原理。
(3)我国西北一些地区年降雨量小于450 mm，是只适宜种植灌木和草的地区，但却被硬性规定种植属于乔木的杨树，以致到处都是“杨家将”。生态的不适应使许多地方的杨树长成半死不活的“小老头”状，远不如当地树种那样有较高的生态适应性，结果防护林成了残败的“灰色长城”。
该资料所体现的主要生态工程原理是协调与平衡原理。
探究2 判断生态工程原理的方法
(1)如果强调充分利用废弃物，则为物质循环再生原理。
(2)如果强调生态系统稳定性，则为物种多样性原理。
(3)如果强调各成分之间关系，则为协调与平衡原理。
(4)如果强调社会、经济和自然协调统一，则为整体性原理。
(5)如果强调整体大于部分之和，则为系统整体性原理。
以上所述只是一般规律，如果遇到特殊情况，还要具体分析，一个生态工程也可能涉及多个原理。
(1)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，请你对我国的植树造林提出建设性意见。
提示：植树造林时，要根据生物多样性原理和协调与平衡原理，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。
(2)你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗？
提示：豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌为豆科作物提供氮素，而豆科作物为其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；当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。
生态工程所遵循的基本原理
原理
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
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
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：整体功能大于各部分之和
保持很高的系统生产力
珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系
1．(2018·西安七十中高二期末)在帮助农民发展经济的同时，一定要注意一些实际问题，如“香蕉不宜在北方地区栽种”“苹果树不宜在热带地区栽种”，这主要体现了生态工程的什么原理( )
A．整体性原理
B．协调与平衡原理
C．物种多样性原理
D．物质循环再生原理
解析：选B。生物只有适应一定的环境才能正常生长，所以“香蕉不宜在北方地区栽种”“苹果树不宜在热带地区栽种”，这主要体现了生态工程的协调与平衡原理。
2．如图表示一种“甘薯＋奶牛＋沼气＋花木＋龙虾＋食用菌”的生态农业模式，下列有关描述正确的是( )
A．图中可以组成的食物链是甘薯藤→奶牛→牛粪
B．该生态系统的设计遵循了物质循环再生原理、物种多样性原理等生态学原理
C．图中只有生产者、消费者和分解者3种成分
D．青贮的目的是通过微生物有氧呼吸，分解甘薯藤中的有机物，有利于奶牛的消化吸收
解析：选B。食物链是由生产者和消费者组成的，即甘薯藤→奶牛。生态学原理很多，该生态系统的特点是物质循环利用，即主要利用了物质循环再生原理和物种多样性原理。图中具有生态系统的四种成分：甘薯、花木等属于生产者，沼气池中的微生物、食用菌、底泥中的腐生微生物等都属于分解者，奶牛属于消费者，沼渣属于非生物的物质和能量。甘薯藤青贮就是通过微生物的发酵(无氧呼吸)，将甘薯藤中不容易被奶牛消化吸收的有机物分解为较易吸收的有机物，提高物质和能量的利用率。
整体性原理≠系统整体性原理
(1)整体性原理是指人类处在一个社会、经济、自然复合而成的巨大系统中。建立在对系统成分的性质及相互关系充分了解基础上的整体理论，是解决生态环境问题的必要基础。
(2)系统整体性原理属于系统学和工程学原理之一。系统整体性是指系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质和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。
核心知识小结
[要点回眸]
[答题必备]
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，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。
生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。
运用生态工程可对遭到破坏的生态环境进行修复和重建。
生态经济主要通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现废物资源化。
生态工程的基本原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理。
[随堂检测]
1．有关传统经济与生态经济的叙述，错误的是( )
A．传统经济发展是以资源的过度开发、损毁、低效利用造成巨大环境污染为代价的
B．污染物的资源化是很难实现的，故污染物是不可利用的资源
C．生态工程是实现生态经济的重要手段之一
