高中生物 專題5.1生態(tài)工程的基本原理

5.1生態(tài)工程的基本原理

學習目標：1.簡述生態(tài)工程的概念，關注生態(tài)工程的建設。2.簡述生態(tài)工程的原理，

舉例說出各原理的內容。(重點)3.嘗試運用生態(tài)工程原理，分析生態(tài)環(huán)境問題及解決對策。

(難點)

自主預習。擢新Ml

NINHUYUXI丁AZXIZNHI

匚基礎知識填充工

一、關注生態(tài)工程建設

1.生態(tài)工程的含義

(1)理論基礎：生態(tài)學和系統(tǒng)學等學科。

(2)技術手段：系統(tǒng)設計、調控和技術組裝。

(3)操作過程：對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進行修復、重建，對造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生

產方式進行改善,并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產力。

(4)最終目的：促進人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展。

2.進行生態(tài)工程建設的目的

遵循自然界物質循環(huán)的規(guī)律,充分發(fā)揮資源的生產潛力，防止環(huán)境污染，達到經濟效益

和生態(tài)效益的同步發(fā)展。

3.突出特點：少消耗、多效益、可持續(xù)。

4.生態(tài)經濟

(1)原則：循環(huán)經濟。

(2)特點：一個系統(tǒng)產出的污染物,能夠成為本系統(tǒng)或者另一個系統(tǒng)的生產原料,從而實

現(xiàn)廢棄物的資源化。

(3)手段：生態(tài)工程。

掃

碼

看

微

課

二、生態(tài)工程所遵循的基本原理

1.物質循環(huán)再生原理

(1)理論基礎：物質循環(huán)。

(2)意義：可避免環(huán)境污染及其對系統(tǒng)的穩(wěn)定和發(fā)展的影響。

(3)實例：無廢棄物農業(yè)。

2.物種多樣性原理

(1)理論基礎：生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性。

(2)意義：生物多樣性程度高，可提高系統(tǒng)的生產力。

(3)實例

①反面：遼寧西部章古臺地區(qū)的樟子松林，由于沒有一條昆蟲與其天敵相生相克的食物

鏈，使得偶然滋生的松毛蟲肆虐一時。

②正面：由珊瑚蟲和某些藻類共生組成的珊瑚礁區(qū),物種繁多，系統(tǒng)穩(wěn)定。

3.協(xié)調與平衡原理

(1)理論基礎：生物與互境的協(xié)調與平衡。

(2)意義：可避免系統(tǒng)的失衡和破壞。

4.整體性原理

(1)理論基礎：社會一經濟一自然復合系統(tǒng)。

(2)意義：統(tǒng)一協(xié)調各種關系，保障生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。

(3)實例：在進行林業(yè)工程建設時，一方面要號召農民種樹,另一方面要考慮貧困地區(qū)農

民的生活問題,如糧食、燒柴及收入等問題。

5.系統(tǒng)學和工程學原理

(1)系統(tǒng)的結構決定功能原理

①理論基礎：分布式優(yōu)于集中式和環(huán)式。

②意義：改善和優(yōu)化系統(tǒng)的結構，從而達到功能改善的效果。

③實例：我國南方水網地區(qū)的?；~塘模式。

(2)系統(tǒng)整體性原理

①理論基礎：總體功能大于各部分之和的效果,即“1+1〉2”。

②意義：能夠保持很高的系統(tǒng)生產力。

F預習效果驗收力

1.判斷對錯(正確的打“，錯誤的打“X”)

(1)生態(tài)工程是無消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。()

(2)在建設高新農業(yè)時，沼氣池的建立遵循了物質循環(huán)再生原理。()

(3)無廢棄物農業(yè)遵循的是物種多樣性原理。()

(4)某草原牧區(qū)，在進行草場建設時，既注重不同牧草種類的搭配種植，又對單位面積內

的放牧量做了一定控制，體現(xiàn)了遵循物種多樣性和協(xié)調與平衡原理。()

(5)整體性原理是考慮自然系統(tǒng)的規(guī)律，所有的人類活動必須完全以生態(tài)系統(tǒng)為核心。

()

(6)系統(tǒng)整體性原理是指系統(tǒng)各組分之間要有適當的比例關系。

()

(7)單一人工林比天然混合林穩(wěn)定性低，容易遭受害蟲危害，這體現(xiàn)了生態(tài)工程的物種多

樣性原理。()

(8)我國南方地區(qū)的桑基魚塘模式體現(xiàn)了系統(tǒng)的結構決定功能的原理。)

