专题5 生态工程 知识点梳理含教材答案Word下载.docx
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（四）整体性原理
人类是处在一个社会-经济-自然复合成的巨大系统中。
进行生态工程建设时，不但要考虑自然生态系统的规律，更重要的是，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。
此外，社会习惯、法律制度等也都对生态工程建设有着重要影响。
在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面一定要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食烧柴等以及收入等问题。
否则随时会出现“前面造林，后面砍林”的现象。
（五）系统学和工程学原理
1、系统的结构决定功能原理
（1）解释：
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。
例如：
把生态系统比作计算机网络（如右图），在计算机台数和功能相同的情况下，右图中在采用分布式的结构，网络工作的可靠性最高。
（2）举例：
我国南方水网地区的桑基鱼塘模式，就是把单个生产系统通过优化组合，有机地整合在一起，成为一个新的高效生态系统，大大提高了系统生产力。
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、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+1>
2”。
珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，得益于珊瑚虫和藻类组成的高效的植物-动物营养循环。
通常情况下，失去了共生藻类的珊瑚虫会因为死亡而导致珊瑚礁逐渐“白化”，失去其鲜艳的色彩，那里的生物多样性也将锐减，从而造成系统的崩溃。
（六）、生态工程的类型：
根据性质和设计目标的不同，生态工程可分为不同的类型。
例如，农业生态工程、林业生态工程、治污生态工程、生态恢复工程等。
【总结】
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
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
改变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
保持很高的系统生产力
珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系
【答案和提示】
（一）思考与探究
3.桑基鱼塘分布在我国长江三角洲、珠江三角洲一带的水乡，是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程。
试分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。
提示：
桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，能量的流动包含在物质的循环利用过程中，随着食物链的延伸逐级递减。
能量的多级利用和物质的循环利用：
桑叶用于喂蚕，蚕可以生产蚕丝；
桑树的凋落物和蚕沙（粪）落到鱼塘中，作为鱼的饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可以促进鱼的生长；
甘蔗可以榨糖，糖渣用来喂猪，猪的排泄物也进入鱼塘；
鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经过微生物的分解，又可以作为桑和甘蔗的有机肥料。
桑基鱼塘巧妙地利用了很难利用的大片低湿地，发展了多种经营，为农民创造了多种收入的门路，完全符合“无废弃农业”的要求。
桑基鱼塘系统物质、能量流动示意图见图5-1。
图5-1桑基鱼塘系统物质循环和能量流动示意图
（二）正文中讨论题
【“关注生态工程建设”资料分析1】
1.导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？
根本原因：
长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；
中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。
直接原因：
1998年度的罕见降雨。
但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。
解决长江洪水泛滥的措施有：
我国政府提出的“积极营造长江中上游水源涵养林和水土保持林”计划，即以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；
“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。
在进行生态工程建设时，要考虑到怎样解决农村（尤其是湖区或山区的迁出人员）的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。
2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？
传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
【“关注生态工程建设”资料分析2】
1.你对“石油农业”是如何理解的？
