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专题:生态工程与人工湿地

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专题:生态工程与人工湿地. 华附南海实验高中 王玉彬. 一 、生态工程的原理. 应用生态学、经济学有关理论和系统论的方法以生态环境保护与社会经济协同发展为目的(也可叫可持续发展),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。   搞生态工程的主要目的,是要解决当今世界面临的生态环境保护与社会经济发展的协调问题,即要解决现代人类社会的可持续发展问题。. 一、生态工程的原理.

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专题:生态工程与人工湿地

华附南海实验高中 王玉彬

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一 、生态工程的原理

应用生态学、经济学有关理论和系统论的方法以生态环境保护与社会经济协同发展为目的(也可叫可持续发展),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。

  搞生态工程的主要目的,是要解决当今世界面临的生态环境保护与社会经济发展的协调问题,即要解决现代人类社会的可持续发展问题。

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一、生态工程的原理

  • 从解题的角度生态工程也可以理解为是人工生态系统,那么生态系统所具有的特性在生态工程中应该体现出来,包括生态系统的组成、功能及稳定性(抗干扰性)。
  • 生态工程原理:
  • 1、物质循环再生原理(生态系统的功能)

包括物质的多层利用,提高物质的利用率,减少对环境的污染;但并不能提高能量的传递效率

  • 2、物种多样性原理(生态系统的稳定性)

物种的丰富度越高生态系统的稳定性越高、但在人力成本投入越多的生态系统,对物种的丰富度要求越低

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一、生态工程的原理

  • 生态工程原理:
  • 3、协调与平衡原理(生态系统的组成、生态系统承载力)
  • 协调-------主要是生物与环境的协调(强调生物要和环境相适应);生物与生物之间的协调(种间关系)

平衡------是种群数量与环境的负载能力要平衡

  • 4、整体性原理

要考虑到自然生态系统的规律,更重要的是,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(生态系统结构与功能的有机结合)
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二、生态工程的分类

  • (一)根据生态工程其主要组成成份可划分为
  • 1、农业生态工程(以农作物为主)
  • 2、林业生态工程(以林木为主)
  • 3、草原生态工程(以草本植物为主)
  • 4、湿地生态工程(以水生植物为主)
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二、生态工程的分类

  • (一)根据生态工程主要功能可划分为
  • 1、保护生态工程(例如三北防护林)
  • 2、治理生态工程(小流域生态治理、生活污水净化)
  • 3、恢复生态工程(退耕还林、退牧还草)
  • 4、景观生态工程(城市景观绿化)
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三、试题解答要点

