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生态工程学时间：2011.12.21下午：2:00-4:00地点：环B106考试形式：闭卷满分：100分题型：选择题1.5*20（面涉及宽。多注意细节）填空题1*5名词解释3*5（概念性为主）简答题6/7/7（以概念为主）计算题10（湿地工程计算题。两个公式）论述题2*10（概念性、综述性事物的理解。。。。反复强调的理论概念性东西）例题：单项选择题：1.生物处理废水主要利用什么来实现的？C。微生物代谢2.湖泊的主要功能有？具有初级生产力、为水生动物提供丰富的饵料和优秀的栖息地、水源地、可以滞留与降解污染物、具有生物多样性保护功能同时也有娱乐、休闲、科研等社会功能。填空题：1.生态工程的目标是：在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产力。防治环境污染，达到（经济效益和生态效益）协调发展。2.自生原理：自生原理包括自我组织、（自我优化）、自我调节、（自我再生）、自我繁殖和自我设计等一系列机制。名词解释：（课堂上打勾的重点）1.生态工程的目标在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产力。防治环境污染，达到经济效益和生态效益协调发展。2.河道的自然净化是河流的一个重要特征，指河流受到污染后能够在一定程度上通过自然净化使河流恢复到受污染以前的状态。简答题：1.简述生态恢复的定义，以及恢复生态学的主要内容2.简述生态工程学的工程学原理的三条基本原理（原理加上相关扩展内容）3.简述生态工程设计的总体原则论述题：试论述山地-沙地-平原生态工程类型的异同点。（对于典型地域特征的生态整治）（山地：如何保墒，两种地形的特异性选择；沙地：草？树？；平原：普通生态系统）论述湖泊-河道-湿地生态工程类型的异同点。湖泊：三圈系统；湖泊底泥，旅游，渔业，大气的污染控制河道：陆地-水陆交错带-河体。土地渗滤、地表满流。……湿地:自然湿地，湿地的构造方面入手；人工湿地的诊治。作业中做过的习题当论述题生态学中先锋物种和外来物种的关系。（对于有争议的手段的工程学认识）解释先锋植物&外来入侵中，在极端情形下，利用外来入侵中的生物学特性作为先锋植物，但是可以对其进行控制。失分之处：1.选择题面广，建议多看PDF2.填空题要注意概念性原理3.作业题很有可能为简答和论述题4.计算题记住公式很容易搞定~重点整理：第一章生态工程和生态技术相关人名：H.T.Odum（美国）——1962；马世骏——1984；Mitsch（美）andJorgensen（丹麦）；生态工程定义：应用生态学、经济学的有关理论和系统论的方法以生态环境保护与社会经济可持续发展为目的，对人工生态系统、人类社会生态环境和资源进行保护、改造、治理、调控、建设的综合工艺技术体系或综合工艺过程。生态工程的基本能源：太阳能；生态工程的控制结构：有机体生态工程的产生背景：1.人口因素：地球的资源是有限度的，它对人口的承载能力也必然有一定的限度，人口无节制的增加会导致消费量的猛增、能源的过度利用、食物和资源的消耗、土地开垦和森林砍伐、废水和废物的排放、噪音的增加；现代社会的人口状况和生产力已达到能够影响全球生态平衡的程度；2.自然资源严重破坏：水土流失、森林破坏、土地沙漠化等现象；3.能源短缺：石油、煤、天然气等化石能的短缺；4.环境污染：水体污染（我国有65.4%的人饮用不合标准的水）、大气污染（含氯氟烃、多氯化合物、氮氧化合物、氧化氮的排放污染，导致对臭氧层的破坏；硫氧化物、氮氧化物排放的增加，造成区域性的酸雨）、土壤污染（农药、化肥、抗生素的普遍使用造成土壤污染，生态环境的破坏）；我国七大水系及主要污染物：水系名称主要污染物水质优劣长江CODMn、石油类、NH4+-N二类水为主（81.0%）黄河CODMn、BOD5、挥发酚四类水（44.8%）劣五类（27.6%）珠江BOD5、NH4+-N二、三类水（78.6%）松花江CODMn、BOD5、NH4+-N三、四类水为主淮河CODMn、NH4+-N五类（59.7%）一二三四（40.3%）海河CODMn、石油类、NH4+-N劣五类（67.1%）二三类（14.4%）辽河CODMn、BOD5、NH4+-N五、劣五类为主生态学定义：“生态学是研究生物和环境间相互关系的科学”。