第40讲 生态工程
[考纲要求] 1.简述生态工程的原理(Ⅱ)。2.生态工程的实例(Ⅰ)。
考点一 生态工程的基本原理
1．生态工程建设的目的
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．特点少消耗、多效益、可持续的工程体系。
3．基本原理
(1)物质循环再生原理：物质在生态系统中循环往复、分层分级利用。
(2)物种多样性原理：物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。
(3)协调与平衡原理：处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。
(4)整体性原理：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。
(5)系统学和工程学原理：包括系统的结构决定功能原理和系统整体性原理。
4．实例分析
(1)以下两图中所体现的生态工程的原理分别是什么？
答案 甲图体现的是物质循环再生原理，乙图体现的是整体性原理。
(2)以下几种做法分别能体现哪种生态工程原理？
①单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害；
②草原确定合理载畜量，不能过度放牧；引种考虑适应环境；
③林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题。
答案 ①物种多样性原理；②协调与平衡原理；③整体性原理。
[思维诊断]
(1)生态农业的指导思想是环境与经济协调发展( √ )
(2)生态工程是无消耗、多效益的工程( × )
(3)设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是追求经济效益的最大化( × )
(4)某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定控制，体现了遵循物种多样性和协调与平衡原理( √ )
(5)建立生态农业时巧设、增设食物链的目的是使食物链延长，消耗能量环节增多，系统总能量利用率降低( × )
(6)矿区废弃地生态修复工程的关键是优先选择农作物以提高经济效益( × )
(7)我国在西部地区实行退耕还林还草工程，这一工程属于大区域生态系统恢复工程( √
)
题组 生态工程的原理
1．下列关于生态工程的理解，不合理的是( )
A．我国“三北防护林”运用物种多样性原理，取得了巨大的生态效益
B．小流域综合治理模式应用了生态工程的整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理等
C．在湿地周围建立缓冲带，可减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等恢复其生态功能
D．在对城市进行规划和布局时，要进行城市生态分区
答案 A
解析 我国“三北防护林”虽然取得了巨大的生态和经济效益，但是由于没有完全按照自然生态规律办事，也产生了不少问题，例如最初进行林带建设时，没有遵循物种多样性原理，单一种植了大片的樟子松林，导致松毛虫肆虐，很多地方的樟子松因此奄奄一息。
解析 D项中讲的是在追求生态效益时必须考虑到社会效益、经济效益，这明显是整体性原理。
归纳提升
关于生态工程的几个问题
(1)生态工程建设的目的：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，使经济效益和生态效益同步发展。
(2)生态工程的特点：具有少消耗、多效益、可持续的特点。
(3)生态工程的理解：涉及的学科知识包括生态学和系统学；运用到的技术手段或方法有系统设计、调控和技术组装；最终目的是促进人类社会和自然环境的和谐发展。
(4)生态工程的主要任务：是对已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)进行修复，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。
考点二 生态工程的实例
1．完成下面的连线
2．实例分析
如图是某生态工程示意图：
(1)从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是实现物质的循环再生和能量的多级利用；该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了利用，这体现了生态工程的物质循环再生原理。
(2)该生态工程能生产出无公害大米的原因是减少了化肥和农药的使用量，减少了环境污染。
(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量，原因是蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强。
[思维诊断]
(1)“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理( × )
(2)在建设高新农业时，沼气池的建立是遵循物质循环再生原理( √ )
(3)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( √ )
(4)“总体功能大于各部分之和的效果”是利用系统整体性原理( √ )
(5)在建设生态工程时，既要考虑自然生态系统的规律，还要考虑到经济和社会等系统的影响力( √
)
题组 生态工程的实例分析
1．“粮桑鱼畜”农业生态系统是江浙平原水网地区典型的高效农业生态系统，下图表示这一农业生态系统的基本模式。据图示判断下列说法错误的是(
)
A．沼气池的建立既充分发挥资源的生产潜力，又防止了环境污染
B．通过巧接食物链使原本流向分解者的能量更多地流向了人，提高了能量的传递效率
C．这一生态工程模式主要适用于江浙平原而不适用于我国西北地区，这是因为在建立生态工程时还需要遵循“整体、协调、循环、再生”的原理
D．上述生态农业系统通过改善和优化系统的结构达到改善系统功能的效果
答案 B
解析 沼气池的建立使物质得以充分利用，实现了能量的多级利用，同时减少了环境污染；该生态农业调整食物链实现了物质的循环利用，提高了能量利用率，但没有改变能量传递效率。
2．江苏某县地处水乡，畜禽养殖和栽桑养蚕是当地农业的两大支柱产业。在生产总量不断扩张的同时，该县坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现了资源的最大化利用。请分析该县农业生态系统结构(部分)示意图，回答下面问题。
(1)该农业生态系统的能量流动从__________________开始，图中属于消费者的生物有________。