  • 明晰不同生态工程所注重的原理侧重点,这是解题的关键
  • 1、农业生态工程即生态农业(主要体现物质循环性、整体性、高效性、无污染性、 持续性的原则,更多的是强调直接经济价值,人的参与作用)
  • 例如:水乡地区桑基鱼塘、南方“猪-沼-果”生态农业模式 、西北“五配套”生态农业模式 、“稻鸭共育”模式、北方的四位一体模式。
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(07广东.16)1.“猪-沼-茶”是华南山地丘陵地区常见的生态农业模式,由种植(茶树)、养殖(猪)、农户(人)和沼气生产(微生物)四个子系统构成。该生态农业模式(C)(07广东.16)1.“猪-沼-茶”是华南山地丘陵地区常见的生态农业模式,由种植(茶树)、养殖(猪)、农户(人)和沼气生产(微生物)四个子系统构成。该生态农业模式(C)
  • A.是由茶树、猪、人和微生物组成的生态系统   
  • B.实现了物质和能量在系统中的循环利用
  • C.使整个生产过程进入了废物资源化的良性循环
  • D.注重系统内部的自身调节作用,不需要外部投入
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(08山东基能)18.生态农业是一个自我维持的农业生产系统,其特点是在保持和改善系统内的生态平衡,不对其周围环境造成明显改变的情况下,求得最大生产力和可持续发展。下列不属于生态农业生产方式的是(08山东基能)18.生态农业是一个自我维持的农业生产系统,其特点是在保持和改善系统内的生态平衡,不对其周围环境造成明显改变的情况下,求得最大生产力和可持续发展。下列不属于生态农业生产方式的是
  • A.病虫害的生物防治 B.作物轮作、套种
  • C.使用化肥提高作物产量D.秸秆等农业废弃物的资源化利用
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3.(2007年高考四川理综T3,改编)在社会主义新农村建设中,四川某地通过新建沼气池和植树造林,构建了新型农业生态系统(如图所示)。下列叙述正确的是(ABD)3.(2007年高考四川理综T3,改编)在社会主义新农村建设中,四川某地通过新建沼气池和植树造林,构建了新型农业生态系统(如图所示)。下列叙述正确的是(ABD)
  • A.该生态系统中,处于第二营养级的生物有人和家禽家畜
  • B.该生态系统中人的作用非常关键,植物是主要成分
  • C.该生态系统的建立,提高了各营养级间的能量传递效率
  • D.沼气池的建造和植树造林,提高了该生态系统的稳定性
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4、在我国南方某些地区建立了“桑基鱼塘”农业生态系统,获得了鱼、猪、蚕和粮全面丰收。右图是该生态系统的物质循环和能量流动示意图。请据图回答:4、在我国南方某些地区建立了“桑基鱼塘”农业生态系统,获得了鱼、猪、蚕和粮全面丰收。右图是该生态系统的物质循环和能量流动示意图。请据图回答:
  • (1)该生态系统所需的能量来自 阳光。
  • (2)该生态系统的生产者是 桑和稻。
  • (3)该生态系统中除了已知的生物种类外,还必须有 细菌和真菌 等生物作为 分解者。
  • (4)在该生态系统内,物质经多次重复利用,提高了物质利用 率。
  • (5)该生态系统是根据的 物质循环利用原理建立的。
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(08江苏生物)26.(8分)江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如下图所示,请据图回答下列问题。(08江苏生物)26.(8分)江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如下图所示,请据图回答下列问题。
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(1)牛棚内产生的__二氧化碳_可扩散进入蔬菜大棚,提高蔬菜大棚,提高蔬菜的光合效率;蔬菜光合作用产生的___氧气__可扩散进入牛棚。(1)牛棚内产生的__二氧化碳_可扩散进入蔬菜大棚,提高蔬菜大棚,提高蔬菜的光合效率;蔬菜光合作用产生的___氧气__可扩散进入牛棚。
  • (2)秸杆除了作为牛的饲料外,还可与牛粪混合堆入进行__发酵_,腐熟的产物肥效提高,这是因为 微生物将有机物分解为无机物。这种肥料用物蔬菜栽培可以提高蔬菜产量。
  • (3)在牛的品系、饲料品种和用量不变的条件下,采用这种养殖模式,牛的生长速率明显提高,其主要原因是牛棚内温度较高因而牛维持体温消耗的能量较少。
  • (4)牛棚保温所需的热能来源于牛身散热、地热、_太阳光能_和_发酵产热。
  • (5)从生态系统主要功能的角度分析,这种种植养殖模式较好地实现了物质的循环利用和能量的高小利用。
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三、试题解答要点

  • 明晰不同生态工程所注重的原理侧重点,这是解题的关键
  • 2、林业生态工程(主要体现物种多样性原理、协调与平衡原理,主要应用在生态环境的保护方面)
  • 例如:我国的三北防护林
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案例9

三北防护林”被誉为中国的“绿色长城”,被列入了世界吉尼斯纪录。20余年的时间里,中国用了上百亿元资金来“筑城”,局部收效不小,但为什么北方有些地区每年仍有沙尘暴?

