【本讲教育信息】
一、教学内容
生态工程的基本原理
二、良好开端
本节重点：
1、生态工程的特点；
2、生态工程建设的目的及原因；
3、生态工程遵循的五项基本原理及相应的实例
本节难点：生态工程遵循的五项基本原理及相应的实例
三、成功之旅
【知识点1】生态工程及其建设
（一）生态工程
1、基本原理和方法：生态学和系统学等学科。
2、手段：系统设计、调控和技术组装。
3、目的：
（1）对已破坏的生态系统进行修复、重建。
（2）对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。
（3）促进人类社会和自然环境的和谐发展。
（二）关注生态工程的建设
1、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：与传统工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。
3、原因：传统经济模式正在毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然资本。也就是说，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，例如“石油农业”。
（1）石油农业的含义：是指大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。由于需要大量的石油、煤、天然气等作为原料或动力而得名。
（2）优点：投入高、产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起了巨大作用。
（3）缺点：它所产生的废弃物和有害物质的数量很庞大，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。
4、建立生态经济和生态农业
生态经济：主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。
（1）实现“原料→产品→原料→产品”的生产体系，实现废弃物的资源化。
（2）改善“石油农业”的生产模式，大力发展生态农业。实施措施如下：
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，实现物质的循环再生，能量的多极利用等。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。
例题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：本题旨在考查生态工程的概念及建设的目的。生态工程是指应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，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传统生产方式进行改善，提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展，所以A、B、D三项均为生态工程建设的目的，单纯追求粮食产量可能会影响人类社会和自然环境的和谐发展，所以C项不正确。
答案：C
【知识点2】生态工程所遵循的基本原理
生态工程是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶，是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉产生的新兴学科。它遵循的基本原理如下：
（一）物质循环再生原理
1、内容
地球以有限的空间和资源，长久维持着众多生物的生存、繁衍和发展，奥秘就在于物质能够在各类生态系统中，进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽，用之不竭的效果。
而没有物质循环的系统，就会产生废弃物，造成环境污染，并最终影响到系统的稳定和发展。
2、实例：中国古代的“无废弃农业”，也是生态工程最早和最生动的一种模式。（如图所示）
（二）物种多样性原理
1、内容：
物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。农业和林业生产为追求最大产量，常常忽略生物多样性而连年种植单一品种，这往往会造成病虫害增加，环境恶化。
生物多样性程度高，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件。众多的生物通过食物链（食物网）关系互相依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量（生态学术语：是指某一时间单位面积或体积内实存生物的有机物质——干重的总量，包括生物体内所存食物的重量。）。
即使某个物种由于某种原因而死亡，也会很快由其他物种占据它原来的生态位置，从而避免了系统结构或功能的失衡。
2、实例
（1）反面：辽宁西部章古台地区的樟子松林，由于没有一条昆虫与其天敌相生相克的食物链，使得偶然滋生的松毛虫肆虐一时，很多地方的樟子松因此奄奄一息，甚至成为鸟兽了无踪影的“不毛之地”。如图所示
同样的原因，前几年仅一种小小的杨树天牛就将宁夏、内蒙古等地的几十株杨树毁于一旦。
（2）正面：由珊瑚虫和某些藻类共生组成的珊瑚礁区，生物多样性非常高。在澳洲的大堡礁内，仅目前记录的鱼类就有约1100种，还有超过300种的造礁珊瑚，以及无数已被命名或尚待发现的海洋无脊椎动物和藻类。不同生物在珊瑚礁区内占据不同的生态位置，它们通过食物链关系互相依存，使得珊瑚礁能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性，从而避免了系统结构或功能的失衡。