(2)与传统农业生态系统相比，该农业生态系统更能净化环境，主要原因是________________________________________________________________________。
(3)该农业生态系统为何能提高经济效益？ _____________________________。
(4)从生态系统稳定性看，该农业生态系统比简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是 ________________________________________________________________________。 请说出两种根据生物学原理防治害虫的方法： ___________________________________。 答案 (1)桑等生产者固定太阳能 蚕、禽、畜 (2)粪便等“废弃物”被及时利用 (3)实现了物质和能量的多级利用，提高了农产品的产量；减少了化肥、农药的使用(降低农业投入) (4)抵抗力稳定性较高(营养结构较复杂，自我调节能力较强) 天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物(任选两种)
解析 (1)生态系统的能量输入是指由生产者固定太阳能开始，例如桑等农作物；直接或间接以生产者为食的为消费者，如蚕、畜、禽。(2)与传统农业相比，该生态系统对物质和能量进行了多级利用，如利用粪便等合成有机肥，减少了对化肥的使用，降低了成本，减轻了对环境的污染。(3)投入减少，物质循环利用，使产量提高。(4)该生态系统生物群落结构相对复杂，从而使抵抗力稳定性增强，自我调节能力提高。利用生物的种内关系或种间关系来诱杀害虫，如利用捕食关系引入天敌，利用性引诱剂进行防治害虫等。
归纳提升
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。
网络构建
要语强记错误！未找到引用源。
1．生态工程建设的目的是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，达到经济效益与生态效益的同步发展。
2．物质循环再生原理的基础是物质循环；物种多样性原理的基础是生态系统的稳定性；协调与平衡原理的基础是生物与环境的协调和平衡；整体性原理的基础是社会、经济和自然构成复合系统；系统学和工程学原理的基础是系统的结构决定功能。
3．农村综合发展型生态工程的主要原理是物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理；小流域综合治理生态工程的主要原理是整体性原理和协调与平衡原理；大区域生态系统恢复工程和城市环境生态工程的主要原理都是协调与平衡原理、整体性原理。
探究高考 明确考向
1．(2014·重庆，7Ⅰ)为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行了公园化建设。
(1)对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如上图所示。t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的__________转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在________________，导致群落中植物物种数增加；t1→t3，人工林抵抗力稳定性的变化是____________；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间________加剧。
(2)通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的________________原理。
答案 (1)分解者 种子或繁殖体 增强 竞争 (2)整体性(系统论)
解析 (1)t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的分解者分解成无机物，使土壤条件得到改善。改造的废弃采石场的土壤中存在一些种子或其他繁殖体，所以在群落演替
过程中植物物种数会增加。t1→t3，由于人工林中的植物物种数增加，所以人工林的自我调节能力逐渐增强，导致人工林的抵抗力稳定性也逐渐增加。在一个群落中，植物之间因光照、土壤中的水分和无机盐等因素而具有竞争关系。(2)生态工程的整体性原理是指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．(2013·广东，26)污水处理厂的污泥富含有机质和无机成分，可用作肥料，但其多环芳烃(PAHs)等有机污染物含量通常较高，施入土壤会带来二次污染，生物质炭是由作物废弃秸秆等炭化而成，将污泥、含7%生物质炭的污泥均堆放一段时间后用于盆栽实验，研究它们对黑麦草生长及PAHs迁移的影响，结果见下表：
(1)生物质炭孔隙结构发达，能改善土壤的通气状况，使根系细胞____________加强，________合成增加，从而促进根系对土壤养分的吸收。
(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥______________________，从而促进黑麦草生长；污泥的施用使土壤和黑麦草的PAHs含量________，但生物质炭的输入____________________________，从而降低PAHs污染的风险，由此可见，生物质炭有望用作污泥改良剂，促进污泥的推广应用，污泥的应用符合生态工程的____________________________________原理。
答案 (1)呼吸作用 ATP (2)能增加黑麦草叶绿素含量 升高 能降低土壤和黑麦草中PAHs的含量 物质循环再生
解析 (1)生物质炭能改善土壤的通气状况，促进细胞的呼吸作用，使得细胞的呼吸作用加强，合成的ATP增多，为根系主动吸收养分提供能量。(2)由表可知，施用含有生物质炭的污泥中黑麦草叶绿素的含量较多，从而促进黑麦草的生长，污泥施用后土壤和黑麦草的PAHs含量增加，生物质炭的输入则能降低土壤和黑麦草中PAHs的含量。污泥中含有大量的有机质和无机成分，施用污泥的目的是使其中的养分被充分吸收利用，因此利用了物质循环再生的生态工程原理。
3．(2011·江苏，29)池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象，研究者设计了一种循环水池塘养殖系统(如图所示)。请回答下列问题：
错误！未找到引用源。