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材料一:中国科学院植物研究所首席研究员蒋高明认为在年均降水量低于350毫米的地方,造林必须付出消耗地下水的代价,并付出大量的人力与物力。有些草原地区的造林实践证明是不可取的,例如内蒙古自治区某盟自新中国成立以来的森林覆盖率只有1%左右 ,整个三北防护林规划区更广阔的生态背景是干旱、半干旱区中的草原、荒漠,只有南部山区和干旱区的局部(高山阴坡、河流两岸等)地区才能够生长森林 。
  • 材料二:在宁夏,许多“生态建设林”成片死亡;准备用来造“灌木林”的“树”坑挖好了,灌木没有种活,却破坏了天然草原植被,还形成了新的“风蚀坑”。由于普遍种纯林,发生虫害时,一倒一大片,仅小小天牛就将宁夏20年的建设成果———几十亿株杨树毁于一旦。
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材料三:中国科学院连续4年的实验充分证实,在那些生态退化尚没有达到生态恢复“阈值”的广大草原地区、半干旱荒漠地区,自然界靠其固有的恢复能力是能够实现生态恢复的,不需要造林,也不需要飞播种草。采取的“以地养地”、“借助自然力恢复”途径,成本只有每亩20元,主要的费用是帮助当地解决了水、电、路等难题,而真正用在生态恢复上的费用只有每亩4元钱围栏费!且自然恢复的草原、灌木和天然乔木都是本地的,没有外来种,最符合自然规律,更令人工林望尘莫及的是,野生动物种群在没有任何投资的前提下自然恢复。材料三:中国科学院连续4年的实验充分证实,在那些生态退化尚没有达到生态恢复“阈值”的广大草原地区、半干旱荒漠地区,自然界靠其固有的恢复能力是能够实现生态恢复的,不需要造林,也不需要飞播种草。采取的“以地养地”、“借助自然力恢复”途径,成本只有每亩20元,主要的费用是帮助当地解决了水、电、路等难题,而真正用在生态恢复上的费用只有每亩4元钱围栏费!且自然恢复的草原、灌木和天然乔木都是本地的,没有外来种,最符合自然规律,更令人工林望尘莫及的是,野生动物种群在没有任何投资的前提下自然恢复。
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试根据前面的材料,运用生态工程的原理来分析其不成功之处,并提出合理化建议试根据前面的材料,运用生态工程的原理来分析其不成功之处,并提出合理化建议
  • 材料分析:该工程为一林业生态工程题目,解答该题目时,紧扣题目中给出的材料,结合生态工程原理,主要体现物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理等
  • 参考答案:不成功之处:1、不符合协调与平衡原理。例如在一些不适宜树木生长的地方种植树木,只能破坏原有的植被结构,整个三北防护林地区大部分是不适宜种植树木的。 2、不符合物种多样性原理。树种的单一造成天敌的泛滥
  • 建议:1、遵循自然规律,保护原有的植被生态,即使栽种也要种植本地物种。 2、在一些适宜种植树木的地方栽种的树种要选取多种既适合本地生长又能共存的品种种植
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三、试题解答要点

  • 明晰不同生态工程所注重的原理侧重点,这是解题的关键
  • 3、草地生态工程(主要体现协调与平衡原理 、整体性原理)
  • 例如:退牧还草、退耕还草
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(江苏生物)11.内蒙古呼伦贝尔草原上的牧民以养羊为主业。近年来的过度放牧致使草原退化,也使分布在这里的野生黄羊种群密度大幅度下降,面临濒危。针对这一事实,下列观点正确的是(ACD)(江苏生物)11.内蒙古呼伦贝尔草原上的牧民以养羊为主业。近年来的过度放牧致使草原退化,也使分布在这里的野生黄羊种群密度大幅度下降,面临濒危。针对这一事实,下列观点正确的是(ACD)
  • A.过度放牧降低了草原生态系统的自动调节能力
  • B.家羊是草原生态系统的外来入侵物种
  • C.野生黄羊与家羊之间是竞争关系
  • D.草原生态保护与牧业发展之间产生了矛盾
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三、试题解答要点

