5.1生态工程的基本原理(电子课本及答案)
一、电子课本
二、课后答案
3.桑基鱼塘分布在我国长江三角洲、珠江三角洲一带的水乡,是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程。试分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。
提示:桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的,能量的流动包含在物质的循环利用过程中,随着食物链的延伸逐级递减。
能量的多级利用和物质的循环利用:桑叶用于喂蚕,蚕可以生产蚕丝;桑树的凋落物和蚕沙(粪)落到鱼塘中,作为鱼的饲料,经过鱼塘内的食物链过程,可以促进鱼的生长;甘蔗可以榨糖,糖渣用来喂猪,猪的排泄物也进入鱼塘;鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经过微生物的分解,又可以作为桑和甘蔗的有机肥料。桑基鱼塘巧妙地利用了很难利用的大片低湿地,发展了多种经营,为农民创造了多种收入的门路,完全符合“无废弃农业”的要求。桑基鱼塘系统物质、能量流动示意图见图5-1。
图5-1桑基鱼塘系统物质循环和能量流动示意图
1.导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么?
提示:根本原因:长江上游乱砍滥伐森林,水源涵养和水土保持功能急剧降低,造成大量泥沙淤积河道;中游围湖造田、乱占河道,造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。
直接原因:1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。
解决长江洪水泛滥的措施有:我国政府提出的“积极营造长江中上游水源涵养林和水土保持林”计划,即以生物措施为主,结合工程措施,提高森林覆盖率;“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。
在进行生态工程建设时,要考虑到怎样解决农村(尤其是湖区或山区的迁出人员)的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。
2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题?
提示: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。
1.你对“石油农业”是如何理解的?
提示:“石油农业”大量使用化肥、农药和机械的生产方式,因对石油等能源有高度的依赖性而得名。它把农业生产这一复杂的生物过程,变成了简单的机械过程和化学过程。由于其投入高,产出也高,对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用,但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大,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等问题。
2.你能举出一些农业生产活动对人体健康以及环境造成危害的实例吗?
提示:除日常生活中能够发现的实例外,农业活动对环境和人类健康造成危害的实例中,世界上影响较大的有蓝婴病。1973年,美国内布拉斯加州首次出现幼儿高铁血红蛋白症(蓝婴病)。其原因是饮用水中硝酸盐含量超过10 mg/L,这时过多的硝酸盐会与红细胞中的血色素结合,形成高铁血红蛋白。高铁血红蛋白不能为细胞和组织运输足够的氧。患儿的临床症状是在口、手或脚等部位出现时断时续的蓝色或淡紫色,呼吸困难、腹泻、呕吐、抽搐,严重的会失去知觉,甚至死亡。硝酸盐来源于点源污染,如下水道、畜禽养殖场等,或非点源污染,如对农田、公园、草地等的施肥。
3.如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话?
提示:对环境造成危害的污染物,采用一定的措施和技术,就能够进行回收和循环利用,这样不但能够减少环境污染,而且提高了资源的利用效率,减少了资源的浪费。例如,对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。
4.石油农业的生产模式应当怎样改进?
提示:在不同的国家有不同的改进措施。例如,在我国,人多地少,应该大力发展生态农业。实施的具体措施包括:可以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,实现物质的多级利用,等等。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。
1.为什么樟子松林的松毛虫会肆虐,几十亿株杨树会毁于一旦?而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中,保持着很高的生物多样性?
提示:纯樟子松林、杨树林的生物多样性低,食物链短而单调,缺少松毛虫、天牛的天敌,而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源,因而会导致了树林的毁坏。
珊瑚礁区的生物多样性高,食物链复杂,不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位,因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。例如,氮、磷等养分就能够在该区生物体间充分地循环利用而很少流出系统外。
2.从上面正面和反面的实例,你能得出怎样的结论?你认为生物多样性的破坏有人为因素吗?
提示:只有保持生态系统较高的生物多样性,才能保证生态系统的稳定和平衡。生物多样性的破坏有人为因素,而且往往作用巨大。
“西部大开发”是国家为振兴西部而提出的宏观决策,其中很重要的一项内容就是生态工程建设。从协调与平衡原理出发,想一想,在我国西北地区进行防护林建设时,应选择哪些树种?如果在该地区发展畜牧养殖业,你认为应该注意什么问题?
