資源簡介

(共72張PPT)
第4章 人與環境
第3節　生態工程
課標內容要求
核心素養對接
必備知識·自主預習儲備
01
生態學
經濟效益
可持續
自組織、自我優化、自我調節、
自我更新和維持
新陳代謝
結構與功能
選擇生物組分并合理布設
生物組分
互利共存
遷移與轉化
物質遷移
轉化率
廢物
環境
生物
失衡和破壞
比例
有序的結構
改變和優化結構
改善系統功能
經濟和社會
種樹
生活
人多地少
綜合發展型
多級循環利用
物質多級循環利用
調節區域氣候
縮小和破壞
工程學和生態學
緩沖帶
自然演替
山體
生態系統
植被恢復
土壤微生物
標準化
高科技含量
監測技術
理論性
環境污染
并發癥
生態環境
經濟、社會效益
關鍵能力·重難探究達成
02
核心點一
核心點二
應用創新·問題情境探究
03
學習效果·隨堂評估自測
04
點擊右圖進入…
課
時
分
層
作
業
謝謝觀看 THANK YOU!
W
原理、方法
應用
等學科的基本原理和方法
生
任務
提高生態系統的生產力或改善
促進
人類社會與自然環境和諧發展的系統工程技術
工程
或綜合工藝過程
措施
分析、設計和調控人工生態系統或修復、重
建
淺仰芹
生物降解塑料
有機肥料
②
有機廢棄物
發酵處理
沼氣
③
燃燒發電、提
飼養蚯蚓、
動物蛋
供社區用熱水
蒼蠅等
白飲料
我仰
h
團結守紀勤學春
飼料
養雞場
鴟炎
溶渣水
農田
肉蛋奶魚
奶牛場
糞
沼渣
水
沼
菜園
豬
糞
養豬場
站
沼
為這光
渣水
沼
果園
糧、菜、果苗
潘
水
魚塘
農戶
苗圃
生態工程
生態工程
基本原理
生態工程的實例
和發展前景
關注生態
基本原理
生態工
生態工程發
工程建設
程實例
展的前景
含義〔
目的特點
問題與
存在
對策
案例
特點
問題課時分層作業(13)　生態工程
題組一　生態工程概念、特點和建設目的
1．下列關于生態工程的敘述，錯誤的是(　　)
A．生態工程是生態學、工程學、系統學、經濟學等學科交叉而產生的新興學科
B．生態工程力求達到生態效益、經濟效益和社會效益的協調統一
C．生態工程是無消耗、多效益的工程
D．應用了自生、協調、整體和循環等原理
C　[生態工程實現了物質和能量的多級利用，并不是無消耗。]
2．人們為了解決某些在農業、牧業、漁業等生產中產生的生態問題而采取了下列各項措施，其中會導致完全相反的結果的是(　　)
A．更好的人口控制方法
B．制造毒性更強、更有效的農藥
C．合理地放養牲畜
D．科學合理地利用海洋資源
B　[人口的迅速增加必然會對生態系統施加更大的壓力，所以控制人口增長是解決生態問題的有效方法；合理的放養牲畜和科學、合理利用海洋資源是解決生態問題的有效途徑；但更強、更有效的農藥必然會對環境造成嚴重的污染，與人們的愿望是完全相反的，對于病蟲害的防治應致力于生物防治方法的研究與開發，才能有效地解決防治病蟲害的同時產生的環境污染問題。]
題組二　生態工程遵循的基本原理
3．在進行林業工程建設時，一方面要號召農民種樹，另一方面要考慮貧困地區農民的生活問題，如糧食、燒柴以及收入等。以上做法依據的生態工程原理是(　　)
A．協調原理　　　　 B．整體原理
C．循環原理 D．以上都不是
B　[從題干可以看出，在生態恢復的過程中不但要考慮到生態效益，還要考慮與經濟、社會的關系，應屬于整體原理。]
4．我國西北地區土地沙化和鹽漬化非常嚴重，原因有多種，其中一個主要原因是超載放牧，導致草地退化。試分析上述事實主要違背的生態工程原理是(　　)
A．自生原理 B．協調原理
C．循環原理 D．整體原理
B　[協調原理的一個重要方面就是考慮環境承載力。]
5．自開展“南京莫愁湖物理生態示范實驗研究”開始，相繼引種了浮水植物、沉水植物等共計10余種，在圍隔區內已經形成了以沉水植物為優勢的水生植物群體。試驗區內營養鹽的濃度得到有效控制，如試驗區內氨氮和總氮僅分別為試驗區外的1/13和1/5，有效地改善了水質。
(1)此項生態工程依據的生態學原理有_______________________________。
(2)生態工程的調控機制是________________________________________，
主要利用的能源是___________________________________________。我國的生態工程建設中，____________仍起著較大作用，強調按預期目標，因地制宜地調整復合生態系統的結構和功能。
(3)生態工程的主要目的在于________________________________________
_______________________________________________________________。
[解析]　生態工程的建設不僅要遵循生態學原理，另外還要注意對于人與自然和諧發展的調控。目前我國的生態工程和西方國家的生態工程建設所處的階段不同，因而追求的目標也不盡相同，但總之都是為了使生物和環境之間變得高度和諧。
[答案]　(1)循環原理、協調原理、整體原理和自生原理
(2)人為輔助下的自我調節　太陽能　人為調控
(3)建造和調控人工生態系統，使生物與環境之間變得高度和諧
題組三　生態工程的實例
6．生態農業是一個生態上自我維持的農業生態系統，其特點是在保持和改善系統內的生態平衡、不對其周圍環境造成明顯改變的情況下，求得最大生產力和可持續發展。下列不屬于生態農業生產方式的是(　　)
A．病蟲害的生物防治
B．作物輪作、套種
C．使用化肥提高作物產量