  • 明晰不同生态工程所注重的原理侧重点,这是解题的关键
  • 4、人工湿地生态工程(主要体现协调与平衡原理、系统学与工程学原理)
  • 人工湿地主要包括植物、基质和微生物三部分
  • 植物的去污机理包括植物根系对水中N、P的吸收(去除富营养化)、根系分泌次生代谢物抑制其他水生植物(藻类)的生长(两面性);地上部分遮光抑制水中水华的生成;植物根系还可为基质中的好氧微生物提供氧气。
  • 根据其在水中的生长位置分为:沉水植物、挺水植物和浮水植物 考点1、2
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基质主要通过过滤除去水中的悬浮物,一些带有微孔结构的基质同时具有吸附作用;为微生物的生长提供附着位点;为植物生长提供基础。基质主要通过过滤除去水中的悬浮物,一些带有微孔结构的基质同时具有吸附作用;为微生物的生长提供附着位点;为植物生长提供基础。
  • 不同的基质对于植物的生长、污水处理效果存在差异。基质的选择一是考虑水质处理要求,处理生活污水,主要考虑氮磷的去除;处理矿水及工业污水,主要去除水中的重金属或色素等。二是考虑植物生长、基质的酸碱性。基质的合理搭配也能提高污水处理效果。
  • 现使用的及处于试验阶段的基质有土壤、沸石、石灰石、花岗岩碎石、蛭石、石英砂、沙、煤灰渣和高炉渣等。考点1
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微生物可以分解利用污水中污染物或富集污水中的过量离子
  • 在基质中、植物根系等处都含有大量微生物,他们分解转化的污染物一部分可以自身利用,一部分可转化为植物利用部分
  • 微生物的选择要考虑微生物之间的互容性,微生物与植物的共存性,有些植物可以分泌某种抑制物如有机酸,抑制某些微生物的生长
  • 现研究较为成熟的有氮细菌、磷细菌等。另外还有硫酸盐还原细菌、氨化细菌、碳水化合物分解细菌、铁细菌及诺卡菌属、链霉菌属、小单孢菌属的放线菌等。
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人工湿地的分类
  • 1、表面流人工湿地(Surface Flow Constructed Wetlands SFW)表面流人工湿地基质为土壤,污水在湿地表面运行。
  • 这种类型湿地容易孳生蚊虫,散发臭味,环境效果差。污水与植物根系、基质中微生物不能充分接触,不能完全发挥植物根系及基质中微生物的作用,现在建造的人工湿地大多不选用这种类型。
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人工湿地的分类
  • 2、潜流人工湿地(Subsurface Flow Constructed Wetlands SSFW)潜流人工湿地基质类型较多。有的是沙、砾石、沸石或煤渣。有的是以这几种基质以不同比例混合。
  • 污水在基质空隙运行,不直接暴露在空气中。这种类型湿地环境效果较好。污水在基质空隙能与植物根系充分接触,充分利用基质中的微生物。新建人工湿地大多选用这种类型。
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人工湿地的分类
  • 3、垂直流人工湿地(Vertical Flow Constructed Wetlands VFW)垂直流人工湿地综合了表面流及潜流的特点,污水在基质中沿垂直方向流动,可以使污水与植物根系及基质中的微生物充分接触,同时由上而下的流水可以为好氧微生物的活动提供更多溶解氧,因而能提高净化效果。但基建要求较高,现处于试验阶段。
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(08广东.32).(10分)
  • 随着水体富营养化程度日趋严重,淡水湖泊藻类水华频繁发生。人工打捞和投放大量化学杀藻剂紧急处理是常用的治理方法。近年来,研究者采用投放食浮游植物的鱼类和种植大型挺水植物构建生物修复系统的方法,收到较好的效果。根据上述材料回答问题:
  • (1)杀藻剂处理水华与生物修复的方法相比,主要缺点是二次污染和 持效短。
  • (2)在该修复生态系统中,主要生产者是藻类 和大型挺水植物,鱼类属于该生态系统的 消费者。
  • (3)生物修复系统构建后,种间关系发生了哪些主要变化?

