第八节 生态工程

生态工程主讲：黄冈中学优秀生物教师严贻兰一、知识概述1、生态工程的基本原理；2、生态工程的实例和发展前景。二、重点知识归纳及讲解（一）生态工程所遵循的基本原理1、建设目的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、特点少消耗、多效益、可持续的工程体系。3、生态经济4、基本原理及理论基础原理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生物多样性原理生态系统的稳定性生物多样性程度可影响系统的抵抗力稳定性和系统的生产力“三北”防护林建设中的问题，珊瑚礁生态系统的生物多样性的问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡生物数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题、过度放牧等整体性原理社会、经济、自然构成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：分布式优于集中式和环式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：整体大于部分保持系统很高的生产力珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系（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）小流域综合治理生态工程（3）大区域生态系统恢复工程（4）湿地生态恢复工程（5）矿区废弃地的生态恢复工程（6）城市环境生态工程2、生态工程的发展前景（1）“生物圈2号”生态工程的实验及启示①实验目的：人工模拟生命支持系统，验证人类离开地球的情况下，利用人工生态工程，仅靠太阳能否维持生存。②实验场所——微型人工生态循环系统。③实验特点④实验结果：系统稳定难以维持。⑤失败原因及启示（2）我国与西方发达国家在生态工程建设方面的区别典型例题例1、下列不属于生态工程建设目的的是（）A．对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善B．防止环境污染C．单纯追求粮食产量D．促进人类社会和自然环境的和谐发展解析：根据生态工程的概念可知，防止环境污染，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，促进人类社会和自然环境的和谐发展都是生态工程建设的目的。只有C项不正确，单纯追求粮食产量有可能影响整个生态系统的和谐发展。答案：C例2、下图为窦店村综合发展生态工程示意图。以下相关叙述错误的是（）A．该工程主要运用了物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理B．该态系统以沼气工程为核心，农林牧副渔业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展C．该态系统的建立降低了环境污染，促进了农村的可持续发展D．蓝绿萍的代谢类型是自养需氧型，在生态系统中的地位是分解者解析：窦店村农村综合发展生态工程是以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程：作物秸秆用来生产食用菌和饲料；饲料喂养家禽；人畜粪、尿作为原料生产沼气；沼液用于水产养殖业；沼渣为蔬菜施肥和喂养畜禽，从而达到了物质利用的良性循环，缓解了农村“三料”的缺乏问题，提高了土地产出水平，同时一些加工品和农产品可以输出到市场出售。因此该生态工程主要运用了物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理。该生态工程以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展；蓝绿萍的代谢类型是自养需氧型，在生态系统中的地位是生产者。答案：D例3、湿地是地球上生物生产力最大的生态系统之一。它是天然的蓄水池，并能过滤和分解水中的污染物进而改善水质，被誉为“地球之肾”。湿地类型众多，如红树林、河流、湖泊和稻田等。请分析回答：（1）湿地由于其特殊的水文及地理特征，具有________________等生态功能。（2）在红树林等湿地生态系统中，碳元素主要通过______________过程被固定在有机物中，并沿着______________进行传递。（3）与生物多样性丰富的湖泊相比，稻田的______________稳定性较低。