D．秸稈等農業廢棄物的資源化利用
C　[使用化肥會引起水體富營養化，造成環境污染，不屬于生態農業生產方式。]
7．下列關于濕地生態恢復工程的敘述，錯誤的是(　　)
A．該工程采用工程和生物措施相結合的方法
B．要建立緩沖帶，以盡量減少人類的干擾
C．對濕地的恢復，只注意退耕還濕地或建立自然保護區就可以
D．濕地的恢復除利用生物工程手段外，還要依靠自然演替機制恢復其生態功能
C　[濕地生態恢復工程就是采用工程學和生態學措施相結合的方法，如退耕還濕地、建立自然保護區、廢水處理、點源和非點源污染控制、土地處理工程，以及植物物種的引進種植等，使受到干擾的濕地得以恢復。在濕地的周圍，還應建立緩沖帶，以盡量減少人類的干擾，使濕地依靠自然演替等機制恢復其生態功能。]
8．下列關于生態工程的問題和對策的理解，正確的是(　　)
A．建立農村綜合發展型生態工程，是解決我國人多地少問題的唯一途徑
B．濕地生態恢復工程會加劇人多地少的矛盾，對人類發展不利
C．礦區生態環境的恢復工程中關鍵的措施是植被恢復
D．只要各種生態工程技術發展成熟，我們完全可以走“先污染，后治理”的老路
C　[建立農村綜合發展型生態工程，是解決人多地少問題的有效途徑之一，而非唯一途徑。濕地生態恢復工程是恢復原有的濕地生態系統，耕地會暫時性略有減少，但是其生態效益是巨大的。雖然各種生態工程技術逐漸發展，并最終會成熟起來，但絕不能走“先污染，后治理”的老路。]
9．甘肅某山區由于開采露天小鐵礦等活動，自然生態系統完全被破壞，成為一片廢墟。為盡快使該山區恢復到原有自然生態系統狀態，應采取的最好措施是在這片廢墟上(　　)
A．回填土壤，引進多種外來物種，重建新的生態系統
B．撤出人類全部活動，實行全面封閉，等待自然恢復
C．回填土壤，栽培當地經濟農作物，發展農業生產
D．回填土壤，栽種多種當地原有的植物，實行封山育林
D　[解答本題首先應明確題干中提供的信息：①原有的自然生態系統完全被破壞；②盡快恢復原狀的最佳措施是回填土壤為栽種植物提供生存條件。然后再由選項并結合生態工程所遵循的基本原理作答。]
10．濕地是地球上生物生產力最大的生態系統之一。它是天然的蓄水池，并能過濾和分解水中的污染物進而改善水質，被譽為“地球之腎”。濕地類型眾多，如紅樹林、河流、湖泊和稻田等。
(1)濕地由于其特殊的水文及地理特征，具有___________________________等生態功能。
(2)與生物多樣性豐富的湖泊相比，稻田的______穩定性較低。
(3)調查表明，我國相當一部分湖泊已不同程度富營養化，原因是含氮、磷等元素豐富的污染物的排放量超過了湖泊______________的限度，使其自動調節能力下降。造成富營養化水體中魚類大量死亡的原因有_________________
___________________________________________________________________
_________________________________________________________________等。
(4)濕地面積的縮小會導致局部氣候變惡劣、_________________________
____________________________________________________________等。
(5)濕地生態恢復工程就是采用________和______措施相結合的方法，如廢水處理、______________污染控制、土地處理工程以及__________________等，使受干擾的濕地得以恢復。
[解析]　(1)濕地可以調節水流量和控制洪水，可以補充地下水，同時還可以凈化水質。(2)生物多樣性越豐富，其抵抗力穩定性越高，恢復力穩定性越低。稻田的物種多樣性低，因此它的抵抗力穩定性比湖泊的低。(3)自動凈化能力是湖泊恢復到以前正常狀態的能力，是有限度的，超過了限度就會造成破壞。水體富營養化導致藻類大量繁殖，產生毒素并消耗水中的氧氣，造成魚類大量死亡。(4)(5)見答案。
[答案]　(1)調節水流量和控制洪水(蓄洪抗旱)、凈化水質(答案合理即可)　(2)抵抗力　(3)自動凈化能力　溶氧量下降、有毒物質增加　(4)地下水位下降、生物多樣性降低、遷飛鳥類絕跡(答案合理即可)　(5)工程學　生態學　點源和非點源　動植物物種引進
11．如圖表示某人工設計的生態系統，下列敘述錯誤的是(　　)
A．該生態系統經過能量多級利用，提高了系統總能量利用效率
B．該生態系統的分解者是蠅蛆和蚯蚓，促進了系統中物質和能量循環流動的進行
C．合理使用農家肥可提高葡萄和蔬菜的產量
D．該生態系統遵循了循環原理，但各營養級之間的能量傳遞效率并未提高
B　[該生態系統遵循了循環原理，生態系統經過能量多級利用，雖然沒有提高能量的傳遞效率，但提高了系統總能量利用效率，選項A、D正確；該生態系統的分解者是蠅蛆和蚯蚓，促進了系統中的物質循環，但能量流動是單向的、不循環的，選項B錯誤；合理使用農家肥，不僅能提供無機鹽，還能提供二氧化碳，增強光合作用效率，從而提高葡萄和蔬菜的產量，選項C正確。]
12．浙江慈溪采用聚乙烯發泡板為人工浮床，在富營養化污水中栽培綠蘿、美人蕉和龜背竹，從而使污染水體得到凈化。下列關于人工浮床凈化水體機理的敘述，正確的是(　　)
A．植物吸收水中懸浮物，提高水體透明度
B．浮床上的植物不能吸收水中的NO、PO等離子，不能降低水中氮、磷等含量
C．浮床遮擋部分光，抑制浮游藻類的生長繁殖，防止水華發生