(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性________。人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化；藻类等浮游生物大量繁殖，加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡，进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为________。
(2)与传统养殖池塘相比，该养殖系统增加的生态工程设施有____________________。可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施，起到对水体的____________，有效减少水体中的N、P等含量。
(3)该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部，实现水层交换，其目的有______________________、______________________。
(4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多，因为____________________________________。
(5)保持池塘水体中适当的N、P含量是必要的，该养殖系统可以通过______________、____________________进行调控。
答案 (1)高 正反馈 (2)生态塘和潜流湿地 净化作用 (3)增加水中的溶氧量 提高饵料的利用率 (4)后面池塘水体中的N和P含量(浓度)越来越高 (5)补水和排水 水泵控制水的流量(循环频次)
解析 (1)群落的营养结构越复杂，其抵抗力稳定性越高，恢复力稳定性越低，人工养殖池塘营养结构简单，恢复力稳定性高，抵抗力稳定性低。负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，本题中因水体富营养化导致藻类大量繁殖，死亡后使水体溶氧量下降，造成鱼类的死亡，这是正反馈调节。(2)由图可知，该养殖系统比传统养殖池塘增加了生态塘和潜流湿地，这些设施内的水生植物、滤食动物可以净化水体、吸收水体中的矿质元素。(3)前一池塘的上层植物进行光合作用含有较多的氧气，这些浮游植物及剩余的饵料到下一个池塘的底部后又可以被利用，提高了饵料的利用率。(4)因营养的聚积使后面池塘中的N和P含量会越来越高。
(5)由于是人工养殖系统，可以自主调节池塘里的水，以控制N、P含量。
练出高分
1．下列关于生态工程的叙述中，错误的是( )
A．生态工程是生态学与系统工程学的结合
B．生态工程追求经济与生态的双赢
C．生态工程是无消耗、多效益的工程
D．生态工程促进人类社会和自然环境的和谐发展
答案 C
解析 生态工程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同步发展，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。
2．要实现人与自然的和谐发展，下列措施最合理的是( )
A．通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源
B．使用化学农药防治病虫害，保证粮食稳产
C．发展生态农业，实现物质和能量的多级利用
D．大力开垦湿地，扩大粮食种植面积
答案 C
解析 实现物质和能量的多级利用，实行无废物生产，大力发展生态农业，最有利于可持续发展。
3．人们为了解决某些在农、牧、渔业等生产中产生的生态问题而采取了下列各项措施，其中导致完全相反的结果的是( )
A．更好的人口控制方法
B．制造更强、更有效的农药
C．合理地放养牲畜
D．把科学的耕作技术运用于海洋
答案 B
解析 人口的迅速增加必然会给生态系统增加更大的压力，所以控制人口增长是解决生态问题的有效方法；合理地放养牲畜和科学合理地利用海洋资源是解决生态问题的有效途径；但制造更强、更有效的农药必然会对环境造成严重的污染，这与人们的愿望是完全相反的。对
于病虫害的防治应致力于生物防治方法的研究与开发，这样才能有效地解决病虫害的防治和环境污染问题。
4．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，这体现了生态工程什么原理( )
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
答案 C
解析 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。将豆科植物和固氮菌分开，破坏了它们的整体性，所以这体现了系统整体性原理。
5. “菇—菜”立体栽培(如图)是充分利用温室大棚等设施的光、温度环
境优势，按照空间层次分布，形成优势互补和资源高效利用的生态
农业模式之一。下列有关叙述不正确的是( )
A．图中X可代表CO2，Y可代表O2
B．该生态系统中食用菌属于分解者
C．菌渣作为有机肥为蔬菜提供了能量
D．该模式遵循了物质循环再生等生态工程原理
答案 C
解析 蔬菜光合作用产生的O2可用于食用菌的呼吸作用，同时食用菌呼吸作用产生的CO2可被蔬菜光合作用利用，故题图中X可代表CO2，Y可代表O2；食用菌分解有机物，属于分解者；菌渣作为有机肥，通过微生物的分解作用只能为蔬菜提供CO2和无机盐，蔬菜不能从有机肥中直接获取能量；该生态农业充分利用了菌渣等废弃物，遵循了物质循环再生等生态工程原理。
6．下面是某生态农场生产流程示意图，据图判断，下列说法正确的是(
)
A．能量经过多级利用，实现生态系统能量流动往复循环
B．农作物通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入生物群落；每一生产环节都获得产品，提高了生态效益和经济效益
C．当蚯蚓利用食用菌杂屑并将其同化为自身的有机物时，能量就从第三营养级流入第四营养级；由于食物链延长，能量逐级损耗，系统总能量利用效率降低
D．由于生产环节的增多，最终也增加了废物和污染
答案 B
解析 该生态农业实现了能量的多级利用和物质循环再生；蚯蚓属于分解者，不参与捕食链中能量的流动；由于各生产环节中各级产物都可以利用，故减少了废物对环境的污染。
7．青岛奥帆赛海面被大量浒苔(一种绿藻)覆盖，形似草坪，一人躺在上面不会下沉，经多方努力被及时处理而保证了奥运比赛的正常进行。每年5月的太湖“蓝藻事件”也曾引起全国关注。关于上述两个自然现象的叙述，不正确的是( )
A．产生上述两种现象的根本原因是相同的
B．浒苔和蓝藻都通过有丝分裂大量繁殖
C．浒苔和蓝藻都能进行光合作用，但是只有浒苔细胞中具有叶绿体
D．这两种现象警示我们应该坚持可持续发展战略
答案 B
