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,,,,第 四 章,生態(tài)工程,第一節(jié) 生態(tài)工程及其原理,,自主學(xué)習(xí) · 新知突破,1．生態(tài)工程是指應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中__________與_________________原理、___________________原則，結(jié)合系統(tǒng)分析的最優(yōu)化方法設(shè)計的促進____________________的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。它提供了既保護__________，又解決難以處理的__________________的途徑。,一、生態(tài)工程的概念,物種共生,物質(zhì)循環(huán)再生,結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào),物質(zhì)被分層多級利用,自然環(huán)境,環(huán)境污染問題,2．生態(tài)工程可以是_________和_________的一個群落、一個生態(tài)系統(tǒng)或一個更為宏觀的地域性生態(tài)空間。為減緩和防止自然生態(tài)系統(tǒng)的退化，人們希望通過____________建設(shè)，尋求解決環(huán)境危機的各種對策，修復(fù)或重建受損的生態(tài)系統(tǒng)。,人工設(shè)計,人為參與,調(diào)控生態(tài)工程,1．物種共生原理：任何一種生物都不能離開__________而單獨生存和繁衍。 2．生態(tài)位原理：生態(tài)系統(tǒng)中各種生物都占有一定的_______。 3．物種多樣性原理：生態(tài)系統(tǒng)中_______________越高，生態(tài)系統(tǒng)就越穩(wěn)定。 4．食物鏈原理：食物關(guān)系對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)具有重要作用。,二、生態(tài)學(xué)原理,其他生物,生態(tài)位,生物多樣性,1．物質(zhì)循環(huán)再生原理 (1)實質(zhì)：物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)往復(fù)，分層分級利用。 (2)物質(zhì)循環(huán)再生生態(tài)系統(tǒng)的特點：生態(tài)系統(tǒng)中不產(chǎn)生廢棄物，沒有環(huán)境污染，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展。 (3)物質(zhì)循環(huán)再生生態(tài)系統(tǒng)實例：無廢棄物農(nóng)業(yè)。,生態(tài)工程所遵循的基本原理,2．物種多樣性原理 (1)實質(zhì)：物種繁多而復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)具有較高的抵抗力穩(wěn)定性。 (2)物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)的特點：生物多樣性程度高，食物鏈關(guān)系復(fù)雜，系統(tǒng)生產(chǎn)力高，系統(tǒng)穩(wěn)定性強。 (3)物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)實例：珊瑚礁區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、原始森林等。,3．協(xié)調(diào)與平衡原理 (1)實質(zhì)：生態(tài)系統(tǒng)中生物與無機環(huán)境協(xié)調(diào)與平衡發(fā)展，不同生物之間協(xié)調(diào)與平衡發(fā)展。 (2)影響生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)與平衡的主要因素：環(huán)境承載力(又稱環(huán)境容納量)——指某種環(huán)境所能養(yǎng)活的生物種群數(shù)量。如果生物的數(shù)量超過了環(huán)境承載力的限度，就會引起系統(tǒng)的失衡和破壞。 (3)協(xié)調(diào)與平衡生態(tài)系統(tǒng)實例：太湖的水體富營養(yǎng)化問題和西北地區(qū)的防護林建設(shè)。,4．整體性原理 (1)實質(zhì)：生態(tài)工程系統(tǒng)是由自然生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)和社會系統(tǒng)等組成的統(tǒng)一整體。 (2)生態(tài)工程的整體性建設(shè)原則：進行生態(tài)工程建設(shè)時，不但要考慮自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，更重要的是，要考慮到經(jīng)濟和社會等系統(tǒng)的影響力。 (3)整體性生態(tài)系統(tǒng)實例：林業(yè)工程建設(shè)中，只有應(yīng)用整體性原理，才能統(tǒng)一協(xié)調(diào)當(dāng)前與長遠、局部與整體、開發(fā)與環(huán)境建設(shè)之間的關(guān)系，保障生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定，才能從根本上保證生態(tài)工程的整體效益。,5．物種共生原理 自然界中任何一種生物都不能離開其他生物而單獨生存和繁衍，這種關(guān)系是自然界中生物之間長期進化的結(jié)果，包括共生、競爭等多種關(guān)系。在功能正常的生態(tài)系統(tǒng)中，這種關(guān)系構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)和反饋機制。 6．生態(tài)位原理 生態(tài)系統(tǒng)中各種生物都占有一定的生態(tài)位。例如，生活在林冠層的鳥類與生活在林下層的鳥類，占據(jù)不同的空間，攝取不同的食物。在生態(tài)工程中，合理利用生態(tài)位原理，可以構(gòu)建一個具有多層次、多種群的穩(wěn)定而高效的生態(tài)系統(tǒng)。,7．食物鏈原理 自然界中復(fù)雜的食物關(guān)系對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)具有重要作用，是實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞的基礎(chǔ)，也是生態(tài)工程所利用的物種共生原理的基礎(chǔ)。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物種間的食物關(guān)系是生態(tài)工程設(shè)計的重要因素。,8．系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理 (1)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定功能原理：生態(tài)工程需要考慮系統(tǒng)內(nèi)部不同組分之間的結(jié)構(gòu)，通過改變和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，達到改善系統(tǒng)功能的目的。 (2)系統(tǒng)整體性原理：系統(tǒng)各組分之間要有適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系，只有這樣才能順利完成能量、物質(zhì)、信息等的轉(zhuǎn)換和流通，并且實現(xiàn)總體功能大于各部分之和的效果。,[歸納拓展] 自然系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)和社會系統(tǒng)之間的關(guān)系，可以用下圖表示為：,下列關(guān)于生態(tài)工程的敘述中，錯誤的是( ) A．生態(tài)工程是生態(tài)學(xué)與工程學(xué)的結(jié)合 B．生態(tài)工程追求經(jīng)濟與生態(tài)的雙贏 C．生態(tài)工程是無消耗、多效益的工程 D．應(yīng)用了物種共生和物質(zhì)循環(huán)再生的原理 答案： C,[記知識綱要],1．生態(tài)工程建設(shè)的目的是遵循自然界物質(zhì)循環(huán)的規(guī)律，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境污染，達到經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的同步發(fā)展。生態(tài)工程是一類少消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。 2．生態(tài)經(jīng)濟主要通過實現(xiàn)“循環(huán)經(jīng)濟”的原則，使一個系統(tǒng)產(chǎn)出的污染物，成為本系統(tǒng)或另一個系統(tǒng)的生產(chǎn)原料，從而實現(xiàn)廢物資源化。 3．生態(tài)工程的基本原理有物質(zhì)循環(huán)再生原理、物種多樣性原理、協(xié)調(diào)與平衡原理、整體性原理、系統(tǒng)和工程學(xué)原理。,[背關(guān)鍵語句],,合作探究 · 課堂互動,下圖是一個庭院生態(tài)工程的模式圖，對該生態(tài)系統(tǒng)的分析中，正確的是( ),生態(tài)工程遵循的基本原理,,A．該生態(tài)工程的目的是實現(xiàn)物質(zhì)的循環(huán)利用，提高經(jīng)濟效益 B．該生態(tài)工程遵循了物質(zhì)與能量多級循環(huán)利用等原理 C．飼養(yǎng)雞鴨能提高生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)的利用效率，增加產(chǎn)量，但由于食物鏈延長，生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞效率會降低 D．建沼氣池和制作生態(tài)缸需要考慮的因素是一樣的 [自主解答] ________,解析： A正確，題圖生態(tài)工程實現(xiàn)了物質(zhì)的循環(huán)利用，提高了經(jīng)濟效益。