D．浮床下方水體氧氣濃度升高，減少了微生物種類和數量
C　[植物不能吸收水中的懸浮物，選項A錯誤；水體富營養化指的是水中富含N、P等營養物質，栽培的植物可以吸收利用水中的無機鹽，從而降低水體富營養化的程度，選項B錯誤；浮床可以遮擋光照，使得水體中的藻類不能進行光合作用，抑制其生長繁殖從而避免水華的發生，選項C正確；浮床下方水體氧氣濃度降低，選項D錯誤。]
13．(不定項)如圖為利用自然生態系統凈化污水的一種大面積、敞開式污水處理池塘(氧化塘)。請據圖分析，下列敘述錯誤的是(　　)
A．圖中A可以表示氧氣，B可以表示二氧化碳、無機鹽等
B．由圖示可知，氧化塘凈化污水的途徑有物理沉降和微生物的分解作用
C．氧化塘實現凈化污水的原理主要是利用細菌和藻類的分解作用來分解有機污染物
D．隨著距水面深度的不斷增加，不同水層微生物的呼吸作用類型變化順序可能是需氧型、兼性厭氧型、厭氧型
C　[流入的污水經沉淀后被污泥中的微生物分解，分解產生的二氧化碳和無機鹽又被藻類等生產者利用，A項正確；整個過程中既有物理沉降又有微生物的分解作用，B項正確；這個過程中細菌起分解作用，而藻類屬于生產者，進行光合作用產生氧氣和有機物，不能稱為分解作用，C項錯誤；隨著距水面深度的增加，溶氧量不斷下降，不同水層的微生物呼吸作用類型可能依次是需氧型、兼性厭氧型和厭氧型，D項正確。]
14．(不定項)下列關于生態工程的敘述，正確的是(　　)
A．竇店村綜合發展型生態工程建立了良好的物質多級循環利用程序
B．在城市環境治理中，實現垃圾分類處理體現了循環原理
C．對濕地的恢復，只要注意退耕還濕地或建立自然保護區就可以了
D．我國的生態工程應該以經濟和社會效益為主要目標
AB　[北京郊區竇店村以沼氣工程為中心的物質多級循環利用工程，符合循環原理，A正確；在城市環境治理中，實現垃圾分類處理，充分利用廢棄物中的物質和能量，體現了循環原理，B正確；對濕地的恢復，不僅要注意退耕還濕地和建立自然保護區，還要注意控制污染源、廢水處理等問題，C錯誤；生態工程應該以自然、經濟和社會效益為主要目標，保障生態系統的平衡和穩定，D錯誤。]
15．(2020·全國卷Ⅱ)植樹造林、“無廢棄物農業”、污水凈化是建設美麗中國的重要措施。回答下列有關生態工程的問題：
(1)在植樹造林時，一般認為，全部種植一種植物的做法是不可取的。因為與混合種植方式所構建的生態系統相比，按照種植一種植物方式所構建的生態系統，其抵抗力穩定性________。抵抗力穩定性的含義是_________________
_________________________________________________________________。
(2)“無廢棄物農業”是我國利用生態工程的原理進行農業生產的一種模式，其做法是收集有機物質，包括人畜糞便、枯枝落葉等，采用堆肥和漚肥等多種方式，把它們轉變為有機肥料，再施用到農田中。施用有機肥料的優點是___________________________________________________________________
_________________________________________________(答出3點即可)。
在有機肥料的形成過程中，微生物起到了重要作用，這些微生物屬于生態系統組分中的________。
(3)在污水凈化過程中，除發揮污水處理廠的作用外，若要利用生物來回收污水中的銅、鎘等金屬元素，請提供一個方案：_________________________
_________________________________________________________________。
[解析]　(1)一般來說，生態系統中的組分越多，食物網越復雜，其自我調節能力越強，抵抗力穩定性就越高，因而，按照種植一種植物方式所構建的生態系統，其抵抗力穩定性會相對較低。抵抗力穩定性是指生態系統抵抗外界干擾并使自身的結構與功能保持原狀或不受損害的能力。(2)施用有機肥可改善土壤的結構、培育土壤微生物、實現土壤養分的循環利用。微生物可作為分解者將有機肥料中的有機物分解為無機物。(3)在污水凈化過程中，可種植能吸收污水中銅、鎘等金屬元素的水生植物，再從植物中回收金屬。
[答案]　(1)低　生態系統抵抗外界干擾并使自身的結構與功能保持原狀或不受損害的能力　(2)改善了土壤結構；培育了土壤微生物；實現了土壤養分的循環利用　分解者　(3)種植能吸收這些金屬元素的水生植物，再從植物中回收金屬
7/7課時分層作業(13)　生態工程
題組一　生態工程概念、特點和建設目的
1．下列關于生態工程的敘述，錯誤的是(　　)
A．生態工程是生態學、工程學、系統學、經濟學等學科交叉而產生的新興學科
B．生態工程力求達到生態效益、經濟效益和社會效益的協調統一
C．生態工程是無消耗、多效益的工程
D．應用了自生、協調、整體和循環等原理
　
2．人們為了解決某些在農業、牧業、漁業等生產中產生的生態問題而采取了下列各項措施，其中會導致完全相反的結果的是(　　)
A．更好的人口控制方法
B．制造毒性更強、更有效的農藥
C．合理地放養牲畜
D．科學合理地利用海洋資源
　
題組二　生態工程遵循的基本原理
3．在進行林業工程建設時，一方面要號召農民種樹，另一方面要考慮貧困地區農民的生活問題，如糧食、燒柴以及收入等。以上做法依據的生態工程原理是(　　)
A．協調原理　　　　 B．整體原理
C．循環原理 D．以上都不是
　
