第4讲生态工程
考点一| 生态工程的基本原理
(对应学生用书第261页)
[识记—基础梳理]
1．生态工程的概念
(1)原理和方法：生态学、系统学等学科。
(2)途径：通过系统设计、调控和技术组装。
(3)目标：修复或重建已破坏的生态环境，改善传统的生产方式，并提高生态系统的生产力，达到经济效益、生态效益和社会效益同步发展的工程体系。
(4)特点：是一类少消耗、高效益、可持续的工程体系。
2．生态工程的基本原理
(1)物质循环再生原理
①核心：生态学中的物质循环原理。
②含义：物质不断地在各类生态系统中进行区域小循环和全球大循环，实现物质的分层、分级利用。
(2)物种多样性原理
①核心：生态学中物种多样性与生态系统稳定性关系的原理。
②含义：物种多样性程度较高的生态系统抵抗力稳定性也较高。
(3)协调与平衡原理
①核心：生态学中生物与环境相适应的原理。
②含义：维持生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。如果超过环境承载力，就会引起系统的失衡和破坏。
(4)整体性原理
①核心：生态学、系统学和经济学相统一的原理。
②含义：生态工程是一个社会——经济——自然复合系统，只有统一协调各种关系，才能保障系统的平衡与稳定。
(5)系统学与工程学原理
①核心：系统学原理的核心是系统学中系统结构决定功能的原理，工程学原理的核心是系统整体性原理。
②含义：进行生态工程的设计时，要充分考虑人工生态系统内部不同成分之间的结构，通过优化这种结构，达到改善系统功能的目的。
[运用—考向对练]
◎考向对生态工程的概念和基本原理的理解
(2018·湖南长沙长郡中学第12次周测)在缤彩纷呈的生物世界，微生物似乎显得过于微小与沉寂。然而，它们在生态工程中有着重要的作用，如处理生活污水。请回答下列问题：
(1)生活污水流经某生活污水净化处理系统中的“厌氧沉淀池”、“曝气池”和“兼氧池”后得到初步净化，在这个过程中，微生物通过________呼吸将污水中的有机物分解。
(2)生态工程中所遵循的基本原理有________、________、协调与平衡原理、整体性原理、系统学与工程学原理等。
(3)一般来说，生态工程的主要任务是对已破坏的________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，追求________、经济、社会效益的统一。
(4)很多微生物只能分解某一种有机物，如果想培育出能分解生活污水中多种有机物的“超级微生物”，理论上可以采用________技术对现有微生物进行改造，该技术的核心是________。如果在个体水平上检测改造的微生物是否符合要求，可采用的检测方法是_________________________________。
[解析](1)厌氧沉淀池中的微生物通过无氧呼吸将污水中有机物分解，曝气池中的微生物通过有氧呼吸将污水中有机物分解，兼氧池中的微生物通过有氧呼吸和无氧呼吸将污水中有机物分解。(2)生态工程中所遵循的基本原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学与工程学原理等。(3)一般来说，生态工程的主要任务是对已破坏的生态环境进行修复、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，追求生态(或自然生态)、经济、社会效益的统一。(4)很多微生物只能分解某一种有机物，如果想培育出能分解生活污水中多种有机物的“超级微生物”，理论上可以采用基因工程技术对现有微生物进行改造，该技术的核心是基因表达载体的构建。如果在个体水平上检测改造的微生物是否符合要求，可采用的检测方法是用含不同种有机物的培养基分别培养改造后的微生物，观察其分解能力。
[答案](1)无氧和有氧(或细胞)
(2)物质循环再生原理物种多样性原理
(3)生态环境生态(或自然生态)
(4)基因工程(或基因拼接、转基因) 基因表达载体的构建用不同种有机物分别培养改造后的微生物，观察其分解能力
[规律总结] “网络法”理清生态工程概念和原理
1．概念
2．原理
考点二| 生态工程的实例
(对应学生用书第262页)
[识记—基础梳理]
1．我国的生态工程建设
(1)我国生态工程不仅要保护环境和资源，更迫切的是要以有限的资源为基础，生产出更多的产品满足人口增长与社会发展的需要。
(2)我国生态工程所研究的对象，不仅是自然或人为构造的生态工程，更多是社会—经济—自然的复合生态系统。
2．我国生态工程建设的实例
(1)治污生态工程
①内容：包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊或水源地治理生态工程等。
②涉及方面：固体、液体和有机废弃物的处理，生物肥料的研制、湖区污染的治理、塑料的再生利用等。
③实例：“人工湿地”生态工程：人为建设的利用湿地净化污水的生态工程。
(2)生态恢复工程
