第41讲　生态工程 [考纲要求]　1.简述生态工程的原理(Ⅱ)。2.生态工程的实例(Ⅰ)。
考点一　聚焦生态工程的原理
[判断正误] 1．“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理 (　×　) 2．在建设高新农业时，沼气池的建立是遵循物质循环再生原理 (　√　) 3．根据协调与平衡原理，一个生态系统中种群的数量不应超过环境容纳量 (　√　) 4．“总体功能大于各部分之和的效果”遵循的是系统学的结构决定功能原理 (　×　) 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 (　√　) 易错警示　对生态工程具体实例所遵循的原理辨析不清：(1)单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害——物种多样性原理。(2)草原确定合理载畜量，不能过度放牧——平衡原理。(3)引种考虑适应环境——协调原理。(4)林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题——系统整体性原理。(5)整体性原理和系统整体性原理的比较：整体性原理指社会、经济、自然三方面协调统一，保障整个系统的稳定与平衡，例如林业建设中自然系统、社会系统与经济系统的关系问题，即种树的同时考虑经济收入、粮食、燃料等问题。系统整体性原理指整体功能大于部分之和，即1＋1>2。原因是系统保持有很高的生产力，具体是指互利共生的生物体现系统整体性原理，如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中的藻类和真菌等。
1． 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有机地结合起来，形成一种高效良性的循环，生态效益得到了良性发展。请就此生态农场的特点，完成下列问题： (1)该生态农场充分体现了生态工程基本原理中的______________、________________和________________原理。
(2)该系统工程的核心之一是沼气池，沼气池的制作如右图所示。 ①在图中用箭头标出生产过程中物质循环的方向。 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？ ________________________________________________________________________。 (3)根据生态工程的物种多样性原理，有人认为生态农业建设中，应使食物链和营养级越长越多越好。请你结合所学知识，分析该结论是否正确，为什么？__________________ ______________________________________________________。 答案　
(1)物质循环再生原理　物种多样性原理　整体性　(2)①如右图所示　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　(3)不正确。因为食物链越长，各食物链中的生物数量越难以达到一定规模，影响经济效益；营养级越多，高层次营养级生物获得的能量越少，该营养级生物数量也越少 解析　(1)生态工程中的生态农业是建立在物质循环再生、物种多样性和整体性等原理基础上的，在实现经济效益的同时，也取得了良好的生态效益和社会效益。(2)物质循环的特点是循环往复、分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭。如果把“无机物→农田”这一环节去掉，势必会造成物质循环受到破坏，土壤中无机物得不到及时补充，土壤肥力会下降。(3)从能量流动逐级递减的特点分析，食物链不能无限延长，一般维持在4～5个营养级。
生态工程的基本原理 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，可提高生态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 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 林业建设中自然生态系统与社会、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：分布式结构优于集中式和环式结构 改善和优化系统的结构以改善功能 桑基鱼塘   系统整体性原理：总体功能大于各部分之和 能保持很高的系统生产力 珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系  考点二　生态工程的实例分析
[实例连线]

2． 我国在西部地区实行退耕还林还草工程，这一工程属于 (　　) A．农村综合发展型生态工程 B．小流域综合治理生态工程 C．大区域生态系统恢复工程 D．湿地生态恢复工程 答案　C 解析　大区域生态系统恢复工程主要是针对控制我国西北地区大范围的荒漠化的发展和水土流失，改善生态环境，提高人民生活水平而提出的退耕还林还草等生态工程。 3． 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。请据图回答下列问题：
(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)在发酵装置里的B过程中起重要作用的微生物，其细胞结构与水稻细胞最主要的区别是_____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，试分析其增产原因：_________________ _______________________________________________________。 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。 答案　(1)实现物质的循环再生和能量的多级利用　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，减少了对水的污染 (3)无以核膜为界限的细胞核(无成形的细胞核) (4)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　系统整体性 解析　(1)图示农业生态系统通过建立沼气池，实现了废物资源化和能量的多级利用，其遵循的是物质循环再生原理。 (2)图中生态农业施用的都是有机肥，减少了化肥和农药的使用量，因此生产的大米无公害。 (3)发酵装置中的微生物主要是乳酸菌，为原核生物，无以核膜为界限的细胞核。 (4)蘑菇为分解者，可将有机物分解为CO2等无机物，供蔬菜进行光合作用。
