1、 5.2 生态工程的实例和发展前景 一、生态工程的实例 1.农村综合发展型生态工程:(1)问题:怎样实现农村中物质的_,在资源有限的条件下有较多的产 出,取得_、_和_的全面提高。(2)对策:建立_生态工程。(3)案例:北京窦店村实施以_为中心的生态工程。必备知识自主学习 多级循环利用 经济效益 社会效益 生态效益 农村综合发展型 沼气工程 2.小流域综合治理生态工程:(1)问题:小流域_比较严重。(2)对策:应用生态工程的_原理、_原理,以及工程学等原理,通过保土蓄 水、耕作措施、林草措施等工程和生物措施,层层设防来控制_。(3)案例:甘肃陇南地区“九子登科”治理模式。3.大区域生态系统恢复
2、工程:(1)问题:我国土地_严重。(2)对策:实施森林或草原_、_的生态工程等。(3)案例:退耕_生态工程、_生态工程和_生态工程等。水土流失 整体 协调与平衡 土壤侵蚀 荒漠化 植被恢复 水土保持 还林还草 防沙治沙“三北”防护林 4.湿地生态恢复工程:(1)问题:人们对湿地进行_和_。(2)对策:采用工程和_相结合的方法,使受到干扰的湿地得以_。在湿地周围建立_,以尽量减少人类的干扰,使湿地依靠_等机 制恢复其生态功能。(3)案例:鄱阳湖的生态恢复工程。排水 围垦 生物措施 恢复 缓冲带 自然演替 5.矿区废弃地的生态恢复工程:(1)问题:矿藏开采后会造成_、_和_乃至整个地区_的破 坏。
3、(2)对策:采取人工_、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、_ 工程等措施。其中,关键在于_,以及为植被恢复所必需的_群 落的重建。(3)案例:我国赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。土体 土壤 植被 生态系统 制造表土 植被恢复 植被恢复 土壤微生物 6.城市环境生态工程:(1)问题:随着城市化进程加快,我国环境污染严重,如_污染、_污染等。(2)对策:用_的方法对城市环境进行综合治理。(3)案例:张家港、大连、厦门等首批国家环境保护模范城市。大气 噪声 生态工程 二、生态工程发展的前景 1.“生物圈2号”生态工程的实验及启示:设计目的 制造一个人工模拟的_系统,以验证人类在 离开地球的情况下,利用
4、_,仅仅依靠 _,能否维持生存 失败原因 _失调;“_”比例与地球相差甚远,导 致空气中_的含量猛增,_量减少,不足以维持人及 动物的生存 启示 使人们认识到_与_和谐共处的重要性,深化了 人们对_的认识 生命支持 人工生态工程 太阳能 大气和海洋 CO2 O2 人 自然 自然规律 温度 2.对我国生态工程发展前景的分析与展望:(1)生态工程特点。重视对_的保护。注重与_、_效益的结合。(2)存在问题。难以设计出_、_的生态工程样板。设计缺乏_,生态系统的调控缺乏及时准确的_支持,缺乏 _指导等。生态环境 经济 社会 标准化 易操作 高科技含量 监测技术 理论性【易错辨析】1.农村综合发展型生
5、态工程实现了物质和能量的循环利用。()【分析】能量流动是单向的、逐级递减的、不循环的。2.我国在西部地区实行退耕还林还草工程,这一工程属于大区域生态系统恢复工 程。()3.依据协调与平衡原理,进行引种工程时,应考虑被引进物种与环境的关系。()4.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,体现了遵循物种多样性和协调与平衡的原理。()5.建立生态农业时巧设、增设食物链的目的是使食物链延长,消耗能量环节增多,系统总能量利用率降低。()【分析】生态农业中巧设食物链,提高了生态系统的抵抗力稳定性,实现了能量 的多级利用,使能量尽可能多地流向对人类有
