1、专题5 生 态 工 程 5.1 生态工程的基本原理 一、关注生态工程建设 1.生态工程:(1)任务:修复和重建已遭到破坏的生态环境;改善传统的生产方式,提高生态系 统的生产力。(2)目的:遵循自然界_的规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到_和_的同步发展。(3)特点:与传统工程相比,生态工程是一类_、多效益、_的工程体 系。必备知识自主学习 物质循环 经济效益 生态效益 少消耗 可持续 2.生态经济:(1)原则:“_”。(2)特点: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。(3)目的:实现_。(4)手段:_。循环经济 废弃物的资源化 生态工程 二、生态工程所遵
2、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_和_,循 环往复,_利用,从而达到取之不尽、用之不竭的效果。区域小循环 全球地质大循环 分层分级(2)实例:“无废弃物农业”:2.物种多样性原理:(1)理论基础:一般而言,物种繁多而复杂的生态系统具有较高的_。(2)实例。正面:珊瑚礁区_非常高,不同生物在珊瑚礁区占据不同的位置,通过 _关系互相依存,使得珊瑚礁抵抗力稳定性较高。反面:单一种植的樟子松林或杨树林的_程度较低,极易遭受虫害,抵 抗力稳定性较低。抵抗力稳定性 生物多样性 食物链 生物多样性 3.协调与平衡原理:(1)理论基础:生物与环境的_。(2)含义:
3、处理好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:(1)理论基础:_。(如图)协调与平衡 社会-经济-自然复合系统(2)原理:在进行生态工程建设时,不但要考虑到_的规律,还要考虑 到_等系统的影响力。(3)实例:在进行林业工程建设时,一方面要号召_,另一方面一定要考虑 贫困地区农民的_,如粮食、烧柴及收入等问题。自然生态系统 经济和社会 农民种树 生活问题 5.系统学和工程学原理:内容 系统的结构决定 功能原理 系统整体性原理 含义 通过_系统内 部不同组分之间的结构,达到改善_的目 的 系统各组分之间要有适当 的_,完成_ _等的转换和流 通,实现“1+12”实例 桑基鱼塘模
4、式 珊瑚礁系统 改变和优化 系统功能 比例关系 能量、物质、信息【易错辨析】1.在建设生态农业时,沼气池建立是遵循物质循环再生原理。()2.生物多样性程度高,可以为各类生物的生存提供多种机会和条件。()3.根据协调与平衡原理,一个生态系统中生物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”是利用系统整体性原理。()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。()6.桑基鱼塘是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程,其依据的原理是系统整体性原 理。()【分析】桑基鱼塘模式就是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
5、一个新 的高效生态系统,其依据的原理是系统的结构决定功能原理。关键能力合作学习 一、关注生态工程建设 1.生态经济的意义:能够满足我们的需求而又不会危及子孙后代满足其需要的经济。2.传统农业与生态工程:(1)传统农业生产模式“石油农业”。内容:大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。弊端:不注重生态环境的保护,没有考虑环境成本,经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。(2)生态工程与传统农业的区别:项目 生态工程传统农业基本原理生态学、系统学工程学调节机制人为辅助下的自我调节人为调控与环境的关系协调破坏环境主要能源太阳能化学能生物多样性得到保护减少3.生态农业常见类型:(1)桑基鱼塘模式。人工建
6、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。该生态系统利用农作物发展养殖业,利用废弃物实现物质的循环,保证能量的多级利用,如图所示:易错提醒:传统农业、现代农业和生态农业的比较 项目 概 念 优 点 缺 点 传统 农业 简单的种植业 不产生严重的环境污染 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”等提高农作物产量的生产方式 大量使用化肥、农药和机械动力,获得较高的经济效益 过量施用化肥、农药,严重污染环境 生态农业 运用生态学原理,建立的综合农业生态体系 通过物质多级利用,增加
