生态工程专题
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专题5 生态工程
5.1 生态工程的基本原理
生态工程建设目的：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。（少消耗、多效益、可持续）
生态经济：主要是通过实行“循环经济”原则，使一个系统产生出的污染物，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，而实现循环经济最重要的手段之一是生态工程。
1）物质循环再生原理：物质能在生态系统中循环往复，分层分级利用
2）物种多样性原理：物种繁多复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性
生态工程原理 3）协调与平衡原理：生态系统的生物数量不能超过环境承载量（环境容纳量）的限度
4）整体性原理：生态系统建设要考虑自然、经济、社会的整体影响
5）系统学和工程学原理 系统的结构决定功能原理：要通过改善和优化系统结构改善功能
系统整体性原理：系统各组分间要有适当的比例关系，使得能量、物质、信息等的转换和流通顺利完成，并实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+1>2”
重难点归纳
一、分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。
桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，能量的流动包含在物质的循环利用过程中，随着食物链的延伸逐级递减。
能量的多级利用和物质的循环利用：桑叶喂蚕，蚕产蚕丝；桑树的凋落物和蚕粪落到鱼塘中，作为鱼饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可促进鱼生长；甘蔗可榨糖，糖渣喂猪，猪的排泄物进入鱼塘；鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经微生物的分解，又可作为桑和甘蔗的有机肥料。
桑基鱼塘巧妙地利用了很难利用的大片低湿地，发展了多种经营，为农民创造了多种收入的门路，完全符合“无废弃农业”的要求。
二、导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？
根本原因：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少。
直接原因：1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。
解决长江洪水泛滥的措施有：我国政府提出的“积极营造长江中上游水源涵养林和水土保持林”计划，即以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。在进行生态工程建设时，要考虑到怎样解决农村的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。
三、何谓“石油农业”？“石油农业”的生产模式应当怎样改进？
“石油农业”指大量使用化肥、农药和机械的生产方式，因对石油等能源有高度的依赖性而得名。它把农业生产这一复杂的生物过程，变成了简单的机械过程和化学过程。由于其投入高，产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，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。
四、如何理解“污染物是放错地方的资源”？
对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。
五、为什么我国要大力发展沼气工程？
21世纪是实现我国农业现代化的关键历史阶段，现代化的农业应该是高效的生态农业。
沼气工程把农业生产、农村经济发展和生态环境保护、资源高效利用融为一体，不仅较好地解决了农村的能源来源问题，而且实现了废弃物的再循环利用和资源化，创造了新的生态产业，如沼气设施的建设和维护，促进了以农牧结合为中心的多种经营，从而为农村剩余劳动力提供了就业机会，促进了农村的综合发展。
5.2 生态工程的实例和发展前景
网络构建
问题：怎样用有限资源，取得经济、社会、生态效益全面提高？
农村综合发展型生态工程 对策：建立农村综合发展型生态工程
案例：北京郊区窦店村的以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程
问题：小流域（河流各级支流的集水区域）水土流失比较严重
小流域综合治理生态工程 对策：应用生态工程的整体原理、协调与平衡原理，及工程学等原理，通过
保土蓄水、耕作、林草、生物等措施，层层设防控制土壤侵蚀
案例：甘肃陇南地区的“九子登科”治理模式
问题：荒漠化（原因：过度樵采、过度放牧、盲目开垦、不合理利用水资源）
大区域生态系统恢复工程 对策：实施一系列森林或草原植被恢复的生态工程、水土保持的生态工程
案例：退耕还林还草工程、防沙治沙工程、三北防护林工程等
实例 问题：地球80％的湿地资源遭破坏
湿地生态恢复工程 对策：采用工程和生物措施相结合，如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处
理工程，植物物种的引进种植，及建立缓冲带等，使受干扰的湿地得以恢复
案例：鄱阳湖生态恢复工程