B錯誤，該生態(tài)工程遵循了物質(zhì)循環(huán)利用和能量多級利用等原理，能量不能循環(huán)利用。C錯誤，食物鏈延長不會改變生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞效率，但是隨著食物鏈延長，最高營養(yǎng)級的生物獲得的能量會降低。D錯誤，建沼氣池和制作生態(tài)缸需要考慮的因素不完全一樣，如沼氣池中的生物不能進行光合作用，而生態(tài)瓶中有進行光合作用的生產(chǎn)者，所以生態(tài)瓶需要提供適宜的光照。 答案： A,1．材料1：實施沼氣工程，是我國政府為改善農(nóng)村環(huán)境和發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟大力推廣的一種生態(tài)工程。 材料2：地衣中的真菌和藻類互利共生，當(dāng)把它們分開時，兩者都不能正常生長。 材料3：居住在林區(qū)的農(nóng)民，“靠山吃山”是他們生活的根本。當(dāng)進行林業(yè)工程建設(shè)時，一方面號召農(nóng)民種樹，另一方面考慮林區(qū)農(nóng)民的生活問題，使改善生態(tài)和發(fā)展經(jīng)濟結(jié)合起來，才能真正做到造林護林。,上述材料依據(jù)下列哪些生態(tài)工程原理( ) ①物質(zhì)循環(huán)再生原理 ②物種多樣性原理 ③協(xié)調(diào)與平衡原理 ④整體性原理 ⑤系統(tǒng)整體性原理 ⑥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定功能原理 A．①⑤④ B．②④⑥ C．③④⑤ D．①③④ 答案： A,典型生態(tài)工程分析,(2)建立這一生態(tài)系統(tǒng)的目的是使生產(chǎn)者的能量_________；其能量利用效率高的原因是其在營養(yǎng)結(jié)構(gòu)上具有________特點。 (3)蠶糞、蔗葉進入魚塘經(jīng)過________的作用可被?；峄谩ＰQ糞中的氨經(jīng)過________的作用，形成____________________被植物利用。 (4)概括地說，該生態(tài)系統(tǒng)功能的維持，取決于它的______________________。 [自主解答] ________,解析： (1)上圖所示的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個人工生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)的成分包括生產(chǎn)者、消費者、分解者等生物成分和非生物的物質(zhì)和能量，生物成分中最基本的是生產(chǎn)者和分解者，要維持某生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和發(fā)展，要有源源不斷的能量供應(yīng)，因為能量是單向流動且逐級遞減的，并且各種生物成分要保持相對穩(wěn)定。 (2)人工生態(tài)系統(tǒng)中的能量主要通過人類的活動使能量更多地流向?qū)θ祟愑幸娴牟糠?，由于能量沿食物鏈逐級遞減，所以要提高利用效率應(yīng)實現(xiàn)多級利用。,(3)主要考查了分解者的作用及硝化細菌除臭的作用機理。分解者能將有機物分解為無機物，硝化細菌能將氨氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，被植物吸收利用。 (4)在進行生態(tài)農(nóng)業(yè)設(shè)計時，將桑基魚塘和蔗基魚塘進行優(yōu)化組合，改善了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，體現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定功能的原理。,答案： (1)生產(chǎn)者和分解者 能量 保持相對穩(wěn)定 (2)盡量多地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?食物鏈短 (3)分解者 硝化細菌 硝酸鹽和亞硝酸鹽 (4)生產(chǎn)者、消費者和分解者之間的能量流動和物質(zhì)循環(huán)在較長時間保持相對的穩(wěn)定性,2．下列關(guān)于濕地生態(tài)恢復(fù)工程的敘述錯誤的是( ) A．該工程采用工程和生物措施相結(jié)合的方法 B．要建立緩沖帶，以盡量減少人類的干擾 C．對濕地的恢復(fù)，只注意退耕還濕地或建立自然保護區(qū)就可以 D．濕地的恢復(fù)除利用生物工程手段外，還要依靠自然演替機制恢復(fù)其生態(tài)功能 答案： C,,高效測評 · 知能提升,1．下列不屬于生態(tài)工程建設(shè)目的的是( ) A．對造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式進行改善 B．防止環(huán)境污染 C．單純追求糧食產(chǎn)量 D．