6、益的地方,系统总能量利用率并没 有降低。6.建立不同的生态工程要依据不同的原理,因地制宜,不能生搬硬套。()7.“生物圈2号”生态工程失败的原因是温度失调以及“大气和海洋”比例与 地球相差甚远,导致空气中CO2含量猛增,O2量减少。()关键能力合作学习 一、生态工程的建设 1.生态工程的设计:(1)技术设计:技术设计是整个生态工程建设的核心环节。即通过改变食物链(网)的方法,提高系统本身的迁移、转化、再生物质和利用能量的能力,充分利用原料、产品、副产品以及时间和营养生态位,提高整体的综合效益。(2)常用方法。食物链(网)的“相接”。即连接平行的原本不相连接的种类,形成互利共生网络,提高效率,促
7、进物质的良性循环。食物链(网)的“加环”。即在食物链(网)中增加一些环节,以充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量,促使物质循环和能量流动的路径畅通,发挥生产潜力,提高生态效益、经济效益和社会效益。2.我国与西方发达国家生态工程建设比较:类别 项目 我 国 西方发达国家 目标和 理想“整体、协调、再生、循环”“天人合一”治理环境污染 背景 条件 人多地少,人均资源占有量少 经济发展水平高,人均土地、水资源占有量多 建设 重点 生态环境与经济、社会效益相结合 集中于对破坏的生态系统进行生态恢复 缺点 缺乏定量化模型指导,难以设计出标准化、易操作的生态工程样板 应用范围小,不那么强调经济效益 易错
8、提醒:我国和西方国家生态工程建设的差异(1)西方国家的生态工程除了治理环境污染的目标之外,主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径,集中于对破坏的生态系统进行生态恢复。(2)我国的生态工程建设不但重视对生态环境的保护,更注重与经济和社会效益的结合。【典题通关】(2020太原高二检测)林业生态工程是指依据生态工程学和森林生态学的基本原理,设计和建造的以木本植物为主体、协调人与自然关系的一种生产工艺系统。请回答下列问题:(1)在建设林业生态系统时,必须走生态经济之路,生态经济所遵循的主要原则和实现手段分别是 和 。(2)林业生态系统的设计过程中,各组分之间必须具有适当的比例关系,以便使系统
9、顺利完成能量、物质、信息、价值的转换和流通,这体现了生态工程的 原理,并且还要综合考虑林业生态系统的经济效益、生态效益和社会效益,这主要体现了生态工程的 原理。(3)建设林业生态系统时要归还林业的本来面目,不能将如中草药、食用菌、野生花卉、香料植物甚至果树都拒之门外,从生态系统稳定性的角度分析,原因是 。其中食用菌在林业生态系统中属于 。(4)林业生态系统具有涵养水源、保持水土、防风固沙、维持生态平衡、减少自然灾害等作用,这体现了生物多样性的 价值。【解析】(1)生态经济遵循的主要原则是循环经济,利用的手段是生态工程。(2)根据题意分析,在林业生态系统的设计过程中,各组分之间必须具有适当的比例
10、关系,以便使系统顺利完成能量、物质、信息、价值的转换和流通,并实现总体功能大于各部分之和的效果,这体现了生态系统的系统整体性原理;还要综合考虑林业生态系统的经济效益、生态效益和社会效益,即要考虑自然、经济、社会的整体影响,这体现了生态系统的整体性原理。(3)生态系统的物种丰富度越大,生态系统的营养结构就越复杂,其抵抗力稳定性就越高,因此在建设林业生态系统时要归还林业的本来面目,不能将如中草药、食用菌、野生花卉、香料植物甚至果树都拒之门外。(4)林业生态系统具有涵养水源、保持水土、防风固沙、维持生态平衡、减少自然灾害等作用,都属于生态系统的生态功能,体现了生物多样性具有间接价值。答案:(1)循环
11、经济 生态工程(2)系统整体性 整体性(3)物种丰富度越大,生态系统的营养结构越复杂,其抵抗力稳定性越高 分解者(4)间接 【跟踪小练】1.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,据图判断下列说法错误的是()A.用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇,可增加经济效益 B.用残渣来培育食用菌和蛆蛹,实现了物质的多级利用 C.图中的箭头可表示物质循环和能量流动 D.该生态工程的运转离不开人的管理 【解题关键】理解图中“加环”的含义:食物链(网)“加环”后,营养结构更加合理,有利于物质循环和能量流动。【解析】选C。用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇、残渣来培育食用菌和蛆蛹
