1、第4讲生态工程考点一| 生态工程的基本原理1生态工程的概念人类应用生态学、系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，修复或重建已破坏的生态环境，改善传统的生产方式，并提高生态系统的生产力，达到经济效益、生态效应和社会效益同步发展的工程体系。2基本特点：少消耗、高效益、可持续。3基本原理(1)物质循环再生原理：其核心就是生态学中物质循环原理，即物质不断地在各类生态系统中进行区域小循环和全球大循环，实现物质的分层、分级利用。(2)物种多样性原理：其核心就是生态学中物种多样性与生态系统稳定性关系的原理。物种多样性程度较高的生态系统抵抗力稳定性也较高。(3)协调与平衡原理：其核心是生
2、态学中生物与环境相适应的原理。维持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：其核心是生态学、系统学和经济学相统一的原理。生态工程是一个社会经济自然复合系统，在设计生态工程时，应充分考虑社会体系、经济体系和自然体系之间的关系和影响。(5)系统学和工程学原理：前者的核心是系统学中系统结构决定功能的原理，后者的核心是系统整体性原理，即整体大于部分之和的原理，设计时要充分考虑人工生态系统内部不同成分之间的结构，通过优化这种结构，达到改善系统功能的目的。视角 考查对生态工程基本原理的理解(2017常德模拟)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
3、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，取得了良好的生态效益。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_。(2)该系统工程的核心之一是沼气池，如图所示。在图中用箭头标出生产过程中物质循环的方向。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使食物链越长、营养级越多越好。请你结合所学知识，分析该结论是否正确，为什么？_。【解析】(1)生态工程中的生态农业是建立在物质循环再生原理、物种多样性原理和整体性原理等基础上的，该农场在实现
4、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、用之不竭的目的。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45个营养级。【答案】(1)物质循环再生原理物种多样性原理整体性原理(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(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考点二
5、| 生态工程的实例1治污生态工程2生态恢复工程3生态农业工程1列表比较生态工程的实例类型问题原理对策案例农村综合发展型生态工程资源有限，人多地少物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理建立综合发展型生态工程窦店村以沼气工程为中心的生态工程小流域综合治理生态工程小流域的水土流失整体性原理、协调与平衡原理运用多种原理，应用多种措施综合治理甘肃陇南县“九子登科”模式大区域生态系统恢复工程土地荒漠化协调与平衡原理、整体性原理退耕还林还草、植树造林等“三北”防护林退耕还林还草工程湿地生态恢复工程湿地的缩小和破坏控制污染、退耕还湖江西鄱阳湖湿地生态恢复工程矿区废弃地的生态恢复工程矿区生态环境的破坏系统
6、学和工程学原理修复土地、恢复植被赤峰市元宝山矿区生态恢复工程城市环境生态工程环境污染协调与平衡原理、整体性原理等城市绿化、污水净化、废弃物处理、合理布局等污水及垃圾处理、城市绿化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)应当体现充分利用自然界的物质和能量资源的原则。(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。视角 考查生态工程实例的分析1“粮桑渔畜”农业生态系统是江浙平原水网地区典型的高效农业系统，如图表示这一农业生
7、态系统的基本模式。据图判断下列说法错误的是()A沼气池的建立既充分发挥资源的生产潜力，又防止了环境污染B通过巧接食物链使原本流向分解者的能量更多地流向了人，提高了能量的传递效率C这一生态工程模式主要适用于江浙平原而不适用于我国西北地区，这是因为在建立生态工程时还需要遵循“整体、协调、循环、再生”的原理D上述农业生态系统通过改善和优化系统的结构达到了改善系统功能的效果B沼气池的建立使物质得以充分利用，实现了能量的多级利用，同时减少了环境污染，故A正确；建立不同的生态工程时，要因地制宜，图中的生态工程模式是以水田为主，不适用于我国西北干旱地区，故C正确；此农业生态系统通过改善和优化系统的结构达到改
8、善系统功能的效果，故D正确；该生态系统通过调整食物链实现了物质的循环利用，提高的是能量利用率，而没有改变能量的传递效率，故B错误。2(2017海淀区模拟)如图是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
9、调节能力_。(4)建立该生态系统遵循的原理主要是_、_。【解析】(1)粪便中的能量是未被同化的能量，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，故该生态系统自我调节能力较强。【答案】(1)生产者(或桑树)通过光合作用固定的太阳能总量一(2)分解者(或微生物)的分解(3)多级(或充分)利用较强(4)物质循环再生原理物种多样性原理真题验收|
