1、专题 5 生态工程知识结构网络 基础知识整合 一、生态工程的概念及原理1.生态工程的含义(1)生态工程的概念生态工程是指人类应用生态学和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,对已破坏的生态环境进行修复、重建,对造成污染破坏的传统生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力,从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。生态系统的概念包括三个方面的含义:涉及的学科知识包括生态学和系统学;用到的技术手段或方法有系统设计、调控和技术组装;最终目的是促进人类社会和自然环境的和谐发展。基础知识整合(2)生态工程建设目的: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
2、益和生态效益的同步发展。(简而言之:少消耗、多效益、可持续)(3)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。基础知识整合 2.生态工程所遵循的基本原理 项目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可避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题 基
3、础知识整合 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,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:分布式结构优于集中式和环式结构改善和优化系统的结构以改善功能桑基鱼塘系统整体性原理:总体大于部分能保持很高的系统生产力珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系 基础知识整合 以前,某地农村农作物秸秆都是当做燃料,而农户和家畜的粪便等均作为肥料直接施入农田。后来逐步开始进行农村产业结构调整,下图是2011 年当地生态工程示意图。基础知识整合(1)试分析该地农村产业结构调整前生产形式的不利影响(至少举两个方面):。(2)该生态工程的建设遵循了等基本
4、原理。生态工程与传统工程相比较,具有等特点。(3)当地人希望进一步提高该系统的经济效益和生态效益。专家经过考察后,建议他们增加一个奶牛养殖项目。村民接受了专家的建议,并对原有的生产项目作了一些调整。他们需要调整的项目主要是。(4)现代生物技术可应用于生态建设,举例说明:。基础知识整合 解析:(1)燃烧秸秆、家畜的粪便等作为肥料直接施入农田造成了环境污染和能量的浪费。(2)生态工程的原理有物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理、系统的结构决定功能原理。与传统生态系统比较,生态工程少消耗、多效益、可持续。(3)若增加奶牛养殖,奶牛食用大量牧草或农作物秸秆,种植的农作物种类和数量要作出调整。(
5、4)举例要恰当,要与生态建设有联系。基础知识整合 答案:(1)能源和物质资源的浪费、引起环境污染、农业成本高等(任答两项)(2)物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理、系统的结构决定功能原理 少消耗、多效益、可持续(3)种植的农作物种类和数量(或原养殖家畜的数量,只要求答出一项)(4)基因工程中抗虫、抗病转基因植物的种植减少了农药的使用;细胞工程中组织培养技术的应用,可对城市环境进行综合治理;胚胎工程中胚胎移植可以用于保护濒危野生动物,保护生物多样性(任答一项)基础知识整合 二、生态工程实例分析 实例问题原理对策案例农村综合发展型生态工程实现物质的多级循环利用,在资源有限的条件下能较多的
6、产出,以解决人多地少的矛盾物质循环再生原理、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为中心的生态工程 基础知识整合 续表 实例问题原理对策案例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、因地制宜的原理运用多种原理,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缩小和破坏控制污染、退田还湖江西鄱阳湖湿地生态恢复工程 基础知识整合 矿区废弃地的生态恢复工程矿区生态环境的破坏系统学和工程学原理修复土地、恢复植被赤峰市元宝山矿区
7、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 基础知识整合 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。请回答下列问题:农村庭院生态系统模式图(1)该生态工程设计将猪圈养在温室内的目的是: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环境。(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。沼气池中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。基础知识整合 解析:农作物光合作用产生氧气供猪利用,温室温度高,给猪