“石油农业”大量使用化肥、农药和机械的生产方式，因对石油等能源有高度的依赖性而得名。
它把农业生产这一复杂的生物过程，变成了简单的机械过程和化学过程。
由于其投入高，产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。
2.你能举出一些农业生产活动对人体健康以及环境造成危害的实例吗？
除日常生活中能够发现的实例外，农业活动对环境和人类健康造成危害的实例中，世界上影响较大的有蓝婴病。
1973年，美国内布拉斯加州首次出现幼儿高铁血红蛋白症（蓝婴病）。
其原因是饮用水中硝酸盐含量超过10mg/L，这时过多的硝酸盐会与红细胞中的血色素结合，形成高铁血红蛋白。
高铁血红蛋白不能为细胞和组织运输足够的氧。
患儿的临床症状是在口、手或脚等部位出现时断时续的蓝色或淡紫色，呼吸困难、腹泻、呕吐、抽搐，严重的会失去知觉，甚至死亡。
硝酸盐来源于点源污染，如下水道、畜禽养殖场等，或非点源污染，如对农田、公园、草地等的施肥。
3.如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？
对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。
例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。
因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。
4.石油农业的生产模式应当怎样改进？
在不同的国家有不同的改进措施。
例如，在我国，人多地少，应该大力发展生态农业。
实施的具体措施包括：
可以根据田间作物的需要适量施用高效、低毒、低残留的农药，多施有机肥，提高作物对水、肥等资源的利用效率，对作物秸秆和畜禽粪便进行再利用，实现物质的多级利用，等等。
一方面要不断提高土地的产出水平；
另一方面要减少农业活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。
【“物种多样性原理”资料分析】
1.为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？
而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性？
纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而会导致了树林的毁坏。
珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。
例如，氮、磷等养分就能够在该区生物体间充分地循环利用而很少流出系统外。
2.从上面正面和反面的实例，你能得出怎样的结论？
你认为生物多样性的破坏有人为因素吗？
只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。
生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大。
【“协调与平衡原理”资料分析】
“西部大开发”是国家为振兴西部而提出的宏观决策，其中很重要的一项内容就是生态工程建设。
从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪些树种？
如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？
几种西北地区特别适宜树种的介绍
（1）沙棘，俗称“酸柳”、“酸刺”、“黑刺”，属于胡颓子科，为落叶乔木或灌木。
植株表面具有棘刺，叶呈条形或条状被针形，两端趋尖，背面密被淡白色鳞片，叶柄极短。
沙棘花先于枝叶开放，雌雄异株；
果实为肉质花被筒包围，近于球形，直径5～10mm。
沙棘喜阳，粗壮的枝干抗风沙。
沙棘叶、皮、果实及种子在医药上有着广泛的应用价值。
沙棘的嫩枝、嫩叶是牛、羊的精饲料，被誉为“铁杆牧草”。
沙棘果维生素含量极高，营养保健价值高，有利于增加种植者的收入。
沙棘是半干旱黄土高原迅速绿化荒山、保持水土、调节生态平衡和促进农林牧业发展的良好树种。
内蒙古鄂尔多斯等地区，实施沙棘生态工程，大面积种植沙棘，有效地控制了沟道水土流失，每年可减少流入黄河泥沙2100万吨。
（2）山杏，主要指西伯利亚杏，它抗寒、耐旱，适应性强，是我国北方最普遍的果树之一，是绿化荒山、水土保持、防治风沙的先锋树种。
山杏果仁营养丰富，含有大量维生素、微量元素和人体必需的氨基酸，是加工饮料的优质原料。
（3）刺槐，属落叶乔木，适应性强，在年降水量200mm左右、年平均气温不低于3℃的地区都能生长。
它不仅生长快，且耐盐碱，有涵养水源和保持水土的作用。
刺槐泌蜜丰富，蜜质优良，是主要蜜源植物之一。
刺槐不仅可改善生态环境，还可用于发展畜牧业。
（4）锦鸡儿（又称拧条），豆科，多年生落叶灌木，根系发达，具根瘤，高1.5～3m；
耐干旱和寒冷，喜生沙地或半固定的沙丘上，不怕沙压和风蚀。
此种植物广泛分布于我国东北、内蒙古、河北、山西、陕西、宁夏等地，可用于防风固沙，保持水土。
枝条可用于编筐，其枝叶是牛、羊等冬春季节主要的饲料之一。
（5）杜梨，蔷薇科梨属落叶乔木，可高达10m，原产于我国华北、西北及东北南部。
耐寒，耐干旱、瘠薄，能在含盐量0.5%（质量分数）的土壤中正常生长，且耐涝性也较强。
（6）沙枣，胡颓子科胡颓子属，落叶小乔木。
分布于华北及西北等地，耐盐碱力较强。
（7）合欢，豆科合欢属，落叶乔木，可高达20m。
分布于华北、西北及黄河以南等地区。
耐盐碱力较强，但不耐水涝。
（8）臭椿，苦木科臭椿属，落叶乔木，可高达25m。