10、 感悟高考淬炼考能1(2014重庆高考节选) 为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行了公园化建设。 (1)对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如右图所示。t0t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的_转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在_，导致群落中植物物种数增加；t1t3，人工林抵抗力稳定性的变化是_；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间_加剧。(2)通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的_原理。【解析】(1)t0t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的分解者分解成无机
11、物，使土壤条件得到改善。改造的废弃采石场中的土壤中存在一些种子或其他繁殖体，所以在群落演替过程中植物物种数会增加。t1t3，由于人工林中的植物物种数增加，所以人工林的自我调节能力逐渐增强，导致人工林的抵抗力稳定性也逐渐增加。在一个群落中，植物之间因光照、土壤中的水分和无机盐等因素而具有竞争关系。(2)生态工程的整体性原理是指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。【答案】(1)分解者种子或繁殖体增强竞争(2)整体性(系统论)2(2013广东高考)污水处理厂的污泥富含有机质和无机成分，可用作肥料，但其多环芳烃(PAHs)等有机污染物含量
12、通常较高，施入土壤会带来二次污染。生物质炭是由作物废弃秸秆等炭化而成。将污泥、含7%生物质炭的污泥均堆放一段时间后用于盆栽实验，研究它们对黑麦草生长及PAHs迁移的影响，结果见下表。测定项目红壤红壤污泥红壤含7%生物质炭的污泥土壤PAHs含量(g/kg)5271 079765黑麦草叶绿素含量(mg/g)2.02.12.3黑麦草每盆干重(g)1.72.32.7黑麦草PAHs含量(g/kg)401651428(1)生物质炭孔隙结构发达，能改善土壤的通气状况，使根系细胞_加强，_合成增加，从而促进根系对土壤养分的吸收。(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥_，从而促进黑麦草生长；污泥的施用使土壤和黑麦
13、草的PAHs含量_，但生物质炭的输入_，从而降低PAHs污染的风险。由此可见，生物质炭有望用作污泥改良剂，促进污泥的推广应用。污泥的应用符合生态工程的_原理。【解析】(1)生物质炭能改善土壤的通气状况，增加土壤中的氧气量，使根系细胞的有氧呼吸加强，ATP的产生量增加，为根系主动运输吸收养分提供能量。(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥时，黑麦草叶绿素含量增加，从而促进黑麦草的生长。与只施用污泥相比，施用含生物质炭的污泥能降低土壤和黑麦草中PAHs的含量，说明生物质炭的输入能降低污泥中PAHs的含量，从而降低PAHs污染的风险。污泥中含有大量的有机质和无机成分，施用污泥的目的是使其中的养分直接或
14、间接地被植物吸收利用，因此利用了物质循环再生的生态工程原理。【答案】(1)有氧呼吸ATP(2)能增加黑麦草叶绿素含量升高能降低污泥中PAHs的含量物质循环再生3(2011全国卷)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
15、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。【解析】(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池的过程中，厌氧沉淀池中厌氧微生物通过无氧呼吸将有机物分解，曝气池中需氧型微生物通过有氧呼吸将有机物分解，兼氧池中微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。(2)该植物池中的生产者、消费者和分解者共同组成了群落；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)生态工程需遵循
16、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)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。【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)1生态工程建设的目的是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，达到经济效益与生态效益的同步发展。2物质循环再生原理的基础是物质循环；物种多样性原理的基础是生态系统的稳定性；协调与平衡原理的基础是生物与环境的协调和平衡；整体性原理的基础是社会、经济和自然构成复合系统；系统学和工程学原理的基础是系统的结构决定功能。3农村综合发展型生态工程的主要原理是物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理；小流域综合治理生态工程的主要原理是整体性原理和协调与平衡原理；大区域生态系统恢复工程和城市环境生态工程的主要原理都是协调与平衡原理、整体性原理。