1、5.1 生态工程的基本原理目标导航 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，分析生态环境问题及解决对策。重难点击 生态工程原理的内容，分析生态环境问题及解决对策。课堂导入方式一：云南， “彩云之南” ，我国一个美丽的省份，有丰富的动植物资源，也有众多水域分布，更是远近闻名的旅游胜地。但是 2009 年至 2012 年，在这片美丽的土地上，却在承受着巨大的痛苦旱灾。这是天灾还是人祸？右图是相关的图片：结合这幅图，同学们思考一下几个问题：(1)在云南持续发生这样的大旱，原因到底是什么？(2)经济的发展带来社会进步，但是我们的环境问题却越来越严重，我
2、们到底需要什么样的经济发展的新思路才能避免对环境的破坏呢？方式二：金字塔农场是一种设想的未来农业发展模式(如图)，由埃里克埃林森教授和迪克森戴斯波米尔教授联手设计。在农田资源有限的地球，如何满足日益增长的人口对食物的需求是所有政府必须要面对和解决的问题。金字塔农场正是一个富有创意的解决之道。除了种植水果和蔬菜外，金字塔农场还装有一个加热和加压系统，能够将污水转换成水和碳，为机器和照明设备提供能量。金字塔农场实质就是一个一个完整的生态系统，这个农场的设计需要遵循什么原理，还有，这样的金字塔农场有何优点，有没有值得改进的地方，就让我们通过本节课来一起了解吧！一、关注生态工程建设1.生态工程概念涉及
3、学科 生态学和系统学等技术手段和方法 通过系统设计、调控和技术组装，对已被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结果 提高生态系统的生产力，促进人类社会和自然环境的和谐发展特点 是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系2.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)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。(3)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
4、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。合作探究1.传统经济模式带来的问题及改进措施(1)导致 1998 年长江洪水泛滥的根本原因和直接原因分别是什么？答案 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。(2)洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？答案 传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以生态环境破坏为代价。(3)
5、可以采取什么措施解决长江洪水泛滥的问题？答案 以生态措施为主，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。2.传统生产模式所带来的问题及改进措施“石油农业”是指大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。由于需要大量的石油、煤、天然气等作为原料或动力而得名。(1)石油农业的优势有哪些？答案 高产、高效、省时、省力；提高农业生产效率和农产品产量，解决粮食需求矛盾。(2)石油农业有哪些弊端？答案 高投入、高成本、高污染。(3)在我国，石油农业的生产模式应当如何改进？答案 我国人多地少，应该大力发展生态农业。具体措施主要包括：根据田间作物的需要适量施用高效、低毒、低残留的农药；多施
6、有机肥，提高作物对水、肥等资源的利用效率；对作物秸秆和畜禽粪便再利用，实现物质的多级利用。总之，一方面要不断提高土地的产出水平；另一方面要减少农业活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。1.下列关于生态工程的叙述，不正确的是( )A.当人类赖以生存的生态系统出现严重的问题时，生态工程应运而生B.生态工程能够减少环境污染C.生态工程以充分利用环境和资源为前提，生产出更多的产品D.生态工程力求达到生态效益、经济效益和社会效益的协调统一问题导析 (1)生态工程产生的背景：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。(2)生态工程的目的：遵循自然界物质循环的规律，充分发挥
7、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)生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续。答案 C一题多变若按照 C 项所述模式发展，将会导致什么后果？答案 会造成生态环境失衡、破坏。二、生态工程所遵循的基本原理1.物质循环再生原理(1)含义：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)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)实例反面：辽宁西部章古台地区的樟子松林，