这里，生物包括动物、植物、微生物及人类本身，即不同的生物系统，而环境则指生物生活中的无机因素。生物因素和人类社会共同构成环境系统。三河三湖：淮河、海河、辽河，太湖、巢湖、滇池；五大淡水湖：潘阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖、巢湖；（外加青海湖和滇池）第二章整体论定义：整体论认为对一个系统的研究，要以整体观为指导，在系统水平上来研究。虽然这类研究目前是较困难的，但却是必要的。整体理论是综合了解系统如生物圈、生态系统整体性质以及解决威胁区域以至全球生态失调问题的必要基础。还原论定义：还原论认为宇宙是一个机械系统，最终能还原为一个决定性的力的控制下的个别微粒的行为。这样在研究中将一个整体的成分分开来研究，主要进行要素分析、定量表述，从而简化了研究，并更容易阐述科学结果，确信整个世界可还原为最简单的要素。生态工程处理对象：生态工程研究与处理的对象是作为有机整体的社会—经济—自然复合生态系统，或由异质性生态系统组成的、比生态系统更高层次水平的景观。他们是其中生存的各种生物有机体和其非生物的物理、化学成分相互联系、相互作用、相生相克、互为因果地组成的一个网络系统。自生原理：自生原理包括自我组织、自我优化、自我调节、自我再生、自我繁殖和自我设计。生态系统的自我调节主要表现在3方面：1、同种生物种群间密度的自我调节；2、异种生物种群之间数量调节（9种中间关系：偏利作用、原始合作、互利共生、中性作用、竞争：直接干涉型、竞争：资源利用型、偏害作用、寄生作用、捕食作用）；3、生物与环境之间的互相适应调节：生态系统中生物从生境中摄取需要的养分，生境则需对其输出的物质进行补偿，二者之间进行物质输出与输入的有限适应性调节，是生物与环境之间的互相适应调节。这种调节是维持土地生产力持久不衰，防止水体被有机质污染的基础，也是设计区域环境和维持生态平衡的理论依据。物质循环的定义：生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后，在归还于环境中，此为物质循环。影响物质循环速率最重要的因素：1、循环元素的性质：及循环速率有循环元素的化学特性和被生物有机体利用的方式不同所致。2、生物的生长速率：影响生物对物质的吸收速度和物质在食物链中的运动速度。3、有机物分解的速率：适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，迅速将生物体内的物质释放出来，重新进入环境。生物地球化学循环的类型：1、水循环：生态系统中所有的物质循环都是在水循环的推动下完成的，没有水循环就没有生态系统的功能。2、气体循环：物质的主要储存库是大气和海洋，循环与大气和海洋密切相连，具有明显全球性，循环性能最为完善，其分子和某些化合物常以气体的形式参与循环过程。3、沉积循环：主要蓄库与岩石、土壤和水相联系，其速度比较慢，分子或化合物主要通过岩石风化和沉积物的溶解转变为可被生物利用的营养物质。固氮作用的三种途径：1、通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发活动的高能固氮，其结果形成氨或硝酸盐，随着降雨到达地球表面；2、工业固氮，这种固氮形式的能力已越来越大；3、生物固氮，约占地球固氮的90%，主要是固氮菌、根瘤菌、蓝藻等自养和异养微生物。生态系统的主要组成成分：非生物环境、生产者、消费者、分解者多层次分级利用原理：多层次分级利用原理是通过分层多级充分利用空间、时间、及副产品、废物、能量等资源，在代谢过程中，将一种成分的输出物和剩余物转换成后续或代谢的原料，他们的输出物又是其他一些后续成分的代谢原料，形成网络结构，是物质在系统内流转、循环往复，运行不息，生态系统中多层分级利用的结果，使所有副产品及废物均作为原料，也就无废物、无污染物了。