促進人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展,解析： 生態(tài)工程是指應(yīng)用生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)等學(xué)科的基本原理和方法，通過系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)控和技術(shù)組裝，對已破壞的生態(tài)環(huán)境進行修復(fù)、重建，對造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式進行改善，提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，從而促進人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展，A、B、D正確，單純追求糧食產(chǎn)量可能會影響人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展，C不正確。 答案： C,2．在建設(shè)生態(tài)工程時，從我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的“無廢棄物”模式中可借鑒的是( ) A．物質(zhì)的分層多級利用 B．能量的單向流動 C．培育良好的土壤結(jié)構(gòu) D．大力發(fā)展畜牧養(yǎng)殖業(yè) 答案： A,3．在進行林業(yè)工程建設(shè)時，一方面要號召農(nóng)民種樹，另一方面要考慮貧困地區(qū)農(nóng)民的生活問題，如糧食、燒柴以及收入等問題。以上做法依據(jù)的生態(tài)工程原理是( ) A．系統(tǒng)整體性原理 B．整體性原理 C．系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定功能原理 D．以上都不是 答案： B,4．我國南方?；~塘是低洼稻田挖深做塘，塘內(nèi)養(yǎng)魚，塘基上種桑，用桑養(yǎng)蠶，蠶糞養(yǎng)魚，魚糞肥塘，塘泥肥田、肥桑，從而獲得稻、魚、蠶三豐收，大大提高了系統(tǒng)生產(chǎn)力，這種模式，主要應(yīng)用了生態(tài)工程遵循的哪個原理( ) A．系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理 B．整體性原理 C．物種多樣性原理 D．物質(zhì)循環(huán)再生原理 答案： A,5．生態(tài)工程是在特定時代背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來的一門科學(xué)，它要解決的問題是( ) A．環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)問題 B．環(huán)境污染和治理問題 C．不同生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題 D．生態(tài)安全和倫理問題,解析： 生態(tài)工程是近年來發(fā)展起來的一門著眼于社會—經(jīng)濟—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的整合工程技術(shù)。生態(tài)工程的目標(biāo)就是在促進自然界良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境污染，達到經(jīng)濟效益與生態(tài)效益同步發(fā)展。 答案： A,6．下列關(guān)于生態(tài)工程的敘述，不正確的是( ) A．當(dāng)人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題時，生態(tài)工程應(yīng)運而生 B．生態(tài)工程能夠減少環(huán)境污染 C．生態(tài)工程以充分利用環(huán)境和資源為前提，生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品 D．生態(tài)工程力求達到生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一 答案： C,7．“三北防護林工程”建設(shè)中注意了以下兩個問題。(1)考慮到樹種的生態(tài)適應(yīng)性問題；(2)考慮到樹種多樣性問題。這分別體現(xiàn)了生態(tài)工程的哪些原理( ) A．系統(tǒng)學(xué)原理和物種多樣性原理 B．協(xié)調(diào)與平衡原理和物種多樣性原理 C．整體性原理和物種多樣性原理 D．物種多樣性原理與整體性原理,解析： 系統(tǒng)學(xué)與工程學(xué)原理的意義：改善和優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以改善功能、保持系統(tǒng)很高的生產(chǎn)力；物種多樣性原理的意義：生物多樣性程度可提高系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)力；協(xié)調(diào)與平衡原理的意義：生物數(shù)量不超過環(huán)境承載力，可避免系統(tǒng)的失衡和破壞；整體性原理的意義：統(tǒng)一協(xié)調(diào)各種關(guān)系，保障系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定；“三北工程”中考慮到樹種的生態(tài)適應(yīng)性問題是“避免系統(tǒng)的失衡和破壞”、考慮到樹種多樣性問題是為了“提高系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)力”，故只有B才對應(yīng)正確。 