高考生物一轮复习细致讲解练：选修3(5份)第五讲 生态工程

第五讲 生态工程(教材专题5)
一、生态工程的基本原理 1．生态工程建设的根本目的
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，达到经济效益和生态效益的同步发展。

2．生态经济
(1)生态经济：通过实行“循环经济”的原则，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生产原料，从而实现废弃物的资源化。

(2)实现循环经济最重要的手段之一是生态工程。

3．生态工程遵循的基本原理
(1)物质循环再生原理：物质能够在各类生态系统中，进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。

(2)物种多样性原理：一般而言，物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。

(3)协调与平衡原理：处理好生物与环境的协调与平衡，除了考虑生物的生态适应性外，还需要考虑环境承载力(或环境容纳量)。

(4)整体性原理：人类处在一个社会—经济—自然复合而成的巨大系统中，进行生态工程建设时，不但要考虑到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。

(5)系统学和工程学原理：
①系统的结构决定功能原理：生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。

②系统整体性原理：系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转化和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1＋1>2”。

二、生态工程的实例
(1)农村综合发展型生态工程⎩⎪⎨⎪
⎧
问题：人多地少以及如何实现物质、能量的多级利用对策：建设农村综合发展型生态工程
(2)
小流域
综合治理生态工程⎩⎪⎨⎪⎧
问题：水土流失
对策：应用生态工程的整体性原理、协
调与平衡原理以及工程学原理，通过
保土蓄水、耕作措施、林草措施等工 程和生物措施，层层设防以控制土
地侵蚀
(3)
大区域生态系统恢复工程⎩⎪⎨⎪⎧
问题：土壤沙漠化
对策⎩⎪
⎨⎪⎧ 退耕还林还草生态工程防沙治沙生态工程
防护林生态工程
(4)湿地生态
恢复工程⎩⎨⎧
问题：湿地缩小引发的系列效应对策⎩
⎪⎨
⎪⎧
实施湿地恢复工程
建立缓冲带
(5)矿区废弃地的生态恢复工程⎩⎪⎨⎪⎧
问题：矿藏开采后造成土体、土壤和植
被，乃至整个地区生态系统的破坏；
矿区极端恶劣的土地条件阻碍植被 生长；影响土地景观，产生重金属 污染
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
6)
城市环境生态工程⎩⎪⎨⎪⎧
问题：污染
对策：①合理规划和布局
②推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺，减少污染物的产出③治理污染，进行废弃物资源化利用
④建立健全法制
[做一题]
[例1] (2014·江西师大附中模拟)下列实例与主要体现的生态工程基本原理，匹配最恰当的是( )
A ．中国传统农业 物种多样性原理
B ．在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁 物质循环再生原理
C ．包孕吴越的太湖中水葫芦泛滥 协调与平衡原理
D ．水乡的桑基鱼塘 整体性原理
[解析]中国传统农业主要体现物质循环再生原理，因此A错误。

在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁主要体现系统整体性原理，因此B错误。

包孕吴越的太湖中水葫芦泛滥主要体现协调与平衡原理，因此C正确。

水乡的桑基鱼塘主要体现系统学原理，因此D错误。

[答案] C
[链一串]
1．生态工程所遵循的基本原理
2．整体性原理和系统整体性原理的比较
(1)整体性原理：
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。

图示如下：
(2)系统整体性原理：
系统整体性原理指整体大于部分之和，即1＋1>2。

目的是保持系统有很高的生产力，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、地衣中藻类和真菌等。

[关键一点]几种典型生态工程原理归纳
(1)单一人工林比天然混交林稳定性低，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。

[通一类]
1．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．物种多样性原理B．整体性原理
C．物质循环再生原理D．协调与平衡原理
解析：选C由图可知，该图突出了“无废弃物农业”，实现了物质的区域小循环，做到了物质和能量的分层分级利用，因此主要体现了生态工程中物质循环再生原理。