7、经济效益,净化环境 很难经得起较大经济环境和生态环境的冲击 【选修对接必修】对接必修3 生态系统原理与生态系统的功能和稳定性(1)生态系统物质循环再生原理强调_、废物利用、减轻环境污染,生态 系统的功能包括_、物质循环和_。(2)生态系统物种多样性原理体现物种多,营养结构复杂。在一个生态系统中物 种种类越多,营养结构越_,该生态系统抵抗力稳定性_。物质循环 能量流动 信息传递 复杂 越强 【典题通关】珠江三角洲的农民充分利用自然条件,建立该地特有的农业生态系统的良性循环模式:蔗基鱼塘和桑基鱼塘。如图是蔗基鱼塘和桑基鱼塘的模式图,据图回答下列问题:(1)建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量
8、持续高效地流向 ;其 能量利用率高的原因是所在营养结构具有 的特点。(2)蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过 的作用,释放出各种无机盐,被植物利用。(3)该生态系统把桑基鱼塘与蔗基鱼塘有机地组合在一起,优化了系统结构,由此可见,该生态系统遵循 原理。(4)一般来说,生态工程的主要任务是对 的修复、重建,对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力。(5)生态工程建设的目的就是遵循自然界 的规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到 和 的同步发展。与传统的工程相比,生态工程是一类 的工程体系。【解题关键】本题主要考查学生的分析和理解能力。与传统农业相比,生态农业的优点有实现对物
9、质的循环利用;实现对能量的多级利用,提高了能量的利用率;有利于生态环境的保护等。【解析】(1)建立图示农业生态系统的目的是使生产者固定的能量持续高效地流向对人类最有益的部分;其能量利用率高的原因是所在营养结构具有食物链短的特点。(2)蚕粪、蔗叶等进入鱼塘经过分解者的作用,释放出无机盐,被植物利用。(3)该生态系统把桑基鱼塘与蔗基鱼塘有机地组合在一起,优化了系统结构,遵循系统的结构决定功能的原理。(4)一般来说,生态工程的主要任务是对已被破坏的生态系统进行修复、重建,对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力。(5)生态工程建设的目的就是遵循自然界物质循环的规律,充分发挥
10、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。与传统的工程相比,生态工程具有少消耗、多效益、可持续等特点。答案:(1)对人类最有益的部分 食物链短(2)分解者(3)系统的结构决定功能(4)已被破坏的生态系统(5)物质循环 经济效益 生态效益 少消耗、多效益、可持续 【误区警示】生态农业是一个农业生态经济复合系统,将农业生态系统和农业经济系统综合起来,以取得最大的生态经济整体效益。它也是农、林、牧、副、渔各业综合起来的大农业,又是农业生产、加工、销售综合起来,适应市场经济发展的现代农业。生态工程的基本原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工
11、程学原理。【跟踪小练】1.据图判断,下列叙述不符合生态学原理的是()A.物质经过多级利用实现良性循环 B.每一级生产环节都获得产品,提高了生态经济效益 C.由于食物链延长,能量逐级递减,系统总能量利用率降低 D.由于各级产物都可以利用,减少了废物和污染【解题关键】解答本题关键要明确以下两点:(1)图示信息:由图可知,作物通过光合作用固定太阳能,作物的籽实、家畜、蚯蚓等可以供人们利用,既实现了物质的多级利用,减少了环境污染,又提高了经济效益、生态效益和社会效益。(2)关键信息:生态学原理的基本模式“原料产品原料产品”。【解析】选C。实行生态农业,有效地实现了物质的多级利用,提高了物质和能量的利用
12、率,选项A正确;每一级生产环节都能获得产品,提高了生态效益、经济效益,选项B正确;由于食物链延长,能量逐级递减,但系统总能量利用率增加,选项C错误;由于各级产物都可以利用,减少了废物和污染,保护了环境,选项D正确。2.如图表示某人工设计的生态系统,下列叙述不正确的是()A.该生态系统经过能量多级利用,提高了系统总 能量利用效率 B.该生态系统的分解者是蝇蛆和蚯蚓,促进了系 统中物质和能量循环流动的进行 C.合理使用农家肥可提高葡萄和蔬菜的产量 D.该生态系统遵循了“物质循环再生”的原理,但各营养级之间的能量传递效率并未提高 【解题关键】解答本题的关键:(1)明确该图是人工生态系统图,利用生态学