解析 蓝藻是原核生物，一般通过二分裂来增殖。
8．根据下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
答案 D
解析 出现能源大量消耗、污染物的积累是由于生态系统的物质循环途径发生了障碍，生产模式没有遵循物质循环再生原理。
9．某生物小组考查一农田生态系统中水稻从播种到稻秆还田的全过程。在稻田分蘖期间，农民拔草、治虫；然后排水进行搁田(亦称“烤田”)；稻谷收获之后，有不少农民在田里焚烧稻秆。下列叙述中，不正确的是( )
A．农民拔草、治虫的目的是使能量较多地流向水稻
B．搁田时排出的水可能对水体造成污染
C．搁田有利于水稻根系生长，提高水稻抗倒伏能力
D．焚烧稻秆可促进物质循环，实现能量高效利用
答案 D
解析 除草、灭虫的目的是合理调整生态系统的能量流动方向，使能量更多地流向对人类最有益的农作物——水稻中。焚烧稻秆使稻秆中的能量大多以热能散失掉了，浪费资源的同时还污染了环境。
10．下列关于湿地生态恢复工程的叙述，错误的是( )
A．该工程采用工程和生物措施相结合的方法
B．要建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰
C．对湿地的恢复，只注意退耕还湿地或建立自然保护区就可以
D．湿地的恢复除利用生物工程手段外，还要依靠自然演替机制恢复其生态功能
答案 C
解析 湿地生态恢复工程就是采用工程和生物措施相结合的方法，如退耕还湿地、建立自然保护区，废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，以及植物物种的引进种植等，使受到干扰的湿地得以恢复。在湿地的周围，还应建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。
11．下图表示我国南方一种比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请据图分析回答下列问题：
(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____________、______________。
答案 (1)生产者(或桑树)通过光合作用固定的太阳能总量 一 (2)分解者(或微生物)的分解
(3)多级(或充分)利用 较强 (4)物质循环再生原理 物种多样性原理
解析 (1)粪便是未被生物同化的能量，故某一营养级生物粪便中的能量是上一营养级的能量。即蚕沙中的能量是生产者的能量。(2)有机物经微生物的分解作用可转化为无机物，被植物利用。(3)人工生态系统可以实现对能量的多级利用，从而提高能量的利用率。自我调节能力的强弱取决于生态系统物种的丰富度，该生态系统比生物种类较单一的农田生态系统复杂，故自我调节能力较强。
12．下图是我国南方典型的“桑、蚕、气、鱼”新型农业结构。
(1)在这个生态系统中，起决定作用的是________。
(2)写出桑基鱼塘生态系统中的食物链：________。
(3)实验证明，这种“桑基鱼塘”生态系统较为理想，其理论依据是________________________________________________________________________，
目的是________________________________________________________________________。
(4)在沼气发酵的过程中，进行着非常复杂的微生物代谢活动。微生物的呼吸类型有好氧型、厌氧型和兼性厌氧型(如酵母菌)三种。试分析这三类微生物的数量在沼气池中的消长规律。________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
答案 (1)桑树 (2)桑→蚕 (3)能量多级利用和物质循环再生 调整生态系统的能量流动，使能量流向对人类最有益的部分 (4)沼气发酵的开始阶段，好氧型和兼性厌氧型微生物大量活动和繁殖，但随着水中氧含量的下降，好氧型微生物的活动受到抑制，而兼性厌氧型和厌氧
型微生物活动加强。最终好氧型微生物大量死亡，而厌氧型和兼性厌氧型微生物大量繁殖 解析 (1)在这个生态系统中，起决定作用的是生产者，即桑树。(2)桑基鱼塘主要是桑叶喂蚕，蚕粪养鱼，生态系统中的食物链为桑→蚕。(3)能量多级利用和物质循环再生可以调整生态系统的能量流动，使能量流向对人类最有益的部分。(4)沼气发酵的开始阶段，好氧型和兼性厌氧型微生物大量活动和繁殖，但随水中氧含量的下降，好氧型微生物的活动受到抑制，而兼性厌氧型和厌氧型微生物活动加强。最终好氧型微生物大量死亡，而厌氧型和兼性厌氧型微生物大量繁殖。
13．某校生物研究性学习小组参观某市市郊建立的以沼气为中心，以保护生态环境为目标的“猪—沼—鱼—肥—果蔬”生态模式时绘出了如下模式图，请据图回答下列问题：
(1)构建以沼气为中心的“猪—沼—鱼—肥—果蔬”生态模式时所依据的生态学原理是______________________________________，该生态系统最大的优点是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
(2)该生态系统的“基石”是____________，若要生产3 kg鸡肉，最少需要水稻和大豆共________kg。
(3)沼气池中有产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物，其生态学作用主要是____________。
(4)若农田内有害虫发生，采用何种措施既能保护环境又能有效防治害虫？
________________________________________________________________________。
(5)水稻、大豆的秸秆除了图中所示的用途外，还有哪些用途？(写出两个)________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
答案 (1)生态系统的物质循环再生 提高物质和能量的利用率，减轻环境污染 (2)水稻和大豆 15(3)分解有机物 (4)科学引入害虫天敌防治、培育转基因抗害虫农作物等 (5)作为饲料养猪；作为工业原料，广泛用于造纸，制造建材、酒精和一次性包装盒等(合理即可)
解析 (1)构建生态农业所依据的生态学原理是生态系统的物质循环再生，构建农业生态系统的目的是实现物质和能量的多级利用，减少环境污染。(2)生态系统中生产者是基础，当能量以最高效率沿最短食物链传递时，需生产者最少，故生产3 kg鸡肉需要水稻和大豆最少为：3 kg÷20%＝15 kg。(3)沼气池中的微生物的生态学作用是完成有机物的分解。(4)采用生物防治法既能保护环境又能有效防治害虫。