2．(2014·聊城质检)农村综合发展型生态工程的优点包括()
①能量的多级利用②物质循环再生③废物资源化④生物相互依存，体现了整体性⑤做到了生态、经济和社会效益三结合
A．①②B．①②③
C．①②③④⑤D．①②④⑤
解析：选C 农村综合发展型生态工程具有能量的多级利用、物质循环再生、废物资源化、生物相互依存，体现了整体性、做到了生态、经济和社会效益三结合。

农村综合发展型生态工程的优点：用有限的资源，实现废物资源化，增加农民就业机会，取得经济、社会、生态效益全面提高，实现可持续发展。

[例2] (2014·扬州检测)“粮桑渔畜”农业生态系统是江浙平原水网地区典型的高效农业系统，下图表示这一农业生态系统的基本模式。

据图示判断下列说法错误的是( )
A ．沼气池的建立既充分发挥资源的生产潜力，又防止了环境污染
B ．通过巧接食物链使原本流向分解者的能量更多地流向了人，提高了能量的传递效率
C ．这一生态工程模式主要适用于江浙平原而不适用于我国西北地区，这是因为在建立生态工程时还需要遵循“整体、协调、循环、再生”的原理
D ．上述生态农业系统通过改善和优化系统的结构达到改 善系统功能的效果
[解析] 沼气池的建立使物质得以充分利用，实现了能量的多级利用，同时减少了环境污染，A 正确；该生态农业调整食物链，实现了物质的循环利用，提高了能量的利用率，但不能改变能量的传递效率，B 错误；我国西北地区气候干燥，水资源不足，不适宜这种生态工程模式，C 正确；这种生态农业系统通过改善和优化系统的结构达到改善系统功能的效果，D 正确。

[答案] B
[链一串]
1．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．生态工程实例分析
[关键一点] 我国生态工程不足之处：缺乏定量化模型指导，难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。

设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。

[通一类]
3．下图为生态养猪模式。

从图中可知该生态工程属于( )
A ．湿地生态恢复的生态工程
B．节水和废水处理与应用的生态工程
C．小流域综合治理与开发的生态工程
D．清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程
解析：选B由于图示没有造成污染，所以不可能是湿地生态恢复的生态工程或小流域综合治理与开发的生态工程；题图中没有提及能量问题，也不可能是清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程。

4．下图是某农户设计的生态农业示意图。

下列有关叙述不．正确的是()
A．建立该系统遵循的主要原理有物质循环再生原理、生物多样性原理等
B．该系统的主要成分是农作物，蚕、驴、鱼、鸡、猪等均为消费者
C．将猪粪直接施入农田，可以为农作物的生长提供物质和能量
D．塘泥施入农田的主要作用是增加土壤中的矿质营养
解析：选C猪粪不能为农作物的生长提供能量。

一、选择题
1．生态经济所遵循的主要原则和实现的重要手段分别是()
A．循环经济和生态工程
B．整体性原则和生态工程
C．循环经济和工程学手段
D．无污染原则和生态工程
解析：选A生态工程实现了物质和能量的多级利用。

2．生物数量超过了环境的承载力后，就会破坏生态工程的哪一原理()
A．整体性原理B．系统性原理
C．协调与平衡原理D．工程学原理
解析：选C处理好生物和环境的协调和平衡，需要考虑环境承载力，环境承载力是指环境所能养活的生物种群的数量，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。

3．下列关于湿地生态恢复工程的叙述错误的是()
A．该工程采用工程和生物措施相结合的方法
B．要建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰
C．对湿地的恢复，只注意退耕还湿地或建立自然保护区就可以
D．湿地的恢复除利用生物工程手段外，还要依靠自然演替机制恢复其生态功能
解析：选C湿地生态恢复工程就是采用工程和生物措施相结合的方法，如退耕还湿地、建立自然保护区、废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，以及物种的引进种植等，使受到干扰的湿地得以恢复。

在湿地的周围，还应建立缓冲带，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。

4．下面是某生态工程示意图，下列有关说法错误的是()
A．用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益
B．用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质的多级利用
C．用蛆蛹粪便作为有机肥还田，运用了能量循环再生的原理
D．该生态工程的运转离不开人的管理
解析：选C物质循环再生原理是指物质能在生态系统中循环往复，分层分级利用。

