第4講 生態(tài)工程 1．(2014年重慶卷)為治理某廢棄采石場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境，對(duì)其進(jìn)行了公園化建設(shè)。 (1)對(duì)該廢棄采石場(chǎng)進(jìn)行整理和覆土，并選擇適生植物進(jìn)行人工造林，不同恢復(fù)時(shí)期的植物物種數(shù)如上圖所示。t0→t1，植物殘?bào)w及凋落物中的有機(jī)物被生態(tài)系統(tǒng)中的______________轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物，使土壤條件得到改善；同時(shí)由于人工林土壤中存在________________________，導(dǎo)致群落中植物物種數(shù)增加；t1→t3，人工林抵抗力穩(wěn)定性的變化是____________；群落中植物物種數(shù)逐漸增加，物種之間__________加劇。 (2)通過(guò)人工林建設(shè)和園林景觀構(gòu)建，既改善了生態(tài)環(huán)境，又可提高社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，這主要體現(xiàn)了生態(tài)工程的__________________原理。 【答案】(1)分解者　種子或其他繁殖體　增強(qiáng)　競(jìng)爭(zhēng) (2)整體性(系統(tǒng)論) 【解析】(1)t0→t1，植物殘?bào)w及凋落物中的有機(jī)物被生態(tài)系統(tǒng)中的分解者分解成無(wú)機(jī)物，使土壤條件得到改善。改造的廢棄采石場(chǎng)的土壤中存在一些種子或其他繁殖體，所以在群落演替過(guò)程中植物物種數(shù)會(huì)增加。t1→t3，由于人工林中的植物物種數(shù)增加，所以人工林的自我調(diào)節(jié)能力逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)致人工林的抵抗力穩(wěn)定性也逐漸增加。在一個(gè)群落中，植物之間因光照、土壤中的水分和無(wú)機(jī)鹽等因素而具有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。(2)生態(tài)工程的整體性原理是指進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時(shí)，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(jīng)濟(jì)和社會(huì)等系統(tǒng)的影響力。 2．(2013年廣東卷)污水處理廠的污泥富含有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)成分，可用作肥料，但其多環(huán)芳烴(PAHs)等有機(jī)污染物含量通常較高，施入土壤會(huì)帶來(lái)二次污染。生物質(zhì)炭是由作物廢棄秸稈等炭化而成。將污泥、含7%生物質(zhì)炭的污泥均堆放一段時(shí)間后用于盆栽實(shí)驗(yàn)，研究它們對(duì)黑麥草生長(zhǎng)及PAHs遷移的影響，結(jié)果如表所示。 測(cè)定項(xiàng)目 紅壤 紅壤＋污泥 紅壤＋含7%生物質(zhì)炭的污泥 土壤PAHs含量/(μgkg－1) 527 1 079 765 黑麥草葉綠素含量/(mgg－1) 2.0 2.1 2.3 黑麥草每盆干重/g 1.7 2.3 2.7 黑麥草PAHs含量/(μgkg－1) 401 651 428 (1)生物質(zhì)炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，能改善土壤的通氣狀況，使根系細(xì)胞________加強(qiáng)，________合成增加，從而促進(jìn)根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收。 (2)由表可知，施用含生物質(zhì)炭的污泥______________________________，從而促進(jìn)黑麥草生長(zhǎng)；污泥的施用使土壤和黑麥草的PAHs含量________，但生物質(zhì)炭的輸入________________________________，從而降低PAHs污染的風(fēng)險(xiǎn)。由此可見(jiàn)，生物質(zhì)炭有望用作污泥改良劑，促進(jìn)污泥的推廣應(yīng)用。污泥的應(yīng)用符合生態(tài)工程的________________原理。 【答案】(1)有氧呼吸　ATP (2)使黑麥草葉綠素含量提高，促進(jìn)光合作用的進(jìn)行，有利于有機(jī)物的積累　增加　降低了土壤中PAHs的含量和黑麥草對(duì)PAHs的吸收和積累　物質(zhì)循環(huán)再生 【解析】(1)由題中信息可知，生物質(zhì)炭能改善土壤的通氣狀況使氧氣含量增加，從而促進(jìn)了根細(xì)胞的有氧呼吸，根系對(duì)土壤中的礦質(zhì)元素的吸收方式為主動(dòng)運(yùn)輸，主動(dòng)運(yùn)輸需要消耗能量(ATP)，而有氧呼吸能釋放大量能量(ATP)。(2)由表中數(shù)據(jù)可看出黑麥草的干重與葉綠素含量呈正相關(guān)，用含生物質(zhì)炭的污泥培養(yǎng)的黑麥草的葉綠素含量和每盆干重比用紅壤、紅壤＋污泥培養(yǎng)的黑麥草的葉綠素含量和每盆干重多，所以施用含生物質(zhì)炭的污泥可提高黑麥草中葉綠素的含量，從而提高黑麥草光合作用，進(jìn)而促進(jìn)黑麥草的生長(zhǎng)；表中數(shù)據(jù)顯示施用污泥可使土壤和黑麥草中PAHs含量增加，施用生物質(zhì)炭后測(cè)得的這些數(shù)值降低，說(shuō)明生物質(zhì)炭能降低土壤中PAHs的含量，從而降低PAHs污染的風(fēng)險(xiǎn)；生物質(zhì)炭可作為污泥改良劑促進(jìn)污泥被植物重新利用，同時(shí)降低環(huán)境污染，符合生態(tài)系統(tǒng)工程的物質(zhì)循環(huán)再生原理。 3．(2011年全國(guó)新課標(biāo)卷)現(xiàn)有一生活污水凈化處理系統(tǒng)，處理流程為“厭氧沉淀池→曝氣池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活著水生植物、昆蟲(chóng)、魚(yú)類、蛙類等生物。污水經(jīng)凈化處理后，可用于澆灌綠地?；卮饐?wèn)題： (1)污水流經(jīng)厭氧沉淀池、曝氣池和兼氧池后得到初步凈化。在這個(gè)過(guò)程中，微生物通過(guò)______________呼吸將有機(jī)物分解。 (2)植物池中，水生植物、昆蟲(chóng)、魚(yú)類、蛙類和底泥中的微生物共同組成了________(填“生態(tài)系統(tǒng)”“群落”或“種群”)。