8、提供了热量维持体温,减少了猪自身的能量消耗。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。沼气池中菌群属于分解者。该生态工程减少废弃物产生,实现了物质的多级利用,提高了能量的利用率。答案:(1)氧气 温度(2)人畜粪便、秸秆、厨余垃圾 作为肥(饲)料 分解者(3)节约能源;减少废弃物产生;物质(废物)再利用;提高能量利用效率;物质循环利用速效提升训练 1.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
9、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。速效提升训练 解析:厌氧沉淀池中微生物进行无氧呼吸,兼氧池中微生物进行无氧和有氧呼吸。植物池中各种生物组成群落,植物处于生态系统的第一营养级。植物池中生物获得的能量来源于生产者光
10、合作用固定的太阳能。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)速效提升训练 2.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、种蘑菇、种桑养蚕、种植果树等多个生产过程合理地有机结合起来，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，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、和原理。(2)该系统工程的核心之一是沼气池，沼气的制作如右图所示。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
11、统有何影响？。速效提升训练(3)在该生态农场中存在如下图所示的物质循环过程，据图分析不符合生态工程原理的叙述是()A.物质经过多级利用，实现了良性循环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，能量逐级损耗，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(4)据生态工程中的物种多样性这一原理，有人认为生态农业建设中，应使食物链和营养级越长越多越好。请你结合所学有关生态工程原理，分析：该结论是否正确？；为什么？。速效提升训练 解析：(1)生态工程中的生态农业是建立在物质循环再生、物种多样性和整体性等原理基础上的，在实现经济效益的同时，也取得了良好的生态效
12、益和社会效益。(2)物质循环的特点是循环往复、分级利用，从而达到“取之不尽、用之不竭”，即物质循环再生原理。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，土壤无机物得不到及时补充，土壤肥力会下降。(3)能量沿着食物链流动时，能量逐级递减，传递效率大约为10%20%，因此最高营养级获得的能量最低。但系统的总能量包括各生产环节上输出产品的能量，显然这个系统总能量利用率与单种作物的系统总能量利用率相比大大增加。(4)从能量流动逐级递减的特点分析，食物链不能无限延长，最多维持在56 个营养级。速效提升训练 答案：(1)物质循环再生原理物种多样性原理整体性(2)如图所示土壤中的无机物得不
13、到补充，物质循环受到破坏，土壤肥力下降(3)C(4)不正确因为食物链长，各食物链中的生物数量难以达到一定规模，影响经济效益；营养级多，高层次营养级生物获得的能量速效提升训练 3.下图示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。速效提升训练（2）鱼等水生生物的排泄物及未被利用的有机物和底泥，其中一部分经过的作用后可作为肥料，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
14、的农田相比，该生态系统的自我调节能力。(4)建立该生态系统遵循的原理主要是、。速效提升训练 解析：(1)据图示分析，生产者通过光合作用固定的能量，是流进此生态系统的总能量。粪便携带的能量是上一个营养级的同化的能量，蚕的上一个营养级是桑树，所以蚕沙中所含的能量主要属于第一营养级。(2)分解者是将动植物的遗体和残骸分解，将有机物分解为无机物。(3)本题生态系统无论物质还是能量，均实现了多级利用，符合生态学原理。其基本模式是“原料产品原料产品”，物质和能量在逐级流动中不断增值。物种越丰富，生态系统的自我调节能力越强，生态系统越稳定。(4)该生态系统充分利用废弃物中的能量，提高了能量利用率，实现良性循
15、环.构建农业生态系统的目的是实现物质和能量的多级利用，减少环境污染。速效提升训练 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)物质循环再生原理生物多样性原理速效提升训练 4.某城市在建设过程中,更加注重生态文明的建设。如利用人工建立的湿地公园对生活污水进行净化处理,形成藻菌共生的污水净化系统,还可以利用藻类蛋白养鱼、养鸭等获得良好的经济效益。下面是利用人工湿地净化生活污水的原理简图。请据图回答问题:(1)输入人工湿地的能量为。(2)人工湿地中的芦苇属于挺水植物,绿藻属于浮游植物,黑藻属于沉水植物,这一现象体现了群落具