13、原理设置的生态农业。(2)明确建立该人工生态系统的目的是实现对能量的多级利用,提高能量的利用率,减少环境污染。【解析】选B。该生态系统遵循了“物质循环再生”的原理,生态系统经过能量多级利用,虽然没有提高能量的传递效率,但提高了系统总能量利用效率,选项A、D正确;该生态系统的分解者是蝇蛆和蚯蚓,促进了系统中的物质循环,但能量流动是单向的、不循环的,选项B错误;合理使用农家肥,不仅能提供无机盐,还能提供二氧化碳,增强光合作用效率,从而提高葡萄和蔬菜的产量,选项C正确。3.绿色城市的重要标志之一是实现垃圾的“减量化、资源化和无害化”。如图是垃圾资源化、无害化处理的一种方案:(1)该生态系统中属于分解
14、者的生物有 ;该生态工程主要利用了 原理。(2)从资源与环境的角度来看,、途径优于途径的主要原因是 和减少环境污染等。(3)该生态系统中能利用发酵技术产生沼气开发生物能,从该角度看,应属于 的生态工程()A.物质循环利用 B.清洁及可再生能源系统组合利用 C.山区小流域综合治理与开发 D.节水和废水处理与利用(4)种植业和 是人类食物生产系统的两大支柱,两者结合的优化设计需要按照 规律进行综合优化,使系统从总体上获得最佳的经济效益、生态效益和社会效益。【解题关键】解答本题关键要明确以下两点:(1)分解者主要是指营腐生生活的细菌和真菌,还有少数腐生的动物,如蚯蚓、苍蝇等。(2)将垃圾资源化、无害
15、化处理可以利用有机垃圾中的能量,还能够充分地、分层次多级利用垃圾中的有机废弃物,减少了环境污染。【解析】(1)该生态系统中的分解者包括:蚯蚓、细菌(微生物);该生态工程突出体现了物质循环再生这个基本原理。(2)从资源与环境的角度来看,、途径优于途径的主要原因是、途径可以充分地利用垃圾中的物质(对物质的多级利用)、减少环境污染。(3)该生态系统中能利用发酵技术产生沼气开发生物能,提及能量问题,属于清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程。(4)种植业和畜牧业是人类食物生产系统的两大支柱,种养结合的优化设计就是按照生态和经济规律通过综合优化,使系统从总体上获得最佳的经济效益、生态效益和社会效益。答案
16、:(1)蚯蚓、细菌(微生物)物质循环再生(2)可以充分地利用垃圾中的物质(或对物质的良性循环和多途径利用)(3)B(4)畜牧业 生态和经济 【补偿训练】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【解析】选A。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,达到经济效益和生态效益同步发展。与传统工程相比,它是少消耗、多效益、可持续的工程体系。二、比较生态工程的基本原理 原 理 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
17、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 生物数量不超过环境承载力,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:分布式优于集中式和环式 改变和优化系统的结构以改善功能 桑基鱼塘 系统整体性原理:整体功能大于各部分之和 保持很高的系统生产力 珊瑚礁藻
18、类和珊瑚虫的关系 易错提醒:(1)整体性原理系统整体性原理。整体性原理是指人类处在一个社会经济自然复合而成的巨大系统中。建立在对系统成分的性质及相互关系充分了解基础上的整体理论,是解决生态环境问题的必要基础。系统整体性原理属于系统学和工程学原理之一。系统整体性是指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、物质和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。(2)对协调与平衡原理的理解。协调主要指生物要适应环境,因此在建设生态工程时,不要盲目引种或栽种。平衡是指某环境下生物种群的数量与环境承载力要平衡,如果生物的数量超过了环境承载力的限度,就会引起系统的失衡和破坏。
19、【典题通关】(2020石嘴山高二检测)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 (至少写出两点)、整体性原理、系统学和工程学原理等。(2)该生态工程能将蚕沙、蔗叶等变成鱼类的饵料,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 ,而且体现了生态经济的“循环经济”原则。(3)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 (至少写出两点)。【解析】(1)生态工程遵循的基本原理有:物质循环再生原理、物种多样
