第44讲 生态工程（原卷版）
本模块为生态工程的基本知识，通过本模块的学习，了解生态工程及其原理以及生态系统的结构与功能等，生态工程的实例等。考纲对本模块内容的具体要求如下：
1．简述生态工程的原理（理解应用水平）
2．生态工程的实例（应用水平）
选修教材中的内容是必修部分的拓展和加深，明确结构决定功能:物种多样性原理、系统学与工程学原理，尝试解决生产生活中的生物学问题:实施生态工程、减少污染、节约能源,保护生态环境等，另外生态工程与必修三“生态系统的平衡与保护”等知识的联系，复习时要特别注意学科知识与生产、生活的联系。
一、生态工程的基本原理
1.生态工程与生态经济
(1)生态工程
①任务：修复和重建已遭到破坏的生态系统；改善传统的生产方式，提高生态系统的生产力。
②目的：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 和 的同步发展。
③特点：与传统工程相比，生态工程是一类 、多效益、 的工程体系。
(2)生态经济
①原则：“ 经济”。
②特点：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手段：生态工程。
2.生态工程所遵循的五项原理
(1)物质 原理
物质在生态系统中循环往复， 利用。(如无废弃物农业)
(2)物种 原理
物种繁多而复杂的生态系统具有较高的 稳定性。
(3) 原理
生物与环境的协调与平衡，需要考虑 。
(4 原理
人类处于社会—经济—自然复合而成的巨大系统中。进行生态工程建设时，不但要考虑自然生态系统的规律，还要考虑到 等系统的影响力。
(5) 原理
包括系统的结构决定功能原理和系统整体性原理。
【巧学助记】
(1)对生态工程的理解：涉及的学科知识包括生态学和系统学；运用到的技术手段或方法有系统设计、调控和技术组装；最终目的是促进人类社会和自然环境的和谐发展。
(2)生态工程的主要任务：是对已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)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。
(3)生态工程与传统工程的比较
生态工程
传统工程
基本理论
生态学、工程学
工程学
调控机制
人为辅助下的自我调节
人为调控
与自然环境的关系
协调
破坏
主要能源
太阳能
化学能
生物多样性
保持
减少
二、生态工程的实例
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⑤外均涉及 原理，除①、⑤外均涉及 原理。
2.实例分析
如图是某生态工程示意图：
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
；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 原理。
(2)该生态工程能生产出无公害大米的原因是减少了 的使用量，减少了 。
(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 可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强。
3.生态工程的发展前景
(1)“生物圈2号”生态工程实验的启示：使我们认识到人与 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，既要重视对生态环境的保护，更要注重与
效益的结合。
【巧学助记】
1.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“大流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“工程学”原理。
2.总体把握农业生态系统的设计原则
(1)应当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则；
(2)应当能够构成一个合理的生产结构；
(3)应当充分利用自然界的物质和能量资源；
(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，从理论上看应当能够实现良性循环。
判断下列说法的对错：
1.单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害——协调与平衡原理( )
2.草原确定合理载畜量，不能过度放牧——协调与平衡原理( )
3.引种考虑适应环境——物种多样性原理( )
4.林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题——整体性原理( )
5.要实现人与自然的和谐发展，通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源是最合理的( )
一、 生态工程的原理
例1：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。
(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________(填“生态系统”“群落”或“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。
【答案】 (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，厌氧型微生物通过无氧呼吸将有机物分解；流经曝气池时，其中的需氧型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所固定的太阳能。(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。
变式训练1：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植被恢复，以及植被恢复所必需的__________________的重建。
(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。在该生态工程中，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____________原理。
(3)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。
【答案】 (1)土壤微生物群落 (2)物质循环再生 环境容纳量 系统的结构决定功能 物种多样性 (3)协调与平衡
