第4章 第3节　生态工程

第3节生态工程[学习目标]1.简述生态工程的概念,关注生态工程建设。2.概述生态工程的基本原理,举例说出自生、循环、协调和整体原理的主要内容。3.说出生态工程实例所运用的生态工程基本原理。一、生态工程的基本原理1.关注生态工程建设(1)生态工程的概念。(2)进行生态工程建设的目的。遵循生态学规律,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。(3)特点:少消耗、多效益、可持续。2.生态工程所遵循的基本原理(1)自生。①概念:由生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持。②基础:生态系统的结构与功能,主要包括以下两个方面:a.个体水平:生物个体能够进行新陈代谢、再生更新等。b.系统水平:生物之间通过各种相互作用(特别是种间关系)进行自组织,实现系统结构与功能的协调,形成有序的整体。③应用原则。a.需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设。b.需要创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖,以及它们形成互利共存关系的条件。(2)循环。①概念:在生态工程中促进系统的物质迁移与转化,既保证各个环节的物质迁移顺畅,也保证主要物质或元素的转化率较高。②应用原则。通过系统设计实现物质不断循环,使前一环节产生的废物尽可能地被后一环节利用,减少整个生产环节“废物”的产生。(3)协调。①理论基础:生物与环境、生物与生物的协调与适应。②应用原则。a.选择对当地环境有较高生态适应性的生物。b.考虑环境容纳量,不能超过环境承载力的限度,否则会引起系统的失衡和破坏。(4)整体。①应用原则。a.要遵从自然生态系统的规律,各组分之间要有适当的比例,不同组分之间应构成有序的结构,通过改变和优化结构,达到改善系统功能的目的。b.不仅要考虑自然生态系统的规律,更要考虑经济和社会等系统的影响力。c.社会习惯、法律制度等也对生态工程建设有着重要影响。②意义:只有应用整体原理,才能统一协调当前与长远、局部与整体、开发建设与环境保护之间的关系,保障生态系统的平衡和稳定。二、生态工程的实例和发展前景1.生态工程的实例(1)农村综合发展型生态工程。(2)湿地生态恢复工程。(3)矿区废弃地的生态恢复工程。2.生态工程的发展前景判断正误(1)对已被破坏的生态环境进行修复、重建也是生态工程建设的主要任务。()【答案】√(2)依据生态工程的自生原理,任何被破坏的湖泊生态系统都能很快地恢复原状。()【答案】×【提示】使被破坏的湖泊生态系统恢复原状都需要一定的过程,被破坏严重的生态系统恢复原状的难度更大,经历的时间更长。(3)荒漠中种植植物时需要考虑干旱环境,这是利用的生态工程的整体原理。()【答案】×【提示】利用的是生态工程的协调原理。(4)北京郊区的某村实施了以沼气工程为中心的生态工程,沼气池的建立遵循了循环原理。()【答案】√(5)矿区废弃地的生态恢复工程的关键是尽可能依靠自然演替恢复其生态功能。()【答案】×【提示】矿区废弃地的生态恢复工程的关键是植被恢复和土壤微生物群落的重建,这主要依靠人类的活动。任务一分析生态工程的基本原理分析下列实例所体现的生态工程的基本原理。(1)甲图所体现的主要生态工程原理是什么?是怎样实现的?【提示】循环原理。该生态系统的人粪尿、牲畜粪便、作物残留都能返回到农田土壤里,通过分解者的分解作用再供生产者利用。(2)乙图体现了哪种生态工程的基本原理?【提示】整体原理。(3)从协调原理出发,想一想,在我国西北地区进行防护林建设,应选择哪些树种?如果在该地区发展畜牧养殖业,你认为应该注意什么问题?【提示】我国西部地区缺雨干旱,土壤较为贫瘠,应该选择适合当地自然环境条件的树种,如沙棘、山杏、刺槐、小叶锦鸡儿等。在西北地区发展畜牧养殖业,应该注意牲畜数量不能超过草地的承载力(环境容纳量)。(4)分析教材中桑基鱼塘应用的生态工程基本原理。①“陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑”主要遵循了循环原理。