第40讲 生态工程
[考纲要求] 1.简述生态工程的原理(Ⅱ)。2.生态工程的实例(Ⅰ)。
考点一 生态工程的基本原理
1．生态工程建设的目的
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．特点少消耗、多效益、可持续的工程体系。
3．基本原理
(1)物质循环再生原理：物质在生态系统中循环往复、分层分级利用。
(2)物种多样性原理：物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。
(3)协调与平衡原理：处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。
(4)整体性原理：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。
(5)系统学和工程学原理：包括系统的结构决定功能原理和系统整体性原理。
4．实例分析
(1)以下两图中所体现的生态工程的原理分别是什么？
答案 甲图体现的是物质循环再生原理，乙图体现的是整体性原理。
(2)以下几种做法分别能体现哪种生态工程原理？
①单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害；
②草原确定合理载畜量，不能过度放牧；引种考虑适应环境；
③林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题。
答案 ①物种多样性原理；②协调与平衡原理；③整体性原理。
[思维诊断]
(1)生态农业的指导思想是环境与经济协调发展( √ )
(2)生态工程是无消耗、多效益的工程( × )
(3)设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是追求经济效益的最大化( × )
(4)某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定控制，体现了遵循物种多样性和协调与平衡原理( √ )
(5)建立生态农业时巧设、增设食物链的目的是使食物链延长，消耗能量环节增多，系统总能量利用率降低( × )
(6)矿区废弃地生态修复工程的关键是优先选择农作物以提高经济效益( × )
(7)我国在西部地区实行退耕还林还草工程，这一工程属于大区域生态系统恢复工程( √
)
题组 生态工程的原理
1．下列关于生态工程的理解，不合理的是( )
A．我国“三北防护林”运用物种多样性原理，取得了巨大的生态效益
B．小流域综合治理模式应用了生态工程的整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理等
C．在湿地周围建立缓冲带，可减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等恢复其生态功能
D．在对城市进行规划和布局时，要进行城市生态分区
答案 A
解析 我国“三北防护林”虽然取得了巨大的生态和经济效益，但是由于没有完全按照自然生态规律办事，也产生了不少问题，例如最初进行林带建设时，没有遵循物种多样性原理，单一种植了大片的樟子松林，导致松毛虫肆虐，很多地方的樟子松因此奄奄一息。
解析 D项中讲的是在追求生态效益时必须考虑到社会效益、经济效益，这明显是整体性原理。
归纳提升
关于生态工程的几个问题
(1)生态工程建设的目的：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，使经济效益和生态效益同步发展。
(2)生态工程的特点：具有少消耗、多效益、可持续的特点。
(3)生态工程的理解：涉及的学科知识包括生态学和系统学；运用到的技术手段或方法有系统设计、调控和技术组装；最终目的是促进人类社会和自然环境的和谐发展。
(4)生态工程的主要任务：是对已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)进行修复，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。
考点二 生态工程的实例
1．完成下面的连线
2．实例分析
如图是某生态工程示意图：
(1)从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是实现物质的循环再生和能量的多级利用；该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了利用，这体现了生态工程的物质循环再生原理。
(2)该生态工程能生产出无公害大米的原因是减少了化肥和农药的使用量，减少了环境污染。
(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量，原因是蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强。
[思维诊断]
(1)“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理( × )
(2)在建设高新农业时，沼气池的建立是遵循物质循环再生原理( √ )
(3)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( √ )
(4)“总体功能大于各部分之和的效果”是利用系统整体性原理( √ )
(5)在建设生态工程时，既要考虑自然生态系统的规律，还要考虑到经济和社会等系统的影响力( √
)
题组 生态工程的实例分析
1．“粮桑鱼畜”农业生态系统是江浙平原水网地区典型的高效农业生态系统，下图表示这一农业生态系统的基本模式。据图示判断下列说法错误的是(
)
A．沼气池的建立既充分发挥资源的生产潜力，又防止了环境污染
B．通过巧接食物链使原本流向分解者的能量更多地流向了人，提高了能量的传递效率
C．这一生态工程模式主要适用于江浙平原而不适用于我国西北地区，这是因为在建立生态工程时还需要遵循“整体、协调、循环、再生”的原理
D．上述生态农业系统通过改善和优化系统的结构达到改善系统功能的效果
答案 B
解析 沼气池的建立使物质得以充分利用，实现了能量的多级利用，同时减少了环境污染；该生态农业调整食物链实现了物质的循环利用，提高了能量利用率，但没有改变能量传递效率。
2．江苏某县地处水乡，畜禽养殖和栽桑养蚕是当地农业的两大支柱产业。在生产总量不断扩张的同时，该县坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现了资源的最大化利用。请分析该县农业生态系统结构(部分)示意图，回答下面问题。
(1)该农业生态系统的能量流动从__________________开始，图中属于消费者的生物有________。