12、实现了废弃物的资源化,实现了物质的多级循环利用,生态工程的正常运转离不开人的管理,将蛆蛹粪便还田,运用了物质循环再生原理,但是能量是不能循环利用的。2.下列关于我国生态工程与西方国家生态工程的比较中,正确的是()西方国家的生态工程以治理环境污染和恢复破坏的生态系统为主要目标,我国的生态工程注重生态环境与经济、社会效益相结合 西方国家的生态工程应用范围比我国小 我国的生态工程难以设计出标准化、易操作的生态工程样板 A.B.C.D.【解析】选A。发达国家与我国的生态工程建设强调的重点有所不同,西方国家的生态工程除了治理环境污染的目标外,主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径,集中于对破坏
13、的生态系统进行生态恢复。我国的生态工程走有中国特色的道路,不但要重视对生态环境的保护,更要注重与经济、社会效益相结合。总体来看,发达国家的生态工程的应用范围比我国小,也不那么强调经济效益。不过,目前我国的生态工程还有一些不足之处,如缺乏定量化模型指导,难以设计出标准化、易操作的生态工程样板等。3.(2020南京高二检测)如图为以生态工程为技术支撑建设而成的农林牧渔等综合发展的农业生态村。请分析下图回答问题:(1)生态系统中的阳光、土壤、水分等属于生态系统成分中的 。(2)蘑菇在该生态系统中的成分是 ,该成分在自然生态系统中的作用是 。(3)采用河泥作肥料的优势包括 。A.改善河道环境 B.改善
14、土壤结构 C.培育土壤微生物 D.实现了物质和能量的循环利用(4)将秸秆放入沼气池取代焚烧的好处有 和 。(5)以上案例,主要运用的生态工程原理有 和 。【解析】(1)生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者、非生物的物质与能量,阳光、土壤、水分等属于生态系统成分中的非生物的物质与能量。(2)蘑菇是真菌,属于该生态系统成分中的分解者,可以将动植物的遗体、排遗物中的有机物分解成无机物,归还到无机环境。(3)采用河泥作肥料,可以改善河道环境,A正确;采用河泥作肥料,可以改善土壤结构,B正确;采用河泥作肥料,可以培育土壤微生物,C正确;采用河泥作肥料,可以实现物质的循环利用和能量的多级利用,但是
15、能量不能循环利用,D错误。(4)与焚烧秸秆相比,将秸秆放入沼气池发酵,可以减少环境污染、提高能量的利用率。(5)以上案例中主要运用的生态工程原理有物质循环再生原理和物种多样性原理(整体性原理)。答案:(1)非生物的物质与能量(2)分解者 将动植物的遗体、排遗物中的有机物分解成无机物,归还到无机环境(3)A、B、C(4)减少环境污染 提高能量利用率(5)物质循环再生原理 物种多样性原理(整体性原理)二、生态工程的实例比较 实 例 原 理 对 策 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 建立农村综合发展型生态工程 (1)核心:沼气工程(2)优点:农林牧副渔全
16、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 整体原理、协调与平衡原理以及工程学等原理 运用多种原理,应用多种措施综合治理(1)“综合”表现在同时考虑生态效益和经济效益(2)不同气候、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 协调与平衡原理、整体性原理、物种多样性原理 退耕还林还草、植树造林等“三北”防护林建设中应注意的问题:(1)考虑树种生态适应性;(2)考虑树种多样性 湿地生态恢复工程 协调与平衡原理、整体性原理 控制污染、退田还湖(1)主要措施:退耕还湖(2)主要困难:解决迁出湖区居民的生活和就业问题 矿区废弃地生态恢复工程 系