提示：(1)X生態(tài)工程是一類少消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。

(2)V

(3)X"無廢棄物農業(yè)”遵循的主要是物質循環(huán)再生原理。

(4)V

(5)X整體性原理是指在進行生態(tài)工程建設時，不但要考慮到自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，更

重要的是，還要考慮到經濟和社會等系統(tǒng)的影響力。

(6)V(7)V(8)V

2.我國南方桑基魚塘是低洼稻田挖深做塘，塘內養(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)生產力，這

種模式主要應用的生態(tài)工程遵循的原理是()

A.系統(tǒng)學和工程學原理B.整體性原理

C.物種多樣性原理D.物質循環(huán)再生原理

A［?；~塘模式，就是把很多單個生產系統(tǒng)通過優(yōu)化組合，有機地整合在一起，成為一

個高效生態(tài)系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的生產力，該模式的建立主要遵循了系統(tǒng)學和工程學原理。］

合作探究》放重旅

HEZUOTANJIUGONGZHONGNAN

場究電1/_______________關注生態(tài)工程建設

背景材料

資料1：1998年夏季，長江洪水泛濫，根本原因是長江上游亂砍濫伐森林，水源涵養(yǎng)和

水土保持功能急劇降低，造成大量泥沙淤積河道；中游圍湖造田、亂占河道，造成具有蓄洪

作用的湖泊面積急劇減小。

資料2：石油農業(yè)大量使用化肥、農藥、機械等，已造成資源破壞和農業(yè)環(huán)境污染，對社

會的可持續(xù)發(fā)展造成很大障礙。

［思考交流］

1.閱讀教材資料，回答相關問題。

(1)導致1998年長江洪水泛濫的根本原因是什么？

(2)洪災的發(fā)生反映出傳統(tǒng)經濟發(fā)展模式存在什么問題？

(3)怎樣解決長江洪水泛濫問題？

(4)什么是“石油農業(yè)”？

(5)你對“石油農業(yè)”怎樣理解？

(6)如何理解“污染物是放錯地方的資源”這句話？

(7)“石油農業(yè)”的生產模式應當怎樣改進？

提示：(1)長江洪水泛濫的根本原因是長江上游亂砍濫伐森林，水源涵養(yǎng)和水土保持功能

急劇降低，造成大量泥沙淤積河道；中游圍湖造田、亂占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面

積急劇減小。

(2)傳統(tǒng)的經濟發(fā)展模式不注重生態(tài)環(huán)境的保護，沒有考慮生態(tài)成本，經濟的發(fā)展以巨大

的生態(tài)環(huán)境破壞為代價。

(3)積極營造長江中上游水源涵養(yǎng)林和水土保持林，提高森林覆蓋率；“退耕還湖”和改

革不合理耕作方式等。

(4)“石油農業(yè)”是指大量使用化肥、農藥、機械的農業(yè)生產方式，因對石油、煤、天然

氣等能源有高度的依賴性而得名。

(5)它把農業(yè)生產這一復雜的生物過程，變成了簡單的機械過程和化學過程。由于其投入

高，產出也高，對糧食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同時它所產生的

廢棄物和有害物質的數量也很龐大，大大削弱了農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)生產力，并造

成日益嚴重的農產品污染和環(huán)境污染等問題。

(6)對環(huán)境造成危害的污染物，采用一定的措施和技術，就能夠進行回收和循環(huán)利用，這

樣不但能夠減少環(huán)境污染，而且提高了資源的利用率，減少了資源的浪費。例如，對污水中

的重金屬或氮、磷等養(yǎng)分就可以進行回收再利用。因此說污染物是放錯了地方沒有被利用的

資源。

(7)在不同的國家有不同的改進措施。例如，在我國人多地少，應該大力發(fā)展生態(tài)農業(yè)。

實施的具體措施包括：可以根據田間作物的需要適量施用高效、低毒、低殘留的農藥，多施

有機肥，提高作物對水、肥等資源的利用效率，對作物秸稈和畜、禽糞便進行再利用，實現(xiàn)

物質的多級利用，等等。一方面要不斷提高土地的產出水平；另一方面要減少農業(yè)生產活動

對環(huán)境的污染，促進社會的可持續(xù)發(fā)展。

2.傳統(tǒng)經濟與生態(tài)經濟的區(qū)別是什么？

提示：(1)傳統(tǒng)經濟是大量使用化肥、農藥、機械的農業(yè)生產方式，不注重生態(tài)環(huán)境的保

護，經濟的發(fā)展以巨大的生態(tài)環(huán)境破壞為代價。

(2)生態(tài)經濟實現(xiàn)了原料一產品一原料一產品的生產體系，實現(xiàn)了廢棄物資源化的循環(huán)經

濟。具有少消耗、多效益、可持續(xù)的特點。

［歸納總結］

1.生態(tài)工程建設的原因分析

(1)傳統(tǒng)農業(yè)的生產模式一一石油農業(yè)