4．我國西北地區土地沙化和鹽漬化非常嚴重，原因有多種，其中一個主要原因是超載放牧，導致草地退化。試分析上述事實主要違背的生態工程原理是(　　)
A．自生原理 B．協調原理
C．循環原理 D．整體原理
　
5．自開展“南京莫愁湖物理生態示范實驗研究”開始，相繼引種了浮水植物、沉水植物等共計10余種，在圍隔區內已經形成了以沉水植物為優勢的水生植物群體。試驗區內營養鹽的濃度得到有效控制，如試驗區內氨氮和總氮僅分別為試驗區外的1/13和1/5，有效地改善了水質。
(1)此項生態工程依據的生態學原理有_______________________________。
(2)生態工程的調控機制是________________________________________，
主要利用的能源是___________________________________________。我國的生態工程建設中，____________仍起著較大作用，強調按預期目標，因地制宜地調整復合生態系統的結構和功能。
(3)生態工程的主要目的在于________________________________________
_______________________________________________________________。
　
題組三　生態工程的實例
6．生態農業是一個生態上自我維持的農業生態系統，其特點是在保持和改善系統內的生態平衡、不對其周圍環境造成明顯改變的情況下，求得最大生產力和可持續發展。下列不屬于生態農業生產方式的是(　　)
A．病蟲害的生物防治
B．作物輪作、套種
C．使用化肥提高作物產量
D．秸稈等農業廢棄物的資源化利用
　
7．下列關于濕地生態恢復工程的敘述，錯誤的是(　　)
A．該工程采用工程和生物措施相結合的方法
B．要建立緩沖帶，以盡量減少人類的干擾
C．對濕地的恢復，只注意退耕還濕地或建立自然保護區就可以
D．濕地的恢復除利用生物工程手段外，還要依靠自然演替機制恢復其生態功能
　
8．下列關于生態工程的問題和對策的理解，正確的是(　　)
A．建立農村綜合發展型生態工程，是解決我國人多地少問題的唯一途徑
B．濕地生態恢復工程會加劇人多地少的矛盾，對人類發展不利
C．礦區生態環境的恢復工程中關鍵的措施是植被恢復
D．只要各種生態工程技術發展成熟，我們完全可以走“先污染，后治理”的老路
　
9．甘肅某山區由于開采露天小鐵礦等活動，自然生態系統完全被破壞，成為一片廢墟。為盡快使該山區恢復到原有自然生態系統狀態，應采取的最好措施是在這片廢墟上(　　)
A．回填土壤，引進多種外來物種，重建新的生態系統
B．撤出人類全部活動，實行全面封閉，等待自然恢復
C．回填土壤，栽培當地經濟農作物，發展農業生產
D．回填土壤，栽種多種當地原有的植物，實行封山育林
　
10．濕地是地球上生物生產力最大的生態系統之一。它是天然的蓄水池，并能過濾和分解水中的污染物進而改善水質，被譽為“地球之腎”。濕地類型眾多，如紅樹林、河流、湖泊和稻田等。
(1)濕地由于其特殊的水文及地理特征，具有___________________________等生態功能。
(2)與生物多樣性豐富的湖泊相比，稻田的______穩定性較低。
(3)調查表明，我國相當一部分湖泊已不同程度富營養化，原因是含氮、磷等元素豐富的污染物的排放量超過了湖泊______________的限度，使其自動調節能力下降。造成富營養化水體中魚類大量死亡的原因有_________________
___________________________________________________________________
_________________________________________________________________等。
(4)濕地面積的縮小會導致局部氣候變惡劣、_________________________
____________________________________________________________等。
(5)濕地生態恢復工程就是采用________和______措施相結合的方法，如廢水處理、______________污染控制、土地處理工程以及__________________等，使受干擾的濕地得以恢復。
11．如圖表示某人工設計的生態系統，下列敘述錯誤的是(　　)
A．該生態系統經過能量多級利用，提高了系統總能量利用效率
B．該生態系統的分解者是蠅蛆和蚯蚓，促進了系統中物質和能量循環流動的進行
C．合理使用農家肥可提高葡萄和蔬菜的產量
D．該生態系統遵循了循環原理，但各營養級之間的能量傳遞效率并未提高
　
12．浙江慈溪采用聚乙烯發泡板為人工浮床，在富營養化污水中栽培綠蘿、美人蕉和龜背竹，從而使污染水體得到凈化。下列關于人工浮床凈化水體機理的敘述，正確的是(　　)
A．植物吸收水中懸浮物，提高水體透明度
B．浮床上的植物不能吸收水中的NO、PO等離子，不能降低水中氮、磷等含量
C．浮床遮擋部分光，抑制浮游藻類的生長繁殖，防止水華發生
D．浮床下方水體氧氣濃度升高，減少了微生物種類和數量
　
13．(不定項)如圖為利用自然生態系統凈化污水的一種大面積、敞開式污水處理池塘(氧化塘)。請據圖分析，下列敘述錯誤的是(　　)
A．圖中A可以表示氧氣，B可以表示二氧化碳、無機鹽等
B．由圖示可知，氧化塘凈化污水的途徑有物理沉降和微生物的分解作用
C．氧化塘實現凈化污水的原理主要是利用細菌和藻類的分解作用來分解有機污染物