1． 生态工程的实例分析 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 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  小流域综合治理生态工程 整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理 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  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 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  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计问题  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确定合理载畜量 ③改良表土  城市环境生态工程 协调与平衡原理、整体性原理等 ①解决大气污染措施：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  2． 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。 3． 生态农业常见类型 (1)桑基鱼塘模式 人工建立的高产稳产的农业生态系统。做到蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收，如图所示。
(2)沼气农田立体养殖模式
通过控制温室内的温度、光照、气体和水肥等因素，缩短生产周期，大幅度提高粮食、蔬菜和水果的产量和质量。 4． 传统农业、现代农业和生态农业的比较 名称 概念 优点 缺点  传统农业 简单划一的种植业 不会产生严重的环境污染 农田生态系统结构简单，能量流动、物质循环水平低，经济效益低  现代农业 利用石油等有机物来提高农作物产量的农业生产方式 以石油、天然气、煤作为能源和原料，大量使用化肥、农药和机电动力，实行大规模生产，大幅度提高农业劳动生产率和农产品产量，获得较高的经济效益 过量施用化肥、农药，导致严重的环境污染，危害人畜健康；同时存在能耗增多、成本过高等问题  生态农业 运用生态学原理，在环境与经济协调发展思想的指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生态体系 充分发挥生态系统各成分的作用，通过物质多级利用，形成良性循环，减少化肥的使用量，降低农业投入，增加经济效益，净化环境，降低人畜的发病率   
1． (2010·大纲全国卷Ⅰ，5)如图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是 (　　)
A．微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量 B．沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者 C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用 D．多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率 答案　C 解析　一个完整的生态系统由非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者四部分构成，在沼气池中，微生物分解有机物，产生可燃气体，属于分解者；生态系统中，物质是可以循环利用的，而能量是单向流动、逐级递减的，C项的叙述违背了这一原则，因此是错误的。 2． (2008·广东生物，16)要实现人与自然的和谐发展，下列措施最合理的是 (　　) A．通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源 B．使用化学农药防治病虫害，保证粮食稳产 C．发展生态农业，实现物质和能量的多级利用 D．大力开垦湿地，扩大粮食种植面积 答案　C 解析　实现物质和能量的多级利用，实行无废弃物生产，大力发展生态农业，最有利于可持续发展。 3． (2011·新课标全国卷，40)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________(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。 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。 4． (2011·江苏卷，29)池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象。研究者设计了一种循环水池塘养殖系统(如下图)。请回答下列问题：
(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性________。人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化；藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡，进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为________。 (2)与传统养殖池塘相比，该养殖系统增加的生态工程设施有____________________。可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施，起到对水体的________________，有效减少水体中的N、P等含量。 (3)该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部，实现水层交换，其目的有______________、______________。 (4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多，因为__________________________________。 答案　(1)高　正反馈　(2)生态塘和潜流湿地　净化作用(3)增加水的溶氧量　提高饵料的利用率 (4)后面池塘水体中的N和P含量(浓度)越来越高 解析　(1)人工养殖池塘生态系统物种数量少，恢复力稳定性高。水体受污染后生物死亡导致微生物数量增加，促进水体溶氧量下降，导致鱼类等死亡，又进一步促进环境恶化，说明调节过程中，最初的变化经调节后变化更大，从而说明该调节方式为正反馈调节。(2)由图示可知，该生态系统与传统养殖池塘相比，新增加的是生态塘和潜流湿地的工程设施。栽植水生植物或放养滤食动物，可促进对N、P的利用，从而达到水体自我净化的目的。(3)前一池塘的上层水流流入后一池塘底部，使得水层充分与植物和动物接触，从而增加水的溶氧量和提高饵料利用率。(4)人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，这样后面池塘的N、P含量越来越高，易引起水体富营养化，不利于植物、动物生存。
1． 下列关于生态工程的理解，不合理的是 (　　) A．我国“三北防护林”运用物种多样性原理，取得了巨大的生态效益 B．小流域综合治理模式应用了生态工程的整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理等 C．在湿地周围建立缓冲带，可减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等恢复其生态功能 D．在对城市进行规划和布局时，要进行城市生态分区 答案　A 解析　我国“三北防护林”虽然取得了巨大的生态和经济效益，但是由于没有完全按照自然生态规律办事，也产生了不少问题，例如樟子松林的松毛虫肆虐，很多地方的樟子松因此奄奄一息。 2． 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，据图判断下列说法正确的是 (　　)