问题：矿区土体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏
矿区废弃地的生态恢复工程 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，关键是植被恢复及其所必需的土壤微生物群落的重建
案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程
问题：城市严重的环境污染，如过量垃圾、煤不完全燃烧、汽车尾气、噪音等
城市环境生态工程 对策：进行城市生态分区；推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺，减少污染产出；治理污染，废弃物资源化利用；建立监督法制
案例：加强绿地建设；采用水生植物、湿地生态净化工程；采用浮床生态工艺法净
化污水；垃圾分类处理；树立城市环境建设典范
实验：制造人工模拟生命支持系统，验证人类离开地球，仅靠太阳能能否维持生存，
“生物圈2号” 但经过4年试验，以失败告终
启示：使我们认识到与自然和谐共处的重要性，深化了我们对自然规律的认识，即自
前景 然界给人类提供的生命支持服务是城市环境建设无价之宝。
分析：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
我国生态工程发展前景 不足：缺乏定量化模型的指导，缺乏高科技含量
前景：随着社会、经济发展，及可持续发展战略的实施，发展前景广阔
重难点归纳
一、农村综合发展型生态工程案例主要运用了哪些生态工程的基本原理？有何特点？
运用了物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理等。
这个案例以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。
二、小流域的综合治理，“综合”表现在哪些方面？
“综合”表现在它一改以前的单纯造林和蓄水、减沙等工程模式，同时考虑到了生态效益和经济效益：不但注重通过还林、还草、筑坝等措施达到蓄水、降低土壤侵蚀的生态效果；还考虑如何提高人们的生活水平。
三、兴建三北防护林工程的意义：
三北防护林跨越13个省、直辖市、自治区，对我国具有重要的意义：生态环境的质量关系到这一地区人民的生产和生活问题，对维护社会稳定具有重要意义；更重要的是，这一地区的生态环境关系到下游地区人民的生产、生活和经济发展，如黄河上游的水土流失容易导致下游地区的洪水泛滥，而危害巨大的沙尘暴的发生也与这一地区的土地沙漠化关系密切；同时这里自然矿产资源丰富，对我国的经济发展和国家安全具有重要战略意义。这一地区区域广阔，气候、自然条件复杂，总体经济发展水平较低等情况也决定了这个工程需要较长的时间，非一朝一夕之功。
四、什么叫湿地？湿地的作用有哪些？
目前国际上公认的湿地定义是《湿地公约》做出的，即：湿地系指不问其为天然或人工、长久或暂时之沼泽地、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者包括低潮时水深不超过6米的水域。湿地包括多种类型，沼泽、泥炭地、湿草甸、湖泊、河流及洪泛平原、河口三角洲、滩涂、珊瑚礁、红树林、水库、池塘、水稻田等都属于湿地。
湿地被誉为地球的“肾脏”，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。湿地缩小会导致局部气候恶劣、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等。
五、城市的水污染问题应当采取哪些措施来解决？城市居民应承担什么责任和义务？
减少或禁止工厂的污水排放；进行污水净化回收利用；实行雨水和污水分流。每一个城市居民都应该树立节水意识、宣传节水的意义，家庭生活中应该使用无磷洗衣粉和洗涤剂，制止或减少生活中的水污染行为。
六、发达国家与我国的生态工程建设强调的重点有所不同，为什么？
发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等资源占有量较多，所以这些国家的生态工程往往注重生态恢复，而较少注重经济效益。而我国人口较多，人均土地、水资源和能源占有量少，所以在进行生态工程时，一定要注重生态效益、社会效益和经济效益的统一。
七、我国北方沙尘暴问题日益严重的主要原因是什么？
沙尘暴的形成及其大小，直接取决于风力、气温、降水及与其相关的土壤表层状况。气候异常、高空气流运动、气温升高是造成沙尘暴的主要原因；降水稀少导致表层土壤干燥、疏松；植被破坏、沙化土地不断扩展是沙尘暴频繁发生的重要原因，而这与人类的毁林毁草开荒、过度放牧、滥樵滥采等破坏活动密切相关；同时城市建设中工地裸露也是扬沙浮尘天气的原因之一。
八、什么是“四位一体”农业生态工程？
“四位”指沼气池、猪禽舍、厕所及日光温室四部分，是庭院经济与生态农业相结合的一种生产模式。它的运行原理为：日光温室的增温效应可使蔬菜等作物在冬天也能正常生长；同时也使猪禽免受严寒而快速生长；温室内的植物为动物提供氧气，同时吸收二氧化碳；人、猪、禽的粪尿及蔬菜废弃物和秸秆等物质投入沼气池产气，同时温室的高温也提高了沼气在冬天的产气稳定性；沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于减少蔬菜的病虫害，提高蔬菜的产量和质量。“四位一体”充分应用了物质循环和生物多样性等原理，提高了单位土地面积的产出，同时减少了环境污染，大大提高了农业的综合效益。“四位一体”的物质循环见右图。