D．隨著距水面深度的不斷增加，不同水層微生物的呼吸作用類型變化順序可能是需氧型、兼性厭氧型、厭氧型
　
14．(不定項)下列關于生態工程的敘述，正確的是(　　)
A．竇店村綜合發展型生態工程建立了良好的物質多級循環利用程序
B．在城市環境治理中，實現垃圾分類處理體現了循環原理
C．對濕地的恢復，只要注意退耕還濕地或建立自然保護區就可以了
D．我國的生態工程應該以經濟和社會效益為主要目標
　
15．(2020·全國卷Ⅱ)植樹造林、“無廢棄物農業”、污水凈化是建設美麗中國的重要措施。回答下列有關生態工程的問題：
(1)在植樹造林時，一般認為，全部種植一種植物的做法是不可取的。因為與混合種植方式所構建的生態系統相比，按照種植一種植物方式所構建的生態系統，其抵抗力穩定性________。抵抗力穩定性的含義是_________________
_________________________________________________________________。
(2)“無廢棄物農業”是我國利用生態工程的原理進行農業生產的一種模式，其做法是收集有機物質，包括人畜糞便、枯枝落葉等，采用堆肥和漚肥等多種方式，把它們轉變為有機肥料，再施用到農田中。施用有機肥料的優點是___________________________________________________________________
_________________________________________________(答出3點即可)。
在有機肥料的形成過程中，微生物起到了重要作用，這些微生物屬于生態系統組分中的________。
(3)在污水凈化過程中，除發揮污水處理廠的作用外，若要利用生物來回收污水中的銅、鎘等金屬元素，請提供一個方案：_________________________
_________________________________________________________________。
7/7第3節　生態工程
舉例說明根據生態學原理、采用系統工程的方法和技術，達到資源多層次和循環利用的目的，使特定區域中的人和自然環境均受益。 1．生命觀念——通過相關生物學概念的學習，用穩態和平衡觀理解生態工程的建設。2．科學思維——通過運用生態工程原理分析生態環境及解決對策。3．社會責任——運用生態工程原理指導生態工程建設。
一、生態工程的基本原理
1．關注生態工程建設
(1)生態工程的概念
(2)進行生態工程建設的目的
遵循生態學規律，充分發揮資源的生產潛力，防止環境污染，達到經濟效益和生態效益的同步發展。
(3)特點：少消耗、多效益、可持續。
2．生態工程所遵循的基本原理
(1)自生原理
①概念：由生物組分而產生的自組織、自我優化、自我調節、自我更新和維持。
②基礎：生態系統的結構與功能，主要包括以下兩個方面：
a.個體水平：生物個體能夠進行新陳代謝、再生更新等；
b.系統水平：生物之間通過各種相互作用(特別是種間關系)進行自組織，實現系統結構與功能的協調，形成有序的整體。
③應用自生原理設計生態工程時遵循的原則
a.需要在生態工程中有效選擇生物組分并合理布設。
b.需要創造有益于生物組分的生長、發育、繁殖，以及它們形成互利共存關系的條件。
(2)循環原理
①概念：在生態工程中促進系統的物質遷移與轉化，既保證各個環節的物質遷移順暢，也保證主要物質或元素的轉化率較高。
②應用循環原理設計生態工程時遵循的原則
實現物質不斷循環，使前一環節產生的廢物盡可能地被后一環節利用，減少整個生產環節“廢物”的產生。
③意義：減少整個生產環節“廢物”的產生。
(3)協調原理
①理論基礎：生物與環境、生物與生物的協調與適應。
②應用協調原理設計生態工程時遵循的原則
a．生物與環境、生物與生物的協調與適應。
b．考慮環境容納量，不能超過環境承載力的限度，否則會引起系統的失衡與破壞。
③意義：可避免系統的失衡和破壞。
(4)整體原理
①應用整體原理設計生態工程時遵循的原則
a．要遵從自然生態系統的規律，各組分之間要有適當的比例，不同組分之間應構成有序的結構，通過改變和優化結構，達到改善系統功能的目的。
b．不僅要考慮自然生態系統的規律、更要考慮經濟和社會等系統的影響力。
②實例：在進行林業工程建設時，一方面要號召農民種樹，另一方面一定要考慮貧困地區農民的生活問題，如糧食、燒柴以及收入等問題。
問題：設計?；~塘農業生產模式時需要考慮的因素有哪些？
提示：(1)首先要考慮合適的陸地與水面的配比，需要考慮栽種作物與養殖動物的關系。
(2)池塘養魚也應考慮不同魚種的關系。
二、生態工程的實例和發展前景
1．生態工程的實例
(1)農村綜合發展型生態工程
①問題：農村人口多，人多地少，產出不足。
②對策：建立農村綜合發展型生態工程，實現物質的多級循環利用。
③案例：北京郊區的某村以沼氣工程為中心的物質多級循環利用工程。
(2)濕地生態恢復工程
①濕地的作用：具有蓄洪防旱，調節區域氣候，控制土壤侵蝕，自然凈化污水，為遷飛的鳥類和其他多種動植物提供棲息地，以及為人們提供休閑娛樂的環境等功能。
②問題：濕地的縮小和破壞問題。
③對策
a．采用工程學和生態學措施相結合的方法，使受到干擾的濕地得以恢復。
b．在濕地周圍建立緩沖帶，以盡量減少人類的干擾，使濕地依靠自然演替等機制恢復其生態功能。
④案例：廈門筼筜湖的生態恢復工程。
(3)礦區廢棄地的生態恢復工程
①問題：山體、土壤和植被，乃至整個地區生態系統的破壞。