①概念：对于受到不同程度干扰或破坏的生态系统的保护、修复和改善。
②首要步骤(第一步)：恢复植被。
③实例：
a．矿山废弃地生态恢复工程：在植被恢复的过程中，要注意选择生长快、抗逆性强的树种，优先选择固氮树种，尽量选择适应性强的乡土树种和先锋树种。
b．林业生态建设：
ⅰ.目标：维护环境与发展经济。
ⅱ.基础：优化土地利用。
ⅲ.依据：发挥水土资源和生物资源的生产潜力。
c．西部的生态治理：西部环境恶化的实质是水土流失。
(3)生态农业工程
①依据：生态学理论。
②前提：环境与经济的协调发展。
③特点：多层次、多功能的农业生产。
④目的：促进物质在系统内的循环和重复使用，以最少的投入获取最大的经济效益和生态效益。
⑤指导思想：保持系统内生态平衡。
⑥实例：留民营村生态农业。
[理解—深化探究]
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．应当体现充分利用自然界的物质和能量资源的原则。
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。
[运用—考向对练]
◎考向生态工程实例分析
1．(2018·湖南四市模拟)某研究性学习小组参观长沙市郊建立的以沼气为中心、以保护生态环境为目标的“四位一体”生态农业(人居—种植—养殖—沼气)时绘出了如下模式图，请分析回答：
(1)构建以沼气为中心的“四位一体”生态农业时所依据的主要生态学原理是________________，该生态农业最大的优点是______________________。
(2)该生态系统的生产者是______________，蘑菇在该生态系统的成分中属于________。在农业生产上，将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，其原因是_____________________________________________________。
(3)利用植物秸秆生产乙醇时，植物秸秆经预处理后，被微生物A所产生的________酶水解，转化成葡萄糖。在控制________的情况下，能促进微生物B的发酵过程。写出微生物B发酵过程的相关反应：___________________。
(4)秸秆在沼气池中处理成沼渣后有利于植物的吸收利用，原因是_____
______________________________________________________________。
(5)为进一步提高经济效益，养猪场引进了一头肉质优良的花猪，运用________(填“DNA 重组”“核移植”或“胚胎分割”)技术可实现利用当地品种生产花猪的设想。
[解析] (1)图中的生态农业为无废弃物农业，通过农业废弃物资源化，实现物质的多级循环利用，减少污染，在资源有限的情况下，充分发挥资源潜力，建立良性物质循环体系，促进农业持续稳定地发展。(2)该生态系统的生产者为水稻、大豆和蔬菜，蘑菇为腐生真菌，是分解者。蘑菇通过细胞呼吸产生的CO 2能供给蔬菜进行光合作用。(3)植物秸秆的主要成分是纤维素，能在纤维素酶的催化下水解，转化成葡萄糖。微生物发酵产生乙醇需在无氧条件下，进行的是无氧呼吸。(4)秸秆中的有机物被分解为无机物，成为植物易于吸收的营养物质。(5)利用肉质优良的花猪的体细胞核与当地品种的卵母细胞的细胞质进行重组，获得的重组细胞再经过早期胚胎培养和胚胎移植即可实现利用当地品种生产花猪的设想。核移植技术也叫克隆技术。
[答案] (1)物质循环再生 提高物质和能量利用率，减轻环境污染(或实现物质和能量的多级利用，减少环境污染) (2)水稻、大豆和蔬菜 分解者 蘑菇细胞呼吸放出二氧化碳，
为蔬菜的光合作用提供原料 (3)纤维素 通气 C 6H 12O 6――→酶2C 2H 5OH ＋2CO 2＋少量能量 (4)
微生物将秸秆中的有机物分解为无机物 (5)核移植
2．(2018·海淀区模拟)如图是我国南方比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请分析回答下列问题：
(1)在不考虑人工投入的情况下，流经该生态系统的总能量(总初级生产量)是________________________。人们将蚕沙(蚕的粪便)投入鱼塘，被鱼等水生生物食用，蚕沙中所含的能量主要属于第________营养级。
(2)鱼等水生生物的排泄物及未被利用的有机物和底泥，其中一部分经过______________作用后可作为肥料，返回桑基，培育桑树。
(3)建立该人工生态系统的目的是实现对能量的________，提高能量的利用率。与种植单一作物的农田相比。该生态系统的自我调节能力________。
(4)建立该生态系统遵循的原理主要是________________、________________。
[解析] (1)粪便中的能量是未被同化的能量，故某一营养级生物粪便中的能量是上一