在植物池的食物網(wǎng)中，植物位于第______營(yíng)養(yǎng)級(jí)。植物池中所有蛙類獲得的能量最終來(lái)源于________所固定的________能。 (3)生態(tài)工程所遵循的基本原理有整體性、協(xié)調(diào)與平衡、____________和______________等原理。 (4)一般來(lái)說(shuō)，生態(tài)工程的主要任務(wù)是對(duì)______________________進(jìn)行修復(fù)，對(duì)造成環(huán)境污染和破壞的生產(chǎn)方式進(jìn)行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力。 【答案】(1)無(wú)氧和有氧(或細(xì)胞) (2)群落　一　生產(chǎn)者　太陽(yáng) (3)物質(zhì)循環(huán)再生　物種多樣性 (4)已被破壞的生態(tài)環(huán)境(或受損的生態(tài)系統(tǒng)) 【解析】(1)依據(jù)題干信息分析，污水流經(jīng)厭氧沉淀池時(shí)，有些微生物能通過(guò)無(wú)氧呼吸分解有機(jī)物；流經(jīng)曝氣池時(shí)，有些微生物能通過(guò)有氧呼吸分解有機(jī)物；流經(jīng)兼氧池時(shí)，微生物能通過(guò)有氧呼吸和無(wú)氧呼吸分解有機(jī)物。(2)植物池中所有的生物構(gòu)成了群落。植物處于食物鏈的第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)；植物池中所有蛙類獲得的能量最終來(lái)源于生產(chǎn)者所固定的太陽(yáng)能。(3)生態(tài)工程所遵循的基本原理有整體性原理、協(xié)調(diào)與平衡原理、物質(zhì)循環(huán)再生原理、物種多樣性原理、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理等。 4．(2011年江蘇卷)池塘養(yǎng)殖普遍存在由于餌料、魚(yú)類排泄物、換水不及時(shí)等引起的水體污染現(xiàn)象，研究者設(shè)計(jì)了一種循環(huán)水池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)(如下圖)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)與自然池塘相比，人工養(yǎng)殖池塘生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力穩(wěn)定性______。人工養(yǎng)殖池塘水體的N、P含量容易升高，會(huì)引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化；藻類等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水體的溶氧量下降，造成魚(yú)類等死亡，進(jìn)一步破壞了生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)，這種調(diào)節(jié)方式稱為_(kāi)_______。 (2)與傳統(tǒng)養(yǎng)殖池塘相比，該養(yǎng)殖系統(tǒng)增加的生態(tài)工程設(shè)施有________________?？梢酝ㄟ^(guò)在這些設(shè)施內(nèi)栽植水生植物、放養(yǎng)濾食動(dòng)物等措施，起到對(duì)水體的________，有效減少水體中的N、P等含量。 (3)該養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計(jì)為前一池塘上層水流入后一池塘底部，實(shí)現(xiàn)水層交換，其目的有__________________、__________________。 (4)該養(yǎng)殖系統(tǒng)中串聯(lián)的池塘不宜過(guò)多，因?yàn)開(kāi)_____________________________。 (5)保持池塘水體中適當(dāng)?shù)腘、P含量是必要的，該養(yǎng)殖系統(tǒng)可以通過(guò)________________、______________進(jìn)行調(diào)控。 【答案】(1)高　正反饋 (2)生態(tài)塘和潛流濕地　凈化作用 (3)增加水中的溶氧量　提高餌料的利用率 (4)后面池塘水體中的N和P含量(濃度)越來(lái)越高 (5)補(bǔ)水和排水　水泵控制水的流量(循環(huán)頻次) 【解析】(1)與自然池塘相比，人工養(yǎng)殖池塘生態(tài)系統(tǒng)中的組分較少，營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抵抗力穩(wěn)定性較低，恢復(fù)力穩(wěn)定性較高。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的維持是正反饋調(diào)節(jié)和負(fù)反饋調(diào)節(jié)共同作用的結(jié)果，正反饋調(diào)節(jié)使生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)，負(fù)反饋調(diào)節(jié)使生態(tài)系統(tǒng)維持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。(2)該生態(tài)系統(tǒng)屬于人工設(shè)計(jì)的生態(tài)工程，與傳統(tǒng)養(yǎng)殖池塘相比，增加了生態(tài)塘和潛流濕地等設(shè)施。生態(tài)塘和潛流濕地中的水生植物和濾食動(dòng)物能夠有效減少水體中N、P等的含量，起到凈化水體的作用。(3)通過(guò)設(shè)備將前一池塘上層水導(dǎo)入下一個(gè)池塘的底部，可以實(shí)現(xiàn)上、下水層的交換，增加水中溶氧量和提高餌料利用率。(4)隨著養(yǎng)殖塘中生物體排放的有機(jī)污水的積累，越靠后的養(yǎng)殖塘中微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生的N、P含量會(huì)越高，從而造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，故該養(yǎng)殖系統(tǒng)中串聯(lián)的池塘不宜過(guò)多。(5)保持池塘水體中適當(dāng)?shù)腘、P含量，可以通過(guò)不間斷地補(bǔ)水和排水來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者是通過(guò)水泵控制水的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)。