提示:几种西北地区特别适宜树种的介绍
(1)沙棘,俗称“酸柳”、“酸刺”、“黑刺”,属于胡颓子科,为落叶乔木或灌木。植株表面具有棘刺,叶呈条形或条状被针形,两端趋尖,背面密被淡白色鳞片,叶柄极短。沙棘花先于枝叶开放,雌雄异株;果实为肉质花被筒包围,近于球形,直径5~10 mm。沙棘喜阳,粗壮的枝干抗风沙。沙棘叶、皮、果实及种子在医药上有着广泛的应用价值。沙棘的嫩枝、嫩叶是牛、羊的精饲料,被誉为“铁杆牧草”。沙棘果维生素含量极高,营养保健价值高,有利于增加种植者的收入。沙棘是半干旱黄土高原迅速绿化荒山、保持水土、调节生态平衡和促进农林牧业发展的良好树种。内蒙古鄂尔多斯等地区,实施沙棘生态工程,大面积种植沙棘,有效地控制了沟道水土流失,每年可减少流入黄河泥沙2 100万吨。
(2)山杏,主要指西伯利亚杏,它抗寒、耐旱,适应性强,是我国北方最普遍的果树之一,是绿化荒山、水土保持、防治风沙的先锋树种。山杏果仁营养丰富,含有大量维生素、微量元素和人体必需的氨基酸,是加工饮料的优质原料。
(3)刺槐,属落叶乔木,适应性强,在年降水量200 mm左右、年平均气温不低于3 ℃的地区都能生长。它不仅生长快,且耐盐碱,有涵养水源和保持水土的作用。刺槐泌蜜丰富,蜜质优良,是主要蜜源植物之一。刺槐不仅可改善生态环境,还可用于发展畜牧业。
(4)锦鸡儿(又称拧条),豆科,多年生落叶灌木,根系发达,具根瘤,高1.5~3 m;耐干旱和寒冷,喜生沙地或半固定的沙丘上,不怕沙压和风蚀。此种植物广泛分布于我国东北、内蒙古、河北、山西、陕西、宁夏等地,可用于防风固沙,保持水土。枝条可用于编筐,其枝叶是牛、羊等冬春季节主要的饲料之一。
(5)杜梨,蔷薇科梨属落叶乔木,可高达10 m,原产于我国华北、西北及东北南部。耐寒,耐干旱、瘠薄,能在含盐量0.5%(质量分数)的土壤中正常生长,且耐涝性也较强。
(6)沙枣,胡颓子科胡颓子属,落叶小乔木。分布于华北及西北等地,耐盐碱力较强。
(7)合欢,豆科合欢属,落叶乔木,可高达20 m。分布于华北、西北及黄河以南等地区。耐盐碱力较强,但不耐水涝。
(8)臭椿,苦木科臭椿属,落叶乔木,可高达25 m。原产于华南、华北、西北各地。抗性强,生长快,耐盐碱力强。
西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不能超过草地的承载量。针对公共草地的过度放牧问题,应该实行草地承包,调动个人的管理积极性,减少过度放牧现象;另外,可以在有条件的地方,人工种植牧草,增加牧草产量。
你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗?
提示:豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌为豆科作物提供氮素,而豆科作物为其提供能量和其他营养,两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长;当把它们分开时,两者的生长都要受到损害。
1.为什么我国要大力发展沼气工程?
提示: 21世纪是实现我国农业现代化的关键历史阶段,现代化的农业应该是高效的生态农业。沼气工程把农业生产、农村经济发展和生态环境保护、资源高效利用融为一体,不仅较好地解决了农村的能源来源问题,而且实现了废弃物的再循环利用和资源化,创造了新的生态产业,如沼气设施的建设和维护,促进了以农牧结合为中心的多种经营,从而为农村剩余劳动力提供了就业机会,促进了农村的综合发展。
2.目前沼气工程还有哪些亟待解决的问题?
提示:目前沼气工程存在的问题有:北方地区沼气产气在冬天不稳定,需要加热;沼气的一次性投资较大,相当部分的农民财力有困难;对沼气的研究较薄弱,例如,对发酵过程中有关微生物及一些酶的研究。应当加强这方面的研究,以促进沼气工程的推广。
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