（三）协调与平衡原理
1、内容：是指生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力（又称环境容纳量：是指某种环境所能养活的生物种群的数量。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。
2、实例：太湖水体中氮、磷含量过高，引起水葫芦和藻类植物疯长，超过了太湖水体的环境承载力，使水中氧气耗尽，且植物体死亡后，分解过程产生大量的生物性毒素，进一步使鱼虾等生物死亡。
（四）整体性原理
1、内容：自然生态系统是通过生物与环境、生物与生物之间的协同进化而形成的一个不可分割的有机整体。人类也处在一个社会——经济——自然复合而成的巨大系统中。
进行生态工程建设时，不但要考虑到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。
2、实例：
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、烧柴以及收入等问题。因为往往是上述因素导致了农民对森林、灌木丛的过量砍伐。如果农民的生计得不到保证，随时会发生“前面造林，后面砍林”的现象。因此，只有把生态与经济结合起来，才能从根本上达到造林和护林的目的。
除此之外，社会习惯、法律制度等也都对生态工程建设有着重要的影响。建立在对系统成分的性质及相互关系充分了解基础之上的整体理论，是解决生态环境问题的必要基础。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、开发与环境建设之间的关系，才能保障生态系统的平衡与稳定。
（五）系统学和工程学原理
1、系统的结构决定功能原理
（1）内容：
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。
我们可以把系统的结构比作计算机网络，在计算机功能和台数相同的条件下，采用分布式结构，即各计算机均和两台或两台以上的计算机相联，工作的可靠性要比采用集中式和环式结构的可靠性高。（如图所示）因为分布式结构中，一般局部故障，不至于造成整个网络的瘫痪，而很多生态系统也存在着类似的现象。
（2）实例：
我国南方水网地区的“桑基鱼塘”模式，就是把很多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，大大提高了系统的生产力。这种模式几百年以来在我国的太湖和珠江三角洲地区长期流行，造就了发达的农村经济，太湖丝绸名扬世界，不能说与之没有关系。
2、系统整体性原理
（1）内容：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）实例：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。再例如，豆科植物和根瘤菌的共生关系。
例题2、珠江三角洲的农民充分利用自然条件，建立了该地特有的蔗基鱼塘和桑基鱼塘。根据图示回答问题：
（1）这种人工生态系统最基本的生物因素是 。要使它长期稳定发展，除了有稳定的 来源外，各种生物要 。
（2）建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量 ；其能量利用效率高的原因是其在营养结构上具有 特点。
（3）蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过 的作用可被桑基蔗基所利用。蚕粪中的氨经过 的作用，形成 被植物利用。
（4）概括地说，该生态系统功能的维持，取决于它的 。
（5）该生态系统把桑基鱼塘与蔗基鱼塘有机地组合在一起，优化了系统的结构，遵循
原理。
解析：（1）上图所示的各种结构构成一个人工生态系统，生态系统的成分包括生产者、消费者、分解者等生物成分和非生物的物质和能量，生物成分中最基本的是生产者和分解者，要维持某生态系统的稳定和发展，要有源源不断的能量供应，因为能量是单向流动且逐级递减的，并且各种生物成分要保持相对稳定。
（2）人工生态系统中的能量主要通过人类的活动使能量更多地流向对人类有益的部分，由于能量沿食物链逐级递减，所以要提高能量利用效率应实现多级利用。
（3）主要考查了分解者的作用及硝化细菌除臭的作用机理。分解者能将有机物分解为无机物，硝化细菌能将氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，释放能量合成有机物。
（4）在进行生态农业设计时，将桑基鱼塘和蔗基鱼塘进行优化组合，改善了系统的结构和功能，体现了系统结构决定功能的原理。
答案：（1）生产者和分解者 能量 保持相对稳定
（2）尽量多地流向对人类最有益的部分 多级利用
（3）分解者 硝化细菌 硝酸盐和亚硝酸盐
（4）生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动在较长时间保持动态平衡
（5）系统结构决定功能
四、考点分析
本专题的内容相对较少，在2008年江苏高考中基本没有涉及。但由于该部分内容在当前环境保护和经济发展中的重要作用，预计2009年考查的可能性很大，当然占分不一定很多。在考查形式上选择题的可能性较大，但也有可能被安排为非选择题中的某一问。
五、小结
生态工程的基本原理
1、物质循环再生原理
2、物种多样性原理
3、协调与平衡原理
4、整体性原理
5、系统学和工程学原理
【模拟试题】（答题时间：50分钟）
一、选择题
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
2. 我国在20世纪80年代兴起桑基鱼塘生产模式，实现了“原料——产品——原料一一产品”的循环生产模式，它不属于 （ ）