(2)与传统农业生态系统相比，该农业生态系统更能净化环境，主要原因是________________________________________________________________________。
(3)该农业生态系统为何能提高经济效益？ _____________________________。
(4)从生态系统稳定性看，该农业生态系统比简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是 ________________________________________________________________________。 请说出两种根据生物学原理防治害虫的方法： ___________________________________。 答案 (1)桑等生产者固定太阳能 蚕、禽、畜 (2)粪便等“废弃物”被及时利用 (3)实现了物质和能量的多级利用，提高了农产品的产量；减少了化肥、农药的使用(降低农业投入) (4)抵抗力稳定性较高(营养结构较复杂，自我调节能力较强) 天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物(任选两种)
解析 (1)生态系统的能量输入是指由生产者固定太阳能开始，例如桑等农作物；直接或间接以生产者为食的为消费者，如蚕、畜、禽。(2)与传统农业相比，该生态系统对物质和能量进行了多级利用，如利用粪便等合成有机肥，减少了对化肥的使用，降低了成本，减轻了对环境的污染。(3)投入减少，物质循环利用，使产量提高。(4)该生态系统生物群落结构相对复杂，从而使抵抗力稳定性增强，自我调节能力提高。利用生物的种内关系或种间关系来诱杀害虫，如利用捕食关系引入天敌，利用性引诱剂进行防治害虫等。
归纳提升
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。
网络构建
要语强记错误！未找到引用源。
1．生态工程建设的目的是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，达到经济效益与生态效益的同步发展。
2．物质循环再生原理的基础是物质循环；物种多样性原理的基础是生态系统的稳定性；协调与平衡原理的基础是生物与环境的协调和平衡；整体性原理的基础是社会、经济和自然构成复合系统；系统学和工程学原理的基础是系统的结构决定功能。
3．农村综合发展型生态工程的主要原理是物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理；小流域综合治理生态工程的主要原理是整体性原理和协调与平衡原理；大区域生态系统恢复工程和城市环境生态工程的主要原理都是协调与平衡原理、整体性原理。
探究高考 明确考向
1．(2014·重庆，7Ⅰ)为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行了公园化建设。
(1)对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如上图所示。t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的__________转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在________________，导致群落中植物物种数增加；t1→t3，人工林抵抗力稳定性的变化是____________；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间________加剧。
(2)通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的________________原理。
答案 (1)分解者 种子或繁殖体 增强 竞争 (2)整体性(系统论)
解析 (1)t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的分解者分解成无机物，使土壤条件得到改善。改造的废弃采石场的土壤中存在一些种子或其他繁殖体，所以在群落演替
过程中植物物种数会增加。t1→t3，由于人工林中的植物物种数增加，所以人工林的自我调节能力逐渐增强，导致人工林的抵抗力稳定性也逐渐增加。在一个群落中，植物之间因光照、土壤中的水分和无机盐等因素而具有竞争关系。(2)生态工程的整体性原理是指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．(2013·广东，26)污水处理厂的污泥富含有机质和无机成分，可用作肥料，但其多环芳烃(PAHs)等有机污染物含量通常较高，施入土壤会带来二次污染，生物质炭是由作物废弃秸秆等炭化而成，将污泥、含7%生物质炭的污泥均堆放一段时间后用于盆栽实验，研究它们对黑麦草生长及PAHs迁移的影响，结果见下表：
(1)生物质炭孔隙结构发达，能改善土壤的通气状况，使根系细胞____________加强，________合成增加，从而促进根系对土壤养分的吸收。
(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥______________________，从而促进黑麦草生长；污泥的施用使土壤和黑麦草的PAHs含量________，但生物质炭的输入____________________________，从而降低PAHs污染的风险，由此可见，生物质炭有望用作污泥改良剂，促进污泥的推广应用，污泥的应用符合生态工程的____________________________________原理。
答案 (1)呼吸作用 ATP (2)能增加黑麦草叶绿素含量 升高 能降低土壤和黑麦草中PAHs的含量 物质循环再生
解析 (1)生物质炭能改善土壤的通气状况，促进细胞的呼吸作用，使得细胞的呼吸作用加强，合成的ATP增多，为根系主动吸收养分提供能量。(2)由表可知，施用含有生物质炭的污泥中黑麦草叶绿素的含量较多，从而促进黑麦草的生长，污泥施用后土壤和黑麦草的PAHs含量增加，生物质炭的输入则能降低土壤和黑麦草中PAHs的含量。污泥中含有大量的有机质和无机成分，施用污泥的目的是使其中的养分被充分吸收利用，因此利用了物质循环再生的生态工程原理。
3．(2011·江苏，29)池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象，研究者设计了一种循环水池塘养殖系统(如图所示)。请回答下列问题：
错误！未找到引用源。