17、统学和工程学原理 修复土地、恢复植被(1)改良表土(2)种植耐旱的灌木、草和树(3)合理确定载畜量 城市环境生态工程 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(1)防止大气污染:禁止使用含铅汽油(2)防止水污染:进行污水净化,减少或禁止污水排放 易错提醒:走出生态工程的误区(1)生态工程对恢复和重建受损生态环境起到了十分重要的作用,但是不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量。(2)不能误认为只要有了生态工程,就可以走发达国家“先污染、破坏,后治理”的老路。【选修对接必修】对接必修3 (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什么?废弃物合理利
18、用能体现生态工程的什么原理?提示:目的是实现物质的循环再生和能量的多级利用;废弃物的合理利用能体现生态工程的物质循环再生原理。(2)从环境保护的角度分析,生态工程能生产出无公害大米的原因是什么?提示:减少了化肥和农药的使用量,减少了环境污染。(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量,请从细胞代谢的角度分析,其原因是什么?提示: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。(4)在稻田养鱼的农业生态工程中,鱼与水稻属于不同生态系统的食物链(网),但在人为调控下,将一些草食性鱼、滤食性鱼和杂食性鱼的鱼苗放养在稻田中,生态工程中将食物链(网)相“相接”的优点是什么?提示:使稻田生
19、态系统的结构有所改变,物质循环和能量流动更为合理。【典题通关】(2019大连高二检测)为实现可持续发展,经济发展必须符合生态学规律,改变“人类能征服自然”的错误观念,走生态经济之路。有城市政府提出要打造海绵城市的理念,所谓海绵城市,是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”,也可称之为“水弹性城市”。(1)建设海绵城市的一个通常做法是做到雨水回收利用,城市蓄水池内不仅安装了现代化的雨水净化系统,还种植了许多水生植被辅助净化,这些植物的引种需遵循 原理;建设海绵城市的目的之一是“扩大公共产品有效投资,提高新型城镇化质量,促进人与自然和谐发展”,体现了 原理。(2)在进
20、行生态工程建设时,应当根据当地的实际条件、因地制宜地进行。如小流域存在的主要问题是 ,针对这种问题我国甘肃陇南地区总结出了“九子登科”的治理模式,而矿山废弃地生态修复工程的关键是 和土壤微生物群落的重建。(3)在生态工程的设计和建设中都要遵循系统学和工程学原理,包括 和 两个方面。【解析】(1)建设海绵城市的一个通常做法是做到雨水回收利用,城市蓄水池内 不仅安装了现代化的雨水净化系统,还种植了许多水生植被辅助净化,这些植物 的引种需遵循协调与平衡原理,既要处理好生物与环境的协调与平衡,也要处理 好环境的承载能力,否则如果超出了环境承载力的限度,就会引起系统的失衡和 破坏,如生物入侵就是生物与环
21、境之间的协调与平衡被打破的例子;建设海绵城 市的目的之一是“扩大公共产品有效投资,提高新型城镇化质量,促进人与自然 和谐发展”,体现了整体性原理,只有应用整体性原理,才能统一协调当前与长 远、局部与整体、开发与环境建设之间的关系,保障生态系统的平衡与稳定。(2)在进行生态工程建设时,应当根据当地的实际条件、因地制宜地进行。如小流域存在的主要问题是水土流失比较严重,针对这种问题我国甘肃陇南地区总结出了“九子登科”的治理模式,而矿山废弃地生态修复工程的关键是植被的恢复和土壤微生物群落的重建。(3)在生态工程的设计和建设中都要遵循系统学和工程学原理,包括系统的结构决定功能原理(即需要考虑到系统内不同
