高中生物人教版 (2019)选择性必修2第4章 人与环境第3节 生态工程课后练习题

4.3  生态工程

教学目标

教学重点 

1. 生态工程的基本原理。
2. 生态工程的实例。

教学难点 

生态工程的基本原理。

知识点01  生态工程

1. 概念：

    生态工程是指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与特点

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。

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。

知识点02  生态工程遵循的基本原理

   生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。

1.自生

    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。

（1）自生原理的条件

    ①遵循自生原理，需要在生态系统中有效选择生物组分并合理布设。

    一般而言，应尽量提高生物多样性程度，利用种群之间互利共存关系，构建复合的群落，这样即便某个种群消亡，其他种群也能弥补上来，从而有助于生态系统维持自生能力。

②要维持系统的自生，就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

    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。

    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

    在进行生态工程建设时，生物与环境、生物与生物的协调与适应也是需要考虑的问题。

    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

    进行生态工程建设时，不仅要考虑自然生态系统的规律，更要考虑经济和社会等系统的影响力。

整体性原理的原则：

①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；    

②进行生态工程建设时，不仅要考虑自然生态系统的规律，更要考虑经济和社会等系统的影响力。

③社会习惯、法律制度等也对生态工程建设有着重要影响。

    只有应用整体性原理,才能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。

知识点03  生态工程的实例及发展前景

1.实例

2.发展前景

（1）对生态工程治理应持有的态度

在肯定生态工程的作用，特别是看到它在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，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“先污染、破坏，后治理”的老路。

（2）我国生态工程存在的问题

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。
③生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持。
④缺乏理论指导。

（3）我国目前面临的生态危机及对策

对策：发挥生态工程建设的作用，重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。

3.我国生态工程的前景

    我国党和政府高度重视生态文明建设，在党的十九大报告中，首次把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标，对生态文明建设提出了一系列新思想、新目标、新要求和新部署，为建设美丽中国提供了指导方针和行动指南。中华民族传承古老的天人合一理念，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。今天，古老的智慧融合了现代科学成就，生态工程的发展和应用，将在建设美丽中国的过程中大有作为。

未来的人民，无论在乡村，还是在城市，都一定能“望得见山，看得见水，记得住乡愁”。

考点01   生态工程的基本原理

生态工程是指应用生态系统中物质循环原理，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，其目的是将生物群落内不同物种共生、物质与能量多级利用、环境自净和物质循环再生等原理与系统工程的优化方法相结合，达到资源多层次和循环利用的目的。

生态工程的基本原理是自生、循环、协调和整体。其中自生、循环、协调是自然生态系统的功能，也是人类期望生态工程所能实现的功能或达到的状态；整体既是指生态系统是一个有机整体，又是指人类应综合考虑社会、经济、自然等多方面因素，以整体观指导生态工程建设。

1.自生

自生是指系统的自我维持与发展进化。生物是生态系统中最具有活力的组分。从生命系统的结构层次上看，不论从细胞，还是到生物圈，只要存在“活”的组分，那么生命活动就能自主进行，正常运转。自生原理涉及自组织、自我调节、自我优化、自我更新和维持等机制。生态工程中，人的作用体现在两个环节，一是根据种间关系及不同生物的生态位，合理布设生物组分和多样性水平，为一些生物组分的相互作用提供机会；二是生态工程建成后，人类对它进行管理，保证系统向着期望的方向发展。如果一个生态工程运转后逐渐衰弱甚至崩溃，又或几乎完全依赖人工控制，那么些生态工程没有实现“自生”。

2.循环

理论基础：物质循环。物质在生物与环境之间循环往复。生态工程能实现资源的循环利用，如无废弃物农业。遵循循环的原理可避免环境污染，有利于系统的稳定性和发展。

3. 协调
       理论基础：生物与环境的协调与平衡。自然生态系统是长期演化和发展的结果，在一定时间内，其结构和功能保持相对协调和稳定。生态系统的自我调节能力是有限的，一旦超过限度，生态系统的结构和功能就可能被破坏。如樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦；为什么珊瑚礁区却能在养分稀少的深海中保持着很高的生物多样性；水葫芦泛滥对生态系统造成的影响，生物多样性的破坏有人为因素么？处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡，还需要考虑环境容纳量，才能使生态系统得以“自生”。