②對策：人工制造表土、多層覆蓋、特殊隔離、土壤侵蝕控制、植被恢復工程等。其中，關鍵在于植被恢復，以及植被恢復所必需的土壤微生物群落的重建。
③案例：我國赤峰市元寶山礦區生態恢復工程。
2．生態工程的發展前景
(1)我國生態工程存在的問題
①缺乏定量化模型的指導，難以設計出標準化、易操作的生態工程樣板。
②設計缺乏高科技含量，生態系統的調控缺乏及時準確的監測技術的支持，缺乏理論性指導等。
(2)我國面臨的生態危機
①生態危機：不單純是環境污染問題，而是與人口激增、環境與資源破壞、能源短缺等問題結合在一起的“并發癥”。
②解決措施：不但要重視對生態環境的保護，更要注重與經濟、社會效益的結合，需要生態工程發揮作用。
　(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
1．生態工程是無消耗、多效益、可持續的工程體系。 (　　)
2．在建設高新農業時，沼氣池的建立遵循了循環原理。 (　　)
3．濕地的恢復除利用生物工程手段外，還要依靠自然演替機制恢復其生態功能。 (　　)
4．礦區廢棄地生態恢復工程的關鍵是植被恢復和土壤微生物群落的重建。 (　　)
5．在建設生態工程時，既要考慮自然生態系統的規律，還要考慮到經濟和社會等系統的影響力。 (　　)
提示：1．×　生態工程是一類少消耗、多效益、可持續的工程體系。
2．√　3．√　4．√　5．√
　生態工程的基本原理
1．生態工程建設的原因分析
(1)傳統農業的生產模式——石油農業
①模式內容：大量使用化肥、農藥、機械的農業生產模式。
②弊端：不注重生態環境的保護，沒有考慮成本，經濟的發展以巨大的生態環境破壞為代價。
(2)生態工程與傳統農業的比較
比較項目 生態工程 傳統農業
基本原理 生態學、工程學 工程學
調節機制 人為輔助下的自我調節 人為調控
與環境的關系 協調 破壞環境
主要能源 太陽能 化學能
生物多樣性 得到保護 減少
2．生態工程的基本原理
項目 理論基礎 意義 實例
自生 自組織、自我優化、自我調節、自我更新和維持 實現系統結構和功能的協調，形成有序的整體 濕地生態工程建設有效選擇生物組分、合理布設，并創造有利條件
循環 物質循環 減少整個生產環節“廢物”的產生，避免環境污染及其對系統穩定和發展的影響 “無廢棄物農業”
協調 生物與生物、生物與環境的協調與適應 生物數量不超過環境承載力，避免系統的失衡和破壞 西北地區的防護林建設出現的問題
整體 社會、經濟、自然構成的復合系統 統一協調各種關系，保障生態系統的平衡和穩定 林業建設中自然系統與社會、經濟系統的關系問題
1．“西部大開發”是國家為振興西部提出的宏觀決策，在我國西北地區進行防護林建設時，沒有種植適應當地環境的樹種，而是大量種植了不適應當地環境的楊樹。這主要是違背了什么原理？
提示：違背了協調原理。
2．我國的植樹造林運動在世界上規模最大，因而人工林面積占世界首位，請對我國的植樹造林運動提出建設性意見。
提示：植樹造林時，要根據自生原理和協調原理，樹種絕不能單一，還要根據當地的氣候、土壤等條件，因地制宜地植樹。
1．“無廢棄物農業”是生態工程最早的模式之一。如圖是“無廢棄物農業”中對有機廢棄物進行處理的一種方案。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．施用有機肥能為作物提供更多的營養物質和能量
B．該模式遵循循環原理、整體原理等基本原理
C．從資源化、無害化角度分析，途徑②③優于④
D．蚯蚓、沼氣池中的微生物等分解者能有效促進物質循環利用
A　[施用有機肥通過微生物的分解，能為作物提供更多的營養物質，不能提供能量，A錯誤；“無廢棄物農業”生產模式，遵循循環原理、整體原理等基本原理，B正確；從資源化、無害化角度分析，通過多層分級利用有機廢棄物中的物質，既充分利用有機物中的能量，又減少了環境污染，因此途徑②③優于④，C正確；分解者可以把生產者的枯枝敗葉和遺體殘骸、消費者的遺體遺骸和糞便分解為無機物，能有效促進物質循環利用，D正確。]
2．下列關于生態工程基本原理的敘述，錯誤的是(　　)
A．遵循自生原理，需要在生態工程中有效選擇生物組分并合理布設
B．循環原理是指在生態工程中促進系統的物質遷移和轉化
C．協調原理不需要考慮環境的容納量，但應處理好生物與環境的關系
D．遵循整體原理，要遵從自然生態系統的規律
C　[協調原理要考慮環境的容納量，如果生物的數量超過了環境承載力的限度，就會引起系統的失衡和破壞。]
生態工程基本原理的判斷方法
(1)強調物質循環、廢物利用、減輕環境污染→循環原理。
(2)體現物種多，營養關系復雜→自生原理。
(3)強調生物與環境、生物與生物的協調與平衡，涉及環境承載力→協調原理。
(4)涉及自然、經濟和社會，指整個系統，如林業生態工程建設→整體原理。
　生態工程的實例和發展前景
1．建立生態工程的原則
生態工程需要根據工程的目的，以及當地自然、社會和經濟的情況，從系統的不同角度綜合考慮問題。因此，不但要考慮生態學原理，而且要考慮經濟和社會的實際狀況，通過系統學、工程學的設計，在充分利用自然的基礎上，考慮節省投資和維護成本，提供務實、可持續的解決方案。
2．生態工程實例的比較
實例 原理 對策 注意問題
農村綜合發展型生態工程 自生原理、循環原理、協調原理、整體原理 建立農村綜合發展型生態工程 (1)核心：沼氣工程(2)優點：農、林、牧、副、漁業等全面發展，開發可以更新的資源，減少環境污染