大型挺水植物与藻类竞争;鱼类捕食藻类

  • (4)挺水植物在该系统中的作用是吸收营养,降低富营养化程度和分泌次生代谢物抑制藻类生长。该修复系统经过一段时间运行后,群落结构趋于稳定,群落的这个变化过程属于 次生演替。
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14.为配合西部大开发,国家林业局目前计划在西部地区实施三大重点生态工程,以下属于这三大工程的是(ABC
  • A.在长江上游、黄河上中游地区实施造林绿化工程
  • B.在西北、华北北部和东北西部的风沙干旱地区实施防沙治沙工程
  • C.在东北、内蒙古等重点国有林区实施天然林资源保护工程
  • D.在沿海实施植树造林工程
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15.(2007年南京二模,改编)每年2月2日是“世界湿地日”,下列有关湿地生态系统的叙述中正确的是(ACD)15.(2007年南京二模,改编)每年2月2日是“世界湿地日”,下列有关湿地生态系统的叙述中正确的是(ACD)
  • A.湿地包括沼泽、泥炭地、滩涂、河流、湖泊、红树林等
  • B.湿地中存在的圆褐固氮菌、硝化细菌能将N2还原成NH3
  • C.湿地是巨大的蓄水库,具有调节流量和控制洪水的作用
  • D.湿地具有直接使用价值、间接使用价值及潜在使用价值
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16.下列属于湿地生态系统的生态效益的是(ACD)16.下列属于湿地生态系统的生态效益的是(ACD)
  • A.蓄洪防旱,调节区域气候
  • B.工业用水的资源
  • C.鸟类的栖息地
  • D.控制土壤侵蚀,自然净化污水
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17.下列关于湿地生态恢复工程的叙述正确的是( ABD )
  • 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.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
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18.下列关于“生物圈2号”实验的叙述正确的是( ABD )
  • A.建立“生物圈2号”的目的是制造一个人工模拟的生命支持系统
  • B.“生物圈2号”中设置了生产者、消费者、分解者三大功能类群
  • C.“生物圈2号”完全模拟地球条件
  • D.“生物圈2号”实验的失败,使人们认识到与自然和谐共处的重要性
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19.美国的“生物圈2号”(模拟地球自然生态系统)历经2年终告失败,与“生物圈1号”(地球)相比,主要差别是(BCD)19.美国的“生物圈2号”(模拟地球自然生态系统)历经2年终告失败,与“生物圈1号”(地球)相比,主要差别是(BCD)
  • A.能量来源不同
  • B.空间和资源有限
  • C.物质循环的深度和广度
  • D.自动调节能力
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20.下列说法中,正确的是(ABD)
  • A .退耕还林、退耕还草可以有效提高特定地区的生态系统稳定性,提高生态效益
  • B . “三北”防护林的建成,将大大改善我国华北北部、东北大部分和西北北部的生态环境并被誉为“世界生态工程之最”
  • C .生态工程的建设周期较短,生态效益往往不明显
  • D .在特定地区建设防护林体系时,应充分遵循生态平衡原理和生物多样性原理
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21.(2006年海口模拟)关于生态工程的实例问题和对策的理解,错误的是(ABD)21.(2006年海口模拟)关于生态工程的实例问题和对策的理解,错误的是(ABD)
  • A.农村综合发展型生态工程是解决我国人多地少问题的唯一途径
  • B.湿地生态系统工程会加剧人多地少的矛盾,对人类发展不利
  • C.小流域综合治理生态工程不仅可以维持生态系统得稳定性,还可以提高经济效益
  • D.只要各种生态工程技术发展成熟,我们完全可以先污染后治理
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22.由于国情不同,我国的生态工程建设需走中国特色的道路,以下观点正确的是(AB)22.由于国情不同,我国的生态工程建设需走中国特色的道路,以下观点正确的是(AB)
  • A.重视生态环境保护与经济效益结合
  • B.重视生态环境保护与社会效益结合
  • C.加大投资力度,把生态建设工程放在首位
  • D.我国还属于发展中国家,应把经济建设放在首位
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( 07广东 30题)目前,一些地区采用人工浮床治理水体污染。人工浮床净化水体的机理包括 (BC)

A.植物吸收水中的悬浮物,提高水体透明度

B.植物吸收水中的NO3、PO等,降低水中氮、磷含量

C.浮床遮光,抑制浮游藻类的生长繁殖、防止水华发生

D.浮床下方水体氧浓度升高,减少微生物种类和数量

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可能的考点:

1、水生植物之间的关系(竞争)

例如:研究证明人工湿地的污水净化效果显著,植物发挥了非常重要的作用,现在的一些实验进一步证明,在同一人工湿地中,几种水生植物合理搭配种植,效果更好,那么这些植物之间的关系为:

A.种间竞争B.互利共存 C.种内互助 D.种内斗争

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可能的考点:

2、在人工湿地处理污水的过程中,植物的作用主要体现在(ABCD):

A.植物吸收水中的N、P等,降低水中氮、磷含量,降低污水富营养化程度

B.浮床遮光,抑制浮游藻类的生长繁殖、防止水华发生

C.植物根系分泌次生代谢物,抑制藻类生长

D.为水中的好氧微生物提供氧气

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可能的考点:

3、潜流型湿地为污水净化效果较好的一种人工湿地,右图为潜流型人工湿地模式图,湿地中的填充物可以为沙、砾石、沸石或煤渣,现在多孔状的填充物被越来越多的应用,植物种植在填充物上,污水在填充物中流动,这些填充物所起的作用为( ABCD):

A.过滤水中的悬浮物

B.对水中的有机物有一定的吸附作用

C.为人工湿地中的微生物提供附着位点

D.为植物的生长提供固着点

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