②“所选择的生物与生物、生物与环境达到了协调和平衡,例如桑和甘蔗适应我国南方温暖湿润气候”主要遵循了协调原理。③“在设计桑基鱼塘时,要考虑合适的陆地与水面的配比”主要遵循了整体原理。④“实行以四大家鱼为主的多鱼种混养模式,通过合理布设,让各种鱼类都有生存的机会和空间”主要遵循了自生原理。核心归纳生态工程遵循的基本原理归纳原理理论基础意义实例自生原理自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持实现系统结构与功能的协调,形成有序的整体湿地生态系统的修复循环原理物质循环实现不断循环,使前一环节产生的废物尽可能地被后一环节利用,减少整个生产环节“废物”的产生无废弃物农业协调原理生物与生物、生物与环境的协调与适应生物数量不超过环境承载力的限度,可避免系统的失衡和破坏西北地区的防护林建设出现的问题整体原理社会—经济—自然复合系统统一协调各种关系,保障生态系统的平衡和稳定在林业工程建设中,自然系统与社会、经济系统的关系问题典型例题1.下列生态治理与遵循的原理不相符的是()[A]对河流湖泊清淤减污,增加水体溶氧量,改善水生生物的生存环境——自生原理[B]中国古代农民依靠“无废弃物农业”保证土壤肥力——循环原理[C]对某湿地进行修复时尽量选择当地的水生植物——协调原理[D]对退化的草场进行治理时需要核定草场的承载力——整体原理【答案】D【解析】对退化的草场进行治理时需要核定草场的承载力,这遵循了协调原理。2.下图是“无废弃物农业”物质和能量流动图,该图所体现的主要生态工程原理是()[A]自生原理 [B]整体原理[C]循环原理 [D]协调原理【答案】C【解析】该生态工程为无废弃物农业利用工程,体现了物质循环原理。【方法指导】生态工程基本原理的判断方法(1)强调物质循环、废物利用、减轻环境污染→循环原理。(2)体现物种多,营养关系复杂→自生原理。(3)强调生物与环境、生物与生物的协调与平衡,涉及环境承载力→协调原理。(4)涉及自然、经济和社会,强调整个系统,如林业生态工程建设→整体原理。任务二分析生态工程的实例根据下面的生态工程示意图回答下列问题。(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?图中的废弃物合理利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利用和能量的多级利用。废弃物的合理利用能体现生态工程的物质循环原理。(2)从环境保护的角度分析,该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,减轻了环境污染。(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)与传统农业生态系统相比,该系统提高了能量利用率,原因主要是什么?【提示】原本流向分解者的能量中有一部分以生活能源和食物中化学能的形式再度被人利用。(5)根据生态工程中的自生这一原理,有人认为生态农业建设中,食物链越长、营养级越多越好。请你结合所学的有关生态工程原理,分析该结论是否正确并说明理由。【提示】不正确,因为食物链越长,营养级越多,能量损耗越多,高营养级生物获得的能量越少,生物数量也越少,影响经济效益。核心归纳实例主要原理及对应内容农村综合发展型生态工程自生:有效选择畜、鱼等多种生物组分并合理布设循环:作物→粮食、秸秆→人、畜食用→粪便残渣→沼气池→作物协调:种植与当地环境相适应的农作物,畜牧养殖规模控制在一定水平整体:利用了自然生态系统中的成分,增加了就业和经济收入,解决了社会问题湿地生态恢复工程循环:废水等污染物的处理协调:根据原湿地中物种的分布情况引入动植物自生:减少人类的干扰,依靠其自然演替等机制恢复其生态功能矿区废弃地的生态恢复工程自生:人工进行地表覆盖、植被恢复协调:根据环境引入当地土著物种整体:搞好矿区经济的同时,实现自然生态系统的恢复典型例题3.(2025·南通期中)如皋某农业园开创了“鸡+鸭+鱼+菜”的农业新模式,实现了养鱼不用饲料、种菜不用施肥。