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专题5 生态工程,【知识梳理】 一、生态工程的基本原理 1.生态工程概念：人类应用_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_进行 修复、重建，对造成环境污染和破坏的_进行改善，并 提高_，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。 2.建设目的：遵循自然界_的规律，充分发挥资源的生产潜 力，防止_，达到_和_的同步发展。 3.特点：_、多效益、_的工程体系。,生态学和系统学,已被破坏的生态环境,传统生产方式,生态系统的生产力,物质循环,环境污染,经济效益,生态效益,少消耗,可持续,4.基本原理： (1)物质循环再生原理：物质在生态系统中_、分层分级 利用。 (2)物种多样性原理：物种繁多而复杂的生态系统具有较高的 _。 (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 _。 (4)整体性原理：进行生态工程建设时，不但要考虑_ 的规律，还要考虑到_等系统的影响力。,循环往复,抵抗力稳定性,环境承载力,自然生态系统,经济和社会,(5)系统学和工程学原理。 系统的结构决定功能原理：生态工程通过_，达 到改善系统功能的目的。 系统整体性原理：系统各组分之间要有适当的_，完成 能量、物质、信息等的转换和流通，实现_大于各部分之和的效果。,改变和优化结构,比例关系,总体功能,5.生态经济： (1)原则：“_”。 (2)结果：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_。 (3)目的：实现_。 (4)实现循环经济最重要的手段之一：_。,循环经济,生产原料,废弃物的资源化,生态工程,二、生态工程具体实例,农村综合发展型,沼气工程,小流域综合治理,九子登科,大区域生态系统,湿地生态,矿区废弃地,城市环境,【速记卡片】 1.生态工程的一个目的：经济效益和生态效益的同步发展。 2.生态工程的三个特点：少消耗、多效益、可持续。 3.生态经济的一个原则：“循环经济”。 4.生态工程的五个基本原理：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、系统学和工程学原理。,考点 生态工程的基本原理 1.传统经济与生态经济： (1)传统经济。 方式：大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。 特点：不注重生态环境的保护，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。,(2)生态经济。 方式：实现了原料产品原料产品的生产体系，实现了废弃物资源化的循环经济。 特点：少消耗、多效益、可持续。,2.生态工程所遵循的基本原理：,【高考警示】整体性原理系统整体性原理 (1)整体性原理。 含义：指社会、经济、自然三方面协调统一，保障整个生态系统的稳定与平衡。 举例：林业工程建设中自然系统、社会系统与经济系统的关系问题，即种树的同时考虑经济收入、粮食、燃料等问题。,(2)系统整体性原理。 含义：指总体功能大于各部分之和，即1+12。原因是系统保持有很高的生产力，具体是指互利共生的生物体现系统整体性原理。 举例：藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中的藻类和真菌等。,【考题回访】 1.(2015常州模拟)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，如下图所示。,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？ _。,【解题指南】解答本题的关键： (1)注意题目中农业类型是“生态农业”，物质可以循环利用，比传统农业生物种类多。 (2)联系能量流动特点：单向流动、逐级递减，生产者固定的能量不能支撑过长的食物链。,【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，在实现经济效益的同时，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,【延伸探究】 (1)试分析图中沼气池中生物的代谢类型。 提示：沼气池中的生物分解沼气池中的有机物，是异养型生物，并且沼气池中的生物将有机物不彻底氧化分解，是厌氧型生物。 (2)该生态系统中，生产者有哪些？ 提示：农作物、桑、果树以及农场中的杂草等。,【知识总结】常见生态工程主要遵循的原理分析 (1)单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害物种多样性原理。 (2)草原确定合理载畜量，不能过度放牧协调与平衡原理。 (3)引种考虑适应环境协调与平衡原理。 (4)林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题整体性原理。,2.(2015哈师大附中模拟)请据图回答：,(1)图一为窦店村综合发展生态工程示意图，该工程主要运用了哪些生态工程的基本原理？ (至少答两项)。此生态系统中的生产者有 ，生命活动所需的能量归根到底都来自 ， 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。,(2)图二为矿区废弃地的生态恢复工程流程图，该恢复工程中， 是指 措施。 该生态工程所遵循的主要原理是_ _。 (3)澳大利亚的大堡礁，生物多样性非常高，珊瑚虫和藻类组成了高效的植物动物营养循环，因此珊瑚礁能够保持很高的系统生产力。此生态系统体现了哪些生态工程的基本原理？ _。,【解析】本题考查对生态工程实例的分析。 (1)图一为农村综合发展型生态工程，依据的原理包括物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理等。此生态系统中的生产者有谷物、蓝绿萍，生命活动需要的能量最终来自太阳能。光照为物理信息。 (2)图二为矿区废弃地的生态恢复工程。该恢复工程中首先要人工制造表土、压实。矿区废弃地土壤和植被的恢复决定了系统的功能。由于刚恢复的土壤条件较差，不宜种植作物，植树、种草体现了系统学和工程学原理。 (3)珊瑚礁生态系统体现了系统整体性原理。,答案：(1)物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理 谷物、蓝绿萍 太阳光能 物理 (2)人工制造表土、压实 系统学和工程学原理 (3)系统整体性原理,【加固训练】 1.(2015德州模拟)请仔细读图，然后指出该生态农业的优点：,(1)该生态工程设计的基本原理是： ， ， 。 (2)该生态工程的优越性表现在：以 为核心实现了能量和物质的多级利用，各种农产品的生产互相协调、互惠互利促进了农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；同时又降低了 污染，促进了农村的 发展。,【解析】本题通过对生态工程实例的分析，加深对生态工程原理的理解和应用。图中人、猪、禽的粪尿及蔬菜废弃物和秸秆等物质投入沼气池产气，沼气可供给农户使用以及发电等，沼液和沼渣又是农田的良好肥料，这有助于减少粮食、蔬菜的病虫害，提高粮食、蔬菜的产量和质量，充分体现了“物质循环再生原理”；以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展，体现了生态、社会与经济效益的结合，这是“整体性原理”的充分体现；同时为了提高单位土地面积的产出，还要考虑与之相适应的、适量的农作物，猪、禽舍内要考虑与之相适应的、适量的品种等，这也充分体现了“协调与平衡原理”。,答案：(1)物质循环再生原理 协调与平衡原理 整体性原理 (2)沼气工程 环境 可持续,2.在政府的大力支持下，部分村镇的农民率先建起了以沼气池为中心的生态工程。下图是某同学绘制的一个庭院生态工程的示意图，分析并回答下列问题：,(1)该生态系统的“基石”是 。沼气池中有产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物，其生态学作用主要是作为 。 (2)构建这种以沼气池为中心的生态模式所依据的最主要的生态学原理是 。在沼气发酵的过程中，有一种微生物有除臭作用，这种微生物是 ，它的除臭过程是 。 (3)某养殖户把自己的养鸡场、养猪场、鱼塘和桑园也纳入该生态工程，并把多个单个的生产系统通过优化组合有机地整合在一起，改善了系统的功能，这体现了生态工程中 原理。,(4)生态农业是一个在生态上能自我维持的农业生产系统，其特点是在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不正确的是 。 A.生态农业中食物链的营养级之间的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防治的方法,【解析】(1)生产者是生态系统的“基石”，该生态系统中黄瓜、番茄等蔬菜是生产者。沼气池中的产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物是生态系统中的分解者。(2)该生态系统依据的主要原理是物质循环再生原理。沼气发酵过程中的臭气是氨气，常利用硝化细菌的硝化作用除去氨气。(3)把多个单个的生产系统通过优化组合有机地整合在一起，提高了生态系统的复杂性，从而改善了生态系统的功能，这体现了生态工程中系统的结构决定功能原理。(4)生态农业中食物链的营养级之间的能量传递效率不变，但生态系统的营养结构变复杂了。,答案：(1)黄瓜、番茄等蔬菜 分解者 (2)物质循环再生原理 硝化细菌 将氨气转化为亚硝酸盐和硝酸盐 (3)系统的结构决定功能 (4)A,【备选考点】生态工程的实例分析 1.农村综合发展型生态工程： (1)问题：资源有限，人多地少，产出不足。 (2)对策：建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用。 (3)原理：物质循环再生原理；整体性原理；物种多样性原理。 (4)案例：北京郊区的窦店村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。,2.小流域综合治理生态工程： (1)问题：河流各级支流的集水区域水土流失比较严重。 (2)对策：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的侵蚀。 (3)原理：整体性原理；协调与平衡原理；工程学原理。 (4)案例：我国甘肃陇南地区“九子登科”的治理模式。,3.大区域生态系统恢复工程： (1)问题：土地荒漠化严重。 (2)对策：森林或草原的植被恢复、水土保持。 (3)原理：物种多样性原理；整体性原理；协调与平衡原理。 (4)案例：“三北”防护林生态工程。,4.湿地生态恢复工程： (1)问题：人们对湿地进行排水和围垦，已经破坏了地球上80%的湿地资源。 (2)对策。 采用工程和生物措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复。 在湿地周围建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。 (3)原理：整体性原理；物种多样性原理；协调与平衡原理。 (4)案例：鄱阳湖的生态恢复工程。,5.矿区废弃地的生态恢复工程： (1)问题：矿藏开采后造成水体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏。 (2)对策：人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复等。 (3)原理：系统学和工程学原理。 (4)案例：我国赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。,6.城市环境生态工程： (1)问题：垃圾污染、大气污染、噪声污染等。 (2)对策：用生态工程的方法对城市环境进行综合治理。 (3)遵循的原理：物质循环再生原理；协调与平衡原理；整体性原理。 (4)案例：张家港、大连、厦门等国家环境保护模范城市。,【高考警示】污染物并不是不能利用的资源 对环境造成危害的污染物，采取一定的措施和技术，进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。,【考题回访】 (2015随州模拟)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有 结构。该人工湿地的 建立体现了生态工程的基本原理有_ 等。 (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 _。,【解题指南】解答本题时，需要明确以下两点： (1)生活污水中含有较多的有机物，其内的能量被分解者利用，是流入该生态系统的能量之一。 (2)细菌、真菌净化污水是通过呼吸作用进行的。有氧呼吸能把有机物彻底分解，O2充足情况下，净化更彻底。,【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有机物中的化学能。不同的生物生活在不同的层次，这体现了群落的垂直结构。人工湿地中的细菌、真菌分解污水中的有机物提供大量的氮、磷，被人工湿地中的芦苇、藻类等植物吸收，使其生长迅速。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，可向水体中通入一定量的空气。,答案：(1)光能和污水中有机物中的化学能 (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,【延伸探究】 (1)图中黑藻和绿藻能否直接吸收污水中的有机物？为什么？ 提示：不能。污水中的有机物需要被分解者分解成无机物之后，植物才能吸收。 (2)引起芦苇、绿藻和黑藻上、中、下分布的环境因素是什么？ 提示：光照强度。,【加固训练】阅读下列材料，回答问题： 现在我国提出城市“绿色”概念，追求“绿色”的含义除了包括城市绿化、绿色生活方式与消费理念外，还应包括尊重自然、珍爱生命，追求天人合一的生态伦理道德等。“绿色”城市需要我们从自己做起，从身边的小事做起。 (1)北京市的绿地总面积和人均绿地面积在逐年上升，与此同时，大量的非本地树种、草种“侵入”了首都，而大量的本地物种却遭受冷遇。你认为外来物种的入侵可能会产生的后果是 。保护生物多样性应在 三个层次上采取保护战略和保护措施。,(2)垃圾实际上是被人们放错了地方的资源，实现垃圾的“减量化、资源化和无害化”是“绿色”城市的重要标志之一。下图是垃圾资源化、无害化处理的一种方案。,此方案中过程需要每一位市民的参与，具体做法是 ；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分析， 途径优于途径的原因是_ _。,【解析】(1)大量盲目地引进外来物种会打破本地的生态平衡，使本地物种的生存受到威胁。保护生物多样性，应在基因、物种、生态系统三个层次上加以保护。 (2)垃圾资源化和无害化，与每一位市民相关的是将生活垃圾分类处理，便于垃圾的分类利用。分解垃圾中有机物的生物属于分解者。是垃圾经过焚烧，释放热能进行发电，这种情况会造成环境污染以及能量和物质的浪费。和经过分解者分解，逐步释放有机物中的化学能，能够充分地、分层次地多级利用垃圾中的物质和能量，减少环境污染。,答案：(1)使本地物种的生存受到威胁 基因、物种、生态系统 (2)将生活垃圾分类处理 分解者 充分地分层次多级利用垃圾中的物质和能量，减少环境污染,
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