【解析】(1)在矿区生态环境的恢复工程中，关键是植被的恢复及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。(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物质循环再生原理。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环境容纳量(K值)。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的原理。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。(3)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。
二、 生态工程的实例
例2：“菇—菜”立体栽培(如图)是充分利用温室大棚等设施的光、温度环境优势，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。下列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
【答案】 C
【解析】 蔬菜光合作用产生的O2可用于食用菌的细胞呼吸，同时食用菌细胞呼吸产生的CO2可被蔬菜的光合作用利用，故题图中X可代表CO2，Y可代表O2，A项正确；食用菌能分解有机物，属于分解者，B项正确；菌渣作为有机肥，通过微生物的分解作用只能为蔬菜提供CO2和无机盐，蔬菜不能从有机肥中直接获取能量，C项错误；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，D项正确。
变式训练2：图1是某农村里的生态农业示意图，图2为矿区废弃地的生态恢复工程流程图，请据图回答有关问题：
(1)生态工程与传统工程相比，是一类______________________的工程体系。
(2)从生态学角度分析，人们建立图示农业生态系统的主要目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
图1生态农业主要借鉴了“无废弃物农业”，主要体现了生态工程的____________原理。与此密切相关的生物有________________。
(3)图2中的①②分别为________________、________________，建立该生态系统所要遵循的主要原理有______________________________________________________________(写出两个即可)。
(4)图1中种植了转基因水稻，图2中种植了抗逆性的植物，对于转基因生物，人们存在________、________、________三个方面的争论。
【答案】 (1)少消耗、多效益、可持续 (2)实现生态系统内物质的循环利用和能量的多级利用，提高农产品的产量，减少环境污染(合理地调整生态系统中的能量流动关系，提高能量利用率，减少环境污染) 物质循环再生 腐生细菌和真菌 (3)工程机械措施 制造表土、压实 整体性原理、协调与平衡原理 (4)食物安全 生物安全 环境安全
【解析】(1)生态工程和传统农业相比，具有少消耗、多效益和可持续的特点。(2)腐生细菌和真菌将粪便分解，产生的沼气作燃料，沼渣作肥料，体现了物质循环再生原理。(3)矿区恢复过程中首先要通过机械方法平整压实土地，人工制造表土；然后，在人造表土上，植树种草，该生态工程利用的原理有物种多样性原理、整体性原理、协调与平衡原理等。(4)转基因生物在食物安全、生物安全和环境安全三个方面上存在争论。
1.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：蔗基鱼塘和桑基鱼塘。如图是蔗基鱼塘和桑基鱼塘的模式图，据图回答：
(1)这种人工生态系统最基本的生物因素是________。要使它长期稳定发展，除了有稳定的________来源，各类生物要________，这主要体现了________的原理。?
(2)建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量更多地_______________；其能量利用率高的原因是其营养结构具有________的特点。概括地说，该生态系统功能的维持，取决于_____________________________________________。?
(3)该生态系统把桑基鱼塘与蔗基鱼塘有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循____________________原理。?
2.某城市郊区的荒地被当地农民开垦成一片青菜地，农民在菜地中放养了鸡、鸭，既可以消灭蚜虫和菜青虫等害虫，又可以供农民食用。近年来，因城市的发展需求，该青菜地被改造成人工湖泊，以改善居民的生活环境，如图表示新建人工湖泊的生物类群关系。分析上述材料，回答下列问题：
(1)根据材料可推出，人类活动对群落演替的影响为______________________。?
在青菜地中，母鸡发现菜青虫后鸣叫召唤同伴，这种鸣叫属于生态系统中的________信息。?
(2)人工湖泊中鱼类与贝类的关系是_____________________________。?
使用标志重捕法调查鱼类种群密度时，由于标记方法不当导致部分鱼类放回湖泊后死亡，这样会造成调查值比实际值偏________。?
(3)人工湖泊中某种鱼色彩绚丽，形状怪异，在市场上非常名贵，这体现了生物多样性的________价值。有市民建议在人工湖泊中只放养该种鱼而且大量放养以满足市场需求，生物兴趣小组同学立即提出反对意见，因为生态工程建设应该遵循________原理和________原理。?
3.如图表示我国南方比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请分析回答下列问题：
(1)在不考虑人工投入的情况下，流经该生态系统的总能量(总初级生产量)是______________________________。人们将蚕沙(蚕的粪便)投入鱼塘，被鱼等水生生物食用，蚕沙中所含的能量主要属于第________营养级。?
(2)鱼等水生生物的排泄物及未被利用的有机物和底泥，其中一部分经过____________________作用后可作为肥料，返回桑基，培育桑树。?
(3)建立该人工生态系统的目的是实现对能量的________，提高能量的利用率。与种植单一作物的农田相比，该生态系统的自我调节能力________。?
(4)建立该生态系统遵循的原理主要是_______________________________、?
______________。?
4.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”。如图是垃圾资源化、无害化处理的一种方案：
(1)列出该生态系统中三种分解者的名称____________________。?