下列有关叙述正确的是()[A]该系统几乎没有“废物”产生,遵循了循环原理[B]该生态系统的结构由所有生物及非生物的物质和能量组成[C]鸡、鸭、鱼等作为消费者,可加快物质和能量的循环利用[D]由于生态系统具有自我调节能力,可向鱼塘大量排放鸡粪便【答案】A【解析】前一环节产生的废物尽可能地被后一环节利用,减少整个生产环节“废物”的产生,这体现了生态工程中的循环原理;生态系统的结构由生态系统的组成成分和食物链、食物网组成;能量不能循环利用;生态系统的自我调节能力是有限的,一旦排入鱼塘的鸡的粪便过多,可能会导致鱼大量死亡、甚至整个生态系统崩溃。4.某城市对遭到破坏的湿地公园进行修复,根据地形地貌,分段规划,建成经济林带、观赏林带、荷花带等湿地长廊。下列叙述错误的是()[A]保护该湿地公园最有效的方法是建立湿地公园自然保护区[B]进行湿地生态恢复主要是为了追求生物多样性的直接价值[C]分段建成经济林带、观赏林带、荷花带等,体现了群落的水平结构[D]用净化能力强且互利共存的当地水生生物修复湿地,体现了自生、协调原理【答案】B【解析】建立自然保护区属于就地保护,是保护该湿地公园最有效的方法;进行湿地生态恢复属于生态方面的作用,所以主要是为了追求生物多样性的间接价值;不同的区域分段建成经济林带、观赏林带、荷花带等,属于水平方向上的分布差异,故体现了群落的水平结构;用净化能力强且互利共存的当地水生生物修复湿地,实现了生物与环境、生物与生物的协调与平衡,运用了生态工程的协调和自生原理。随堂检测反馈1.下列关于生态工程的叙述,不正确的是()[A]生态工程研究的对象是社会—经济—自然复合系统[B]“退耕还林”“退耕还草”属于生态工程的内容[C]生态工程应遵循“整体、协调、循环、自生”的原则[D]实施生态工程的目的是环境保护【答案】D【解析】生态工程建设的目的是遵循生态学规律,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.下列关于生态工程的基本原理的说法,错误的是()[A]循环原理可使生态系统的物质循环顺利进行,实现废弃物的资源化[B]自生原理要求在构建人工生态系统时,要提高生物多样性,构建复合群落[C]整体原理是考虑自然生态系统的规律,所有的人类活动必须完全以生态系统为核心[D]整体原理要求自然生态系统各组分之间要有适当的比例关系【答案】C【解析】整体原理是指进行生态工程建设时,不但要考虑自然生态系统的规律,还要考虑经济和社会等系统的影响力。3.下列做法体现了生态工程的基本原理的是()[A]引入外来物种时仅考虑美观性和经济效益[B]利用堆肥和沤肥等方式将废弃物转化为有机肥料[C]以单一作物种植为主以获得经济效益的最大化[D]排掉沼泽地的积水,使之变为农田和牧场【答案】B【解析】引入外来物种时仅考虑美观性和经济效益,违背了整体原理,因此,引入外来物种时除了考虑美观性和经济效益外,还要考虑生态效益;利用堆肥和沤肥等方式将废弃物转化为有机肥料,利用了循环原理;以单一作物种植为主以获得经济效益的最大化,违背了自生原理;排掉沼泽地的积水,使之变为农田和牧场,违背了自生原理、整体原理等。4.(多选)(2025·苏州期中)下图是一种新型的“鱼菜共生”复合耕作体系,它把水产养殖与水耕栽培这两种技术通过巧妙的生态设计,实现养鱼不换水而无水质忧患,种菜不施肥而正常生长的生态共生效应。(促生剂可促进微生物的代谢)下列说法正确的是()[A]该复合体系可实现生态和经济效益双赢[B]在微生物反应系统中加入促生剂有利于提高水体中的溶解氧[C]“鱼菜共生”复合耕作体系中各种生物相互之间提供物质和能量[D]构建时考虑生物与环境、生物与生物的关系体现了协调原理【答案】AD【解析】该复合体系实现了养鱼不换水而无水质忧患,种菜不施肥而正常生长,即实现生态和经济效益双赢;在微生物反应系统中加入促生剂可以促进微生物的代谢,微生物主要通过有氧呼吸分解有机物,所以微生物代谢加强会消耗更多的氧气,即不利于提高水体中的溶解氧;能量具有单向流动、逐级递减的特点,因此“鱼菜共生”复合耕作体系中鱼不能给菜提供能量;在进行生态工程建设时,考虑生物与环境、生物与生物的关系体现了协调原理。5.(多选)(2024·黑吉辽卷改编)弗兰克氏菌能够与沙棘等非豆科木本植物形成根瘤,进行高效的共生固氮,促进植物根系生长,增强其对旱、寒等逆境的适应性。