(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性________。人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化；藻类等浮游生物大量繁殖，加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡，进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为________。
(2)与传统养殖池塘相比，该养殖系统增加的生态工程设施有____________________。可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施，起到对水体的____________，有效减少水体中的N、P等含量。
(3)该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部，实现水层交换，其目的有______________________、______________________。
(4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多，因为____________________________________。
(5)保持池塘水体中适当的N、P含量是必要的，该养殖系统可以通过______________、____________________进行调控。
答案 (1)高 正反馈 (2)生态塘和潜流湿地 净化作用 (3)增加水中的溶氧量 提高饵料的利用率 (4)后面池塘水体中的N和P含量(浓度)越来越高 (5)补水和排水 水泵控制水的流量(循环频次)
解析 (1)群落的营养结构越复杂，其抵抗力稳定性越高，恢复力稳定性越低，人工养殖池塘营养结构简单，恢复力稳定性高，抵抗力稳定性低。负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，本题中因水体富营养化导致藻类大量繁殖，死亡后使水体溶氧量下降，造成鱼类的死亡，这是正反馈调节。(2)由图可知，该养殖系统比传统养殖池塘增加了生态塘和潜流湿地，这些设施内的水生植物、滤食动物可以净化水体、吸收水体中的矿质元素。(3)前一池塘的上层植物进行光合作用含有较多的氧气，这些浮游植物及剩余的饵料到下一个池塘的底部后又可以被利用，提高了饵料的利用率。(4)因营养的聚积使后面池塘中的N和P含量会越来越高。
(5)由于是人工养殖系统，可以自主调节池塘里的水，以控制N、P含量。
练出高分
1．下列关于生态工程的叙述中，错误的是( )
A．生态工程是生态学与系统工程学的结合
B．生态工程追求经济与生态的双赢
C．生态工程是无消耗、多效益的工程
D．生态工程促进人类社会和自然环境的和谐发展
答案 C
解析 生态工程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同步发展，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。
2．要实现人与自然的和谐发展，下列措施最合理的是( )
A．通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源
B．使用化学农药防治病虫害，保证粮食稳产
C．发展生态农业，实现物质和能量的多级利用
D．大力开垦湿地，扩大粮食种植面积
答案 C
解析 实现物质和能量的多级利用，实行无废物生产，大力发展生态农业，最有利于可持续发展。
3．人们为了解决某些在农、牧、渔业等生产中产生的生态问题而采取了下列各项措施，其中导致完全相反的结果的是( )
A．更好的人口控制方法
B．制造更强、更有效的农药
C．合理地放养牲畜
D．把科学的耕作技术运用于海洋
答案 B
解析 人口的迅速增加必然会给生态系统增加更大的压力，所以控制人口增长是解决生态问题的有效方法；合理地放养牲畜和科学合理地利用海洋资源是解决生态问题的有效途径；但制造更强、更有效的农药必然会对环境造成严重的污染，这与人们的愿望是完全相反的。对
于病虫害的防治应致力于生物防治方法的研究与开发，这样才能有效地解决病虫害的防治和环境污染问题。
4．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，这体现了生态工程什么原理( )
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
答案 C
解析 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。将豆科植物和固氮菌分开，破坏了它们的整体性，所以这体现了系统整体性原理。
5. “菇—菜”立体栽培(如图)是充分利用温室大棚等设施的光、温度环
境优势，按照空间层次分布，形成优势互补和资源高效利用的生态
农业模式之一。下列有关叙述不正确的是( )
A．图中X可代表CO2，Y可代表O2
B．该生态系统中食用菌属于分解者
C．菌渣作为有机肥为蔬菜提供了能量
D．该模式遵循了物质循环再生等生态工程原理
答案 C
解析 蔬菜光合作用产生的O2可用于食用菌的呼吸作用，同时食用菌呼吸作用产生的CO2可被蔬菜光合作用利用，故题图中X可代表CO2，Y可代表O2；食用菌分解有机物，属于分解者；菌渣作为有机肥，通过微生物的分解作用只能为蔬菜提供CO2和无机盐，蔬菜不能从有机肥中直接获取能量；该生态农业充分利用了菌渣等废弃物，遵循了物质循环再生等生态工程原理。
6．下面是某生态农场生产流程示意图，据图判断，下列说法正确的是(
)
A．能量经过多级利用，实现生态系统能量流动往复循环
B．农作物通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入生物群落；每一生产环节都获得产品，提高了生态效益和经济效益
C．当蚯蚓利用食用菌杂屑并将其同化为自身的有机物时，能量就从第三营养级流入第四营养级；由于食物链延长，能量逐级损耗，系统总能量利用效率降低
D．由于生产环节的增多，最终也增加了废物和污染
答案 B
解析 该生态农业实现了能量的多级利用和物质循环再生；蚯蚓属于分解者，不参与捕食链中能量的流动；由于各生产环节中各级产物都可以利用，故减少了废物对环境的污染。
7．青岛奥帆赛海面被大量浒苔(一种绿藻)覆盖，形似草坪，一人躺在上面不会下沉，经多方努力被及时处理而保证了奥运比赛的正常进行。每年5月的太湖“蓝藻事件”也曾引起全国关注。关于上述两个自然现象的叙述，不正确的是( )
A．产生上述两种现象的根本原因是相同的
B．浒苔和蓝藻都通过有丝分裂大量繁殖
C．浒苔和蓝藻都能进行光合作用，但是只有浒苔细胞中具有叶绿体
D．这两种现象警示我们应该坚持可持续发展战略
答案 B