D．只有坚持可持续发展，才能实现生态、社会、经济协同发展
解析：选B。生态经济的优点是实现废弃物的资源化，从而减少环境污染，即遵循“循环经济”的原则，如对一个系统的污染物采取一定的措施和技术进行回收和循环利用，不但减少了污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源浪费。
2．建设生态农业时巧设、增设食物链的目的不包括( )
A．努力实现物质的分层次多级利用
B．减轻对环境的污染，提高抵抗力稳定性
C．加强生物防治，控制有害生物的危害
D．实现物质和能量的循环，使废物资源化
解析：选D。建设生态农业时巧设、增设食物链可以实现物质的分层次多级利用，但能量不能循环利用。
3．材料1：实施沼气工程，是我国政府为改善农村环境和发展农村经济大力推广的一种生态工程。
材料2：地衣中的真菌和藻类互利共生，当把它们分开时，两者都不能正常生长。
材料3：居住在林区的农民，“靠山吃山”是他们生活的根本。当进行林业工程建设时，一方面号召农民种树，另一方面考虑林区农民的生活问题，使改善生态和发展经济结合起来，才能真正做到造林护林。
上述材料依据下列哪些生态工程原理( )
①物质循环再生原理 ②物种多样性原理 ③协调与平衡原理 ④整体性原理 ⑤系统整体性原理 ⑥系统的结构决定功能原理
A．①⑤④ B．②④⑥
C．③④⑤ D．①③④
解析：选A。物质循环再生原理：物质能够在各类生态系统中进行区域小循环和全球地质大循环，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。地衣中的真菌和藻类单独存在时，两种生物都不能很好地生活，但是在一起的时候就出现了一种“1＋1＞2”的效果，体现了系统整体性原理。所谓生态工程的整体性原理，是指人类所处的自然系统、经济系统和社会系统所构成的巨大复合系统，三者相互影响而形成统一整体。
4．我国南方桑基鱼塘是低洼稻田挖深做塘，塘内养鱼，塘基上种桑，用桑养蚕，蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕三丰收，大大提高了系统生产力。这种模式主要应用了生态工程遵循的哪个原理( )
A．系统学和工程学原理
B．整体性原理
C．物种多样性原理
D．物质循环再生原理
解析：选A。我国南方水网地区的桑基鱼塘模式，主要应用了生态工程的系统学和工程学原理，即把很多单个生产系统通过优化组合，有机地整合在一起，成为一个新的高效生态系统，大大提高了系统生产力。
5．下列说法错误的是( )
A．“三北”防护林建设时没有遵循物种多样性原理，易暴发虫害
B．我国西北一些地区引种杨树，没有遵循协调与平衡原理，导致杨树不能正常生长
C．桑基鱼塘的建设遵循的是整体性原理
D．沼气池工程充分利用了物质循环再生原理
解析：选C。“三北”防护林建设时物种单一，易暴发虫害，这是因为未遵循物种多样性原理；我国西北一些地区年降雨量少，不适于杨树生长，引种杨树则是违背了协调与平衡原理；桑基鱼塘的模式遵循了系统的结构决定功能原理；沼气池工程能充分利用物质，遵循了物质循环再生原理。
6．(2018·衡水高二检测)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、沉水植物等水生植物共计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____________、____________、____________、____________和____________。
(2)生态工程的调控机制是________________，主要利用的能源是________。
(3)生态工程的主要目的在于_______________________________________________。
解析：(1)此项生态工程依据的生态学原理有物质循环再生原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理和物种多样性原理等。(2)生态工程是人为控制下的生态系统，具有自我调节能力，主要利用的能源是太阳能。(3)生态工程的主要目的在于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。
答案：(1)物质循环再生原理 协调与平衡原理 整体性原理 系统学和工程学原理 物种多样性原理
(2)人为辅助下的自我调节 太阳能
(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
7．请仔细读图，然后指出该生态农业的优点。
(1)生态农业设计的基本原理是：
①________________________________________________________________________，
②________________________________________________________________________。
(2)生态农业的优越性表现在_______________________________________________。
(3)在“农作物→猪→农户”这条食物链中，若农作物通过光合作用产出300摩尔氧气，则农作物同时产出______摩尔葡萄糖，农户从猪中获取的能量最多相当于________摩尔的葡萄糖。