A. 生态经济 B. 循环经济 C. 生态工程 D. 生态农业
3. 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
4. 某些地区出现“前面造林，后面砍林”的现象，是因为发展中哪一原理失调造成的 （ ）
A. 协调与平衡原理 B. 整体性原理
C. 系统结构决定功能原理 D. 系统整体性原理
5. “1+1>
A. 物种多样性原理 B. 整体性原理
C. 协调与平衡原理 D. 系统学与工程学原理
6. 下列结构示意图能体现系统学和工程学原理的是 （ ）
7. 下列有关物种多样性的叙述错误的是 （ ）
A. 物种繁多使复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性
B. 生物多样性程度越高，各类生物的生存机会越多
C. 生物种类越繁多，引起病虫害的几率越大
D. 生物种类繁多，可以在有限的资源条件下，提高系统的生产力
8. 下列哪项叙述完全符合生态经济 （ ）
①建立“原料—产品—原料—产品”的无废料生产体系
②在资源不增加甚至减少的条件下实现经济增长
③在经济产出不变甚至增加的条件下，向环境排放的废弃物大大减少
④先生产后治理，提高经济效益
A. ①② B. ①②③ C. ②③ D. ②③④
9. 我国西北土地沙化和盐渍化非常严重，原因有多种，其中一个主要原因是超载放牧导致草地退化。试分析上述事实主要违背了生态工程的什么原理 （ ）
A. 系统整体性原理 B. 协调与平衡原理
C. 物种多样性原理 D. 整体性原理
10. 如图说明我国现有的生产模式严重违反了什么生态工程原理 （ ）
A. 整体性原理 B. 协调与平衡原理
C. 系统的结构决定功能原理 D. 物质循环再生的原理
二、非选择题
11. 下图是我国华北平原某一较为原始的田园生态系统的示意图，请据图回答下列问题：
（1）图中______________为田园生态系统的生产者，之所以说它们是整个生态系统的生存基础，主要是因为________________________________________________；之所说它们对维持生物圈的稳定也有重要作用，是因为_________________________________________
______________________________________________________。
（2）图中的鼠属于__________________，其数量之所以能稳定在一定水平，主要是因为_____________________________________________________。
（3）近十年来，图中的鹰、猫头鹰和蛇的数量呈直线下降，其主要原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
（4）随着化工工业的发展，机动车辆的猛增，图中的C时常是_________性，严重时会对动植物造成危害，C落入水和土壤中后，其中的_______________会被植物吸收利用，这是自然界中 __________________元素循环的重要环节。
（5）在下图所示的坐标系中表示出图中猫头鹰和鼠在较长时期内的数量变化及关系（提示：按自然条件考虑）。
12. 阅读以下资料，回答下列问题：
自2000年10月开展“南京莫愁湖物理生态示范实验研究”开始，相继引种了浮水植物、沉水植物共计10余种，在围隔区内已经形成了以沉水植物为优势的水生植物群落。试验区内营养盐的浓度得到有效控制，如试验区内氨氮和总氮仅分别为试验区外的1/13和1/5，有效地改善了水质。
（1）此项生态工程依据的生态学原理有__________________、__________________、___________________、________________________和_____________________________。
（2）生态工程的调控机制是_________________________，主要利用的能源是____________。
（3）一些发达国家的生态工程建设主要依据生态系统的_______________________，达到了以________________为主，________________为辅的程度。而在我国的生态工程建设中，______________仍起着较大作用，强调按预期目标，因地制宜地调整复合生态系统的结构和功能。
（4）生态工程的主要目的在于___________________________________________。
【试题答案】
一、选择题
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题号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
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答案 |
C |
C |
C |
B |
D |
D |
C |
B |
B |
D |
二、非选择题
11、⑴A和B
它们能通过光合作用，使光能流入生物界，供生物的生命活动所利用 它们能通过光合作用，呼吸作用，分解转化作用，促进自然界中的物质循环 ⑵ 初级消费者 猫头鹰和蛇对它的种群密度有调节作用 ⑶ 农民大量施用农药杀灭农业害虫时，农药通过食物链在鹰、猫头鹰和蛇体内富集，使它们中毒死亡，或者鹰、猫头鹰和蛇捕捉了误食鼠药的鼠而中毒死亡
⑷酸
S 、N 化学
⑸略
12、（1）物质循环再生原理、协调与平衡原理 、整体性原理、系统学和工程学原理、物种多样性原理 （2）人为辅助下的自我调节，太阳能 （3）自我调节理论，回归自然，人为调控，人为调控 （4）建造和调控人工生态系统，使生物与环境之间变得高效和谐。