原产于华南、华北、西北各地。
抗性强，生长快，耐盐碱力强。
西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不能超过草地的承载量。
针对公共草地的过度放牧问题，应该实行草地承包，调动个人的管理积极性，减少过度放牧现象；
另外，可以在有条件的地方，人工种植牧草，增加牧草产量。
（三）旁栏思考题
你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗？
豆科作物和固氮菌的共生就是一例。
固氮菌为豆科作物提供氮素，而豆科作物为其提供能量和其他营养，两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长；
当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。
（四）《实践活动》思考题
1.为什么我国要大力发展沼气工程？
21世纪是实现我国农业现代化的关键历史阶段，现代化的农业应该是高效的生态农业。
沼气工程把农业生产、农村经济发展和生态环境保护、资源高效利用融为一体，不仅较好地解决了农村的能源来源问题，而且实现了废弃物的再循环利用和资源化，创造了新的生态产业，如沼气设施的建设和维护，促进了以农牧结合为中心的多种经营，从而为农村剩余劳动力提供了就业机会，促进了农村的综合发展。
2.目前沼气工程还有哪些亟待解决的问题？
目前沼气工程存在的问题有：
北方地区沼气产气在冬天不稳定，需要加热；
沼气的一次性投资较大，相当部分的农民财力有困难；
对沼气的研究较薄弱，例如，对发酵过程中有关微生物及一些酶的研究。
应当加强这方面的研究，以促进沼气工程的推广。
【知识拓展】
1.生态工程的定义是如何提出和发展的？
美国生态学家H.T.奥德姆于1962年首先提出“生态工程”概念：
即以从自然系统获得的技术为基础，解决人类社会环境问题的一门工程分支科学，它所需的人类工程技术仅仅起辅助作用，而不是起主要作用；
或“人类应用主要来自自然的能源作为辅助能对环境的控制”；
或“对自然的管理就是生态工程，更好的措施是与自然结成伙伴关系”。
H.T.奥德姆的学生米奇（W.J.Mitsch）继承其思想，于1989年编了世界上第一本生态工程专著（EcologicalEngineering:
AnIntroductiontoEcotechnology），并于1992年主编创办了《生态工程》杂志。
他对生态工程的定义是：
即生态工程是为了人类和自然的相互利益而进行的一种生态系统设计。
我国著名生态学家马世骏先生1979年首先倡导生态工程。
他对生态工程下的定义是：
生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生的原理、结合系统工程的最优化方法，设计的分层多级利用物质的生产工艺系统。
生态工程的目标就是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥物质的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益与生态效益同步发展。
它可以是纵向的层次结构，也可以发展为由几个纵向工艺链索横连而成的网状工程系统。
2.北方地区的沼气池冬天是如何维持的？
用什么方法能使沼气池中的菌类维持稳定的产气？
在冬季，可以通过加温方法（蒸汽、热水通入发酵池）；
或将沼气池用塑料大棚封闭起来来增加产气。
沼气稳定产气的必须条件：
●沼气池必须密闭。
沼气菌群是一大类厌氧细菌，它的整个生命活动（生长、发育、繁殖、代谢等）中都不需要氧。
●适当的水。
发酵池中的料水比例得当是正常产生沼气的关键。
如一个6m3的标准池，首次投料大约需要人畜粪便1500kg、杂草500kg，加入2000kg的水。
料含水比例越高，外加水越少；
反之，外加水则越多。
●适当的温度。
一般8℃以上，沼气菌即可活动，产生微量沼气；
20～24℃，活动正常；
28～30℃，最旺盛，产生沼气率最高。
●酸碱度。
沼气发酵适宜的pH为6.5～7.5，最适pH是6.8～7.0。
●搅拌。
适当搅拌，可以提高发酵池内产气率。
一般每周搅拌2次即可。
●接种。
增加沼气菌种数量，尽快发酵、产生沼气。
沼气池正常产气后，还需不断地添加新料，清除旧料，才能确保持续产气。
4.沼气就是甲烷吗？
为什么清理沼气池时要防止中毒？
沼气是一种多成分混合气体，主要成分为甲烷和二氧化碳，甲烷的含量一般在60%～75%，并含有少量的一氧化碳、氢、硫化氢和氮等。
沼气池中氧气浓度低，一氧化碳等有害气体浓度高。
人一定要注意在通风充分，确认安全后才可进入，否则会造成人员的伤亡。
二、生态工程的实例及发展前景
（一）、生态工程建设的基本过程
1、要求：
既要考虑经济效益，更要注重生态效益。
2、过程：
拟定目标与本底调查→系统分析→可行性评价与决策→技术设计（核心环节）
生态工程技术设计的常用方法：
方法之一：
食物链（网）“相接”；
方法之二：
食物链（网）“加环”。
（二）、我国生态工程建设的实例
1、治污生态工程
（1）内容：
固体、液体及有机废弃物的处理，生物肥料的研制与试用，湖区污染的生态治理，塑料的再生利用等。
（2）实例：
氧化塘法是如何净化污水的？
①氧化塘分为哪几层？
每层中的生物呼吸方式有什么不同？
②氧化塘中不同水层的微生物是如何对污水进行治理的？
③氧化塘是怎么使污水资源化的？
2、生态恢复工程
（1）措施：
首先是恢复生物群落，形成合理、高效的食物链，并在演替过程中保持长期的稳定与平衡。
而恢复植被是生态恢复工程的第一步。
西部的生态治理
表象：
植被减少、地力减退等。
实质：
水土资源的丧失。
手段：