生态系统中废物利用，就是用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益；生态系统物质可以循环，而能量是逐级递减的，不能循环再生；该生态系统是人工生态系统，其运转离不开人的管理。

5．我们的祖先实施的“无废弃物农业”，使我国的土壤维持了几千年的肥力，其实这种模式就是生态工程最早和最生动的模式，不属于这种模式的诀窍是()
A．积极种植能够固氮的豆科植物
B．收集一切可能的有机物
C．采集某种特殊植物，将其根茎叶加水一起捣碎榨汁，作为肥料
D．采用堆肥和沤肥等多种方法，把有机物转变为有机肥料
解析：选C生态工程的特点：少消耗、多效益、可持续。

生态经济主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产生的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。

采集某种特殊植物，将其根茎叶加水一起捣碎榨汁，作为肥料，并不能循环利用废物，故错误。

6．下列有关生态工程的原理和事例中，错误的是()
解析：选D如果违反生态工程的整体性原理，农民的生计得不到保证，随时会发生“前面造林，后面砍林”的现象。

二、非选择题
7．下图为矿区生态恢复工程流程图，请据图回答：
(1)该恢复工程中，①、②是指_____________________________________________措施。

(2)恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？_______________________
__________________________________________________________________________。

(3)该生态工程所遵循的主要原理是____________________________________________。

解析：(1)由于矿区废弃地水分状况很差，特别是土壤极其贫瘠，导致植被难以恢复，因此应首先通过机械方法平整压实土地，人工制造表土；然后在人工制造表土上植树种草，进一步建立畜牧养殖业。

(2)矿区水分状况差，土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长，适宜种植适应性强、耐旱的灌木、草、树。

(3)图中体现了生态与经济效益的结合，遵循整体性原理，植被恢复时，考虑与之相适应的树或草等，遵循协调与平衡原理。

答案：(1)平整压实土地；人工制造表土
(2)矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长
(3)整体性原理、协调与平衡原理
8．珠江三角洲的农民充分利用自然条件，建立该地特有的农业生态系统的良性循环模式：桑基鱼塘和蔗基鱼塘。

下图为桑基鱼塘和蔗基鱼塘模式图，据图回答下列问题：
(1)该模式所依据的主要原理是________________，该人工生态系统最基本的生物成分是______________________________________________________________________________。

(2)建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量_____________________________；其能量利用率高的原因是其在营养结构上具有________________________________的特点。

(3)蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过________________的作用，形成了________________，被植物利用。

(4)概括地说，该生态系统功能的维持，取决于它的________________________________
__________________________________________________________________________。

(5)下面的结构示意图中，能体现系统学和工程学原理的是()
(6)该系统能体现系统学和工程学原理吗？请简要说明。

________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

解析：(1)桑基鱼塘、蔗基鱼塘模式主要遵循的是系统学和工程学原理中系统的结构决定功能的原理。

在一个生态系统中最基本的要有生产者和分解者，物质循环才能得以顺利进行。

(2)前一问结合必修3研究能量流动的意义回答。

后一问注意是从营养结构即食物链(网)的角度来回答。

(3)蚕粪、蔗叶所含的有机物不能直接被植物利用，必须通过分解者分解成无机物才能被吸收和利用。

(4)首先明确生态系统的功能主要是能量流动和物质循环，故生态系统功能的维持，取决于它的生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动在较长的时间内保持动态平衡。

(5)系统学和工程学原理在于强化系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构达到改善系统功能的目的，即充分体现系统的结构决定功能。

(6)桑基鱼塘和蔗基鱼塘模式，一方面将很多单个生产系统优化组合，有机地
结合在一起(系统的结构决定功能原理)，另一方面系统的各组分之间要有适当的比例关系(系统整体性原理)。

答案：(1)系统的结构决定功能原理生产者、分解者
(2)流向对人类最有益的部分食物链短，多级利用
(3)分解者无机物
(4)生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动在较长的时间内保持动态平衡
(5)D
(6)能。

系统中的各组分及其相互关系是经过精心设计的，是一种优化结构，各部分的功能得到充分发挥，使能量、物质、信息的转换和流通达到了总体大于各部分之和的效果9．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。