8、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。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.协调与平衡原理处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力，即环境所能养活的生物种群的最大数量。如果生物的数量超过了一定的限度，就会引起系统的失衡和破坏。4.整体性原理(1)含义：进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。(2)实例：在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴及收入等。5.系统学和工程学原理(1)系统的结构决定功能原理含义：生态工程需要考虑系
9、统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善生态系统功能的目的。实例：我国南方水网地区的桑基鱼塘模式。(2)系统整体性原理：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、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“112” 。合作探究1.物质循环再生原理(1)分析教材 P109图 51“无废弃物农业”物质和能量流动图，总结物质循环再生的含义。答案 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)图示无废弃物农业生态系统是怎样实现物质的循环利用的？答案 该生态系统的人粪尿、牲
10、畜粪便、作物残留都再返回农田土壤里供生产者利用。2.物种多样性原理结合“三北防护林”遭遇虫害死亡案例和澳洲大堡礁珊瑚礁区案例，回答下列问题：(1)为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？答案 纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌。(2)珊瑚礁区为什么能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性？答案 珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。(3)从上述正面和反面的实例，可得出怎样的启示？生物多样性的破坏有人为因素吗？答案 只有保证生态系统较高的生物多样性，才能保证生
11、态系统的稳定和平衡。生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大。3.协调与平衡原理(1)“协调”与“平衡”原理中， “协调”主要指：生物与环境协调，强调生物与环境相适应。 “平衡”主要指：种群数量与环境承载力要平衡。(2)从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪些树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？答案 应选择本地树种，如沙棘、山杏、刺槐、合欢等。注意牲畜数量不能超过草地的承载量；减少过度放牧现象；在有条件的地方，人工种植牧草。4.整体性原理(1)分析“自然社会经济”复合系统，思考“整体”主要包括哪些方面？答案 包括社会、经济、自然三方面。
12、(2)进行生态工程建设时应考虑哪些问题？答案 不但应考虑自然生态系统的规律，还要考虑经济和社会等系统的影响力。5.系统学和工程学原理(1)桑基鱼塘分布在我国长江三角洲、珠江三角洲一带的水乡，是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程。试分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。答案 桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，其中能量是多级利用，物质是循环利用。(2)桑基鱼塘的建设主要遵循了什么生态工程原理？答案 系统学和工程学原理。(3)你能举出系统总体功能大于各部分之和的例子吗？答案 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，而豆科作物为固氮菌提供能量和其他营养，两者的共生使豆科作物
13、能够在氨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影响。2.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”是系统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( )答案 (1) (2) (3) (4) (5)3.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( )A.物种多样性原理B.整体性原理C.物质循环再生原
14、理D.协调与平衡原理问题导析 (1)审图明确“无废弃物农业”的特点：该系统对物质进行了循环往复、分层分级利用，如利用粪便等合成有机肥，减少了对化肥的使用，降低了成本，减轻了对环境的污染。(2)“无废弃物农业”利用的是物质循环再生原理。答案 C1.实现循环经济的最重要的手段之一是( )A.发展“石油农业” B.生态工程C.清除污染物 D.禁止产出污染物答案 B解析 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就是生态工程。2.生态农业是一个在生态上自我维持的农业生产系统，其特点是在