解析：生态系统中能量多级利用和物质循环再生是生态学的基本理论，食物链是能量流动和物质循环的主渠道。这样，各种农产品的生产互相协调，互惠互利，实现了能量和物质的多级利用；人们可以利用生物种群之间的关系，对生物种群进行人为调节。用天敌减轻生物危害，用生产农产品的废弃物做饲料和肥料，减轻农药和化肥对环境的污染。能量在食物链中传递时是逐级递减的，传递效率约为10%～20%。光合作用生成6摩尔氧气同时生成1摩尔葡萄糖。生成300摩尔氧气，同时生成50摩尔葡萄糖。葡萄糖从农作物→猪→农户，农户最多获得50×20%×20%＝2摩尔葡萄糖。
答案：(1)①生态系统中能量多级利用和物质循环再生 ②环境与经济协调发展 (2)各种农产品的生产互相协调，互惠互利，实现了能量和物质的多级利用 (3)50 2
[课时作业]
一、选择题
1．生态农业的特点是在维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
解析：选C。生态农业是采用生态工程的基本原理实现的无污染、可持续发展的农业生产思路，病虫害的生物防治和废弃物的利用都能够避免环境污染，作物轮作、套种实现了土地的可持续利用，均符合生态原理。化肥的生产和使用会造成环境污染，同时不利于土地的利用。
2．下列做法符合生态经济的是( )
①建立“原料—产品—原料—产品”的无废弃物生产体系
②在资源消耗不增加甚至减少的条件下实现经济增长
③在经济产出不变甚至增加的条件下，向环境排放的废弃物大大减少
④先生产后治理，提高经济效益
A．①② B．①②③
C．②③ D．②③④
解析：选B。生态经济主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的废弃物，能够成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化。在肯定生态工程作用的同时，不要认为大自然有无限的生态恢复力量，更不能误认为只要有生态工程，就可以走发达国家先污染、破坏，后治理的老路。这样不仅会影响生态系统的可持续发展，同时还会受到大自然严厉的惩罚。
3．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了生态工程的什么原理( )
A．系统学和工程学原理 B．协调与平衡原理
C．物种多样性原理 D．整体性原理
解析：选B。协调与平衡原理是生态工程的基本原理之一，该原理的一个重要方面就是考虑环境承载力。
4．生态系统内即使某个物种由于某种原因而死亡，也会很快有其他物种占据它原来的生态位置，从而避免了系统结构或功能的失衡。这体现了生态工程的( )
A．协调与平衡原理 B．物种多样性原理
C．物质循环再生原理 D．整体性原理
解析：选B。生态系统的基本原理很多，题干材料反映的是生物多样性程度高，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件，因此体现的是生态工程的物种多样性原理。
5．(2018·福建八县一中高二期末)下列有关生态工程的原理和实例中，错误的是( )
选项
事例
相关的生态工程原理
A
无废弃物农业
遵循物质循环再生原理
B
在人工林中增加植被的层次
遵循物种多样性原理
C
无锡太湖水体富营养化引起大面积水华
违反协调与平衡原理
D
前面造林，后面砍林
违反系统学和工程学原理
解析：选D。无废弃物农业使物质能在生态系统中循环往复，分层分级利用，遵循了物质循环再生原理，A正确；在人工林中增加植被的层次，使物种数目增加，增加生态系统的稳定性，遵循物种多样性原理，B正确；无锡太湖水体富营养化引起大面积水华是违反了协调与平衡原理，C正确；前面造林，后面砍林是违反了整体性原理，D错误。
6．“猪→沼→茶”是华南山地丘陵地区常见的生态农业模式，由种植(茶树)、养殖(猪)、农户(人)和沼气生产(微生物)四个子系统构成。该生态农业模式( )
A．是由茶树、猪、人和微生物组成的生态系统
B．实现了能量的循环利用
C．使整个生产过程进入了废物资源化的良性循环
D．注重系统内部的自身调节作用，不需要外部投入
解析：选C。生态系统包括生物群落和无机环境。能量在生态系统中不能循环利用。该生态农业模式在注重系统内部自身调节作用的同时，还需要外部投入。
7．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．协调与平衡原理
解析：选C。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，即遵循整体性原理，才能从根本上达到治理和恢复生态系统的目的。
8．下列结构示意图能体现系统学和工程学原理的是( )
解析：选D。D项中，一般局部出现故障，不会造成整个网络瘫痪，很多生态系统也存在类似现象，如我国南方的桑基鱼塘模式，体现了系统的结构决定功能原理，即把很多个生产系统通过优化组合，有机地整合在一起，成为一个新的高效生态系统，大大提高了系统的生产力。
9．(2018·苏州高二检测)“菇—菜”立体栽培(如图)是充分利用温室大棚等设施的光、温度等环境优势，按照空间层次分布，形成优势互补和资源高效利用的生态农业模式之一。有关叙述不正确的是( )
A．图中X可代表CO2，Y可代表O2
B．该生态系统中食用菌属于分解者
C．菌渣作为有机肥为蔬菜提供了能量
D．该模式遵循了物质循环再生等生态工程原理