20、性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理等。(2)该生态工程能将蚕沙、蔗叶等变成鱼类的饵料,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。可见,这一过程实现了废弃物的资源化。(3)与改造前的传统耕作方式比较,桑基鱼塘的生产方式充分利用了蚕沙、蔗叶、塘泥等废弃物中的物质和能量,因此其主要的优点有:减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等。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(3)减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等【跟踪小练】1.下列有关生态工程的描述,错误的是()A.生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系 B
21、.我国南方地区的“桑基鱼塘”模式体现了系统整体性的原理 C.在林业工程建设时要考虑物质循环再生原理,防止“前面造林,后面砍林”D.我国农民实施的“无废弃物农业”体现了物质循环再生的原理【解析】选C。生态工程遵循自然界物质循环的规律,充分发挥资源的生产潜力,是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系,A项正确;我国南方地区的“桑基鱼塘”模式将不同生态系统组合起来,实现了“1+12”,体现了系统整体性的原理,B项正确;在林业工程建设时要考虑整体性原理,防止“前面造林,后面砍林”,C项错误;我国农民实施的“无废弃物农业”实现了物质的循环利用,体现了物质循环再生的原理,D项正确。2.某草原牧区,在进行草场
22、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的控制。这种做法体现了()A.实行“循环经济”的原则 B.低消耗、高效益原则 C.遵循物种多样性和协调与平衡原理 D.建立社会-经济-自然复合系统【解析】选C。在进行草场建设时,注重不同牧草种类的搭配种植,其原因是物种繁多复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性,这体现了物种多样性原理;在进行草场建设时,对单位面积内的放牧量做了一定的控制,其目的是处理好生物与环境的协调与平衡,这体现了协调与平衡原理。3.某研究性学习小组参观某市市郊建立的以沼气为中心,以保护生态环境为目标的“猪沼鱼肥果蔬”小型农业生态工程时绘出了如下模式图,请分析
23、回答下列问题。(1)生态工程建设的目的是达到经济效益和 的同步发展。(2)图中的消费者有 ,该生态系统的能量流动从 开始。(3)某同学据图写出了一条食物链:水稻鸡猪,该食物链 (填“正确”或“不正确”)。(4)与传统农业生态系统相比,该生态系统更能净化环境,主要原因是 ,建立该农业生态工程所遵循的基本原理有 (至少答出两点)。【解析】(1)建设生态工程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,达到经济效益和生态效益的同步发展。(2)图中的消费者有鸡、猪、鱼,生态系统中生物所需的能量来源于植物进行光合作用所固定的太阳能,并且生态系统中的物质和能量是沿着食物链和食物网
24、流动的。能量流动从生产者(水稻、大豆)开始。(3)据图可以看出,猪不是以鸡为食物的,而是以鸡的粪便为食物,因此“水稻鸡猪”不能表示一条食物链。(4)与传统农业生态系统相比,该生态系统更能净化环境,主要原因是粪便、秸秆等“废弃物”被及时利用。建立该农业生态工程所遵循的基本原理有物质循环再生原理、整体性原理(或物种多样性原理)。答案:(1)生态效益(2)鸡、猪、鱼 水稻、大豆(生产者)(3)不正确(4)粪便、秸秆等“废弃物”被及时利用 物质循环再生原理、整体性原理(或物种多样性原理)【方法规律】关于生态农业的设计方法 在建立不同的生态工程时,要遵循不同的设计原理,不能相互照搬,应该因地制宜,主要从空间、时间和食物链等方面去考虑,下面从空间方面做简单介绍:(1)平面空间:在一定区域内,确定农作物的种类和各种农业产业所占的比例及分布区域是比较宏观的,即农业区域规划或农业规划布局。(2)垂直空间:利用生物学原理,将不同种群科学地组合成复合生产系统,达到最充分、最合理地利用环境资源的目的,可以微观地解决一个比较小的范围内的生态组合。