濕地生態恢復工程 協調原理、整體原理 控制污染、退耕還濕地 (1)主要措施：退耕還濕地(2)主要困難：解決遷出湖區居民的生活和就業問題
礦區廢棄地的生態恢復工程 協調原理、整體原理 修復土地、恢復植被 (1)改良表土(2)種植耐旱的灌木、草和樹(3)合理確定載畜量
3．生態工程的設計
(1)技術設計：技術設計是整個生態工程建設的核心環節。即通過改變食物鏈(網)的方法，提高系統本身的遷移、轉化、再生物質和利用能量的能力，充分利用原料、產品、副產品以及時間和營養生態位，提高整體的綜合效益。
(2)常用方法
①食物鏈(網)的“相接”。即連接平行的原本不相連接的種類，形成互利共生網絡，提高效率，促進物質的良性循環。
②食物鏈(網)的“加環”。即在食物鏈(網)中增加一些環節，以充分利用原先尚未利用的那部分物質和能量，促使物質循環和能量流動的路徑暢通，發揮生產潛力，提高生態效益、經濟效益和社會效益。
中國和西方國家生態工程建設的差異
(1)西方國家的生態工程以治理環境污染為目標，主要通過介于工程和依靠自然恢復力的一種中間途徑，集中于對破壞的生態系統進行生態恢復。
(2)我國的生態工程建設不但重視對生態環境的保護，更注重與經濟和社會效益的結合。
1．設計生態工程的常用方法之一是給食物鏈(網)“加環”，如圖就是一種“加環”示意圖。下列敘述錯誤的是(　　)
A．用玉米的副產品玉米芯生產木糖醇，可增加經濟效益
B．用殘渣來培育食用菌和蛆蛹，實現了物質的多級利用
C．圖中的箭頭可表示物質循環和能量流動
D．該生態工程的運轉離不開人的管理
C　[用玉米的副產品玉米芯產生木糖醇、殘渣來培育食用菌和蛆蛹實現了廢棄物的資源化，實現了物質的多級循環利用，生態工程的正常運轉離不開人的管理，將蛆蛹糞便還田，運用了循環原理，但是能量是不能循環利用的。]
2．紀錄片《穹頂之上》引起了全國人民對霧霾的關注和討論，而天津港火災爆炸事故遺址將在徹底清理后建設海港生態公園，這再次使人們關注生態環境與生態經濟問題，生態工程的建設已經成為社會關注的熱點。如圖為某地一生態工程建設模式圖，請據圖回答有關問題：
(1)從能量流動的意義分析，該生態工程實現了_______________________
________________________________________________________________。
(2)該生態工程借鑒了“無廢棄物農業”，其主要體現了生態工程的________原理，與此密切相關的主要生物類群在生態系統的組成成分中屬于________。
(3)在進行生態工程建設時，要根據當地的實際條件，因地制宜地進行，在礦區廢棄地的生態恢復工程中，恢復植被的措施是植樹和種草，為什么不是種植農作物？_____________________________________________________________
__________________________________________________________________。
[解析]　(1)該生態工程實現了物質和能量的多級利用。從能量流動的意義分析，該生態工程實現了能量的多級利用，提高了能量的利用率。(2)圖中生態工程主要是借鑒了“無廢棄物農業”，主要體現了生態工程循環原理，與此密切相關的生物為腐生細菌和真菌等分解者。(3)礦區土壤條件惡劣，不適宜農作物的生長，因此恢復植被的措施是植樹和種草，而不是種植農作物。
[答案]　(1)能量的多級利用，提高了能量的利用率　(2)循環　分解者　(3)礦區土壤條件惡劣，不適宜農作物的生長
生態農業設計原則
(1)應當體現生態學原理與現代農業技術相結合的原則。
(2)應當能構成一個合理的生產結構。
(3)應當體現充分利用自然界的物質和能量資源的原則。
(4)應當體現減少環境污染的原則。
(5)應當充分考慮經濟、社會和生態的綜合效益。
(6)所設計的農業生態系統，從理論上看應當能實現良性循環。
如圖為農村綜合發展型生態工程示意圖。
由材料分析知，農村綜合發展型生態工程中增加“環節”，使廢棄物充分利用且提高了能量的利用率，這與生態工程的原理密切相關，由此形成了生命觀念、科學思維和社會責任的學科素養。
1．從生態學角度分析，人們建立上圖所示農業生態系統的主要目的是什么？該系統中將植物秸稈、動物糞便等廢棄物合理地進行了利用，這體現了生態工程的哪些原理？(生命觀念、科學思維)
提示：實現物質的循環再生和能量的多級利用；體現了生態工程的循環原理和自生原理。
2．從環境保護角度分析，該生態工程能生產出無公害大米的原因是什么？(科學思維、社會責任)
提示：減少了化肥和農藥的使用量，減少了環境污染。
3．從細胞代謝的角度分析，將蘑菇房與蔬菜大棚相通可提高蔬菜產量的原因是什么？(生命觀念、科學思維)
提示：原因是蘑菇呼吸產生的二氧化碳可以供蔬菜進行光合作用，使其光合作用增強。
[課堂小結]
知 識 網 絡 構 建 要 點 強 化 識 記
1．核心概念生態工程是指人類應用生態學和系統學等學科的基本原理和方法，對人工生態系統進行分析、設計和調控，或對已被破壞的生態環境進行修復、重建，從而提高生態系統的生產力或改善生態環境，促進人類社會與自然環境和諧發展的系統工程技術或綜合工藝過程。2．結論語句(1)生態工程建設的目的是遵循生態學的規律，充分發揮資源的生產潛力，防止環境污染，達到經濟效益和生態效益的同步發展。(2)生態工程是一類少消耗、多效益、可持續的工程體系。(3)生態工程以生態系統的自組織、自我調節功能為基礎，遵循著整體、協調、循環、自生等生態學基本原理。(4)在進行生態工程建設時，應當根據當地的實際條件，因地制宜地進行。(5)濕地生態恢復工程是采用工程學和生態學措施相結合的方法，使受到干擾的濕地得以恢復；而礦區廢棄地的生態恢復工程的關鍵在于植被恢復，以及植被恢復所必需的土壤微生物群落的重建。