下列叙述正确的是()[A]沙棘可作为西北干旱地区的修复树种[B]在矿区废弃地选择种植沙棘,未遵循生态工程的协调原理[C]二者共生改良土壤条件,可为其他树种的生长创造良好环境[D]研究弗兰克氏菌的遗传多样性有利于沙棘在生态修复中的应用【答案】ACD【解析】在矿区废弃地选择种植沙棘,因地制宜,种植适合该地区生长的物种,遵循生态工程的协调原理。汞是具有毒性的重金属元素,存在生物富集现象。某矿区对汞矿开采的矿业遗迹进行生态治理,如对矿渣整平覆盖耕植土,选取适宜在当地环境生长的植物进行种植,可固着土壤,保持水分,矿区的生态环境在短时间内得到有效恢复。回答下列问题。(1)该生态工程所遵循的原理有协调、自生(答出2点即可)。(2)种植适宜在当地环境生长的植物可起到水土保持的作用,体现了生物多样性的间接价值。(3)在汞矿区的生态修复过程中一般不在覆土情况下种植食用类农作物,从生物富集作用的角度分析原因是农作物吸收土壤中的矿质元素,矿区内的汞元素等会沿着食物链进入人体而危害人体健康。(4)为利于植被更快生长从而加速矿区生态环境恢复,常用机械方法平整压实土地,人工制造表土等措施,原因是矿区废弃土地水分状况差,土壤贫瘠,植被很难恢复。课时作业(时间:30分钟分值:57分)第1～7题每题3分,第8～11题每题6分,共计45分。基础对点练知识点1生态工程的基本原理1.下列关于生态工程建设的叙述,正确的是()[A]在进行生态工程建设时,应根据实际因地制宜[B]生态工程建设有统一的模板,可以直接照搬[C]与传统工程相比,生态工程是一类无消耗、多效益、可持续的工程体系[D]生态工程建设的目的只在于恢复生态【答案】A【解析】生态工程建设没有统一的模板;与传统工程相比,生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系;生态工程建设的目的是遵循生态学规律,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.生态工程建设对于实现美丽中国的宏伟蓝图起着重要作用,下列关于生态工程原理的叙述错误的是()[A]奥林匹克森林公园实现了自然、社会和经济效益的协同发展,主要遵循整体原理[B]建设人工湿地时引入污染物净化能力强的物种,主要遵循协调原理[C]我国西北矿区废弃地生态恢复工程中优先选择种植灌木和草,主要遵循协调原理[D]我国古代劳动人民依靠“无废弃物农业”维持了土壤的肥力,主要遵循循环原理【答案】B【解析】建设人工湿地时引入污染物净化能力强的物种,主要遵循自生原理。3.下列生态实例与相关原理对应关系不准确的是()[A]湿地生态工程清淤减污,易于生物生存——遵循自生的原理[B]西北干旱区域被硬性规定种植杨树——违背协调原理[C]生态建设既考虑生态又关注民生——遵循整体原理[D]单一人工林易爆发虫害——违背了循环原理【答案】D【解析】单一人工林,物种多样性低,易爆发虫害,是违背了自生原理。4.(2025·黄石期中)下列关于生态工程基本原理的叙述,错误的是()[A]循环指的是生态工程中物质和能量可以循环利用[B]在进行林业工程建设时,若违反整体原理,会出现“前面造林,后面砍林”的现象[C]桑基鱼塘中生物组分通过合理布设,互利共存,主要遵循了自生原理[D]建设生态工程时,需要关注生物与环境、生物与生物的协调与平衡【答案】A【解析】生态系统中能量流动的特点是单向流动、逐级递减,能量不能循环利用。5.下列关于生态工程建设中遵循的协调原理和整体原理的说法,正确的是()[A]协调是指生物与环境的协调与平衡,不需考虑环境容纳量[B]建设生态工程可以创新,不一定遵循自然生态系统的规律[C]考虑社会—经济—自然复合系统属于生态工程的整体原理[D]统一协调当前与长远、局部与整体、开发建设与环境保护之间的关系体现了协调原理【答案】C【解析】生态工程中的协调是指生物与环境、生物与生物的协调与平衡,要考虑环境容纳量和环境承载力;生态工程建设中必须遵循自然生态系统的规律,还要考虑社会和经济等系统的影响力,这体现了生态工程的整体原理;统一协调当前与长远、局部与整体、开发建设与环境保护之间的关系体现了整体原理。知识点2生态工程的实例和发展前景6.