4.整体

理论基础：社会—经济—自然复合系统。整体性原理是系统原理要点之一。指系统要素之间相互关系及要素与系统之间的关系以整体为主进行协调，局部服从整体，使整体效果为最优。实际上就是从整体着眼，部分着手，统筹考虑，各方协调，达到整体的最优化。

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、物质和信息等的转换和流通，并实现总体功能大于各部分之和的效果。

整体性原理要兼顾生态效益、社会效益和经济效益。针对复合生态系统建设生态工程，要考虑自然生态系统的合理性、经济系统的利润和社会系统的效益。只有应用整体性原理,才能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。

在进行生态工程设计时，应先考虑整体原理，综合自然、经济和社会3个系统的状态，协调局部与整体、开发与保护、当前与长远的关系，进而确定合理的生态工程目标。生态工程的基本原理并不是孤立的，建设不同类型的生态工程时有所侧重，但一般要综合考虑。

【典例1】豆科植物和固氮菌互利共生，当把它们分开时，两者的生长都要受到损害，这体现的生态工程的原理是（）

A. 系统的结构决定功能原理 B. 整体性原理
C. 系统整体性原理 D. 协调与平衡原理

【典例2】设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，下图就是一种“加环”示意图。据图判断下列说法中正确的是（     ）

A. 用残渣来培育食用菌和蛆蛹，提高了能量的传递效率
B. 用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益
C. 用蛆蛹粪便作有机肥还田，运用了能量物质循环再生原理
D. 在离开人的管理条件下，该生态工程仍可以正常运转

【典例3】下面有关实例与生态工程原理不相匹配的是（）

A. “无废弃物农业”——物质循环再生原理
B. 大豆和根瘤菌——整体性原理
C. “三北”防护林——物种多样性原理
D. 太湖富营养化问题——协调与平衡原理

【典例4】居住在林区的农民“靠山吃山”是他们生活的根本。当进行林业工程建设时，一方面号召农民种树，另一方面考虑林区农民的生活问题，使改善生态和发展经济结合起来，才能真正做到造林护林。这种做法遵循的是（　　）

A. 物种多样性原理   B. 整体性原理  C. 生态位原理   D. 食物链原理

【典例5】下列有关生态工程的基本原理的叙述，不正确的是（　　）

A. 与石油农业相比，“无废弃物农业”最大的优点是遵循了物质循环再生的原理
B. 根据协调与平衡原理，一个生态系统中种群的数量不应超过环境容纳量
C. 根据整体性原理，不仅需要考虑自然生态系统的规律，还需考虑经济和社会等系统的影响力
D. “总体功能大于各部分之和的效果”遵循的是系统的结构决定功能原理

题组A  基础过关练

单项选择题

1.下列有关生态工程的叙述，错误的是(    )

A. 生态工程是生态学与系统工程学的有机结合
B. 生态工程追求经济、生态和社会效益的同步发展
C. 生态工程的基本特点是无消耗、无污染、高效益
D. 生态工程可促进人类社会和自然环境的和谐发展

2.下列关于生态工程的相关叙述中错误的是( )

A. 生态工程是实现循环经济的最重要手段之一
B. 农村综合发展型生态工程实现了物质和能量的循环利用
C. “平堤行洪、退田还湖、移民建镇”是湿地恢复工程的重要方针
D. 城市环境生态工程建设的主要原理是协调与平衡原理、整体性原理

3.城市生活垃圾提倡分类回收处理，实现废物资源化利用。与该做法关系最密切的生态工程原理是(    )

A. 物种多样性原理 B. 整体性原理
C. 物质循环再生原理 D. 系统学与工程学原理

4.下列有关生态工程实例的叙述不正确的是(    )

A. 我国在西部地区实行退耕还林还草工程，这属于大区域生态系统恢复工程
B. 在对城市进行规划和布局时，要进行城市生态分区
C. 在生态工程建设时，应积极利用自然生态系统的强大自我恢复力，节省投资
D. 我国生态工程的应用范围比发达国家小，也不那么强调经济效益