①模式內容：大量使用化肥、農藥、機械的農業(yè)生產模式。

②弊端：不注重生態(tài)環(huán)境的保護，沒有考慮成本，經濟的發(fā)展以巨大的生態(tài)環(huán)境破壞為

代價。

(2)建立生態(tài)經濟一一循環(huán)經濟

模式：實現(xiàn)原料產品的生產體系，實現(xiàn)廢棄物的資源化。

(3)生態(tài)工程與傳統(tǒng)農業(yè)的比較

比較項目生態(tài)工程傳統(tǒng)農業(yè)

基本原理生態(tài)學、工程學工程學

調節(jié)機制人為輔助下的自我調節(jié)人為調控

與環(huán)境的關系協(xié)調破壞環(huán)境

主要能源太陽能化學能

生物多樣性得到保護減少

2.生態(tài)工程概念的理解

(1)生態(tài)經濟的實質：能夠滿足我們的需求而又不會危及子孫后代滿足其需要的經濟，實

現(xiàn)“循環(huán)經濟”最重要的手段之一就是生態(tài)工程。

(2)對生態(tài)工程概念的理解，應注意以下幾點：

①涉及的學科知識有生態(tài)學、系統(tǒng)學、工程學、經濟學等。

②運用到的技術手段有系統(tǒng)設計、調控和技術組裝等。

③面臨的任務是對已破壞的生態(tài)環(huán)境進行修復、重建，對造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)的

生產方式進行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產力。

④最終目的是促進人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展。

⑤生態(tài)工程的特點是少消耗、多效益、可持續(xù)。

3.生態(tài)農業(yè)常見類型

(1)桑基魚塘模式。

人工建立的高產穩(wěn)產的農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。做到蠶糞養(yǎng)魚，魚糞肥塘，塘泥肥田、肥桑，從

而獲得稻、魚、蠶繭三豐收，如下圖所示：

■I加工廠卜_

?~1稻種

蠶糞塘泥塘泥秸稈

-----

(2)沼氣農田立體養(yǎng)殖模式。

該生態(tài)系統(tǒng)利用農作物發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，利用廢棄物實現(xiàn)物質的循環(huán)，保證能量的多級利用,