生态工程学的生物学原理：1、生物共生原理；2、生态位原理；3、食物链原理；4、物种多样性原理；5、物种耐性原理；6、景观生态原理；7、耗散结构原理；8、限制因子原理；9、环境因子的综合性原理生态位的定义：生态系统中各种生态因子都具有明显的变化梯度，这种变化梯度中能被某种生物占据利用或适应的部分称之为生态位。食物链定义：一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件，食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强；食物网越简单，生态系统就越容易发生波动和毁灭。生态工程学的工程学原理：1、结构的有序性原理：系统内的组分之间具有复杂的作用和依存关系，人工生态系统应遵循各系统统一的原则，不但要考虑生物之间的和谐有序，又要考虑环境与生物的相关关系。2、系统的整体性原理：作为一个稳定高效的系统必然是一个和谐的整体，各组分之间必须有适当的比例关系和明显的功能的分工与协调，只有这样才能使系统顺利完成能量、物质、信息、价值的转换和流通。3、功能的综合性原理：作为一个完整的系统，总体功能是衡量系统效益的关键，既要使系统整体功能大于组成系统各部分之和。第三章数学模型的意义：真实性、精确性和普遍性来衡量。能量系统模型的发展背景：能量系统模型是美国著名生态学家H.T.Odum在模拟电路模型的基础上，发展起来的一类独特的生态系统模型。生态系统的定义：生态系统是指在一定的空间内生物的成分相非生物的成分通过物质的循环和能量的流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。建模的基本数学工具：1、差分模型，描述变量的离散变化；2、如果用Vt用向量表示，那么上述方程便是方程组；3、矩阵，可以非常直观的表示系统组成之间的相互关系；建模的方法：分室系统方法：首先将生态系统分解成不同的亚系统组成，即不同的分室，然后研究各分室的物质或能量状态及其变化，如分室模型、能量模型、电路模拟模型等。第四章总体原则：（必考）生态工程的设计和实施要按照生态工程的原理，特别是整体、协调、自生、循环、因地制宜原理，以生态系统自我组织、自我调节功能为基础，在少量人类辅助能的帮助下，充分利用自然生态系统功能的过程。生态学原则：1、适当输入辅助能的原则：生态系统主要依靠太阳能，适当输入辅助能，可以增加反馈机会，提高生态系统主要能留途径的效率。2、再生循环及商品生产原则：根据物质循环原理，去除内源和外源的污染，根据再生与循环原理，利用的原料，化废为利，获得经济效益。3、生物多样性原则：生态工程设计中，充分利用各类生态位和多层分级利用物质，保护与增加生物种类。4、环境因子的时间节律原则（充分按照环境因子对生物影响）；生物的机能节律原则（充分考虑生物的物候节律）5、生物种群选择原则：根据生态工程建设的主要目的来选择，同时尽量选择兼有其他功能的种群；根据工程所处自然环境特征来选择，选定适生种群。6、种群匹配原则：根据生物互利共生，生态位等原则，选择匹配次要种群，同时也可以根据植物镶嵌性原理，建造起复合群体。7、人工压缩演替周期原则：根据生态系统次生演替原则，首先引进先锋群落，逐步进行生态系统的构建。8、种群置换原则：根据生态系统种间、种内竞争原则，逐步构建人工生态系统。9、经济效益原则：保护环境同时，还要产出农、牧、水产、林、副业及工业等产品，有直接的利润和经济效益。洪泽湖环境管理生态工程设计子系统：居民生活区、农业生产区、工业生产区、自然生态系统区、蓄水库，每个系统中都包含物质代谢，能量变换和综合利用过程，以及可再利用的“废物”。结论：通过处理污水河段中凤眼莲，将污水处理与池塘养鱼两个原本平行独立的亚系统连接起来，形成互利共生网络系统，以凤眼莲为主的污水处理河段成为养鱼场的高产、低耗的青饲料生产基地，提供优质、低廉、量足的青绿饲料，且净化鱼池所排出的清洁水源，而鱼塘成为污水处理河段在净化与利用污水的后续部分大量接纳与转化处理污水的重要产品（凤眼莲），防止河段的凤眼莲造成二次污染。先锋物种与外来入侵种：先锋物种通常用于生态恢复过程中，被选为先锋物种的植物往往具有生长快，种子产量大，有较高的扩散能力等特点，在恢复群落生境早期和中期被广泛使用。外来入侵种指的是外来物