要发挥生态系统的自然修复功能。
（这是人类对自然规律认识上的升华）
3、生态农业
（1）概念：
以生态学理论为依据，以环境与经济协调发展为前提，在一定区域内，因地制宜地规划、组织和开展多功能的农业生产。
（2）特点：
保持生态系统内的生态平衡为主导思想，促进物质在系统内循环和重复使用，以最少的投入获取最大的经济效益和生态效益。
（3）实例：
留民营村的农业生态系统
（三）、生态工程建设需要注意的问题
在肯定生态工程的作用，特别是对恢复和重建受损生态环境的重要作用的同时，不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量；
更不能误认为只要有了生态工程，就可以走发达国家“先污染、破坏，后治理”的老路。
（四）、“生物圈2号”生态工程的实验及启示
给人类启示
1、认识人类与自然和谐相处的重要性，自然界给人类提供的生命支持服务是无价之宝。
2、目前，人类仍然没有能力完全模拟出自然生态系统。
【总结】生态工程的实例分析：
类型
主要原理
注意问题
农村综合发展型生态工程
物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理
①核心：
沼气工程
②优点：
农林牧副渔全面发展；
开发可更新资源，减少环境污染
小流域综合治理生态工程
整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理
①“综合”表现在同时考虑到生态效益和经济效益
②不同气候带、不同自然条件和不同经济发展水平的地区，生态工程模式应各具特色
大区域生态系统恢复工程
物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理
工程建设中应注意的问题
①考虑树种生态适应性问题，种植适宜品种
②考虑树种多样性，保证防护林体系稳定
③不同地区应根据当地情况采取不同策略
湿地生态恢复工程
协调与平衡原理、整体性原理
1主要措施：
退耕还林
2主要困难：
解决迁出湖区居民的生计问题
矿区废弃地的生态恢复工程
①种植耐旱的灌木、草和树
②确定合理载牧量
③改良表土
城市环境生态工程
①解决大气污染措施：
禁止使用有铅汽油
②水污染：
减少或禁止污水排放，进行污水净化
【答案与提示】
1.分析朝鲜三八线的资料（具体资料见教材），说明它所蕴涵的意义。
生态工程的恢复作用是有限的，不能认为只要有了生态工程，就可以先污染，后治理。
人类迄今尚没有能力完全模拟出自然的生态系统。
自然生态系统发展到今天已经过几十亿年的进化，每平方公里每年的无形服务价值高达6.4万美元，而为了达到同样的效果，用人工制造和模拟的办法，人类至少要花费10亿美元还不尽如人意。
另一方面，自然生态系统具有相当的自我恢复能力，我们在生态工程建设中应该积极利用自然生态系统的这种能力，以节省投资。
2.在我国北方地区，由于冬天气温很低，会导致农作物不能生长，家畜生长缓慢，甚至停止，沼气池不能正常产气；
而农民要解决蔬菜的不间断生产问题。
很显然，大量使用造价昂贵、并用燃料加热的玻璃温室是不符合我国国情的。
你能用所学知识，设计一种生态工程，来较好地解决上述问题吗？
请在画出其物质和能量结构图的基础上，说明你所依据的生态工程原理。
（以下为参考答案，可让同学们进行其他设计）
教材中“四位一体”的图所示为近年来出现在我国北方农区的一种生态工程类型，它较好地解决了习题中所述问题。
“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。
它的运行原理为：
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；
温室内的植物为动物提供氧气，同时吸收二氧化碳；
人、猪、禽的粪尿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在冬天的产气稳定性；
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。
“四位一体”充分应用了物质循环和生物多样性等原理，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。
“四位一体”的物质循环见图5-2：
图5-2“四位一体”生态工程物质循环示意图
【农村综合发展型生态工程案例】
1.在这一案例中，主要运用了哪些生态工程的基本原理？
物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理等。
2.这一生态系统的结构和功能有哪些特点？
有哪些值得借鉴的做法？
这个案例以沼气工程为核心，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。
【小流域综合治理生态工程案例】
分析甘肃省陇南县的“九子登科”模式，在说明“九子”措施含义的基础上，谈谈你对小流域综合治理生态工程的理解。
补充资料──“九子登科”措施的具体意义
●山顶戴帽子：
山头实行封禁管理、营造水土保持林，保护和恢复植被；
●山腰系带子：
半山陡坡退耕还林还草，发挥林草拦蓄作用，减少径流；
●坡地修台子：
坡耕地以坡改梯田为突破口，建设基本农田，为调整农业产业结构提供条件；
●地埂锁边子：
充分利用地埂种植经济作物，既获得经济效益，又保护地埂；
●荒地荒沟栽苗子：
在荒山、荒沟、荒坡地建设薪炭林；
●山脚种果子：
山脚发展经济林果园，促进商品经济发展；
●沟底穿靴子：
在干、支、毛沟沟底修建谷坊、拦挡坝，建设沟坝
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