解析：选C。蔬菜光合作用产生的O2可用于食用菌的呼吸作用，同时食用菌呼吸作用产生的CO2可被蔬菜光合作用利用，故题图中X可代表CO2，Y可代表O2；食用菌分解有机物，属于分解者；菌渣作为有机肥，只能通过微生物的分解作用为蔬菜提供CO2和无机盐，蔬菜不能从菌渣中直接获取能量；该生态农业充分利用了菌渣等废弃物，遵循了物质循环再生等生态工程原理。
10.《四千年的农民》一书中记载了中国农民四千年来的耕作方法：积极种植能够固氮的豆科作物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，把它们转变为有机肥料，施用到农田中。下列不属于这种做法的优点是 ( )
A．改善了土壤结构
B．培育了土壤微生物
C．实现了土壤养分的循环利用
D．改变了土壤酸碱性
解析：选D。该做法体现了物质循环再生原理，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、钾和微量元素的循环利用，而不是改变了土壤的酸碱性。
二、非选择题
11．南京古泉生态农场是生态农业的典范。该农场将养猪、养鱼、沼气工程、养鸭、种植农作物、养蘑菇、种桑养蚕、种植果树等多个生产过程合理地、有机地结合起来，成为一种高效良性的循环，生态效益达到了良性发展。该系统工程的核心之一是沼气池，沼气的制作如图所示，请回答下列问题：
(1)在图中标出箭头，表示生产过程中的物质循环。
(2)如果将“无机物―→农田”这一环节去掉，对生态农业系统有何影响？
解析：若将“无机物→农田”这一环节去掉，将会使物质循环回路受阻，最终导致土壤肥力下降。
答案： (1)如下图所示：
(2)土壤中的无机物得不到补充，物质循环受到破坏，土壤肥力下降。
12．(2018·太原高二检测)一青年农民利用自己学习的生态学知识在自家庭院里建了一个小型农业生态系统。如图是该家庭生态工程的模式图，请据图分析回答下列问题：
(1)从图中可知，人类生活中所需的能源来自太阳能、沼气等。利用这些能源与利用煤炭相比，突出的优点是_____________________________________________________。
(2)该家庭生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是_____________________。
(3)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，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。与传统的工程相比较，生态工程是一类______________________的工程体系。
(4)生态工程所遵循的基本原理是____________、____________、协调与平衡原理、____________以及系统学和工程学原理。
解析：(1)太阳能、沼气等新能源的利用与煤炭的利用相比，突出的优点是减少了环境污染。(2)该家庭生态工程充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用。(3)生态工程建设的目的就是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。与传统的工程相比较，其优点是少消耗、多效益、可持续。(4)生态工程所遵循的基本原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、整体性原理、协调与平衡原理以及系统学和工程学原理。
答案：(1)减少了污染
(2)充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用
(3)物质循环 少消耗、多效益、可持续
(4)物质循环再生原理 物种多样性原理 整体性原理
13．珠江三角洲的农民充分利用自然条件，建立该地特有的农业生态系统的良性循环模式：桑基鱼塘和蔗基鱼塘。如图为桑基鱼塘和蔗基鱼塘模式图，据图回答下列问题：
(1)该模式所依据的主要原理是________________________，该人工生态系统最基本的生物成分是_______________________________________________。
(2)建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量________________________；其能量利用率高的原因是其在营养结构上具有________________的特点。
(3)蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过________的作用，形成了________，才能被植物利用。
(4)概括地说，该生态系统功能的维持，取决于它的____________________________。
解析：(1)桑基鱼塘、蔗基鱼塘模式主要遵循的是系统学和工程学原理中系统的结构决定功能的原理。在一个生态系统中最基本的要有生产者和分解者，物质循环才能得以顺利进行。(2)从图中可以看出桑基鱼塘、蔗基鱼塘模式能有效地利用代谢废物，提高了能量利用率，使更多的能量流向对人类最有益的部分。食物链越长，消耗的能量越多，所以缩短食物链可以提高能量利用率。(3)蚕粪、蔗叶所含的有机物不能直接被植物利用，必须通过分解者分解成无机物才能被植物吸收和利用。(4)首先明确生态系统的主要功能是能量流动和物质循环，故生态系统功能的维持，取决于它的生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动在较长的时间内保持动态平衡。