22、组分之间的结构,通过改变和优化结构,达到改善系统功能的目的)和系统整体性原理(即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“1+12”)两个方面。答案:(1)协调与平衡 整体性(2)水土流失比较严重 植被的恢复(3)系统的结构决定功能原理 系统整体性原理 【跟踪小练】1.下列关于小流域综合治理生态工程的叙述,错误的是()A.该工程的主要目的是治理小流域的水土流失问题 B.该生态工程运用了整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理以及工程学原理 C.该生态工程针对不同的地形采取不同的措施 D.该生态工程做到了经
23、济效益与生态效益的统一【解析】选B。该工程的主要目的是治理小流域的水土流失问题,A正确;小流域综合治理模式是我国农民和技术人员的创举,它是应用生态工程的整体性原理、协调与平衡原理以及工程学等原理,通过保土蓄水、耕作措施、林草措施等工程和生物措施,层层设防来控制土壤侵蚀的,B错误;该生态工程针对不同的地形采取不同的措施,C正确;该生态工程做到了经济效益与生态效益的统一,D正确。2.微山湖是山东境内的一个面积较大的湖泊,二十年前这里是碧波万顷、鱼儿满湖、野鸭成群,还有“接天莲叶无穷碧,映日荷花别样红”的美丽景象。二十年来,湖区四周县市的工业快速发展,城市居民激增,因而大量的工业废水、生活废水、垃圾
24、涌入该湖。湖水变得不仅很浑浊,而且腥臭难闻。据有关专家说,近几年来,微山湖中已消失了一些物种,如四鼻孔鲤鱼、野鸭、水螅等。上述现象说明的道理主要是()A.环境污染是破坏生物多样性的主要原因 B.掠夺式的开发是破坏生物多样性的主要原因 C.外来物种入侵破坏了生物多样性 D.环境教育缺乏是破坏生物多样性的根本原因 【解题关键】解答本题的关键是阅读题干并从其中提取文字信息,分析环境污染对生物生存的影响。【解析】选A。根据题意可知,微山湖中涌入大量的工业废水、生活废水和垃圾,对环境造成了极为严重的污染,结果使四鼻孔鲤鱼、野鸭、水螅等物种灭绝了,所以环境污染是破坏生物多样性的主要原因。3.生态工程的建设
25、已经成为社会关注的热点。如图为某地一生态工程建设模式图,请据图回答有关问题:(1)从能量流动的意义分析,该生态工程模式实现了 。(2)该生态工程借鉴了“无废弃物农业”,其主要体现了生态工程的 原 理,与此密切相关的主要生物类群在生态系统的组成成分中属于 。(3)在进行生态工程建设时,要根据当地的实际条件,因地制宜地进行,在矿区废弃地的生态恢复工程中,恢复植被的措施是植树和种草,为什么不是种植农作物?。【解析】(1)该农业生态系统实现了物质和能量的多级利用。从能量流动的意义分析,该生态工程模式实现了能量的多级利用,提高了能量的利用率。(2)图中生态农业主要是借鉴了“无废弃物农业”,主要体现了生态
26、工程的物质循环再生原理。与此密切相关的生物为腐生细菌和真菌等分解者。(3)矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于植被恢复与土壤微生物群落的重建,具体实施的措施有:人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。矿区土壤条件恶劣,不适宜农作物的生长,因此恢复植被的措施是植树和种草,而不是种植农作物。答案:(1)能量的多级利用,提高了能量的利用率 (2)物质循环再生 分解者 (3)矿区土壤条件恶劣,不适宜农作物的生长 【方法规律】建立生态工程的规律(1)生态工程建设的基本过程包括拟定目标与实施调查、系统分析、可行性评价与决策和技术设计等,其中技术设计是生态工程建设的核心环节。(2)建立不同的生态工程时要依据不同的原理,因地制宜,不能相互照搬。(3)生态工程是针对传统经济模式而言的,这样可以减少环境污染,实现社会与自然的和谐发展。