1．(不定項)下列關于生態工程的敘述，正確的是(　　)
A．生態工程研究的對象是社會—經濟—自然復合生態系統
B．“退耕還林”“退耕還草”屬于生態工程的內容
C．生態工程應遵循“整體、協調、循環、自生”的原則
D．生態工程的目的是環境保護
ABC　[生態工程研究的對象是社會—經濟—自然復合生態系統，其目的不單純是環境保護，而是要實現社會、經濟、自然的協調發展，共同進步。]
2．某草原牧區，在進行草場建設時，既注重不同牧草種類的搭配種植，又對單位面積內的放牧量做了一定控制。這種做法體現了(　　)
A．實行“循環經濟”的原則
B．低消耗，多效益原則
C．遵循自生和協調原理
D．建立社會—經濟—自然復合系統
C　[自生原理和協調原理都是生態工程建設中應當遵循的。進行牧區草場建設時，既要考慮系統結構和功能的復雜性，又要考慮生物與環境的協調平衡，才能保證生態系統的穩定。]
3．下列做法依據的生態工程原理依次是(　　)
①在進行林業工程建設時，一方面要號召農民種樹，另一方面要考慮貧困地區農民的生活問題?、谖覈糯摹盁o廢棄物農業”　③在西北降水量少的地區種植灌木和草?、軡竦厣鷳B工程建設時既要有效選擇生物成分，進行合理布設，又要創造有利的條件
a．自生原理　b．協調原理　c．循環原理　d．整體原理
A．a、b、c、d B．d、c、b、a
C．d、c、a、b D．b、c、d、a
B　[林業工程建設時，一方面要號召農民種樹，另一方面要考慮貧困地區農民的生活問題，依據的是整體原理，從而實現社會—自然—經濟復合系統的平衡和穩定，d符合①；我國古代的“無廢棄物農業”依據的是循環原理，從而避免了環境的污染，有利于系統的穩定和發展，c符合②；在西北降水量少的地區種植灌木和草，依據的是協調原理，b符合③；濕地生態工程建設時既要有效選擇生物成分，進行合理布設，又要創造有利的條件，依據的是自生原理，a符合④。]
4．下列生態系統對于蓄洪防旱、自然凈化污水具有非常重要的作用的是(　　)
A．礦區廢棄地生態系統 B．濕地生態系統
C．草原生態系統 D．森林生態系統
B　[濕地被譽為地球的“腎臟”，具有蓄洪防旱、調節氣候、控制土壤侵蝕、自然凈化污水等功能，其他生態系統在本題所敘述的兩方面作用較小。]
5．我國南方某地環保部門向遭受嚴重污染的南湖中引入苦草、黑藻等沉水植物和螺螄等底棲動物來修復該生態系統。如圖所示為該生態系統修復后的部分生物的營養關系，請據圖回答問題：
(1)在修復該生態系統時要控制污水流入的速率，除有利于有機污染物被充分分解外，還有利于植物對________的充分吸收，防止水體富營養化。該生態系統修復后物種豐富度逐漸增加，其群落演替類型是________。
(2)調查野鴨的種群密度常用__________法。當螺螄數量增加時，草魚和羅非魚數量也會增多，螺螄種群的增長就會受到抑制，這是生物群落內部____________的結果。
(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，大型底棲動物的數量有所增加，這是在________水平上研究的結果。沉水植物通過一定的信息傳遞吸引浮游動物棲息于其葉表面，從而撫育出高密度的浮游動物群落。浮游動物能夠大量捕食浮游藻類，也間接地控制了藻類的數量。這體現出信息傳遞的作用是能調節生物的________，以維持生態系統的穩定。
(4)該生態修復工程可將有機污染物充分地分解利用，這主要符合生態工程的________原理。若在此基礎上，進一步建立一個集污水凈化、休閑、養魚為一體的新型多功能人工生態系統，其主要目的是設法調整能量流動關系，使能量持續高效地流向________________________。
[解析]　(1)在生態系統修復時，調節污水流入的速率，既有利于微生物對有機污染物的充分分解，又有利于水生植物對無機鹽(如N、P等)的充分吸收，防止水體富營養化。該生態系統修復后發生的群落演替類型屬于次生演替。(2)對于活動能力強、活動范圍大的動物，調查其種群密度常采用標記重捕法。當螺螄數量增加時，草魚和羅非魚由于食物豐富，數量也會增多，這樣，螺螄種群的增長就會受到抑制，這是生物群落內部負反饋調節的結果。負反饋調節在生態系統中普遍存在，是生態系統自我調節能力的基礎。(3)沉水植物大量繁殖后，會與浮游植物競爭營養物質和陽光，從而抑制浮游植物的生長，大型底棲動物由于食物豐富而數量增加，這是在群落水平上研究種間關系的問題。沉水植物通過信息傳遞吸引浮游動物并借助于浮游動物的捕食作用間接控制藻類的數量，這體現了信息傳遞能夠調節生物的種間關系，以維持生態系統的穩定。(4)該生態修復工程主要利用了生態工程的循環原理。若在此基礎上進一步建立一個集污水凈化、休閑、養魚為一體的新型多功能人工生態系統，其主要目的是設法調整能量流動的關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。
[答案]　(1)無機鹽　次生演替　(2)標記重捕　負反饋調節　(3)群落　種間關系　(4)循環　對人類最有益的部分
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