答案：(1)系统的结构决定功能原理 生产者、分解者
(2)流向对人类最有益的部分 食物链短，多级利用
(3)分解者 无机物
(4)生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动在较长的时间内保持动态平衡
14．江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如图所示，请据图回答下列问题：
(1)牛棚内产生的________可扩散进入蔬菜大棚，提高蔬菜的光合效率；蔬菜光合作用产生的________可扩散进入牛棚。
(2)秸秆除了作为牛的饲料外，还可与牛粪混合堆放进行________，腐熟的产物肥效提高，这是因为__________________________________________________________________，这种肥料用于蔬菜栽培可以提高蔬菜产量。
(3)在牛的品系、饲料品种和用量不变的条件下，采用这种养殖模式，牛的生长速率明显提高，其主要原因是_________________________________________________________。
(4)牛棚保温所需的热能来源于牛自身散热、产热、________和________________。
(5)从生态系统主要功能的角度分析，这种种植养殖模式较好地实现______________。
解析：(1)由图示可知，在这种生态型模式中，牛及微生物可通过细胞呼吸为蔬菜提供CO2，而蔬菜又可通过光合作用为牛等生物提供O2。(2)秸秆与牛粪混合后，在微生物的作用下将有机物转变为无机物，从而提高了肥效。(3)冬季大棚内温度较高，从而减少了牛因维持体温所消耗的能量。(4)维持大棚内温度的能量来源有太阳光能和微生物发酵产热等。(5)这种生态型模式，可实现物质的循环利用和能量的高效利用，提高了经济效益。
答案：(1)二氧化碳 氧气
(2)发酵 微生物将有机物分解为无机物
(3)牛棚内温度较高因而牛维持体温消耗的能量较少
(4)太阳光能 发酵产热
(5)物质的循环利用和能量的高效利用
[随堂检测]
1．有关传统经济与生态经济的叙述，错误的是( )
A．传统经济发展是以资源的过度开发、损毁、低效利用造成巨大环境污染为代价的
B．污染物的资源化是很难实现的，故污染物是不可利用的资源
C．生态工程是实现生态经济的重要手段之一
D．只有坚持可持续发展，才能实现生态、社会、经济协同发展
解析：选B。生态经济的优点是实现废弃物的资源化，从而减少环境污染，即遵循“循环经济”的原则，如对一个系统的污染物采取一定的措施和技术进行回收和循环利用，不但减少了污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源浪费。
2．建设生态农业时巧设、增设食物链的目的不包括( )
A．努力实现物质的分层次多级利用
B．减轻对环境的污染，提高抵抗力稳定性
C．加强生物防治，控制有害生物的危害
D．实现物质和能量的循环，使废物资源化
解析：选D。建设生态农业时巧设、增设食物链可以实现物质的分层次多级利用，但能量不能循环利用。
3．材料1：实施沼气工程，是我国政府为改善农村环境和发展农村经济大力推广的一种生态工程。
材料2：地衣中的真菌和藻类互利共生，当把它们分开时，两者都不能正常生长。
材料3：居住在林区的农民，“靠山吃山”是他们生活的根本。当进行林业工程建设时，一方面号召农民种树，另一方面考虑林区农民的生活问题，使改善生态和发展经济结合起来，才能真正做到造林护林。
上述材料依据下列哪些生态工程原理( )
①物质循环再生原理 ②物种多样性原理 ③协调与平衡原理 ④整体性原理 ⑤系统整体性原理 ⑥系统的结构决定功能原理
A．①⑤④ B．②④⑥
C．③④⑤ D．①③④
解析：选A。物质循环再生原理：物质能够在各类生态系统中进行区域小循环和全球地质大循环，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。地衣中的真菌和藻类单独存在时，两种生物都不能很好地生活，但是在一起的时候就出现了一种“1＋1＞2”的效果，体现了系统整体性原理。所谓生态工程的整体性原理，是指人类所处的自然系统、经济系统和社会系统所构成的巨大复合系统，三者相互影响而形成统一整体。
4．我国南方桑基鱼塘是低洼稻田挖深做塘，塘内养鱼，塘基上种桑，用桑养蚕，蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕三丰收，大大提高了系统生产力。这种模式主要应用了生态工程遵循的哪个原理( )
A．系统学和工程学原理
B．整体性原理
C．物种多样性原理
D．物质循环再生原理
解析：选A。我国南方水网地区的桑基鱼塘模式，主要应用了生态工程的系统学和工程学原理，即把很多单个生产系统通过优化组合，有机地整合在一起，成为一个新的高效生态系统，大大提高了系统生产力。
5．下列说法错误的是( )
A．“三北”防护林建设时没有遵循物种多样性原理，易暴发虫害
B．我国西北一些地区引种杨树，没有遵循协调与平衡原理，导致杨树不能正常生长
C．桑基鱼塘的建设遵循的是整体性原理
D．沼气池工程充分利用了物质循环再生原理