答案： B,8．當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展已由科技含量較低的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)雖然產(chǎn)量大大提高，但由于大量施用化肥、農(nóng)藥，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此我國政府正大力推廣經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益相統(tǒng)一的生態(tài)農(nóng)業(yè)。下列關(guān)于生態(tài)農(nóng)業(yè)的敘述不正確的是( ) A．生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中食物鏈和營養(yǎng)級越多，在能量流動中消耗的能量越少 B．生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性比現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高 C．生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計的指導(dǎo)原則是實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的能量和物質(zhì)的多級利用 D．生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)屬于人工生態(tài)系統(tǒng)，人的作用非常突出,解析： 能量的多級利用并不是食物鏈越長越好，還要考慮能量在傳遞過程中的生物呼吸所消耗的能量；但是生態(tài)農(nóng)業(yè)實現(xiàn)了廢物資源化，提高了能量的利用率。生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是遵循生態(tài)經(jīng)濟原理，在遵循“循環(huán)經(jīng)濟”的原則下，通過優(yōu)化組合，使一個系統(tǒng)產(chǎn)出的污染物資源化，實現(xiàn)物質(zhì)和能量的多級利用，同時防止了環(huán)境污染；在生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中人的作用非常突出，一旦失去人的作用，該系統(tǒng)將受到破壞，因而生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)又屬于人工生態(tài)系統(tǒng)。 答案： A,9．下圖表示一種“甘薯＋奶牛＋沼氣＋花木＋龍蝦＋食用菌”的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，下列有關(guān)描述正確的是( ),,A．圖中可以組成的食物鏈?zhǔn)歉适怼膛！＜S B．該生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計遵循了物質(zhì)循環(huán)再生原理、物種多樣性原理等生態(tài)學(xué)原理 C．圖中只有生產(chǎn)者、消費者和分解者三種成分 D．青貯的目的是通過微生物有氧呼吸，分解甘薯藤中的有機物，有利于奶牛的消化吸收,解析： 食物鏈?zhǔn)怯缮a(chǎn)者和消費者組成的，即甘薯→奶牛。生態(tài)學(xué)原理很多，該生態(tài)系統(tǒng)的特點是物質(zhì)循環(huán)利用，即主要利用了物質(zhì)循環(huán)再生原理和物種多樣性原理。圖中具有生態(tài)系統(tǒng)的四種成分：甘薯、花木等屬于生產(chǎn)者，沼氣池中的微生物、食用菌、底泥中的腐生微生物等都屬于分解者，奶牛屬于消費者，沼渣屬于非生物的物質(zhì)和能量。甘薯藤青貯就是通過微生物的發(fā)酵(無氧呼吸)，將甘薯藤中不容易被奶牛消化吸收的有機物分解為較易吸收的有機物，提高物質(zhì)和能量的利用率。 答案： B,(2)通過人工林建設(shè)的園林景觀構(gòu)建，既改善了生態(tài)環(huán)境，又可提高社會和經(jīng)濟效益，這主要體現(xiàn)了生態(tài)工程的__________原理。 解析： (1)在生態(tài)系統(tǒng)中，將有機物轉(zhuǎn)化為無機物的生物是分解者。人工林土壤中存在種子或繁殖體，會導(dǎo)致群落物種數(shù)增多，進而使人工林自我調(diào)節(jié)能力增強，抵抗力穩(wěn)定性增強。由于陽光等資源有限，群落中植物物種數(shù)增加，物種間競爭加劇。(2)人工林建設(shè)和園林景觀構(gòu)建，既改善了生態(tài)環(huán)境，又提高了社會和經(jīng)濟效益，這主要體現(xiàn)了生態(tài)工程的整體性原理。,答案： (1)分解者 種子或繁殖體 增強 競爭 (2)整體性(系統(tǒng)論),