如下圖所示：

沼

渣

、

沼

液

作

肥

料|林地|

|沼氣池|

特別提醒：（1）“無廢棄物農業(yè)”不同于“石油農業(yè)”；“無廢棄物農業(yè)”的優(yōu)點是追求

物質循環(huán)利用，沒有廢棄物，很少對環(huán)境和資源造成破壞，但生產效率低；“石油農業(yè)”是

指大量使用化肥、農藥和機械的農業(yè)生產方式。雖然生產效率得到提高，但是對環(huán)境資源造

成了破壞。

（2）有了生態(tài)工程也不可以先污染后治理：生態(tài)恢復力有限，不能認為有了生態(tài)工程，就

可以先污染后治理。

頷T對底練珈

1.下列關于生態(tài)工程的敘述，不正確的是（）

A.當人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重問題時，生態(tài)工程應運而生

B.生態(tài)工程能減少環(huán)境污染

C生態(tài)工程以犧牲環(huán)境和資源為前提，生產出更多的產品

D.生態(tài)工程力求達到生態(tài)效益、經濟效益和社會效益的協(xié)調統(tǒng)一

C［本題考查對生態(tài)工程概念的理解。A項為生態(tài)工程產生的背景，B項為生態(tài)工程的意

義，D項為生態(tài)工程的目的。］

2.從生態(tài)工程的基本原理看，“生態(tài)經濟”就是（）

A.無廢料生產、無生態(tài)破壞的經濟發(fā)展模式

B.為了優(yōu)化和重建自然生態(tài)的經濟投資

C.先恢復生態(tài)環(huán)境，再發(fā)展經濟的發(fā)展計劃

D.為了更快發(fā)展經濟的生態(tài)資源利用

A［生態(tài)經濟主要是通過實行“循環(huán)經濟”的原則，使一個系統(tǒng)產出的污染物，能夠成

為本系統(tǒng)或者另一個系統(tǒng)的生產原料，從而實現(xiàn)廢棄物的資源化。］

埒究，學/_________________竺強工程所遵循的基本原理

［思考交流］

1.“西部大開發(fā)”是國家為振興西部提出的宏觀決策，在我國西北地區(qū)進行防護林建設

時，沒有種植適應當地環(huán)境的樹種，而是大量種植了不適應當地環(huán)境的楊樹。這主要是違背

了什么原理？

提示：違背了協(xié)調與平衡原理。

2.我國的植樹造林運動在世界上規(guī)模最大，因而人工林面積占世界首位，請你對我國的

植樹造林運動提出建設性意見。

提示：植樹造林時，要根據物種多樣性原理和協(xié)調與平衡原理，樹種絕不能單一，還要

根據當地的氣候、土壤等條件，因地制宜地植樹。

3.你能舉出系統(tǒng)整體功能大于部分之和的例子嗎？

提示：豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌為豆科作物提供氮素，而豆科作物為

其提供能量和其他營養(yǎng)，兩者的共生使豆科作物能夠在氮素缺乏的土地上生長；當把它們分

開時，兩者的生長都要受到損害。

［歸納總結］

1.判斷生態(tài)工程原理的方法

(1)如果強調充分利用廢棄物，則為物質循環(huán)再生原理。

(2)如果強調生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，則為物種多樣性原理。

(3)如果強調各成分之間關系，則為協(xié)調與平衡原理。

(4)如果強調社會、經濟和自然協(xié)調統(tǒng)一，則為整體性原理。

(5)如果強調整體大于部分之和，則為系統(tǒng)整體性原理。

以上所述只是一般規(guī)律，如果遇到特殊情況，還要具體分析，一個生態(tài)工程也可能涉及

多個原理。

2.整體性原理W系統(tǒng)整體性原理

(1)整體性原理是指社會、經濟、自然三方面協(xié)調統(tǒng)一，保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定與平衡，例

如，林業(yè)建設中自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)與經濟系統(tǒng)的關系問題，即種樹的同時考慮經濟收入、

糧食、燃料等問題，如圖所示：

(2)系統(tǒng)整體性原理屬于系統(tǒng)學和工程學原理之一，強調整體功能大于各部分之和，即“1

+1>2”，目的是保持系統(tǒng)有很高的生產力，互利共生的生物能體現(xiàn)系統(tǒng)整體性原理，如藻類

和珊瑚蟲、大豆和根瘤菌等。系統(tǒng)整體性是指系統(tǒng)各組分之間要有適當的比例關系，只有這

樣才能順利完成能量、物質和信息等的轉換和流通，并且實現(xiàn)總體功能大于各部分之和的效

果。

頷b對?點練習

1.下列有關生態(tài)工程的原理和事例的敘述中，錯誤的是()

選項有關事例相關的生態(tài)工程原理

A無廢棄物農業(yè)遵循物質循環(huán)再生原理

B在人工林中增加植被的層次遵循物種多樣性原理

C無錫太湖水體富營養(yǎng)化引起大面積水華違反協(xié)調與平衡原理

D前面造林，后面砍林違反系統(tǒng)學和工程學原理

D［本題著重考查生態(tài)工程遵循的基本原理。D項中講的是在追求生態(tài)效益時必須考慮到

社會效益、經濟效益，這明顯是整體性原理。］

2.如圖是我國南方嘗試的農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結構模式圖，它利用雛鴨旺盛的雜食性，吃掉

稻田里的雜草和害蟲，利用鴨不間斷地活動產生中耕渾水效果，刺激水稻生長，用作物養(yǎng)豬、

養(yǎng)鴨，用稻稈培育蘑菇、生產沼氣，豬、鴨糞、沼渣肥田，生產出無公害的大米與蛋肉類。

請據圖回答下列問題：

植物秸稈

I

葡萄糖

［B

乳酸等

蘑菇房

秸稈蔬菜大棚

(1)從生態(tài)學角度分析，人們建立圖示的農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的主要目的是

o該系統(tǒng)將植物秸稈、動物糞便等廢棄物合理地進行了應用，體現(xiàn)

了生態(tài)工程的原理。

(2)該系統(tǒng)將多個生態(tài)系統(tǒng)通過優(yōu)化組合，有機整合在一起，提高了系統(tǒng)生產力，體現(xiàn)了

生態(tài)工程中的原理。生產的大米無公害的原因是。

(3)在發(fā)酵裝置里的B過程中起重要作用的微生物，其細胞結構與水稻細胞最主要的區(qū)別

是O

(4)將蘑菇房與蔬菜大棚相通，可提高蔬菜產量，試分析其增產的原因：

蘑菇房與蔬菜大棚相通，比單純種植蔬菜和單純培育蘑菇帶來的效益之和還要高，體現(xiàn)