(2)从资源与环境的角度来看，④⑤途径优于③途径的主要原因是__________、?
________________。?
(3)进行⑦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①②过程，具体做法是___________________。?
(5)该生态工程突出体现了____________原理。?
5.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。?
(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__________(填“生态系统”“群落”或“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原理、协调与平衡原理、________原理和________原理等。?
(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。?
6.如图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田里的杂草和害虫，利用鸭不间断的活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长，用作物养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答：
(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_____________。该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了应用，这体现了生态工程的________原理。?
(2)该系统将多个生产系统通过优化组合，有机整合在一起，提高了系统生产力，这体现了生态工程中的________原理。生产的大米无公害的原因是___________________。?
(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，分析其增产原因是_________________。蘑菇房与蔬菜大棚相通，比单纯种植蔬菜和单纯培育蘑菇带来的效益之和还要高，体现了生态工程中的______________原理。?
(4)该生态系统的主要成分是__________。蘑菇在该生态系统中属于________，鸭与害虫是__________关系。?
7.在社会主义新农村建设中，某县积极发展畜禽养殖和栽桑养蚕两大支柱产业。在生产总量不断提高的同时，该县坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现资源的最大化利用，走出了一条适合本地区可持续发展的生态工程之路。请分析下图回答问题：
(1)该生态工程实现了无废弃物生产，在桑园间种农作物提高了光能的利用率，所遵循的基本原理有__________________________________________________ (至少写2种)。?
(2)该生态系统的能量流动从________________________开始，图中属于消费者的生物有______________。?
(3)与传统农业生态系统相比，该生态系统更能净化环境，其主要原因是_____。?
(4)该生态系统为何能提高经济效益？____________________。?
(5)根据该县地处水乡这一资源优势，请就该生态系统提出你的一条合理化建议：________________________________________________。?
(6)从生态系统稳定性看，该农业生态系统比简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是_____________________________________________。?
请说出两种根据生物学原理防治害虫的方法：_________________________。?
8.下图是一个人工农业生态系统模式图(大棚温度、CO2浓度等可适当控制)。请据图回答：
(1)图中该生态系统能量流动的源头是______________。沼气池中的微生物在该生态系统的成分中属于____________。沼气燃烧后生成的CO2通入大棚内的作用是________________________________________，从而提高农作物的产量。?
(2)相对一般农业生态系统而言，此生态系统能提高经济效益，主要原因是充分利用了________中的能量，形成“无废弃物农业”，这主要是遵循生态工程的___________________原理。?
(3)植物秸秆除作为禽畜的饲料外，还可以经过微生物产生的________酶水解，最终生成葡萄糖，进而转化成乙醇作为燃料。葡萄糖转化成乙醇的反应式为____________________________________。在充分利用能量、减少环境污染的同时，通过饲养家禽、家畜，提高农民经济收入，使保护环境和发展经济相互协调，主要体现了生态工程的______________原理。?
第44讲 生态工程（解析版）
本模块为生态工程的基本知识，通过本模块的学习，了解生态工程及其原理以及生态系统的结构与功能等，生态工程的实例等。考纲对本模块内容的具体要求如下：
1．简述生态工程的原理（理解应用水平）
2．生态工程的实例（应用水平）
选修教材中的内容是必修部分的拓展和加深，明确结构决定功能:物种多样性原理、系统学与工程学原理，尝试解决生产生活中的生物学问题:实施生态工程、减少污染、节约能源,保护生态环境等，另外生态工程与必修三“生态系统的平衡与保护”等知识的联系，复习时要特别注意学科知识与生产、生活的联系。
一、生态工程的基本原理
1.生态工程与生态经济
(1)生态工程
①任务：修复和重建已遭到破坏的生态系统；改善传统的生产方式，提高生态系统的生产力。
②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。
③特点：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。
(2)生态经济
①原则：“循环经济”。
②特点：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手段：生态工程。
2.生态工程所遵循的五项原理
(1)物质循环再生原理
物质在生态系统中循环往复，逐层分级利用。(如无废弃物农业)
(2)物种多样性原理
物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。
(3)协调与平衡原理
生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。
(4)整体性原理
人类处于社会—经济—自然复合而成的巨大系统中。进行生态工程建设时，不但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。
(5)系统学和工程学原理
包括系统的结构决定功能原理和系统整体性原理。
【巧学助记】
1.对生态工程的理解：涉及的学科知识包括生态学和系统学；运用到的技术手段或方法有系统设计、调控和技术组装；最终目的是促进人类社会和自然环境的和谐发展。
2.生态工程的主要任务：是对已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)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。
3.生态工程与传统工程的比较
生态工程
传统工程
基本理论
生态学、工程学
工程学
调控机制
人为辅助下的自我调节
人为调控
与自然环境的关系
协调
破坏
主要能源
太阳能
化学能
生物多样性
保持
减少
二、生态工程的实例
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⑤外均涉及整体性原理，除①、⑤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.生态工程的发展前景
