第4章 第3节 生态工程-【大鹏生物】2024-2025学年高中生物同步课讲义选择性必修2 生物与环境

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.举例说出生态工程的实例及所遵循的基本原理。 3.评述生态工程发展前景。 一、生态工程的基本原理 [ 教材梳理 ] 1．关注生态工程建设 (1)生态工程的概念：人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，对人工生态系统进行分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行修复、重建，从而提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。 (2)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)生态工程的特点：与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。 2．生态工程所遵循的基本原理 生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循着整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。 (1)自生 ①含义：由生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持就是系统的自生。 ②要求 a．遵循自生原理，需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设。 b．维持系统的自生，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含义：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意义：通过系统设计实现不断循环，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。 (3)协调：处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡，需要考虑环境容纳量。如果生物的数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏。 (4)整体 ①要求 a．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．考虑社会—经济—自然复合系统的影响力。 ②意义：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。 [ 核心探讨 ] 分析生态工程的原理和应用 结合教材P102～103“思考·讨论”，回答问题： (1)请分析桑基鱼塘应用了生态工程的哪些基本原理？ ①蚕沙、蔗叶进入鱼塘，经分解者作用后被植物利用，主要为循环原理。 ②池塘养鱼要考虑不同鱼种的关系和鱼的数量，主要为协调原理。 ③桑基鱼塘在设计时要考虑栽种作物与养殖动物的比例，主要为整体原理。 ④桑基鱼塘中的生物组分通过合理布设、互利共存，实现了系统结构与功能的协调，主要为自生原理。 (2)尝试写出桑基鱼塘中的食物链。 提示　桑树→蚕；甘蔗→人；甘蔗→猪→人；虽然用蚕沙喂鱼，但池塘中还可能存在如下食物链：浮游植物→鱼；浮游植物→浮游动物→鱼。 (3)当桑叶价格高，卖桑叶比卖鱼更合算时，当地农民会将蚕沙用作桑树的肥料，而不是喂鱼。由此可以看出，生态工程建设除了要考虑生态学、工程学原理，还需要关注什么？ 提示　还需要关注经济学原理，要达到经济效益和生态效益的同步发展。 [ 核心归纳 ] 1．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 物质的迁移和转化(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，可避免系统的失衡和破坏 西北地区不适于种植乔木类的杨树 整体 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 在林业工程建设中，自然系统与社会、经济系统的关系问题 2.把握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，指整个系统，如林业生态工程建设→整体原理。 题组一　生态工程的基本原理 1．我国西北土地沙化非常严重，原因有多种，其中一个主要原因是超载放牧，导致草地退化。试分析上述事实主要违背了生态工程的什么原理(　　) A．循环原理 B．协调原理 C．自生原理 D．整体原理 2．生态系统内即使某个物种由于某种原因而死亡，也会很快有其他物种占据它原来的生态位置，从而避免出现系统结构或功能失衡。这体现的生态工程原理是(　　) A．协调原理 B．自生原理 C．循环原理 D．整体原理 3．在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等。以上做法依据的生态工程原理是(　　) A．自生原理 B．整体原理 C．协调原理 D．以上都不是 4．从图甲、图乙中可以看出我国现有的生产模式严重地违反了生态工程的哪个原理(　　) A．整体原理 B．协调原理 C．自生原理 D．循环原理 二、生态工程的实例和发展前景 [ 教材梳理 ] 1．生态工程的实例分析 (1)农村综合发展型生态工程 ①问题：突出矛盾是人多地少。 ②对策：建立农村综合发展型生态工程。 ③实例：北京郊区某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。 (2)湿地生态恢复工程 ①问题：由于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，从而导致局部气候恶化、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等。 ②对策 a．采用工程学和生态学措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复。 b．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案例：厦门筼筜湖生态恢复工程。 (3)矿区废弃地的生态恢复工程 ①问题：矿藏开采后会造成山体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏；还可能产生严重的重金属污染。 ②对策：人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。其中，关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。 ③案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。 2．生态工程的发展前景 (1)不足 ①缺乏定量化模型的指导，难以像“精确农业”那样设计出标准化、易操作的生态工程样板。 ②有些设计缺乏高科技含量，生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持，缺乏理论性指导等。 (2)我国面临的生态危机：环境污染、人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等。 (3)我国态度：把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。 [ 核心探讨 ] 分析农村综合发展型生态工程 根据下面“农村综合发展型生态工程”示意图，回答下列问题： (1)该案例中主要运用了生态工程的哪些基本原理？ 提示　整体、协调、循环、自生。 (2)该生态系统的结构有什么特点？ 提示　生态系统中的各组分搭配合理，紧密联系形成一个有序整体。 (3)该生态系统的功能有哪些特点？ 提示　该生态系统实现了物质多级循环利用，能量充分利用，减少了废物排放和环境污染。 [ 核心归纳 ] 生态工程的类型与案例 类型 问题 主要原理 对策 案例 农村综合发展型生态工程 人多地少，资源有限 循环、整体、协调、自生原理 建立综合发展型生态工程 北京郊区的某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程 湿地生态恢复工程 湿地的缩小和环境污染以及生物资源的过度利用 自生、协调原理 控制污染、退田还湖 江西鄱阳湖生态恢复工程、厦门筼筜湖生态恢复工程 矿区废弃地的生态恢复工程 矿区生态环境的破坏和重金属污染 自生、协调、整体原理 修复土地、恢复植被 赤峰市元宝山矿区生态恢复工程 题组二　生态工程的实例和发展前景 5．生态工程建设需要因地制宜、多措并举。下列相关叙述错误的是(　　) A．农村综合发展型生态工程实现了物质的循环利用 B．农村综合发展型生态工程的原理是一样的，各地均可按相同的模式建设 C．在湿地生态恢复工程中，建立缓冲带主要是为了减少人类的干扰 D．在某矿区废弃地进行公园化建设时，需要考虑植被与土壤之间的协调 6．党中央制定的“平堤行洪、退田还湖、移民建镇”的方针是针对下列哪项工程制定的(　　) A．湿地生态恢复工程 B．矿区废弃地的生态恢复工程 C．大区域生态系统恢复工程 D．农村综合发展型生态工程 7．农业的发展已由传统农业向现代农业转变，现代农业虽然产量大大提高，但又造成了严重的环境污染，因此我国农村现在大力推广生态农业。下列关于生态农业的叙述，错误的是(　　) A．生态农业中食物链和营养级越多越好 B．生态农业的抵抗力稳定性比现代农业高 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，人的作用非常突出 8．目前我国在矿产资源开发中，坚持“谁污染、谁治理”“谁破坏、谁恢复”的原则，建立健全矿区生态环境恢复治理的责任机制。下列关于矿区废弃地生态恢复的叙述，合理的是(　　) A．矿区废弃地生态恢复的关键是尽可能依靠自然演替恢复其生态功能 B．适用于矿区生态环境恢复的措施是开发农田，增加农民收入 C．该生态工程恢复所遵循的主要原理是整体原理、协调原理 D．矿石的开采只是破坏生态环境，不会产生其他危害 [ 综合强化 ] 9．海绵城市建设将自然途径与人工措施相结合，遵循生态优先等原则，促进雨水、生活污水等资源的利用和生态环境保护。湿地建设是海绵城市建设中的重要措施。下列叙述正确的是(　　) A．生活污水中的重金属可以利用富集能力强的沉水植物吸收并及时收割和无害化处理 B．生活污水中的有机物可以为湿地植物的生长提供物质和能量 C．湿地具有净化水质、蓄洪防旱等功能，体现了生物多样性的直接价值 D．湿地建设中不同区域选择种植不同类型的植物体现了生态工程的整体原理 10．蚯蚓分解处理技术可实现固体废物的减量化和资源化。如图为某农业生态系统的示意图，下列叙述正确的是(　　) A．该生态系统中的蚯蚓和各种微生物均属于分解者 B．该生态工程设计突出体现了循环原理 C．农作物、果树等植物获取的物质和能量主要来自有机肥 D．影响蚯蚓分解处理效率的因素只有温度 11．如图为某农业生态工程的模式图。下列叙述不正确的是(　　) A．该生态工程的设计体现了整体原理 B．该生态工程中应用了物质的良性循环技术 C．沼渣、沼液还田的主要目的是为农作物提供有机物 D．建立沼气池可提高人类对光合产物的能量利用率 12．塔式蚯蚓污水处理系统(如图所示)采用人造湿地原理，利用植物根系和蚯蚓等处理，通过泥、沙、小石、大石四层过滤，这样重复几次后可实现农村生活污水的达标排放。下列有关分析正确的是(　　) A．该生态系统的群落由植物和蚯蚓构成 B．该生态系统选用蚯蚓等生物，体现了协调原理 C．该生态系统的群落只存在垂直结构 D．输入该生态系统的总能量是其植物所固定的太阳能 13．海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，也可称之为“水弹性城市”。请结合生态工程相关知识，分析回答下列问题： (1)海绵城市可看作生命系统中的___________层次。该层次具有___________、____________和____________的功能。海绵城市的构建，能形成绿色的生态基础设施，对提高城市的____________能力也大有裨益。 (2)建设海绵城市通常的做法是做到雨水回收利用，这体现了生态工程建设的________原理；城市蓄水池内不仅安装了现代化的雨水净化系统，还种植了许多水生植被辅助净化，这些植物的引种需遵循生态工程建设的________原理；建设海绵城市的目的之一是“扩大公共产品有效投资，提高新型城镇化质量，促进人与自然和谐发展”，体现了生态工程建设的_______原理。 14．在习近平主席提出的“两山论”指导思想的指引下，我国在生态文明建设方面的步伐进一步加快。生态工程建设的目的就是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，达到经济效益与生态效益的同步发展。请回答下列关于生态工程的问题： (1)在农业和林业生产中，连年种植单一品种会造成病虫害增加，其主要原因是生态系统的________稳定性降低。 (2)在湿地生态恢复工程中，应在湿地周围建立缓冲带，以尽量减少______________，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。 (3)在城市环境治理中，要进行城市生态分区，合理分布工业区、居住区、生态绿地等，这主要体现了生态工程的_______原理。城市垃圾进行分类处理，多方利用，加快相关产业进程，这一产业链的价值是_____________________________________________________________。 [ 本讲小结 ] 学科网（北京）股份有限公司 $$