了生態(tài)工程中的原理。

［解析］(1)圖示農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)通過建立沼氣池，實現(xiàn)了廢物資源化和能量的多級利用，

遵循的是物質循環(huán)再生原理。

(2)圖中生態(tài)農業(yè)施用的都是有機肥，減少了化肥和農藥的使用量，因此生產的大米無公

害。

(3)發(fā)酵裝置中的微生物主要是乳酸菌，為原核生物，無以核膜為界限的細胞核。

(4)蘑菇為分解者，可將有機物分解為CO?等無機物，供蔬菜進行光合作用。

［答案］(1)實現(xiàn)物質的循環(huán)再生和能量的多級利用物質循環(huán)再生

(2)系統(tǒng)的結構決定功能減少了化肥和農藥的使用量，減少了對水的污染

(3)無以核膜為界限的細胞核(無成形的細胞核)

（4）蘑菇呼吸產生的二氧化碳可以供蔬菜進行光合作用，使其光合作用增強系統(tǒng)整體性

［課堂小結］

知識網絡構建核心語句歸納

1.生態(tài)工程建設的目的是遵循自然界物質

循環(huán)的規(guī)律，充分發(fā)揮資源的生產潛力，防

止環(huán)境污染，達到經濟效益和生態(tài)效益的同

步發(fā)展。

2.生態(tài)工程是一類少消耗、多效益、可持

續(xù)的工程體系。

3.運用生態(tài)工程可對遭到破壞的生態(tài)環(huán)境

進行修復和重建。

4.生態(tài)經濟主要通過實現(xiàn)“循環(huán)經濟”的

\^)vv原則，使一個系統(tǒng)產出的污染物，成為本系

統(tǒng)或另一個系統(tǒng)的生產原料，從而實現(xiàn)廢物

資源化。

5.生態(tài)工程的基本原理有物質循環(huán)再生原

理、物種多樣性原理、協(xié)調與平衡原理、整

體性原理、系統(tǒng)學和工程學原理。

1.下列關于生態(tài)工程的敘述，不正確的是（）

A.生態(tài)工程研究的對象是社會一經濟一自然復合生態(tài)系統(tǒng)

B.“退耕還林”“退耕還草”屬于生態(tài)工程的內容

C.生態(tài)工程應遵循“整體、協(xié)調、循環(huán)、再生”的原則

D.實施生態(tài)工程的目的是環(huán)境保護

D［生態(tài)工程研究的對象是社會一經濟一自然復合生態(tài)系統(tǒng)，其目的不單純是環(huán)境保護,

而是要實現(xiàn)社會、經濟、自然的協(xié)調發(fā)展，共同進步。］

2.建設生態(tài)農業(yè)時巧設、增設食物鏈的目的不包括（）

A.實現(xiàn)物質的分層次多級利用

B.實現(xiàn)能量的循環(huán)，使廢物資源化

C.加強生物防治，控制有害生物的危害

D.減輕污染，提高抵抗力穩(wěn)定性

B［物質可以循環(huán)，而能量是單向流動的，生態(tài)農業(yè)的設計實現(xiàn)了能量的多級利用。］

3.某草原牧區(qū)，在進行草場建設時，既注重不同牧草種類的搭配種植，又對單位面積內

的放牧量做了一定控制。這種做法體現(xiàn)了（）

A.實行“循環(huán)經濟”的原則

B.低消耗，多效益原則

C.遵循物種多樣性和協(xié)調與平衡原理

D.建立自然一社會一經濟復合系統(tǒng)

C［物種多樣性原理和協(xié)調與平衡原理都是生態(tài)工程建設中應當遵循的。進行牧區(qū)草場

建設時，既要考慮系統(tǒng)結構和功能的復雜性，又要考慮生物與環(huán)境的協(xié)調平衡，才能保證生

態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。］

4.下列關于生態(tài)工程的敘述，正確的是()

A.鄱陽湖濕地生態(tài)恢復工程屬于群落演替中的初生演替

B.“無廢棄物農業(yè)”主要體現(xiàn)了物種多樣性原理

C.在應用植物修復技術治理被重金屬污染的土壤時，需要選擇符合要求的植物，這遵循

了生態(tài)工程中的整體性原理

D.