（4）调查表明，我国相当一部分湖泊已不同程度富营养化，原因是含氮、磷等元素丰富的污染物的排放量超过了湖泊_________的限度，使其自动调节能力下降。富营养化水体中造成鱼类大量死亡的原因有_______________等。（5）湿地面积的缩小会导致局部气候变恶劣、_________________________。答案：（1）调节水流量和控制洪水（蓄洪抗旱）、净化水质（答案合理即可）（2）光合作用食物链（网）（3）抵抗力（4）自动净化能力溶氧量下降、有毒物质增加（5）地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹（答案合理即可）

-返回-同步测试一、选择题1、下列措施不适用于矿区生态环境恢复的是（）A．机械法整平压实土地B．人工制造表土，植树种草C．排石整地，改良优化土壤D．开发农田，广种农作物，增加农民收入2、如图是“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3、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．①②③C．①②③④⑤D．①②④⑤4、石油农业与无废弃物农业相比，其主要优点是（）A．物质可以循环利用，对环境几乎没有破坏性B．使用植物易于吸收的化肥作肥料，促进植物快速生长，也有助于周围环境的净化C．以煤和石油等原料为动力，极大地提高了生产效率D．是一种低投入高产出的农业生产方式5、下列关于我国生态工程与西方国家生态工程的比较，正确的是（）①西方国家的生态工程以治理环境污染和恢复破坏的生态系统为主要目标，我国的生态工程则以经济和社会效益为主要目标②西方国家的生态工程应用范围比我国小③我国的生态工程难以像西方国家那样，设计出标准化、易操作的生态工程样板A．①②③B．②C．③D．②③6、人工湿地污水处理系统逐渐受到重视。人工湿地是将污水、污泥有控制地投放到人工建造的湿地上，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的协同作用对污水、污泥进行处理的一种技术。为提高人工湿地净化功能，下列相关措施不合理的是（）A．合理搭配植物建立优化的植物群落B．尽量使用本地物种以减少外来物种的入侵C．选择合适的人工介质，有利于好氧微生物的分解作用D．增大引入湿地的污水的总量以提高湿地净化效率7、生物圈赖以存在的物质基础是物质上的自给自足。在此项功能中最重要和不可缺少的是（）①生产者②消费者③分解者A．①②B．②③C．①③D．①②③8、森林覆盖率如今已作为衡量一个国家环境优劣的重要指标之一。我国的森林覆盖率比较低，为了提高森林覆盖率，提倡植树造林。在植树造林过程中，许多地方总是同时选择并种植多种树种。这一过程遵循的原理是（）A．物种多样性原理B．物质循环再生原理C．整体性原理D．协调和平衡原理9、下列关于“生物圈2号”实验的叙述错误的是（）A．“生物圈2号”是一个密封的透明的钢架结构建筑物B．“生物圈2号”是一个微型人工生态循环系统，物质与能量可以依靠自身循环利用C．“生物圈2号”内部主要由7种模拟生态群落区和两个大气扩张室组成D．“生物圈2号”实验的失败，使人们认识到与自然和谐共处的重要性10、下图为桑基鱼塘生态系统，它是我国南方各省农村比较常见且行之有效的农业生态系统。下列有关说法不正确的是（）A．该系统具有结构协调，合理种养，资源高效利用，内部良性循环，稳定持续发展的特点B．该生态系统实现光合产物的分层多级利用C．桑树的凋落物、桑葚、蚕沙撒入鱼塘中，经池塘内食物链的作用实现了能量的重复利用D．该体系中获得蚕丝、食品、鱼类以及沼气等，在经济上和保护农业生态环境上大有好处显示提示提示：1、D解析：废弃矿区生态环境受到严重破坏，植被恢复是关键环节，因而应选择抗逆性强的苗木，农作物等不适宜在此处种植。2、C解析：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物质循环再生原理。3、C4、C5、D解析：发达国家与我国的生态工程建设强调的重点有所不同。西方国家的生态工程除了治理环境污染的目标外，主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中对破坏的生态系统进行生态恢复；我国的生态工程走有中国特色的道路，不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。总体来看，发达国家的生态工程的应用范围比我国小，也不那么强调经济效益。