下列关于湿地生态恢复工程的叙述,错误的是()[A]该工程采用的是工程学和生态学措施相结合的方法[B]在湿地的周围,要建立缓冲带,以尽量减少人类的干扰[C]对湿地的恢复,注意退耕还湿地或建立自然保护区就能奏效[D]湿地的恢复除利用生物工程手段外,还要依靠自然演替等机制恢复其生态功能【答案】C【解析】对湿地的恢复不是简单的退耕还湿地或建立自然保护区就能奏效的,在很大程度上还取决于湿地上、中游的水土保持情况,以及生态修复对当地社会、经济的影响。7.生态农业—田园综合体,是集现代农业、休闲旅游、田园社区为一体,可持续的综合发展新模式。打造以种植采摘、特色养殖、休闲度假为一体的多功能生态农业,是振兴乡村经济的重要举措。下列叙述错误的是()[A]生态农业生物群落不同于其他生物群落的重要特征是群落的物种组成[B]生态农业既能减少环境污染,又能提高能量的利用率,增加了经济效益[C]牲畜粪便进入沼气池产生沼气成为燃料,能实现物质和能量的循环利用[D]打造生态农业—田园综合体,遵循了生态工程的自生、循环和整体等原理【答案】C【解析】能量流动具有单向流动、逐级递减的特点,所以牲畜粪便进入沼气池产生沼气成为燃料,不能实现能量的循环。综合提升练8.(2025·济南期中)生物土壤结皮号称“荒漠生物地毯”,生物土壤结皮是沙漠重要的地表覆盖植被类型,是由蓝细菌、绿藻、苔藓、地衣和其他土壤微生物通过菌丝体、假根和分泌物等与土壤表层颗粒胶结而成的复合体。生物土壤结皮在受损地表系统的修复与采煤区生态环境的重建领域具有广阔的应用前景。下列叙述错误的是()[A]由裸岩到生物土壤结皮阶段发生初生演替[B]生物土壤结皮构成的群落没有垂直结构[C]丝状蓝细菌可以利用空气中CO2制造有机物[D]进行生态修复时各组分之间比例适当遵循了整体原理【答案】B【解析】任何群落都有垂直结构和水平结构,这是群落的基本特征,所以生物土壤结皮构成的群落有垂直结构。9.(2025·哈尔滨期末)农村综合发展型生态工程缓解了农村饲料、燃料、肥料的缺乏问题,提高了土地产出水平,也提高了经济效益。下图为南方某农村家庭生态工程模式图。下列相关叙述错误的是()[A]该生态工程遵循了“整体”的生态学原理[B]浮游植物和桑树是该生态系统的基石[C]该生态工程实现了能量的多级利用,大大提高了能量的传递效率[D]凋落物等被塘泥中微生物分解实现了物质的循环利用【答案】C【解析】生态工程缓解了农村饲料、燃料、肥料的缺乏问题,实现了能量的多级利用,大大提高了能量的利用率,而能量传递效率无法提高。10.(多选)南通濠河风景区管理人员利用生态浮床技术,以当地美人蕉(根具有泌氧功能)作为浮床挺水植物,净化濠河水质,取得了理想的效果。相关叙述错误的是()[A]优先选用当地美人蕉作为浮床植物,遵循了生态工程的协调原理[B]美人蕉的根系通过吸收水体中含氮、磷的有机污染物,实现水质的净化[C]美人蕉能通过遮阴抑制藻类繁殖,并能通过泌氧促进分解者的分解作用[D]美人蕉的引入可丰富濠河的组成成分和营养结构,提高其恢复力稳定性【答案】BD【解析】美人蕉的根系通过吸收水体中含氮、磷的无机盐,实现水质的净化,不能直接吸收有机污染物;美人蕉的引入可丰富濠河的组成成分和营养结构,提高其抵抗力稳定性。11.(多选)20世纪,因气候变化和人为干扰,三江源地区环境恶化,草原严重退化,水土流失加剧,为此我国政府启动了多项保护措施,大幅度的减畜工作是其中一项。下图为三江源地区实施减畜工程前后载畜压力指数(草原现实载畜量与草原理论载畜量的比值)的变化,下列说法正确的是()[A]减畜工程使草原产草量提高,进而使草原载畜压力指数降低[B]修复退化的草原可种植各种灌木和乔木,以提高其稳定性[C]减畜后,草原仍处于超载状态,恢复和治理的重点应继续放在减畜减压上[D]现实载畜量高于理论载畜量使草原退化,违背了生态工程的协调原理【答案】ACD【解析】减畜工程有利于草原恢复生长,使草原产草量提高,进而使草原载畜压力指数降低;三江源地区位于青藏高原的腹地,年降水量较少,不适合种植乔木及不耐干旱的灌木;正常载畜压力指数应为1左右,即草原现实载畜量与草原理论载畜量相当,由图可知减畜后草原仍处于超载状态,因此,恢复和治理的重点应继续放在减畜减压上;现实载畜量高于理论载畜量,即超过了草原的最大承载量,这违背了生态工程的协调原理。12.(12分)(2025·邢台期中)生活