(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，既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。
【巧学助记】
1.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“大流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“工程学”原理。
2.总体把握农业生态系统的设计原则
(1)应当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则；
(2)应当能够构成一个合理的生产结构；
(3)应当充分利用自然界的物质和能量资源；
(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，从理论上看应当能够实现良性循环。
判断下列说法的对错：
1.单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害——协调与平衡原理( )
【答案】×
【解析】单一的人工林生物多样性低，物种数目少，营养级简单，自我调节能力弱，抵抗力稳定性低，容易遭受害虫危害，体现物种多样性原理。
2.草原确定合理载畜量，不能过度放牧——协调与平衡原理( )
【答案】√
【解析】生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。
3.引种考虑适应环境——物种多样性原理( )
【答案】×
【解析】体现了协调与平衡原理。
4.林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题——整体性原理( )
【答案】√
【解析】整体性原理不但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
5.要实现人与自然的和谐发展，通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源是最合理的( )
【答案】×
【解析】发展生态农业，实现物质和能量的多级利用是实现人与自然和谐发展最合理的措施。
一、 生态工程的原理
例1：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。
(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________(填“生态系统”“群落”或“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。
【答案】 (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，厌氧型微生物通过无氧呼吸将有机物分解；流经曝气池时，其中的需氧型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所固定的太阳能。(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。
变式训练1：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植被恢复，以及植被恢复所必需的__________________的重建。
(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。在该生态工程中，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____________原理。
(3)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。
【答案】 (1)土壤微生物群落 (2)物质循环再生 环境容纳量 系统的结构决定功能 物种多样性 (3)协调与平衡
【解析】(1)在矿区生态环境的恢复工程中，关键是植被的恢复及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。(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物质循环再生原理。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环境容纳量(K值)。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的原理。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。(3)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。
二、 生态工程的实例
例2：“菇—菜”立体栽培(如图)是充分利用温室大棚等设施的光、温度环境优势，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。下列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
【答案】 C
【解析】 蔬菜光合作用产生的O2可用于食用菌的细胞呼吸，同时食用菌细胞呼吸产生的CO2可被蔬菜的光合作用利用，故题图中X可代表CO2，Y可代表O2，A项正确；食用菌能分解有机物，属于分解者，B项正确；菌渣作为有机肥，通过微生物的分解作用只能为蔬菜提供CO2和无机盐，蔬菜不能从有机肥中直接获取能量，C项错误；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，D项正确。
变式训练2：图1是某农村里的生态农业示意图，图2为矿区废弃地的生态恢复工程流程图，请据图回答有关问题：
(1)生态工程与传统工程相比，是一类______________________的工程体系。
(2)从生态学角度分析，人们建立图示农业生态系统的主要目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
图1生态农业主要借鉴了“无废弃物农业”，主要体现了生态工程的____________原理。与此密切相关的生物有________________。
(3)图2中的①②分别为________________、________________，建立该生态系统所要遵循的主要原理有______________________________________________________________(写出两个即可)。
(4)图1中种植了转基因水稻，图2中种植了抗逆性的植物，对于转基因生物，人们存在________、________、________三个方面的争论。
【答案】 (1)少消耗、多效益、可持续 (2)实现生态系统内物质的循环利用和能量的多级利用，提高农产品的产量，减少环境污染(合理地调整生态系统中的能量流动关系，提高能量利用率，减少环境污染) 物质循环再生 腐生细菌和真菌 (3)工程机械措施 制造表土、压实 整体性原理、协调与平衡原理 (4)食物安全 生物安全 环境安全
【解析】(1)生态工程和传统农业相比，具有少消耗、多效益和可持续的特点。(2)腐生细菌和真菌将粪便分解，产生的沼气作燃料，沼渣作肥料，体现了物质循环再生原理。(3)矿区恢复过程中首先要通过机械方法平整压实土地，人工制造表土；然后，在人造表土上，植树种草，该生态工程利用的原理有物种多样性原理、整体性原理、协调与平衡原理等。(4)转基因生物在食物安全、生物安全和环境安全三个方面上存在争论。
1.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：蔗基鱼塘和桑基鱼塘。如图是蔗基鱼塘和桑基鱼塘的模式图，据图回答：
(1)这种人工生态系统最基本的生物因素是________。要使它长期稳定发展，除了有稳定的________来源，各类生物要________，这主要体现了________的原理。?