不过，目前我国的生态工程还有一些不足之处，如缺乏定量化模型指导，难以设计出标准化、易操作的样板等。6、D7、C解析：生物圈内生产者、消费者和分解者所形成的三级结构，接通了从无机物到有机物，经过各种生物的多级利用，再分解为无机物重新循环的完整回路。生产者通过光合作用把无机物制造成有机物，属于自养生物，是生态系统的主要成分。分解者把有机物分解成无机物，归还到无机环境中，被生产者重新利用。它们是物质循环回路中最重要和必不可少的成分。8、A9、B解析：“生物圈2号”在物质上完全与外界隔绝可以依靠自身循环利用但在能量上需要太阳光源源不断地射入为其功能。10、C解析：在环境与经济协调发展的整体性原理指导下，根据系统的结构决定功能原理建立生态农业。提高了经济效益，实现了物质循环再生和能量的多级利用，但是能量是不能重复利用的。二、简答题11、（1）珠江流域某城市构建了较大面积的人工湿地加强水体治理。①当污染物随水流进入该湿地时，湿地水体中碳元素的迁移和转化途径如上图。请用箭头和文字补充虚线框中的碳转化途径。②一段时间后，湿地中出现了轮虫等浮游动物，可控制绿藻等浮游植物的增殖；管理员还放养了一些鱼和鸭，为城市增添自然气息。请写出可能存在的食物链（两条）。③如果含有重金属的工业废水进入该系统，请根据生态学基本原理，指出可能产生哪些负面影响。（2）城市垃圾也是一种巨大的资源，下图是科研工作者为某城市设计的垃圾资源化、无害化处理的一种方案，请据图回答问题：a．此方案中①②过程需每一位居民的参与，参与的行动方式是_____________。b．过程④⑤利用的生物属于生态系统的何种成分？________。c．从对资源的充分利用角度看，④⑤途径比③途径突出的优点是__________。显示答案11、（1）①②绿藻→轮虫→鱼；黑藻→鱼→鸭③重金属进入食物链，危害人体健康；重金属无法降解，易发生二次污染。（2）a．将生活垃圾分类处理b．分解者c．除利用了有机垃圾中的能量外，还充分地、分层次地多级利用了垃圾中的物质，并且减少了因燃烧带来的污染-END-课外拓展奥德姆（E.P.Odum）总结出的“六条自然智慧”是什么？在使生态学真正对可持续发展起到指导作用方面，现代生态学的奠基人之一、美国的奥德姆教授做出了榜样。他认为“我们的重点始终应围绕着我们面对的环境问题，寻找出它们产生的根源以及解决问题的途径，但决不是急诊式的‘开方子’，尤其需要强调的是：①自然界、农业和城市生态系统之间的能动性相互关系；②把注意力从生产系统的产出转向对其投入的管理”。奥德姆针对社会上多数人对生态学缺乏了解，很多决策者更是“环境教育盲”，而生态学未能充分发挥作用的现实情况，以年近90高龄之身，亲自编撰了配有卡通插图的科普著作《人类摆脱困境的生态学途径》。这个途径便是呼吁人们学习、模仿自然界求得可持续发展的智慧。奥德姆教授以他毕生从事生态学的经验和体会，高度概括了以下六条值得学习和研究的属于“自然界智慧”（wisdomofnature）的规律。（1）基于环境承载力的种群增长规律——S型曲线和物种的繁殖／生存不同侧重及“对策”分化。人类社会不能盲目追求增长，更需要区分数量型增长和质量型增长。（2）能量的生态学规律。处于顶级状态的自然生态系统，由于有足够的维持能源而不易崩溃。而人工系统的规模则与能耗的平方成正比，再加上现代社会所用的人工“浓缩”的高质能源在制造时效率极低，因此需要消耗巨量外源辅助能。（3）组织的生态学规律。自然界不同生物、成分组合成有层次的组织后，由于相互作用会产生新特性。例如，藻类与珊瑚虫共生可耐受养分含量极低的深海环境。但如果分开，则谁也不能生存。人与生物圈也是这种相互依存关系。（4）变化的生态学规律。自然界靠（正、负）反馈机制巧妙地控制增长和保持平衡。学习这种机制能预测出发展曲线的报酬递减点，有很大的实用价值。（5）行为的生态学规律。自然界不同物种间既有适者生存的对抗，也有很多互利共生的关系。但人类与绿色植物通过农业建立起的关系，迄今为止都是掠夺而非互利，所以才产生农业的不可持续性，以及有当今多种力图替代常规农业的新农作方式的产生。（6）生物多样性规律。生态系统内部都有多种生态服务功能，即生物多样性的机制，一旦由于某种原因，具有某种重要功能的物种缺失，就会有原处于功能冗余态的另一个物种来替代。而常规现代化农业却严重缺少物种多样性，难以避免少数几个人工培育品种会因某种病虫害大流行而灭绝的风险。传统农业则很好的保存了作物基因库。奥德姆把上述这类对自然界智慧的学习科学地归结为“人类生态学”。同时指出，每一项新技术都有其副作用，必须采取处理负面效应的“对应技术”（countertechnology）。而采用这类对应技术就