5.下列观点不符合生态农业建设思路的是（）

A. 调整产业结构，开发多种经营 B. 保持生态系统内的生态平衡
C. 以高能量获得农业的高产量 D. 循环利用农业废弃物

6.随着“绿水青山就是金山银山”理念的提出，生态经济的重要性日益增显。下列有关叙述错误的是（）

A. 生态经济所遵循的主要原则是循环经济
B. 生态工程的特点是无消耗、多效益、可持续
C. “无废弃物农业”遵循的基本原理是物质循环再生原理
D. 在湿地的周围建立缓冲带可使湿地依靠自然演替机制恢复其生态功能

7.如图为某地的生态工程建设模式图，下列说法中，错误的是（　　）

A. 各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料，人、畜、禽的粪便作为原料生产沼气，沼渣水返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼 塘，这体现了生态工程的物质循环再生原理
B. 该生态工程种植不同的农作物、果树、苗木，饲养牛、猪、鸡等多种畜禽，这体现了生态工程的物种多样性原理
C. 该生态工程建设模式的最大优点是能够实现能量和物质的循环利用
D. 生态工程是一类少消耗、多收益、可持续的工程体系

8.如图是某农户家庭种、养系统示意图。下列有关叙述错误的是（　　）

A. 设计该生态工程主要运用了生态工程的物质循环再生原理
B. 作物是该生态系统的主要成分，是其他生物所需物质和能量的来源
C. 该生态工程实现了物质的循环利用，提高了能量传递效率，因而提高了经济效益
D. 塘泥、粪等为作物的生长提供营养，离不开土壤微生物的分解作用

9.某生态工程的设计过程中，四位工程师依次表达了自己的设计理念。

甲：进行生态工程建设时，不仅要考虑自然生态系统的规律，更要考虑经济和社会等系统的影响力；乙：进行生态工程建设时，需要处理好生物与生物、生物与环境的平衡与适应，需要考虑环境容纳量；丙：生态工程建设时，应尽量提高生物多样性的程度，构建复合群落，有效选择生物组分并合理布设。丁：通过系统设计，使前一环节产生的废物尽可能被后一环节利用，以减少整个生产环节中废物的产生。

请问甲、乙、丙、丁四位工程师分别从哪个原理提出自己的理念？（     ）

A. 整体、协调、自生、循环 B. 整体、自生、协调、循环
C. 循环、协调、自生、整体 D. 循环、自生、协调、整体

10.下图为某农业生态工程的模式图，下列叙述错误的是  （）

A.  建立沼气池可提髙人类对光合产物中的能量利用率
B.   沼渣、沼液还田的主要目的是为农作物提供有机物
C.  该生态工程中应用了物质的良性循环技术
D.   该生态工程的设计体现了整体性原理

题组B  能力提升练

一、单项选择题

1.下列关于生态工程原理的叙述，正确的是（）

A. “1＋1>2”体现了生态工程的整体性原理
B. “前面造林，后面砍林”的现象违背了系统整体性原理
C. 生态农业的建立，实现了物质和能量的多级循环利用
D. 太湖大面积水华，违反了协调与平衡原理

2.“无废弃物农业”是生态工程最早的模式之一。如图是“无废弃物农业”中对有机废弃物进行处理的一种方案。有关叙述不正确的是（）

A. 施用有机肥能为作物提供更多的营养物质和能量
B. 从废弃物资源化、无害化角度分析，途径②、③优于④
C. 该模式遵循自生、整体原理等基本原理
D. 蚯蚓、沼气池中的微生物等分解者能有效促进物质循环利用

3.下列关于生态系统和生态工程的叙述，错误的是（    ）

A. 生态系统趋于稳定时，系统内的物质循环趋于自给自足
B. 生态系统趋于稳定时，系统内能量的散失趋于逐渐减少
C. 将破碎的生境恢复到被破坏前状态的工程举措，应遵循生态学原理
D. 生态恢复是通过各种方法改良和重建已经退化或破坏了的生态系统

4.甲鱼的生理习性较特殊，使得甲鱼养殖水体因为大量饵料投放而污染严重。为了改善甲鱼池水质，有人设计了下图所示的甲鱼养殖废水净化生态系统。有关叙述 不正确的是（）

A. 蔬菜、浮游植物是该生态系统的主要成分
B. 养殖池中的废水可以为蔬菜提供物质和能量
C. 建立该生态系统主要依据的原理是物质循环再生
D. 该系统中的物质循环离不开水体中微生物的分解作用

5.“无废弃物农业”是生态工程最早的模式之一。如图是“无废弃物农业”中对有机废弃物进行处理的一种方案。有关叙述不正确的是（）

A. 施用有机肥能为作物提供更多的营养物质和能量
B. 从废弃物资源化、无害化角度分析，途径②、③优于④
C. 该模式遵循物质循环再生原理、整体性原理等基本原理
D. 蚯蚓、沼气池中的微生物等分解者能有效促进物质循环利用

6.随着城市化的发展，城市水污染问题日益突出。建立人工湿地公园是解决城市水污染的一种有效途径，右面是人工湿地处理城市污水的示意图。下列有关说法正确的是( )