15、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中，不正确的是( )A.生态农业中食物链的营养级之间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的方法防治答案 A解析 生态农业中生态系统的营养结构变复杂了，但食物链的营养级之间的能量传递效率不变，A 选项错误。3.下列生态工程的基本原理中，是 112 的是( )A.物种多样性原理 B.系统整体性原理C.协调与平衡原理 D.系统学与工程学原理答案 B解析 系统
16、整体性原理是系统学和工程学原理的分支，并不是整体性原理。4.“三北防护林工程”建设中注意了以下两个问题：(1)考虑到树种的生态适应性问题；(2)考虑到树种多样性问题。这分别体现了生态工程的哪些原理( )A.系统学原理和物种多样性原理B.协调与平衡原理和物种多样性原理C.整体性原理和物种多样性原理D.物种多样性原理与整体性原理答案 B5.珠江三角洲的农民利用自然条件，建立该地特有的农业生态系统良性循环模式：桑基鱼塘和蔗基鱼塘。如图为桑基鱼塘和蔗基鱼塘模式图，请据图回答下列问题：(1)该模式依据的主要原理是_，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_，
17、其能量利用率高的原因是在营养结构上具有_的特点。(3)蚕粪等进入鱼塘经过_的作用，形成了_，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_。(5)该系统能体现系统学和工程学原理吗？_，请简要说明。_。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 (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 (5)能 系统中的各组分及其相互关系是经过精心设计的，是一种优化结构，各部分的功能得到充分发挥，使能量、物质、信息的转换和流通达到了总体功能大于各部分之和的效果解析 桑基鱼塘和蔗基鱼塘遵循的
18、主要原理是系统的结构决定功能原理；生态系统最基本的成分为生产者和分解者，生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动达到动态平衡是维持生态系统功能的必要条件。基础过关1.下列选项的叙述完全符合生态经济的是( )建立“原料产品原料产品”的无废料生产体系在资源不增加甚至减少的条件下实现经济增长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先生产后治理，提高经济效益A. B. C. D.答案 B解析 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，而实现循环经济。2.生态工程建设的实质目的是( )A.减少生
19、产消耗，增加生产效益B.减少环境污染，发挥资源潜力C.征服自然世界，主宰经济发展D.遵循自然规律，实现可持续发展答案 D解析 生态工程建设的目的是遵循自然界物质循环规律，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。其实质是实现经济的可持续发展。3.下图为我国长江三角洲、珠江三角洲一带的桑基鱼塘模式图，该模式把很多单个生态系统通过优化组合，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。这种模式所依赖的主要原理是( )A.整体性原理B.协调与平衡原理C.系统的结构决定功能原理D.物种多样性原理答案 C解析 桑基鱼塘模式中各系统内部都有产品产出，系统
20、间通过中间产品和废弃物的相互交换而衔接，从而形成一个完整、闭合的生态工业园，使园区内的资源达到最佳配置，废弃物得到有效利用，环境污染降到最低水平。这种模式所依赖的原理是系统的结构决定功能原理。4.下列措施中不符合城市生态工程建设基本原理的是( )A.城市规划，分区建设工业区、居住区、生态绿地等B.大力推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺C.采用浮床工艺法等手段治理环境污染D.用法律手段严禁汽车上路及造纸厂、酒厂生产，以断绝污染的源头答案 D解析 严禁汽车上路及造纸厂、酒厂生产，一方面会严重阻滞经济发展，另一方面也不能达到“断绝污染源头”的目的。5.下图说明我国现有的生产模式严重违反了什么生
21、态工程原理( )A.整体性原理B.协调与平衡原理C.系统的结构决定功能原理D.物质循环再生原理答案 D解析 从题图中不难看出，综合污染物排放量与能源消耗总量呈逐年上升的趋势，说明了生产活动产生的物质不能被充分利用，造成了能源的消耗过大。6.豆科植物和固氮菌互利共生，当把它们分开时，两者的生长都要受到损害，这体现的生态工程的原理是( )A.系统的结构决定功能原理B.整体性原理C.系统整体性原理D.协调与平衡原理答案 C解析 自然生态系统是通过生物与环境、生物与生物之间的协同进化而形成的一个不可分割的有机整体。将豆科植物和固氮菌分开，破坏了它们的整体性，所以这体现了系统整体性原理。7.我国西北一些
22、地区年降雨量小于 450 mm，只适宜种植灌木和草，但却被硬性规定种植属于乔木的杨树，结果防护林成为残败的“灰色长城” 。其失败的原因主要是违背了( )A.物种多样性原理 B.协调与平衡原理C.系统整体性原理 D.物质循环再生原理答案 B解析 在进行生态工程建设时，生物与环境的协调与平衡是需要考虑的问题之一，而该地区所种植的物种与适宜种植的物种不相协调，违背了生态工程的协调与平衡原理。8.某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定控制。这种做法体现了( )A.实行“循环经济”的原则B.低消耗，多效益的原则C.遵循物种多样性和协调与平衡原理D.建立