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5.1 生态工程的基本原理
生态工程建设目的：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。（少消耗、多效益、可持续）
生态经济：主要是通过实行“循环经济”原则，使一个系统产生出的污染物，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，而实现循环经济最重要的手段之一是生态工程。
1）物质循环再生原理：物质能在生态系统中循环往复，分层分级利用
2）物种多样性原理：物种繁多复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性
生态工程原理 3）协调与平衡原理：生态系统的生物数量不能超过环境承载量（环境容纳量）的限度
4）整体性原理：生态系统建设要考虑自然、经济、社会的整体影响
5）系统学和工程学原理 系统的结构决定功能原理：要通过改善和优化系统结构改善功能
系统整体性原理：系统各组分间要有适当的比例关系，使得能量、物质、信息等的转换和流通顺利完成，并实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+1>2”
重难点归纳
一、分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。
桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，能量的流动包含在物质的循环利用过程中，随着食物链的延伸逐级递减。
能量的多级利用和物质的循环利用：桑叶喂蚕，蚕产蚕丝；桑树的凋落物和蚕粪落到鱼塘中，作为鱼饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可促进鱼生长；甘蔗可榨糖，糖渣喂猪，猪的排泄物进入鱼塘；鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经微生物的分解，又可作为桑和甘蔗的有机肥料。
桑基鱼塘巧妙地利用了很难利用的大片低湿地，发展了多种经营，为农民创造了多种收入的门路，完全符合“无废弃农业”的要求。
二、导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？
根本原因：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少。
直接原因：1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。
解决长江洪水泛滥的措施有：我国政府提出的“积极营造长江中上游水源涵养林和水土保持林”计划，即以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。在进行生态工程建设时，要考虑到怎样解决农村的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。
三、何谓“石油农业”？“石油农业”的生产模式应当怎样改进？
“石油农业”指大量使用化肥、农药和机械的生产方式，因对石油等能源有高度的依赖性而得名。它把农业生产这一复杂的生物过程，变成了简单的机械过程和化学过程。由于其投入高，产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，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。
四、如何理解“污染物是放错地方的资源”？
对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。
五、为什么我国要大力发展沼气工程？
21世纪是实现我国农业现代化的关键历史阶段，现代化的农业应该是高效的生态农业。
沼气工程把农业生产、农村经济发展和生态环境保护、资源高效利用融为一体，不仅较好地解决了农村的能源来源问题，而且实现了废弃物的再循环利用和资源化，创造了新的生态产业，如沼气设施的建设和维护，促进了以农牧结合为中心的多种经营，从而为农村剩余劳动力提供了就业机会，促进了农村的综合发展。
5.2 生态工程的实例和发展前景
网络构建
问题：怎样用有限资源，取得经济、社会、生态效益全面提高？
农村综合发展型生态工程 对策：建立农村综合发展型生态工程
案例：北京郊区窦店村的以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程
问题：小流域（河流各级支流的集水区域）水土流失比较严重
小流域综合治理生态工程 对策：应用生态工程的整体原理、协调与平衡原理，及工程学等原理，通过
保土蓄水、耕作、林草、生物等措施，层层设防控制土壤侵蚀
案例：甘肃陇南地区的“九子登科”治理模式
问题：荒漠化（原因：过度樵采、过度放牧、盲目开垦、不合理利用水资源）
大区域生态系统恢复工程 对策：实施一系列森林或草原植被恢复的生态工程、水土保持的生态工程
案例：退耕还林还草工程、防沙治沙工程、三北防护林工程等
实例 问题：地球80％的湿地资源遭破坏
湿地生态恢复工程 对策：采用工程和生物措施相结合，如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处
理工程，植物物种的引进种植，及建立缓冲带等，使受干扰的湿地得以恢复
案例：鄱阳湖生态恢复工程
问题：矿区土体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏
矿区废弃地的生态恢复工程 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，关键是植被恢复及其所必需的土壤微生物群落的重建
案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程
问题：城市严重的环境污染，如过量垃圾、煤不完全燃烧、汽车尾气、噪音等
城市环境生态工程 对策：进行城市生态分区；推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺，减少污染产出；治理污染，废弃物资源化利用；建立监督法制
案例：加强绿地建设；采用水生植物、湿地生态净化工程；采用浮床生态工艺法净
化污水；垃圾分类处理；树立城市环境建设典范
实验：制造人工模拟生命支持系统，验证人类离开地球，仅靠太阳能能否维持生存，
“生物圈2号” 但经过4年试验，以失败告终
启示：使我们认识到与自然和谐共处的重要性，深化了我们对自然规律的认识，即自
前景 然界给人类提供的生命支持服务是城市环境建设无价之宝。
分析：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
我国生态工程发展前景 不足：缺乏定量化模型的指导，缺乏高科技含量
前景：随着社会、经济发展，及可持续发展战略的实施，发展前景广阔
重难点归纳
一、农村综合发展型生态工程案例主要运用了哪些生态工程的基本原理？有何特点？
运用了物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理等。
这个案例以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。
二、小流域的综合治理，“综合”表现在哪些方面？
“综合”表现在它一改以前的单纯造林和蓄水、减沙等工程模式，同时考虑到了生态效益和经济效益：不但注重通过还林、还草、筑坝等措施达到蓄水、降低土壤侵蚀的生态效果；还考虑如何提高人们的生活水平。
三、兴建三北防护林工程的意义：
三北防护林跨越13个省、直辖市、自治区，对我国具有重要的意义：生态环境的质量关系到这一地区人民的生产和生活问题，对维护社会稳定具有重要意义；更重要的是，这一地区的生态环境关系到下游地区人民的生产、生活和经济发展，如黄河上游的水土流失容易导致下游地区的洪水泛滥，而危害巨大的沙尘暴的发生也与这一地区的土地沙漠化关系密切；同时这里自然矿产资源丰富，对我国的经济发展和国家安全具有重要战略意义。这一地区区域广阔，气候、自然条件复杂，总体经济发展水平较低等情况也决定了这个工程需要较长的时间，非一朝一夕之功。
四、什么叫湿地？湿地的作用有哪些？
目前国际上公认的湿地定义是《湿地公约》做出的，即：湿地系指不问其为天然或人工、长久或暂时之沼泽地、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者包括低潮时水深不超过6米的水域。湿地包括多种类型，沼泽、泥炭地、湿草甸、湖泊、河流及洪泛平原、河口三角洲、滩涂、珊瑚礁、红树林、水库、池塘、水稻田等都属于湿地。
湿地被誉为地球的“肾脏”，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。湿地缩小会导致局部气候恶劣、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等。
五、城市的水污染问题应当采取哪些措施来解决？城市居民应承担什么责任和义务？
减少或禁止工厂的污水排放；进行污水净化回收利用；实行雨水和污水分流。每一个城市居民都应该树立节水意识、宣传节水的意义，家庭生活中应该使用无磷洗衣粉和洗涤剂，制止或减少生活中的水污染行为。
六、发达国家与我国的生态工程建设强调的重点有所不同，为什么？
发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等资源占有量较多，所以这些国家的生态工程往往注重生态恢复，而较少注重经济效益。而我国人口较多，人均土地、水资源和能源占有量少，所以在进行生态工程时，一定要注重生态效益、社会效益和经济效益的统一。
七、我国北方沙尘暴问题日益严重的主要原因是什么？
沙尘暴的形成及其大小，直接取决于风力、气温、降水及与其相关的土壤表层状况。气候异常、高空气流运动、气温升高是造成沙尘暴的主要原因；降水稀少导致表层土壤干燥、疏松；植被破坏、沙化土地不断扩展是沙尘暴频繁发生的重要原因，而这与人类的毁林毁草开荒、过度放牧、滥樵滥采等破坏活动密切相关；同时城市建设中工地裸露也是扬沙浮尘天气的原因之一。
八、什么是“四位一体”农业生态工程？
“四位”指沼气池、猪禽舍、厕所及日光温室四部分，是庭院经济与生态农业相结合的一种生产模式。它的运行原理为：日光温室的增温效应可使蔬菜等作物在冬天也能正常生长；同时也使猪禽免受严寒而快速生长；温室内的植物为动物提供氧气，同时吸收二氧化碳；人、猪、禽的粪尿及蔬菜废弃物和秸秆等物质投入沼气池产气，同时温室的高温也提高了沼气在冬天的产气稳定性；沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于减少蔬菜的病虫害，提高蔬菜的产量和质量。“四位一体”充分应用了物质循环和生物多样性等原理，提高了单位土地面积的产出，同时减少了环境污染，大大提高了农业的综合效益。“四位一体”的物质循环见右图。
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