A. 流经该生态系统的总能量要大于该系统生产者所固定的全部太阳能
B. 挺水植物芦苇在湿地边沿随地势高低分布不同，属于群落的垂直结构
C. 绿藻、黑藻可吸收城市污水中的有机物，并用于自身的光合作用
D. 人工湿地净化污水时，体现了该湿地生态系统的恢复力稳定性

7.“无废弃物农业”是生态工程最早的模式之一。如图是无废弃物农业中对有机废弃物进行处理的一种方案。下列有关叙述错误的是(    )

A. “物质循环再生”是“无废弃物农业”遵循的主要生态学原理
B. 施用有机肥能为绿色植物提供更多的营养物质和能量
C. 从资源化、无害化角度分析，途径②、③优于④
D. 通过蚯蚓、沼气池中的微生物等分解者能有效地促进系统中物质的循环利用

二.填空题

8.某现代生态循环农业示范区的发展模式如下图。

回答下列问题：

（1）流经该生态系统的能量有________。

（2）如果用焚烧的方式处理秸秆，带来的危害有________（答出2点即可）。

（3）回收的农业废弃物可投入________中产生沼渣沼液。与施用化肥相比，茶园施用沼渣、有机肥的优点有________（答出2点即可）。

（4）与传统农业相比，该生态农业的优点有________。从生态学角度分析，建立该农业生态系统的主要目的是________。

（5）建立该生态农业遵循的基本原理主要有________（答出3点即可）。

题组C  培优拔尖练

一、单项选择题

1.以下事例与其遵循的生态工程原理搭配不合理的是：（　　）

A. ① B. ② C. ③ D. ④

2.“猪—沼—茶”是华南山地丘陵地区常见的生态农业模式，由种植（茶树）、养殖（猪）、农户（人）和沼气生产（微生物）四个子系统构成。该生态农业模式（）

A. 是由茶树、猪、人和微生物组成的生态系统
B. 实现了物质和能量在系统中的多级循环利用
C. 注重系统内部的自身调节作用，不需要外部投入
D. 使整个生产过程进入了废物资源化的良性循环

3.用经过处理后的鸡粪沼液来培养小球藻，可降低沼液中的氨氮、总磷的含量。下列叙述正确的是（　　）

A. 鸡粪便中所含的能量属于鸡未摄入的能量
B. 小球藻利用鸡粪便中的能量制造有机物的过程属于初级生产
C. 对鸡粪沼液的处理能提高营养级之间能量的传递效率
D. 用鸡粪沼液培养小球藻符合生态工程的物质循环再生原理

4.“要金山银山，更要青山绿水”，环境治理与经济可持续发展将是时代的主旋律。根据这一思想和生态学知识。下列说法错误的是（　　）

A. 生物圈是一个在物质和能量上都能自给自足的系统
B. 面对温室效应加剧问题，主要通过各国节能减排来解决
C. 生态农业利用的主要生态学原理是物质循环再生和能量多级利用
D. 低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡

5.下图表示温室内的“鱼—菜互生”人工种植养殖系统,该系统实现了“养鱼不换水,种菜不用土和肥”的“鱼—菜互生”良性循环,为人们提供较多的蔬菜和鱼。下列叙述错误的是（）

