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第36讲　生态工程
[考纲要求]　
1.生态工程的原理及主要类型(Ⅰ)。
2.生态工程在农业生产中的应用(Ⅰ)。
考点一　聚焦生态工程的原理及主要类型
1．生态工程的研究原理和研究对象
2．生态工程的主要类型
(1)物质循环利用：
①城市生活垃圾进行减量化、无害化、资源化处理；
②农村发展养殖业，将农作物秸秆“过腹还田”等。
(2)节水和废水处理与应用：农业区域实施节水灌溉技术，城市、工业开发节水系统；对废水、污水等实施减量、回收、再生和再循环的措施。
(3)山区小流域综合治理与开发：利用小流域自然资源，将治坡、治沟、修梯田与发展草业、牧业、林业结合。
(4)清洁及可再生能源系统组合利用：生产沼气，开发利用太阳能、风能等清洁及可再生能源。
[判一判]
1．“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理 (　×　)
2．在建设高新农业时，沼气池的建立是遵循物质循环再生原理 (　√　)
3．根据协调与平衡原理，一个生态系统中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”遵循的是系统学的结构决定功能原理 (　×　)
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 (　√　)
易错警示　对生态工程具体实例所遵循的原理的几个易错点
(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——平衡原理。
(3)引种考虑适应环境——协调原理。
(4)林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题——系统整体性原理。
(5)整体性原理和系统整体性原理的比较：整体性原理指社会、经济、自然三方面协调统
一，保障整个系统的稳定与平衡，例如林业建设中自然系统、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。系统整体性原理指整体功能大于部分之和，即1＋1>2。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，如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中的藻类和真菌等。
1．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，生态效益得到了良性发展。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，沼气池的制作如右图所示。
①在图中用箭头标出生产过程中物质循环的方向。
②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，应使食物链和营养级越长越多越好。请你结合所学知识，分析该结论是否正确，为什么？______________________
____________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。[]
答案　
(1)物质循环再生原理　物种多样性原理　整体性　(2)①如右图所示　②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
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。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4～5个营养级。
生态工程的基本原理
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，可提高生态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
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 林业建设中自然生态系统与社会、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：总体功能大于各部分之和 能保持很高的系统生产力 珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系
考点二　聚焦生态工程在农业中的应用
1．庭院生态工程
进行物质和能量的多级利用。
2．农业生态工程
按照生态和经济规律，种养结合，优化设计。
3．主要技术
(1)物质的良性循环技术；
(2)洁净可再生的新能源开发；
(3)种植业和畜牧业合理优化技术；
(4)套种、间种、轮种制度；立体养殖技术；生物防治技术。
易错警示　农业生态系统的设计原则
(1)应当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则；(2)应当能够构成一个合理的生产结构；(3)应当充分利用自然界的物质和能量资源；(4)应当体现减少环境污染的原则；(5)应当充分考虑经济、社会和生态的综合效益；(6)所设计的农业生态系统，从理论上看应当能够实现良性循环。
2．下列关于生态农业的叙述中，正确的是 (　　)
A．生态农业实现对能量和物质的多级利用
B．生态农业系统中增加有害生物的天敌种群后，根本不使用农药
C．生态农业只允许使用农家肥，不用化肥
D．生态农业系统中都要建沼气池
答案　A
解析　生态农业实现对物质和能量的多级利用，减少农药、化肥的使用量，降低农业投入，净化环境，降低人和家畜的发病率，同时又能收获多种产品，增加经济效益。
3．如图为“秸秆的多级利用”农业生态系统中能量流动和物质循环示意图。请回答下列问题：
(1)“秸秆的多级利用”充分体现了生态工程的__________________原理，最大限度地实现了物质的循环，减轻了燃烧秸秆造成的__________效应。
(2)图中属于生产者的是______________；消费者是______________；分解者是
________________。
(3)在该农业生态系统中，物质经多次重复利用，提高了________________。
(4)农村大量燃烧秸秆和柴草会产生什么问题？至少列举三种现象。
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
答案　(1)物质循环再生　温室
(2)作物　家畜　食用菌、蚯蚓　(3)物质利用率
(4)①农村燃烧秸秆和柴草的热能利用效率低　②使秸秆不能作为有机肥料还田，土壤有
机质得不到补充，土壤与农作物之间物质循环遭到破坏，以致于土壤肥力下降，农作物产量不能迅速提高　③燃烧秸秆和柴草会产生大量的烟尘，污染大气，降低大气的能见度，影响人们的身体健康和交通安全等　④温室效应，空气中二氧化碳浓度增高，土壤沙漠化
1．主要技术分析
(1)物质的良性循环技术：实现废物资源化，提高能量利用效率。
(2)套种技术：根据不同植物的生长期，充分利用光能。
(3)间种技术：根据不同植物对光照强度的需求不同，充分利用光能。
(4)轮种技术：由于不同作物对无机盐离子的选择吸收，可以恢复或提高土壤肥力。