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，并把多个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)生态系统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氧化为亚硝酸盐和硝酸盐(3)系统的结构决定功能(4)A
10．下图是某中学研究性学习小组的同学在学习了生态系统的知识后，设计的农业生态系统图解。

请结合课本知识回答有关问题：
(1)农业生态系统的主要功能__________和__________。

该生态系统的最大优点是_____。

(2)农业生态系统是一种人工生态系统，下列有关人工生态系统的说法，正确的是()
A．使废物资源化
B．减少了化肥等工业产品的投入，有利于保护环境
C．抵抗力稳定性低于自然生态系统
D．人占主导地位，是其他生物生存的基础
(3)“三农问题”是关系国计民生的大事。

农业上使用化肥可以大大提高农作物产量，但持续大量使用化肥存在许多负面影响。

“生物固氮”已称为一项重要的研究性课题。

下列说法正确的是()
A．长期使用化肥导致土壤板结，使土壤不易流失，对植物生长有利
B．土壤板结，会加快某些细菌对NO3→N2的转化
C．与人工合成NH3所需的高温、高压相比，生物固氮的顺利进行是因为这些生物体内含有特定的固氮酶
D．中耕松土可促进植物对水分和矿质元素的吸收，松软土壤也有利于根瘤菌、硝化细菌的生命活动
(4)农业生态系统中起决定作用的成分是____________，各种生物所利用的能量最终来源于________________________________________________________________________。

(5)蘑菇和蚯蚓在该生态系统中属于___________________________________________。

(6)可以向沼气池添加的产气原料是__________________________；该池要接种的菌种是__________________；接种后要想产出沼气，必须采取的措施是________________________，理由是________________________________________________________________________。

(7)该系统设计是要遵循的生态学原理是_______________________________________
__________________________________________________________________________。

解析：本题主要考查了农业生态系统的主要功能与优点，其主要功能是物质循环与能量流动，优点是实现能量的多级利用和物质循环利用，提高能量利用率。

同时还考查了食物链、营养级等基
础知识。

答案：(1)能量流动物质循环实现能量的多级利用和物质循环利用，提高能量利用率
(2)ABC (3)BCD (4)农作物光能(5)分解者
(6)猪、鸡的粪便、农户的废弃物、农作物的秸秆等产甲烷杆菌隔绝空气产甲烷杆菌为严格厌氧型生物，有氧存在对其有害
(7)能量的多级利用和物质循环再生
11．江苏某县地处水乡，畜禽养殖和栽桑养蚕是当地农业的两大支柱产业。

在生产总量不断扩张的同时，该县坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现了资源的最大化利用。

请分析该县农业生态系统结构(部分)示意图，回答问题：
(1)该农业生态系统的能量流动从________开始，图中属于消费者的生物有________。

(2)与传统农业生态系统相比，该农业生态系统更能净化环境，主要原因是____________
___________________________________________________________________________。

(3)该农业生态系统为何能提高经济效益？______________________________________
__________________________________________________________________________。

(4)从生态系统的稳定性看，该农业生态系统比简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是_____________________________________________________________________________，请说出两种根据生物学原理防治害虫的方法：____________________________________
___________________________________________________________________________。

解析：(1)生态系统的能量输入是从生产者固定太阳能开始，例如桑等农作物；直接或间接以生产者为食的为消费者，如蚕、畜禽。

(2)与传统农业相比该系统对物质进行了多级利用，如利用粪便等合成有机肥，减少了对化肥的使用，降低了成本，减轻了对环境的污染。

(3)投入减少，物质循环利用，使产量提高。

(4)该生态系统生物群落结构相对复杂，从而使抵抗力稳定性增强，自动调节能力提高。

利用生物的种内关系或种间关系来诱杀害虫，如利用捕食关系引入天敌，利用性引诱剂防治害虫等。

答案：(1)桑等生产者固定的太阳能蚕、禽、畜
(2)粪便等“废弃物”被及时利用
(3)实现了物质和能量的多级利用，提高了农产品的产量；减少了化肥、农药的使用(降低农业投入)
(4)抵抗力稳定性较高(营养结构较复杂，自动调节能力较高)天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物。