A. 蔬菜是生产者,可净化水质并为温室中的生物提供氧气
B. 鱼类的粪便等被微生物分解后为蔬菜提供物质和能量
C. 输入该生态系统太阳能的总量小于输出该系统的能量
D. 建立该种植养殖系统依据的主要原理是物质循环再生

6.下列关于生态农业的相关叙述，正确的是（　　）

A. “桑基鱼塘”利用了系统的结构决定功能原理
B. 生态农业是无消耗、多效益、可持续的工程体系
C. 农业生态系统的抵抗力稳定性比自然生态系统高
D. “无废弃物农业”实现了物质和能量的循环利用

7.某富营养化河流生态修复工程如图所示，下列叙述不正确的是（　　）

A. 曝气可增加厌氧微生物降解有机污染物的能力
B. 吸附基质增加了微生物附着的表面积，提高了净化效果
C. 植物浮床能吸收水体中的氮、磷等，减少水体富营养化
D. 增加水体透明度，能进一步恢复水体中水草的生长

8.生态农业是能获得较高的经济、生态和社会效益的现代化农业。下列关于生态农业的叙述不正确的是（　　）

A. 该生态系统中食物链和营养级越多越好
B. 比传统农业生态系统的抵抗力稳定性强
C. 设计的主要原理是能量的多级利用和物质循环再生
D. 属于人工生态系统，对病虫害一般采用生物防治

9. 如图是“果一畜一沼”循环农业模式的简图，该模式兼顾了农业的经济效益、社会效益和生态效益，优化了农业生态系统的结构和功能。下列相关叙述正确的是（　　）

A. 长期使用沼液和沼渣的土壤中有机质含量显著提高，微生物活动活跃
B. 动物的同化量有呼吸作用散失和以粪便的形式被分解者利用两种去向
C. 果树和蔬菜为生产者，常采用标志重捕法调査果蔬叶片上蚜虫的种群密度
D. 与传统农业相比，该模式能提高能量传递效率和物质循环再利用率

二、填空题

10.“无废城市”是一种先进的城市管理理念，远景目标是最终实现整个城市固体废物产生量最小，资源化利用充分和处置安全的“无废社会”。我国有多个城市将垃圾分类和污水处理纳入法制框架，利用微生物和如下污水处理反应器，分解有机污染物，实现对污水的高效处理。回答下列问题：

（1）生态工程的主要任务是对________________________进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，其中生态经济主要遵循的原则是________________。

（2）根据垃圾分类的需求，请你列举出城市垃圾的处理办法：___________________________。

（3）污水处理反应器中微生物的代谢类型为________，属于生态系统的________（成分）。应用此技术遵循的原理主要是________（选择下列序号填写），实现环境与经济效益的双赢。

a．促进物质循环再生    b．物种多样性原理    C．整体性原理
（4）用污水处理反应器处理海产品加工的高盐度废水时，常常出现处理效率极低的问题，可能的原因是___________________，应对处理的方法是_______________________________。

11.2019年6月3日，习近平总书记对垃圾分类工作作出重要指示，强调培养垃圾分类的好习惯，为改善生活环境作努力，为绿色发展、可持续发展作贡献；实行垃圾分类，关系广大人民群众生活环境，关系节约使用资源，也是社会文明水平的一个重要体现。

“无废城市”是以创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念为引领，通过推动形成绿色发展方式和生活方式，持续推进固体废物源头减量和资源化利用，最大限度减少填埋量，将固体废物对环境的影响降至到最低的城市发展模式。实行垃圾分类是建设“无废城市”的前提和基础。

“无废城市”的工作重点之一是践行绿色生活方式，推动生活垃圾源头减量和资源化利用。生活垃圾包括城市居民日常生活丢弃的家庭生活垃圾（包括有机物、无机物和干电池、荧光灯管等危险品）与厨余垃圾、环卫部门道路清扫物及部分建筑垃圾。

城市生活垃圾能源化综合利用模式的部分过程如图所示：
 

自然界存在的有机物，几乎都能被微生物降解。堆肥处理就是依靠自然界广泛分布的微生物，通过生物转化，将城市垃圾中易于生物降解的有机组分转化为腐殖质肥料、沼气或其他转化产品（如饲料蛋白、乙醇或糖类），从而达到城市垃圾无害化和资源化的一种处理方法。根据处理过程中起作用的微生物对氧气需求的不同，生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。

请根据上面的材料，回答下列问题：

（1）上述材料讨论的话题是________。

（2）“无废城市”建设遵循的生态工程原理有________。

（3）参与垃圾堆肥的各种微生物属于生态系统成分中的________。你认为用堆肥法处理有机垃圾的优点是________。

（4）有氧堆肥过程中产生的臭味主要来自，可利用________（填生物名称）将其转化成，从而去除臭味；生物燃料中的沼气、乙醇来自微生物的________呼吸。

（5）堆肥处理后产生的肥料产品与处理前相比总能量________（填“增加”、“不变”或“减少”），产品的肥效________（填“增加”、“不变”或“减少”）。

（ 6）依据上述材料，你认为可以为“无废城市”做些什么? ________。