解析 蓝藻是原核生物，一般通过二分裂来增殖。
8．根据下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
答案 D
解析 出现能源大量消耗、污染物的积累是由于生态系统的物质循环途径发生了障碍，生产模式没有遵循物质循环再生原理。
9．某生物小组考查一农田生态系统中水稻从播种到稻秆还田的全过程。在稻田分蘖期间，农民拔草、治虫；然后排水进行搁田(亦称“烤田”)；稻谷收获之后，有不少农民在田里焚烧稻秆。下列叙述中，不正确的是( )
A．农民拔草、治虫的目的是使能量较多地流向水稻
B．搁田时排出的水可能对水体造成污染
C．搁田有利于水稻根系生长，提高水稻抗倒伏能力
D．焚烧稻秆可促进物质循环，实现能量高效利用
答案 D
解析 除草、灭虫的目的是合理调整生态系统的能量流动方向，使能量更多地流向对人类最有益的农作物——水稻中。焚烧稻秆使稻秆中的能量大多以热能散失掉了，浪费资源的同时还污染了环境。
10．下列关于湿地生态恢复工程的叙述，错误的是( )
A．该工程采用工程和生物措施相结合的方法
B．要建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰
C．对湿地的恢复，只注意退耕还湿地或建立自然保护区就可以
D．湿地的恢复除利用生物工程手段外，还要依靠自然演替机制恢复其生态功能
答案 C
解析 湿地生态恢复工程就是采用工程和生物措施相结合的方法，如退耕还湿地、建立自然保护区，废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，以及植物物种的引进种植等，使受到干扰的湿地得以恢复。在湿地的周围，还应建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。
11．下图表示我国南方一种比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请据图分析回答下列问题：
(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____________、______________。
答案 (1)生产者(或桑树)通过光合作用固定的太阳能总量 一 (2)分解者(或微生物)的分解
(3)多级(或充分)利用 较强 (4)物质循环再生原理 物种多样性原理
解析 (1)粪便是未被生物同化的能量，故某一营养级生物粪便中的能量是上一营养级的能量。即蚕沙中的能量是生产者的能量。(2)有机物经微生物的分解作用可转化为无机物，被植物利用。(3)人工生态系统可以实现对能量的多级利用，从而提高能量的利用率。自我调节能力的强弱取决于生态系统物种的丰富度，该生态系统比生物种类较单一的农田生态系统复杂，故自我调节能力较强。
12．下图是我国南方典型的“桑、蚕、气、鱼”新型农业结构。
(1)在这个生态系统中，起决定作用的是________。
(2)写出桑基鱼塘生态系统中的食物链：________。
(3)实验证明，这种“桑基鱼塘”生态系统较为理想，其理论依据是________________________________________________________________________，
目的是________________________________________________________________________。
(4)在沼气发酵的过程中，进行着非常复杂的微生物代谢活动。微生物的呼吸类型有好氧型、厌氧型和兼性厌氧型(如酵母菌)三种。试分析这三类微生物的数量在沼气池中的消长规律。________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
答案 (1)桑树 (2)桑→蚕 (3)能量多级利用和物质循环再生 调整生态系统的能量流动，使能量流向对人类最有益的部分 (4)沼气发酵的开始阶段，好氧型和兼性厌氧型微生物大量活动和繁殖，但随着水中氧含量的下降，好氧型微生物的活动受到抑制，而兼性厌氧型和厌氧
型微生物活动加强。最终好氧型微生物大量死亡，而厌氧型和兼性厌氧型微生物大量繁殖 解析 (1)在这个生态系统中，起决定作用的是生产者，即桑树。(2)桑基鱼塘主要是桑叶喂蚕，蚕粪养鱼，生态系统中的食物链为桑→蚕。(3)能量多级利用和物质循环再生可以调整生态系统的能量流动，使能量流向对人类最有益的部分。(4)沼气发酵的开始阶段，好氧型和兼性厌氧型微生物大量活动和繁殖，但随水中氧含量的下降，好氧型微生物的活动受到抑制，而兼性厌氧型和厌氧型微生物活动加强。最终好氧型微生物大量死亡，而厌氧型和兼性厌氧型微生物大量繁殖。
13．某校生物研究性学习小组参观某市市郊建立的以沼气为中心，以保护生态环境为目标的“猪—沼—鱼—肥—果蔬”生态模式时绘出了如下模式图，请据图回答下列问题：
(1)构建以沼气为中心的“猪—沼—鱼—肥—果蔬”生态模式时所依据的生态学原理是______________________________________，该生态系统最大的优点是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
(2)该生态系统的“基石”是____________，若要生产3 kg鸡肉，最少需要水稻和大豆共________kg。
(3)沼气池中有产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物，其生态学作用主要是____________。
(4)若农田内有害虫发生，采用何种措施既能保护环境又能有效防治害虫？
________________________________________________________________________。
(5)水稻、大豆的秸秆除了图中所示的用途外，还有哪些用途？(写出两个)________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
答案 (1)生态系统的物质循环再生 提高物质和能量的利用率，减轻环境污染 (2)水稻和大豆 15(3)分解有机物 (4)科学引入害虫天敌防治、培育转基因抗害虫农作物等 (5)作为饲料养猪；作为工业原料，广泛用于造纸，制造建材、酒精和一次性包装盒等(合理即可)
解析 (1)构建生态农业所依据的生态学原理是生态系统的物质循环再生，构建农业生态系统的目的是实现物质和能量的多级利用，减少环境污染。(2)生态系统中生产者是基础，当能量以最高效率沿最短食物链传递时，需生产者最少，故生产3 kg鸡肉需要水稻和大豆最少为：3 kg÷20%＝15 kg。(3)沼气池中的微生物的生态学作用是完成有机物的分解。(4)采用生物防治法既能保护环境又能有效防治害虫。