解析：选C。“三北”防护林建设时物种单一，易暴发虫害，这是因为未遵循物种多样性原理；我国西北一些地区年降雨量少，不适于杨树生长，引种杨树则是违背了协调与平衡原理；桑基鱼塘的模式遵循了系统的结构决定功能原理；沼气池工程能充分利用物质，遵循了物质循环再生原理。
6．(2018·衡水高二检测)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、沉水植物等水生植物共计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____________、____________、____________、____________和____________。
(2)生态工程的调控机制是________________，主要利用的能源是________。
(3)生态工程的主要目的在于_______________________________________________。
解析：(1)此项生态工程依据的生态学原理有物质循环再生原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理和物种多样性原理等。(2)生态工程是人为控制下的生态系统，具有自我调节能力，主要利用的能源是太阳能。(3)生态工程的主要目的在于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。
答案：(1)物质循环再生原理 协调与平衡原理 整体性原理 系统学和工程学原理 物种多样性原理
(2)人为辅助下的自我调节 太阳能
(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
7．请仔细读图，然后指出该生态农业的优点。
(1)生态农业设计的基本原理是：
①________________________________________________________________________，
②________________________________________________________________________。
(2)生态农业的优越性表现在_______________________________________________。
(3)在“农作物→猪→农户”这条食物链中，若农作物通过光合作用产出300摩尔氧气，则农作物同时产出______摩尔葡萄糖，农户从猪中获取的能量最多相当于________摩尔的葡萄糖。
解析：生态系统中能量多级利用和物质循环再生是生态学的基本理论，食物链是能量流动和物质循环的主渠道。这样，各种农产品的生产互相协调，互惠互利，实现了能量和物质的多级利用；人们可以利用生物种群之间的关系，对生物种群进行人为调节。用天敌减轻生物危害，用生产农产品的废弃物做饲料和肥料，减轻农药和化肥对环境的污染。能量在食物链中传递时是逐级递减的，传递效率约为10%～20%。光合作用生成6摩尔氧气同时生成1摩尔葡萄糖。生成300摩尔氧气，同时生成50摩尔葡萄糖。葡萄糖从农作物→猪→农户，农户最多获得50×20%×20%＝2摩尔葡萄糖。
答案：(1)①生态系统中能量多级利用和物质循环再生 ②环境与经济协调发展 (2)各种农产品的生产互相协调，互惠互利，实现了能量和物质的多级利用 (3)50 2
[课时作业]
一、选择题
1．生态农业的特点是在维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
解析：选C。生态农业是采用生态工程的基本原理实现的无污染、可持续发展的农业生产思路，病虫害的生物防治和废弃物的利用都能够避免环境污染，作物轮作、套种实现了土地的可持续利用，均符合生态原理。化肥的生产和使用会造成环境污染，同时不利于土地的利用。
2．下列做法符合生态经济的是( )
①建立“原料—产品—原料—产品”的无废弃物生产体系
②在资源消耗不增加甚至减少的条件下实现经济增长
③在经济产出不变甚至增加的条件下，向环境排放的废弃物大大减少
④先生产后治理，提高经济效益
A．①② B．①②③
C．②③ D．②③④
解析：选B。生态经济主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的废弃物，能够成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化。在肯定生态工程作用的同时，不要认为大自然有无限的生态恢复力量，更不能误认为只要有生态工程，就可以走发达国家先污染、破坏，后治理的老路。这样不仅会影响生态系统的可持续发展，同时还会受到大自然严厉的惩罚。
3．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了生态工程的什么原理( )
A．系统学和工程学原理 B．协调与平衡原理
C．物种多样性原理 D．整体性原理
解析：选B。协调与平衡原理是生态工程的基本原理之一，该原理的一个重要方面就是考虑环境承载力。
4．生态系统内即使某个物种由于某种原因而死亡，也会很快有其他物种占据它原来的生态位置，从而避免了系统结构或功能的失衡。这体现了生态工程的( )
A．协调与平衡原理 B．物种多样性原理
C．物质循环再生原理 D．整体性原理