(2)建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量更多地_______________；其能量利用率高的原因是其营养结构具有________的特点。概括地说，该生态系统功能的维持，取决于_____________________________________________。?
(3)该生态系统把桑基鱼塘与蔗基鱼塘有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循____________________原理。?
【答案】 (1)生产者和分解者 能量 保持相对稳定 协调与平衡
(2)流向对人类最有益的部分 食物链短 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时间保持动态平衡
(3)系统的结构决定功能
【解析】(1)这种人工生态系统最基本的生物因素是生产者和分解者。要使它长期稳定发展，除了有稳定的能量来源，各类生物要保持相对稳定，这主要体现了协调与平衡的原理。
(2)建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量更多地流向对人类最有益的部分；其能量利用率高的原因是其营养结构具有食物链短的特点。概括地说，该生态系统功能的维持，取决于生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动在较长时间保持动态平衡。
(3)该生态系统把桑基鱼塘与蔗基鱼塘有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循了系统的结构决定功能的原理。
2.某城市郊区的荒地被当地农民开垦成一片青菜地，农民在菜地中放养了鸡、鸭，既可以消灭蚜虫和菜青虫等害虫，又可以供农民食用。近年来，因城市的发展需求，该青菜地被改造成人工湖泊，以改善居民的生活环境，如图表示新建人工湖泊的生物类群关系。分析上述材料，回答下列问题：
(1)根据材料可推出，人类活动对群落演替的影响为______________________。?
在青菜地中，母鸡发现菜青虫后鸣叫召唤同伴，这种鸣叫属于生态系统中的________信息。?
(2)人工湖泊中鱼类与贝类的关系是_____________________________。?
使用标志重捕法调查鱼类种群密度时，由于标记方法不当导致部分鱼类放回湖泊后死亡，这样会造成调查值比实际值偏________。?
(3)人工湖泊中某种鱼色彩绚丽，形状怪异，在市场上非常名贵，这体现了生物多样性的________价值。有市民建议在人工湖泊中只放养该种鱼而且大量放养以满足市场需求，生物兴趣小组同学立即提出反对意见，因为生态工程建设应该遵循________原理和________原理。?
【答案】 (1)人类活动可以改变群落演替的速度和方向 物理
(2)捕食和竞争 大
(3)直接 物种多样性 协调与平衡
【解析】(1)人类活动可以改变群落演替的速度和方向。在生态系统的信息传递中，声音属于物理信息。
(2)根据题图可知，鱼类与贝类的关系是捕食和竞争。在进行种群密度调查时，如果标记的个体死亡，则会导致调查值比实际值偏大。
(3)生物多样性具有的观赏价值属于直接价值。在人工湖泊中放养生物时要遵循物种多样性原理和协调与平衡原理。
3.如图表示我国南方比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请分析回答下列问题：
(1)在不考虑人工投入的情况下，流经该生态系统的总能量(总初级生产量)是______________________________。人们将蚕沙(蚕的粪便)投入鱼塘，被鱼等水生生物食用，蚕沙中所含的能量主要属于第________营养级。?
(2)鱼等水生生物的排泄物及未被利用的有机物和底泥，其中一部分经过____________________作用后可作为肥料，返回桑基，培育桑树。?
(3)建立该人工生态系统的目的是实现对能量的________，提高能量的利用率。与种植单一作物的农田相比，该生态系统的自我调节能力________。?
(4)建立该生态系统遵循的原理主要是_______________________________、?