①用残渣来培育食用菌和蛆、蛹，实现了物质的多级利用　②用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益　③用蛆、蛹粪便作为有机肥还田，运用了能量循环再生原理 ④在离开人的管理条件下，该生态工程仍可以正常运转 A．①② B．②③ C．①④ D．②④ 答案　A 解析　该生态工程中利用残渣来培育食用菌和蛆、蛹，用玉米芯生产木糖醇，充分地利用了废弃物，实现了物质的多级利用，增加了经济效益；能量只能单向流动、逐级递减，而不能循环利用；该生态工程是在人的参与下建立的，因此该生态工程离不开人的管理。 3． 下列关于生态工程的叙述中，错误的是 (　　) A．它是无消耗、多效益的工程 B．追求经济与生态的双赢 C．实现了废物资源化的良性循环 D．实现了能量的多级利用 答案　A 解析　生态工程属于低消耗、多效益的工程。 4． 矿山废弃地生态修复工程的关键是 (　　) A．优先选择农作物以提高经济效益 B．选择合适的养殖动物以增加物种多样性 C．植被恢复和土壤微生物群落的重建 D．尽可能依靠自然演替恢复其生态功能 答案　C 解析　矿山废弃地很少有动植物，而且土壤也被严重破坏，所以关键是先要进行植被恢复和土壤微生物群落的重建。 5． 在政府的大力支持下，部分村镇的农民朋友率先建起了以沼气池为中心的生态工程。如图是某同学绘制的一个庭院生态工程示意图，分析并回答下列问题：
(1)该生态系统的“基石”是____________________，沼气池中有产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物，其生态学作用主要是作为____________。 (2)构建这种以沼气池为中心的生态模式时所依据的最主要的生态学原理是________________________________________________________________________。 在沼气发酵的过程中，有一种微生物有除臭作用，这种微生物是____________，它的除臭过程是__________________。 (3)某养殖户把自己的养鸡场、养猪场、鱼塘和桑园也纳入该生态园，并把很多单个生产系统通过优化组合有机地整合在一起，改善了系统的功能，这体现了生态工程________________________原理。 (4)生态农业是一个在生态上能自我维持的农业生产系统，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。下列关于生态农业的叙述，不正确的是________。 A．生态农业中食物链的各营养级之间的能量传递效率大大提高了 B．生态农业比传统农业的抵抗力稳定性高 C．生态农业设计的指导原则是能量的多级利用和物质的循环再生 D．生态农业属于人工生态系统，对病虫害一般采用生物防治的方法 答案　(1)黄瓜、番茄等蔬菜　分解者　(2)物质循环再生原理　硝化细菌　将氨气氧化为亚硝酸盐和硝酸盐　(3)系统的结构决定功能　(4)A 解析　(1)生产者是生态系统的“基石”，该生态系统中黄瓜、番茄等蔬菜是生产者。沼气池中的产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物是生态系统的分解者。(2)该生态系统依据的原理是物质循环再生原理。沼气发酵过程中产生的臭气是氨气，常利用硝化细菌的硝化作用除去。(3)把很多单个生产系统通过优化组合有机地整合在一起，提高了生态系统的复杂性，从而改善了生态系统的功能，这体现了生态工程中系统的结构决定功能原理。(4)生态农业生态系统中食物链的各营养级之间的能量传递效率不变，但生态系统的营养结构变复杂了。 6． 江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如下图所示，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、地热、________________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了________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 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多级利用 解析　(1)牛棚内牛的呼吸作用和微生物的分解作用产生的CO2可以扩散进入蔬菜大棚，提高蔬菜的光合效率，蔬菜光合作用产生的O2扩散进入牛棚，用于牛和一些需氧微生物的呼吸作用。(2)秸秆的主要成分是纤维素，与牛粪混合堆放可以被微生物分解，将有机物分解成无机物，作为肥料才能被蔬菜吸收。(3)这种冬季生态型种植养殖模式中，由于生物呼吸作用产生的热量可以使牛棚内的温度升高，牛维持体温消耗的能量较少，用于生长发育的能量较多，所以牛的生长速率明显提高。(4)生物通过呼吸作用分解有机物，一部分能量用于生命活动，还有大部分的能量以热能的形式散失。(5)生态系统的功能包括物质循环和能量流动，这种生态模式可以实现物质的循环利用和能量的多级利用。 7． 我国珠江三角洲地区，为充分利用土地，创造了一种挖深鱼塘、垫高基田、塘基植桑、塘内养鱼的高效人工生态系统——桑基鱼塘，如图所示。据图回答有关问题。
(1)生态工程遵循的基本原理有__________、__________、__________、整体性原理和系统学与工程学原理等。 (2)该生态工程能将蚕沙、蔗叶、滤泥等变成鱼类的饵料，塘泥中的微生物能将有机物转化成无机物，为甘蔗、桑树的光合作用提供无机营养，这一过程不但实现了废弃物的__________________________，而且体现了____________________的“循环经济”原则。 (3)蚕沙是蚕食桑叶后排泄出来的粪便，蚕沙富含粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维等营养物质，是上等的肥料，也是猪、鱼、羊的理想饲料。某种鱼专以蚕沙为食，假设某一时间段蚕从上一个营养级固定的能量为1.5×105 kJ，那么这部分能量最多有____________kJ被这种鱼所同化。 (4)该生态系统向外输出的物质主要有__________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________。 (5)该生态系统与一般的自然生态系统相比较，__________________________稳定性较低，所以需要人们不断输入物质与能量。 (6)桑基鱼塘的生产方式与改造前的传统耕作方式比较，主要的优点有________________________________________________________________________(至少答2点)。 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　(2)资源化　生态经济　(3)0　(4)蚕丝、鱼、糖等(5)抵抗力　(6)减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等(答案合理即可)

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