解析：选B。生态系统的基本原理很多，题干材料反映的是生物多样性程度高，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件，因此体现的是生态工程的物种多样性原理。
5．(2018·福建八县一中高二期末)下列有关生态工程的原理和实例中，错误的是( )
选项
事例
相关的生态工程原理
A
无废弃物农业
遵循物质循环再生原理
B
在人工林中增加植被的层次
遵循物种多样性原理
C
无锡太湖水体富营养化引起大面积水华
违反协调与平衡原理
D
前面造林，后面砍林
违反系统学和工程学原理
解析：选D。无废弃物农业使物质能在生态系统中循环往复，分层分级利用，遵循了物质循环再生原理，A正确；在人工林中增加植被的层次，使物种数目增加，增加生态系统的稳定性，遵循物种多样性原理，B正确；无锡太湖水体富营养化引起大面积水华是违反了协调与平衡原理，C正确；前面造林，后面砍林是违反了整体性原理，D错误。
6．“猪→沼→茶”是华南山地丘陵地区常见的生态农业模式，由种植(茶树)、养殖(猪)、农户(人)和沼气生产(微生物)四个子系统构成。该生态农业模式( )
A．是由茶树、猪、人和微生物组成的生态系统
B．实现了能量的循环利用
C．使整个生产过程进入了废物资源化的良性循环
D．注重系统内部的自身调节作用，不需要外部投入
解析：选C。生态系统包括生物群落和无机环境。能量在生态系统中不能循环利用。该生态农业模式在注重系统内部自身调节作用的同时，还需要外部投入。
7．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．协调与平衡原理
解析：选C。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，即遵循整体性原理，才能从根本上达到治理和恢复生态系统的目的。
8．下列结构示意图能体现系统学和工程学原理的是( )
解析：选D。D项中，一般局部出现故障，不会造成整个网络瘫痪，很多生态系统也存在类似现象，如我国南方的桑基鱼塘模式，体现了系统的结构决定功能原理，即把很多个生产系统通过优化组合，有机地整合在一起，成为一个新的高效生态系统，大大提高了系统的生产力。
9．(2018·苏州高二检测)“菇—菜”立体栽培(如图)是充分利用温室大棚等设施的光、温度等环境优势，按照空间层次分布，形成优势互补和资源高效利用的生态农业模式之一。有关叙述不正确的是( )
A．图中X可代表CO2，Y可代表O2
B．该生态系统中食用菌属于分解者
C．菌渣作为有机肥为蔬菜提供了能量
D．该模式遵循了物质循环再生等生态工程原理
解析：选C。蔬菜光合作用产生的O2可用于食用菌的呼吸作用，同时食用菌呼吸作用产生的CO2可被蔬菜光合作用利用，故题图中X可代表CO2，Y可代表O2；食用菌分解有机物，属于分解者；菌渣作为有机肥，只能通过微生物的分解作用为蔬菜提供CO2和无机盐，蔬菜不能从菌渣中直接获取能量；该生态农业充分利用了菌渣等废弃物，遵循了物质循环再生等生态工程原理。
10.《四千年的农民》一书中记载了中国农民四千年来的耕作方法：积极种植能够固氮的豆科作物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，把它们转变为有机肥料，施用到农田中。下列不属于这种做法的优点是 ( )
A．改善了土壤结构
B．培育了土壤微生物
C．实现了土壤养分的循环利用
D．改变了土壤酸碱性
解析：选D。该做法体现了物质循环再生原理，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、钾和微量元素的循环利用，而不是改变了土壤的酸碱性。
二、非选择题
11．南京古泉生态农场是生态农业的典范。该农场将养猪、养鱼、沼气工程、养鸭、种植农作物、养蘑菇、种桑养蚕、种植果树等多个生产过程合理地、有机地结合起来，成为一种高效良性的循环，生态效益达到了良性发展。该系统工程的核心之一是沼气池，沼气的制作如图所示，请回答下列问题：
(1)在图中标出箭头，表示生产过程中的物质循环。
(2)如果将“无机物―→农田”这一环节去掉，对生态农业系统有何影响？
解析：若将“无机物→农田”这一环节去掉，将会使物质循环回路受阻，最终导致土壤肥力下降。
答案： (1)如下图所示：
(2)土壤中的无机物得不到补充，物质循环受到破坏，土壤肥力下降。
12．(2018·太原高二检测)一青年农民利用自己学习的生态学知识在自家庭院里建了一个小型农业生态系统。如图是该家庭生态工程的模式图，请据图分析回答下列问题：
(1)从图中可知，人类生活中所需的能源来自太阳能、沼气等。利用这些能源与利用煤炭相比，突出的优点是_____________________________________________________。
(2)该家庭生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是_____________________。
(3)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，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。与传统的工程相比较，生态工程是一类______________________的工程体系。
(4)生态工程所遵循的基本原理是____________、____________、协调与平衡原理、____________以及系统学和工程学原理。