23、自然社会经济复合系统答案 C解析 遵循物种多样性和协调与平衡原理都是生态工程建设应当遵循的原理。进行牧区草场建设时，既要考虑系统结构和功能的复杂性，又要考虑生物与环境的协调平衡，才能保证生态系统的稳定。能力提升9.在人类的生产活动中，为了不受大自然的惩罚，必须具备的正确观点是( )A.只有讲求生态效益，才能获得稳定的经济效益B.遵循生态系统自身规律，大力扩展耕地面积C.保护对人类有益的生物资源，消灭对人类不利的种群D.优先考虑经济效益，充分开发、利用自然资源答案 A解析 大力扩展耕地面积、消灭对人类不利的种群都会破坏生态环境，人类活动必须在考虑生态效益的前提下实现一定的经济效益，才能实现可持续
24、发展。10.某地通过新建沼气池和植树造林，构建了新型农业生态系统(如图所示)。下列关于该农业生态系统的叙述，错误的是( )A.流入该农业生态系统的总能量是该农业生态系统中植物所吸收的全部的太阳能B.该农业生态系统利用了物质循环再生原理，实现了农业生产的可持续发展C.该农业生态系统中的箭头只能表示物质循环而不能表示能量流动D.该农业生态系统充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用答案 A解析 该生态系统中植物固定的总能量是流经该生态系统的总能量。11.在农村，农作物秸秆大多被直接燃烧，还有部分随意堆放，浪费严重，利用率低。下图是某科技小组的同学，针对农作物秸秆浪费和闲置情况，设计出的以沼气
25、为纽带，联动农作物种植、养鱼、养鸡等产业的生态农业良性循环系统。请据图分析回答：(1)即使是在冬天，沼气池中温度也能达到 25 ，维持这个温度的热量来自_。(2)燃烧沼气为鸡舍增加照明时间，可以增加产蛋量，这属于_信息传递。(3)“秸秆的多级利用”充分体现了生态工程的_原理，最大限度地实现了物质的循环，减轻了燃烧秸秆造成的_效应。(4)微生物的运用非常广泛，除用于沼气发酵，真菌中的酵母菌可用于酒精发酵，请写出酵母菌生产果酒的反应式：_。(5)该生态系统中主要生产者是_，消费者是_。(6)从图中可看出该生态工程体系的特点是(多选)( )A.少消耗 B.高消耗 C.可持续 D.多投资E.多效益(7
26、)农村大量燃烧秸秆和柴草会产生什么问题？至少列举三种现象。_。_。_。答案 (1)微生物发酵(呼吸)产生的热量(2)物理 (3)物质循环再生 温室(4)C6H12O6酶,2C 2H5OH2CO 2能量(5)农作物 居民(人)、鸡、猪、鱼(缺一不可)(6)A、C、E (7)农村燃烧秸秆和柴草的热能利用效率低 使秸秆不能作为有机肥料还田，土壤有机质得不到补充，土壤与农作物之间物质循环遭到破坏，以致土壤肥力下降，农作物产量不能迅速提高 导致滥伐林木、乱铲草皮，植被受到严重损毁，进而造成水土流失、土壤沙化，农业生态环境恶化 燃烧秸秆和柴草会产生大量的烟尘，污染大气，降低大气的能见度，影响人们的身体健康
27、和交通安全等 温室效应，空气中二氧化碳浓度升高，土壤沙漠化(写出三种即可)12.依据生态学原理对农村家庭生活用燃料、厨余垃圾和庭院养殖进行整体设计，构建的庭院生态系统如下图所示。请回答下列问题：(1)该生态工程设计将猪圈养在温室的目的是：农作物在生长过程中能为猪提供_；温室给猪的生长提供了适宜的_。(2)该生态系统中的_都可以作为沼气池中发酵的原料。经过发酵产生的沼渣、沼液可以作为_。沼气池中的菌群属于该生态系统成分中的_。(3)该生态工程设计的优点是_。答案 (1)氧气 温度 (2)人畜粪便、秸秆、厨余垃圾 肥(饲)料 分解者 (3)节约能源；减少废弃物产生；物质的多级、循环利用，提高能量利
28、用率解析 农作物光合作用产生氧气供猪呼吸利用，温室温度高，给猪提供了热量维持体温，减少了猪自身能量消耗。人畜粪便、秸秆、厨余垃圾等可进入沼气池发酵产生沼气、沼渣、沼液作为肥(饲)料。沼气池中的菌群属于该生态系统成分中的分解者。该生态工程减少废弃物产生，实现了物质的多级、循环利用，提高了能量的利用率。13.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。请就此生态农场的特点，回答下列问题：(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
29、)该系统工程的核心之一是沼气池，沼气的制作如图所示：在图中标出箭头，表示生产过程中的物质循环。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？_。答案 (1)物质循环再生原理 物种多样性原理 整体性 (2)如右图所示土壤中的无机物得不到补充，物质循环受到破坏，土壤肥力下降解析 该生态农场的设计布局，体现了物质循环再生原理、物种多样性原理及整体性原理等；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。走进高考14.(2011新课标全国卷，40 节选)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)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。(3)一般来说，生态工程的主要目的是对_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)物质循环再生 物种多样性 (3)已被破坏的生态系统(或受损的生态系统)