______________。?
【答案】 (1)生产者(桑树)通过光合作用固定的太阳能总量 一
(2)分解者(微生物)的分解
(3)多级利用 较强
(4)物质循环再生原理 整体性原理
【解析】(1)在不考虑人工投入的情况下，流经该生态系统的总能量(总初级生产量)是生产者(桑树)通过光合作用固定的太阳能总量。粪便中的能量是未被生物同化的能量，故某一营养级生物粪便中的能量是上一营养级生物同化的能量，即蚕沙中的能量是生产者同化的能量。(2)有机物经微生物的分解作用可转化为无机物，被植物利用。(3)人工生态系统可以实现对能量的多级利用，从而提高能量的利用率。自我调节能力的强弱取决于生态系统物种的丰富度，该生态系统的生物种类较作物单一的农田生态系统复杂，故该生态系统的自我调节能力较强。(4)该生态系统实现了废物资源化，实现了生态效益与经济效益的最大化，遵循的主要原理是物质循环再生原理、整体性原理、系统学和工程学原理。
4.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”。如图是垃圾资源化、无害化处理的一种方案：
(1)列出该生态系统中三种分解者的名称____________________。?
(2)从资源与环境的角度来看，④⑤途径优于③途径的主要原因是__________、?
________________。?
(3)进行⑦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①②过程，具体做法是___________________。?
(5)该生态工程突出体现了____________原理。?
【答案】 (1)蚯蚓、苍蝇、细菌或真菌(微生物)
(2)④⑤途径可以充分地利用垃圾中的有机物质，实现了物质的多级利用，减少了环境污染
(3)甲烷杆菌无成形的细胞核
(4)将生活垃圾分类放置
(5)物质循环再生
【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、苍蝇、进行发酵的细菌或真菌。(2)④⑤途径运用生态学原理可充分地利用垃圾中的有机物质，实现了物质的多级利用，减少了环境污染，明显优于③途径的燃烧。(3)甲烷杆菌为原核生物，而酵母菌为真核生物，两者的主要区别是甲烷杆菌无成形的细胞核。(4)每一位市民都应该积极参与①②过程，将生活垃圾分类放置，以实现能量和物质的多级利用。(5)从图示可看出该生态工程突出体现了物质循环再生原理。
5.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。?
(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__________(填“生态系统”“群落”或“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原理、协调与平衡原理、________原理和________原理等。?
(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。?
【答案】 (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；生态系统中消费者的能量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，提高生态系统的生产力。
6.如图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田里的杂草和害虫，利用鸭不间断的活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长，用作物养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答：
(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_____________。该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了应用，这体现了生态工程的________原理。?
(2)该系统将多个生产系统通过优化组合，有机整合在一起，提高了系统生产力，这体现了生态工程中的________原理。生产的大米无公害的原因是___________________。?
(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，分析其增产原因是_________________。蘑菇房与蔬菜大棚相通，比单纯种植蔬菜和单纯培育蘑菇带来的效益之和还要高，体现了生态工程中的______________原理。?
(4)该生态系统的主要成分是__________。蘑菇在该生态系统中属于________，鸭与害虫是__________关系。?
【答案】 (1)实现生态系统内能量和物质的多级利用，提高农产品的产量，减少环境污染(合理地调整生态系统中的能量流动关系，提高能量利用率，减少环境污染) 物质循环再生
(2)系统的结构决定功能 减少了化肥和农药的使用量，减少了对水稻的污染
(3)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，进而提高蔬菜的产量 整体性
(4)水稻、杂草 分解者 捕食
【解析】(1)分析题图可知，该生态系统将动物粪便和秸秆引入沼气池，将发酵产生的沼气作燃料，沼渣作水稻的肥料；水稻和杂草的秸秆养蘑菇，蘑菇分解有机物用于自身生长需要，也为水稻提供营养物质，实现了生态系统内能量和物质的多级利用，提高了农产品的产量，减少了环境污染，该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了应用，体现了生态工程的物质循环再生原理。
(2)该系统将多个生产系统通过优化组合，有机整合在一起，提高了系统生产力，这体现了生态工程中的系统的结构决定功能原理。由题图可知，该生态系统中通过养鸭控制害虫的数量，减少了农药的使用，另外水稻的肥料来自有机肥，减少了化肥的使用，化肥和农药的使用量减少，进而减少了对水稻的污染，因而生产的大米无公害。
(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通，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，进而提高蔬菜的产量。蘑菇房与蔬菜大棚相通，比单纯种植蔬菜和单纯培育蘑菇带来的效益之和还要高，体现了生态工程中的整体性原理。
(4)生态系统的主要成分是生产者，图示生态系统中的生产者是水稻和杂草；蘑菇是营腐生生活的真菌，在生态系统中属于分解者；分析题图食物网可知，鸭捕食害虫，因此鸭与害虫是捕食关系。
7.在社会主义新农村建设中，某县积极发展畜禽养殖和栽桑养蚕两大支柱产业。在生产总量不断提高的同时，该县坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现资源的最大化利用，走出了一条适合本地区可持续发展的生态工程之路。请分析下图回答问题：
(1)该生态工程实现了无废弃物生产，在桑园间种农作物提高了光能的利用率，所遵循的基本原理有__________________________________________________ (至少写2种)。?