16、有结构。该人工湿地的建设体现了生态工程的基本原理有等。速效提升训练(3)该人工湿地中的芦苇、藻类等植物生长迅速,其主要原因是。(4)细菌、真菌等微生物的分解作用是净化污水的重要途径,为了提高分解的效率,可采取的有效措施是。(5)用恰当的箭头和文字完成该人工湿地的碳循环图解。(6)某生物兴趣小组在实地调查了该人工湿地后,在大力赞赏利用湿地对生活污水进行净化处理的同时,还向相关部门提出了应加强对重点污染源的控制这一合理的建议,其依据的生态学理由是。速效提升训练 解析:输入人工湿地的能量有各种植物通过光合作用固定的太阳能和生活污水中的化学能。不同的生物生活在不同的层次,这体现了群落的垂直结构。人工湿
17、地中的细菌、真菌分解污水中的有机物产生大量的氮、磷,被人工湿地中的芦苇、藻类等植物吸收,导致其生长迅速。湿地中的细菌、真菌多数为需氧型微生物,为提高其分解效率,可不断向水体中通入一定量的空气。速效提升训练 答案:(1)太阳能和污水有机物中的化学能(2)垂直 物质循环再生原理、协调与平衡原理(3)细菌、真菌等微生物分解污水中的有机物为植物生长提供了充足的氮、磷等矿质养料和光合作用所需的 CO2(4)向水体中适当通入空气(5)见下图(6)生态系统的自我调节能力是有限的5.下图为窦店村综合发展生态工程示意图。请据图回答：(1)该工程主要运用了生态工程的哪些基本原理？。(2)蓝绿萍的代谢类型是 ，在生
18、态系统中的地位是 。(3)如图是某科研工作者为该村设计的垃圾资源化、无害化处理的一种方案，请据图回答问题：此方案中、过程需每一位居民的参与，参与的行动方式是 。过程、利用的生物属于生态系统的何种成分？。从对资源的充分利用角度看，、途径比途径突出的特点是 。解析：(1)该农业生态工程实现了物质的循环利用：作物秸秆处理后可用来生产食用菌和作为饲料；饲料喂养畜禽；人、畜粪尿作为原料生产沼气；沼液用于水产养殖业；沼渣为蔬菜施肥和喂养畜禽，从而达到了物质利用的良性循环，缓解了农村饲料、肥料的缺乏问题，同时一些加工品和农产品可以输出到市场出售。因此该生态工程主要运用了物质循环再生原理、整体性原理和物种多样
19、性原理。(2)蓝绿萍的代谢类型是自养需氧型，属于生产者。(3)过程、是对垃圾的分类处理；过程、是利用分解者的分解作用处理有机废弃物，此过程既充分利用了废弃有机物中的物质和能量，又减少了因燃烧带来的污染。答案：(1)物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理(2)自养需氧型 生产者 (3)将生活垃圾分类处理分解者除利用了有机垃圾中的能量外，还充分地、分层次地多级利用了垃圾中的物质，并且减少了因燃烧带来的污染 6.生态护坡是对斜坡或边坡进行保护的一项综合保护技术。下图为某种泥质海岸生态护坡的模式图。据图分析回答：(1)在上图的坡地生态系统中，人们在中低潮带引种一些耐盐的植物，在高潮带和超高潮带则
20、种植一些相对耐干旱的植物，这些不同植物的分布差异主要体现了群落的结构。(2)人们通过对沙滩培土、引种等措施，使寸草不生的荒滩短期内出现物种比较丰富的坡地生物群落，从演替的角度分析，这说明人类活动可改变。(3)灌草丛带中的几种生物种群所构成的食物网如上图，图中字母代表生物种群所固定的能量值，则be 中能确定大小关系的是，图中能量从第一营养级到第二营养级的传递率是(用图中字母表示)。若要调查沙氏变色蜥的种群数量，应采用法。为模拟该调查方法，生物小组同学使用玻璃球进行实验。小组同学先从布袋里的白玻璃球中随意抓出一把(经清点共 15 个)，并换成相应数量的红玻璃球放回布袋，摇匀后再抓出一把，经清点共个
21、 16(其中红色球 4 个)，则布袋中原有玻璃球个，其中将白球换成红球相当于。(4)研究人员向此坡地引入沙棘种植在海挡林带和灌草丛带，结果沙棘在灌草丛带的长势明显好于海挡林带，经分析两地带中土壤肥力和土壤含水量如下表：某研究者提出一个假设，并进行了实验验证：将生长状况相似的沙棘分为A、B 两组种植，A 组土壤含水量和土壤肥力与灌草丛带相同，B 组土壤含水量与海挡林带相同，土壤肥力与灌草丛带相同，结果A 组长势显著高于 B 组，证实了该研究者的假设。该研究者的假设是：。(5)目前生态护坡在河流、堤岸、高速公路等许多方面逐渐取代传统的砖石、混凝土护坡，请列举生态护坡的优点：。解析：(1)在中低潮带
22、引种一些耐盐的植物，在高潮带和超高潮带则种植一些相对耐干旱的植物，是不同生物在水平方向上的分布，主要体现了群落的水平结构。(2)对沙滩培土、引种等措施，使寸草不生的荒滩短期内出现物种比较丰富的坡地生物群落，是次生演替，这说明人类活动可改变群落演替的方向和速度。(3)处于同一条食物链前边的生物种群所固定的能量值高于后边的种群固定的能量值，be 中能确定 bc，其他几个因处于同一个营养级，不好确定能量值大小。第一营养级的能量为 a，第二营养级的能量是 b+d+e，能量从第一营养级到第二营养级的传递率是(b+d+e)/a100%。调查动物种群密度常用标志重捕法。白球换成红球相当于第一次捕获后做标记的动物。(4)将沙棘分别种植在与灌草从带及与海挡林带相当的土壤，观察生长状况，实验结果说明，土壤含水量是沙棘生长的限制因素。答案：(1)水平(2)群落演替的方向和速度(3)bc(或 b 与 c)(b+d+e)/a100%标志重捕60做标记(4)土壤含水量是沙棘生长的限制因素(5)保持水土、美化环境、净化空气等(任意答一点即可，其他合理也可)