解析：(1)太阳能、沼气等新能源的利用与煤炭的利用相比，突出的优点是减少了环境污染。(2)该家庭生态工程充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用。(3)生态工程建设的目的就是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。与传统的工程相比较，其优点是少消耗、多效益、可持续。(4)生态工程所遵循的基本原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、整体性原理、协调与平衡原理以及系统学和工程学原理。
答案：(1)减少了污染
(2)充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用
(3)物质循环 少消耗、多效益、可持续
(4)物质循环再生原理 物种多样性原理 整体性原理
13．珠江三角洲的农民充分利用自然条件，建立该地特有的农业生态系统的良性循环模式：桑基鱼塘和蔗基鱼塘。如图为桑基鱼塘和蔗基鱼塘模式图，据图回答下列问题：
(1)该模式所依据的主要原理是________________________，该人工生态系统最基本的生物成分是_______________________________________________。
(2)建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量________________________；其能量利用率高的原因是其在营养结构上具有________________的特点。
(3)蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过________的作用，形成了________，才能被植物利用。
(4)概括地说，该生态系统功能的维持，取决于它的____________________________。
解析：(1)桑基鱼塘、蔗基鱼塘模式主要遵循的是系统学和工程学原理中系统的结构决定功能的原理。在一个生态系统中最基本的要有生产者和分解者，物质循环才能得以顺利进行。(2)从图中可以看出桑基鱼塘、蔗基鱼塘模式能有效地利用代谢废物，提高了能量利用率，使更多的能量流向对人类最有益的部分。食物链越长，消耗的能量越多，所以缩短食物链可以提高能量利用率。(3)蚕粪、蔗叶所含的有机物不能直接被植物利用，必须通过分解者分解成无机物才能被植物吸收和利用。(4)首先明确生态系统的主要功能是能量流动和物质循环，故生态系统功能的维持，取决于它的生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动在较长的时间内保持动态平衡。
答案：(1)系统的结构决定功能原理 生产者、分解者
(2)流向对人类最有益的部分 食物链短，多级利用
(3)分解者 无机物
(4)生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动在较长的时间内保持动态平衡
14．江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如图所示，请据图回答下列问题：
(1)牛棚内产生的________可扩散进入蔬菜大棚，提高蔬菜的光合效率；蔬菜光合作用产生的________可扩散进入牛棚。
(2)秸秆除了作为牛的饲料外，还可与牛粪混合堆放进行________，腐熟的产物肥效提高，这是因为__________________________________________________________________，这种肥料用于蔬菜栽培可以提高蔬菜产量。
(3)在牛的品系、饲料品种和用量不变的条件下，采用这种养殖模式，牛的生长速率明显提高，其主要原因是_________________________________________________________。
(4)牛棚保温所需的热能来源于牛自身散热、产热、________和________________。
(5)从生态系统主要功能的角度分析，这种种植养殖模式较好地实现______________。
解析：(1)由图示可知，在这种生态型模式中，牛及微生物可通过细胞呼吸为蔬菜提供CO2，而蔬菜又可通过光合作用为牛等生物提供O2。(2)秸秆与牛粪混合后，在微生物的作用下将有机物转变为无机物，从而提高了肥效。(3)冬季大棚内温度较高，从而减少了牛因维持体温所消耗的能量。(4)维持大棚内温度的能量来源有太阳光能和微生物发酵产热等。(5)这种生态型模式，可实现物质的循环利用和能量的高效利用，提高了经济效益。
答案：(1)二氧化碳 氧气
(2)发酵 微生物将有机物分解为无机物
(3)牛棚内温度较高因而牛维持体温消耗的能量较少
(4)太阳光能 发酵产热
(5)物质的循环利用和能量的高效利用
课件43张PPT。专题5 生态工程专题5 生态工程生态学修复、重建改善生态系统物质循环经济效益生态效益大气生物资源循环经济污染物生产原料生态工程全球地质大循环物质循环生物量抵抗力稳定性协调与平衡环境承载力社会—经济—自然自然生态系统经济和社会开发与环境建设分布式优化结构比例关系各部分桑基鱼塘模式沼气农田立体养殖模式物质循环再生原理物种多样性原理协调与平衡原理物质循环再生物种多样性协调与平衡整体性系统整体性