(2)该生态系统的能量流动从________________________开始，图中属于消费者的生物有______________。?
(3)与传统农业生态系统相比，该生态系统更能净化环境，其主要原因是_____。?
(4)该生态系统为何能提高经济效益？____________________。?
(5)根据该县地处水乡这一资源优势，请就该生态系统提出你的一条合理化建议：________________________________________________。?
(6)从生态系统稳定性看，该农业生态系统比简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是_____________________________________________。?
请说出两种根据生物学原理防治害虫的方法：_________________________。?
【答案】 (1)物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理等
(2)桑、油菜等生产者固定太阳能 蚕、禽、畜
(3)粪便等“废弃物”被及时利用(答案合理即可)
(4)实现了物质的循环利用和能量的多级利用，提高了农产品的产量；减少了化肥、农药的使用(降低了农业成本投入)
(5)蚕沙碎屑用来养鱼；鱼塘塘泥用来肥田
(6)抵抗力稳定性较高(营养结构较复杂，自我调节能力较强) 天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物(任选两种)
【解析】(1)该生态工程实现了无废弃物生产，依据的是物质循环再生原理；在桑园间种农作物提高了光能的利用率，需要考虑农作物的适应性，依据的是物种多样性和协调与平衡原理。除此以外，还可以考虑整体性原理、系统学和工程学原理。(2)该生态系统的能量流动是从桑、油菜等生产者固定太阳能开始。消费者是蚕、禽、畜等。(3)由图可知，该生态系统实现了废物再利用及无害化处理，因此更能净化环境。(4)该生态系统实现了物质的循环利用和能量的多级利用，降低了生产成本，提高了农产品的产量。(5)该生态系统中，蚕沙碎屑未被利用，可利用蚕沙碎屑养鱼，鱼塘塘泥还可作肥料。(6)该生态系统生物群落结构相对复杂，从而使抵抗力稳定性增强，自我调节能力提高。利用生物的种内关系或种间关系来诱杀害虫，如利用捕食关系引入天敌，利用性引诱剂进行防治害虫等。
8.下图是一个人工农业生态系统模式图(大棚温度、CO2浓度等可适当控制)。请据图回答：
(1)图中该生态系统能量流动的源头是______________。沼气池中的微生物在该生态系统的成分中属于____________。沼气燃烧后生成的CO2通入大棚内的作用是________________________________________，从而提高农作物的产量。?
(2)相对一般农业生态系统而言，此生态系统能提高经济效益，主要原因是充分利用了________中的能量，形成“无废弃物农业”，这主要是遵循生态工程的___________________原理。?
(3)植物秸秆除作为禽畜的饲料外，还可以经过微生物产生的________酶水解，最终生成葡萄糖，进而转化成乙醇作为燃料。葡萄糖转化成乙醇的反应式为____________________________________。在充分利用能量、减少环境污染的同时，通过饲养家禽、家畜，提高农民经济收入，使保护环境和发展经济相互协调，主要体现了生态工程的______________原理。?
【答案】 (1)太阳能 分解者 增加大棚中CO2浓度，提高植物光合作用的强度
(2)粪便等废弃物 物质循环再生
(3)纤维素 C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量 整体性
【解析】(1)题图中该生态系统能量流动的源头是太阳能。沼气池中的微生物是该生态系统的分解者。沼气燃烧后生成的CO2通入大棚内，可以增加大棚中CO2浓度，提高植物光合作用的强度，从而提高农作物的产量。
(2)该生态系统充分利用了粪便等废弃物中的能量，因此相对一般农业生态系统而言，此生态系统能提高经济效益；“无废弃物农业”主要遵循了生态工程的物质循环再生原理。
(3)植物秸秆的主要成分是纤维素，因此可被纤维素酶水解。葡萄糖转化成乙醇的反应式为C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量。在充分利用能量、减少环境污染的同时，通过饲养家禽、家畜，提高农民经济收入，使保护环境和发展经济相互协调，主要体现了生态工程的整体性原理。