(5)生物防治技术：利用生物间的捕食和寄生关系防治害虫。
2．“四体一体”农业生态工程
(1)图示
(2)分析
①“四位”指沼气池、猪禽舍、厕所及日光温室四部分，是庭院经济与生态农业相结合的一种生产模式。
②运行原理：a.日光温室的增温效应可使蔬菜等作物在冬天也能正常生长；同时也使猪、禽免受严寒而快速生长；b.温室内的植物为动物提供氧气，同时吸收二氧化碳；c.人、猪、禽的粪便及蔬菜废弃物和秸秆等物质投入沼气池产气，同时温室的高温也提高了沼气池在冬天的产气稳定性；d.沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于减少蔬菜的病虫害，提高蔬菜的产量和质量。
③生态学原理：“四位一体”充分应用了物质循环再生原理和生物多样性原理等，提高了单位土地面积的产出，同时减少了环境污染，大大提高了农业的综合效益。
1．(2010·大纲全国卷Ⅰ，5)如图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是
(　　)
A．微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量
B．沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者
C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用
D．多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率
答案　C
解析　一个完整的生态系统由非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者四部分构成，在沼气池中，微生物分解有机物，产生可燃气体，属于分解者；生态系统中，物质是可以循环利用的，而能量是单向流动、逐级递减的，C项的叙述违背了这一原则，因此是错误的。
2．(2010·海南卷，20)有一种生态农业模式是在水稻田中养鸭，利用鸭控制稻田中的杂草和害虫，鸭粪用作肥料。下列关于该模式的叙述中，错误的是 (　　)
A．杂草和水稻是生产者
B．鸭与害虫的种间关系为捕食关系
C．杂草和水稻的种间关系为竞争关系
D．水稻、鸭、害虫和杂草组成了一个农田生态系统
答案　D
解析　生态系统包括所有的生物及其生存的环境，水稻、鸭、害虫和杂草仅仅是部分生物，不能组成生态系统。
3．(2008·广东生物，16)要实现人与自然的和谐发展，下列措施最合理的是 (　　)
A．通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源
B．使用化学农药防治病虫害，保证粮食稳产
C．发展生态农业，实现物质和能量的多级利用
D．大力开垦湿地，扩大粮食种植面积
答案　C
解析　实现物质和能量的多级利用，实行无废弃物生产，大力发展生态农业，最有利于可持续发展。
4．(经典高考题)在社会主义新农村建设中，四川某地通过新建沼气池和植树造林，构建了新型农业生态系统(如图所示)。下列有关叙述不正确的是 (　　)
A．该生态系统中，处于第二营养级的生物有人和家禽家畜
B．该生态系统中，人的作用非常关键，植物是主要成分
C．该生态系统的建立，提高了各营养级间的能量传递效率
D．沼气池的建造和植树造林，提高了该生态系统的稳态
答案　C
解析　在一个生态系统中，生产者是主要成分，生产者越多，生态系统越稳定；生态系统的能量传递效率是10%～20%，不会因生态系统的改变而改变。
5．(2011·新课标全国卷，40)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________(生态系统、群落、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。
答案　(1)厌氧和需氧(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)
解析　(1)生活污水流经厌氧沉淀池时，厌氧微生物通过厌氧呼吸将有机物分解；流经曝气池时，其中的需氧微生物通过需氧呼吸将有机物分解；流经兼氧池时，其中的微生物则通过需氧呼吸和厌氧呼吸将有机物分解。(2)水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物组成的整体，不止一种生物，故排除种群；不包含无机环境，故排除生态系统，则这个整体属于群落。植物为生产者，属于第一营养级；生态系统中消费者和分解者的能量都是最终来源于生产者固定的太阳能。(3)生态工程的建立要把社会、经济和自然作为一个统一的整体来考虑，需要考虑生物与环境的协调与平衡，分层、分级利用废弃物中的物质，并增加生物的种类以增强生态系统的稳定性，故生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。(4)生态工程对恢复和重建受损的生态系统有着重要作用，通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善，可提高生态系统的生产力。
6．(2011·江苏卷，29)池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象。研究者设计了一种循环水池塘养殖系统(如下图)。请回答下列问题：
(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复原状的能力________。人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化；藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡，进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为________。
(2)与传统养殖池塘相比，该养殖系统增加的生态工程设施有________________________。可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施，起到对水体的________________，有效减少水体中的N、P等含量。
(3)该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部，实现水层交换，其目的有______________、______________。
(4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多，因为______________________________________。
答案　(1)强　正反馈　(2)生态塘和潜流湿地　净化作用(3)增加水的溶氧量　提高饵料的利用率　(4)后面池塘水体中的N和P含量(浓度)越来越高
解析　(1)人工养殖池塘生态系统物种数量少，恢复原状的能力强。水体受污染后生物死亡导致微生物数量增加，促进水体溶氧量下降，导致鱼类等死亡，又进一步促进环境恶化，说明调节过程中，最初的变化经调节后变化更大，从而说明该调节方式为正反馈调节。(2)由图示可知，该生态系统与传统养殖池塘相比，新增加的是生态塘和潜流湿地的工程设施。栽植水生植物或放养滤食动物，可促进对N、P的利用，从而达到水体自我净化的目的。(3)前一池塘的上层水流流入后一池塘底部，使得水层充分与植物和动物接触，从而增加水的溶氧量和提高饵料利用率。(4)人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，这样后面池塘的N、P含量越来越高，易引起水体富营养化，不利于植物、动物生存。
1．下列关于生态工程的理解，不合理的是 (　　)
A．我国“三北防护林”运用物种多样性原理，取得了巨大的生态效益
B．小流域综合治理模式应用了生态工程的整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理等
C．在湿地周围建立缓冲带，可减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等恢复其生态功能
D．在对城市进行规划和布局时，要进行城市生态分区
答案　A
解析　我国“三北防护林”虽然取得了巨大的生态和经济效益，但是由于没有完全按照自然生态规律办事，也产生了不少问题，例如樟子松林的松毛虫肆虐，很多地方的樟子松因此奄奄一息。
2．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，据图判断下列说法正确的是 (　　)
①用残渣来培育食用菌和蛆、蛹，实现了物质的多级利用　②用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益　③用蛆、蛹粪便作为有机肥还田，运用了能量循环再生原理
④在离开人的管理条件下，该生态工程仍可以正常运转
A．①② B．②③ C．①④ D．②④
答案　A
解析　该生态工程中利用残渣来培育食用菌和蛆、蛹，用玉米芯生产木糖醇，充分地利用了废弃物，实现了物质的多级利用，增加了经济效益；能量只能单向流动、逐级递减，而不能循环利用；该生态工程是在人的参与下建立的，因此该生态工程离不开人的管理。
3．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
答案　A
解析　生态工程属于低消耗、多效益的工程。
4．矿山废弃地生态修复工程的关键是 (　　)
A．优先选择农作物以提高经济效益
B．选择合适的养殖动物以增加物种多样性
C．植被恢复和土壤微生物群落的重建
D．尽可能依靠自然演替恢复其生态功能
答案　C
解析　矿山废弃地很少有动植物，而且土壤也被严重破坏，所以关键是先要进行植被恢复和土壤微生物群落的重建。
5．建设生态农业时巧设、增设食物链的目的不包括 (　　)
A．努力实现物质的分层次多级利用
B．减轻对环境的污染
C．加强生物防治，控制有害生物的危害
D．实现物质和能量的循环，使废物资源化
答案　D
解析　生态农业中巧设食物链，提高了农业生态系统的自动调节能力，实现了物质的循环再生以及能量的多级利用，还可以降低对环境的污染。
6．下列有关我国生态工程发展的叙述正确的是 (　　)
A．发达国家的生态工程的应用范围比我国大，而且比较强调经济效益
B．我国的生态农业已形成标准化、易操作的“精确农业”样板
C．生态工程并不能解决我国所有的环境问题，但可以使环境得到改善和修复
D．西方国家的生态工程完全适合我国经济、社会发展的需要
答案　C
解析　“发达国家”的生态工程的应用范围比我国小，也不特别强调经济效益，A项错误；我国的生态农业很难像西方生态工程那样，形成标准化、易操作的“精确农业”样板，B项错误；我国生态工程是结合中国的国情建立和发展的，并不是完全照搬西方国家的生态系统模式，D项错误。
7．在政府的大力支持下，部分村镇的农民朋友率先建起了以沼气池为中心的生态工程。如图是某同学绘制的一个庭院生态工程示意图，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时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园，并把很多单个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
________________________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各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自动调节能力强
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
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　将氨气氧化为亚硝酸盐和硝酸盐　(3)系统的结构决定功能　(4)A
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的分解者。(2)该生态系统依据的原理是物质循环再生原理。沼气发酵过程中产生的臭气是氨气，常利用硝化细菌的硝化作用除去。(3)把很多单个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)生态农业生态系统中食物链的各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。
8．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__________、__________、__________、整体性原理和系统学与工程学原理等。
(2)该生态工程能将蚕沙、蔗叶、滤泥等变成鱼类的饵料，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____________的“循环经济”原则。
(3)蚕沙是蚕食桑叶后排泄出来的粪便，蚕沙富含粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维等营养物质，是上等的肥料，也是猪、鱼、羊的理想饲料。某种鱼专以蚕沙为食，假设某一时间段蚕从上一个营养级固定的能量为1.5×105 kJ，那么这部分能量最多有____________kJ被这种鱼所同化。
(4)该生态系统向外输出的物质主要有________________________________________。
(5)该生态系统与一般的自然生态系统相比较，__________较低，所以需要人们不断输入物质与能量。
(6)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_________________
___________________________________________________(至少答2点)。
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　生态经济　(3)0　(4)蚕丝、鱼、糖等　(5)自动调节能力　(6)减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等(答案合理即可)

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