学年高中生物第5章生态工程第9课时生态工程的主要类型和生态工程在农业中的应用学案浙科版选修3.docx

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学年高中生物第5章生态工程第9课时生态工程的主要类型和生态工程在农业中的应用学案浙科版选修3

第9课时　生态工程的主要类型和生态工程在农业中的应用

[学习目标]　1.说出生态工程产生的背景。

2.说出生态工程在我国的主要应用领域。

3.关注农业生态工程的建设，认同农业生态工程是实现农业可持续发展的必然措施的观点。

4.“活动：

庭院生态系统的经济效益分析”，尝试分析庭院生态系统的经济效益。

5.“活动：

农业生态系统中种植业和畜牧业的优化组合的资料研究”，认同只有种植业和养殖业协调发展，才能促进农村经济的发展和生态的稳定。

6.说出我国农业生态工程的主要技术。

一、生态工程的主要类型

1.生态工程的原理：

“整体、协调、循环、再生”。

2.生态工程的研究对象：

社会—经济—自然复合生态系统。

3.生态工程的类型

（1）物质循环利用的生态工程。

（2）节水和废水处理与应用的生态工程。

（3）山区小流域综合治理与开发的生态工程。

（4）清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程。

（5）其他类：

生态住宅、生态小区和生态城镇的生态工程，荒山、荒坡、滩涂、湿地以及矿山废弃地的生态恢复工程，生态旅游和绿色化学工程，生物多样性保护和持续利用工程等。

归纳总结

1.物质循环利用的生态工程

（1）设计原理：

物质的良性循环、能量的多级利用。

（2）主要措施

①将城市生活垃圾进行减量化、无害化、资源化处理。

②将生活垃圾中的有机部分、人畜的粪便等转化为优质生态复合肥。

③将种植业和畜牧业合理优化，对动植物体内剩余能量多级利用。

（3）实例：

城市生活垃圾资源化处理。

2.节水和废水处理与应用的生态工程

（1）设计原理：

以节水为主，对工业废水、生活污水等实施减量、回收、再生、再循环。

（2）主要措施

①在甘肃、陕北等干旱和半干旱地区开展雨水和地表水的收集活动。

②在广大农业区域实施节水灌溉技术。

③城市、工业节水系统开发。

（3）实例：

糖厂用废弃的糖蜜制酒精。

3.山区小流域综合治理与开发的生态工程

（1）设计原理：

治理恢复小流域生态环境，可持续利用小流域自然资源。

（2）主要措施：

综合治理，减少表层土壤伴随雨水的冲刷而产生的流失，将治坡、治沟、修梯田与发展草业、牧业、林业结合起来。

（3）实例：

三北、长江中上游防护林生态工程。

4.清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程

（1）设计原理：

开发和利用清洁能源，为社会提供能效高、对环境影响小、可持续的能源服务。

（2）主要措施

①利用沼气作为清洁可再生的能源。

②开发利用太阳能、风能。

（3）实例：

利用农作物秸秆、生活垃圾发酵生产沼气。

例1

　（2018·宁波中学期中）下列措施中，不属于物质循环利用的生态工程类型的是（　　）

A.把人畜粪便转化为复合肥

B.在干旱地区开展雨水和地表水的收集

C.农作物秸秆的“过腹还田”

D.利用蚯蚓等处理城市生活垃圾，蚓粪残渣作肥料

答案　B

解析　在干旱地区开展雨水和地表水的收集属于节水和废水处理与应用的生态工程，故选B项。

例2

　塔式蚯蚓污水处理系统（如图所示）采用人造湿地原理，利用植物根系和蚯蚓等处理，通过泥、沙、小石、大石四层过滤，这样重复几次后可实现农村生活污水的达标排放。

下列有关分析正确的是（　　）

A.该生态系统的群落由植物和蚯蚓构成

B.该生态系统选用蚯蚓等生物，实现了物质的良性循环

C.该生态系统的群落只存在垂直结构

D.输入该生态系统的总能量是其植物所固定的太阳能

答案　B

解析　生态系统的群落由生产者、分解者和消费者构成，A错误；该生态系统选用蚯蚓等生物，实现了物质的良性循环，B正确；该生态系统的群落既存在垂直结构，也存在水平结构，C错误；输入该生态系统的总能量是其植物所固定的太阳能和污水中的能量之和，D错误。

二、生态工程在农业中的应用

1.农业生态工程的依据：

生态学原理。

2.农业生态工程的主要措施

（1）将种植、养殖、水产、园艺与林业、副业、加工业等进行优化。

（2）将农业废弃物的转化、再生及资源化等综合起来。

（3）将节能、应用清洁能源、生态建筑以及人口控制、生物多样性保护等结合起来。

3.农业生态工程的意义

生态农业有效地促进了物质循环、能量流动、信息流动的畅通，人与环境和谐相处，经济、生态环境和社会效益的同步发展，是实现农业现代化过程中保证农业可持续发展的一种生产方式。

4.农业生态工程的应用

（1）庭院生态工程：

从生态学的角度看，这是一个人工生态系统，在这个生态系统中有生产者、消费者和分解者，也存在能量流动和物质循环。

（2）农业生态工程：

按照生态和经济规律，以各种农畜产品的社会需求量、资源状况和经济效益为基础，进行综合优化，使系统从总体上获得最佳的经济效益、生态效益和社会效益。

5.我国农业生态工程的主要技术

主要技术

归纳总结

1.我国农业生态工程的主要技术归纳

主要技术

实例

物质的良性循环技术

庭院生态系统、桑基鱼塘生态工程、农作物秸秆“过腹还田”

洁净可再生的新能源开发技术

太阳能热水器直接利用太阳能、利用发酵技术产生沼气开发生物能、开发风能和潮汐能

种植业和畜牧业合理优化技术

“退耕还林”“退耕还草”

套种、间种和轮种制度

小麦、玉米套种、桑园中种植大豆、北方果园中种植蔬菜

立体养殖技术

混养鱼塘

利用生物种间关系，发展生物防治技术

放养害虫的天敌青蛙等

2.套种、间种、轮种的技术比较

名称

实践操作

意义

举例

地位

套种

在一种农作物生长后期，种植另一种农作物

根据不同植物的生长期，充分利用光能

如北方很多地区，小麦生长后期，在小麦畦中间播种玉米

套种、间种、轮种等农业措施是广大农民在古老而朴素的农业实践中产生的科学方法

间种

一块地上，同时期按一定行数的比例间隔种植两种以上作物

根据不同植物对光照强度的需求不同，充分利用光能

如桑园中种植大豆，果园中种植蔬菜

轮种

在一定年限内，同一块土地轮流种植农作物

由于不同作物对无机盐离子的选择吸收，可以恢复或提高土壤肥力

如同一块土地上轮流种植玉米、大豆

例3

　某农业生态工程示意图如下，回答下列问题：

（1）该农业生态工程体现的生态工程原理主要是________。

对该工程的经济效益分析，可从系统内部的投入和产出、________________、系统的有效贡献等三方面进行核算。

（2）若要提高该工程的经济效益，可采用农业生产的________技术在桑基上再种植大豆，也可采用农业生态工程的______________技术放养适量的鸡鸭等动物以调整该工程的产业结构。

（3）某小组应用基因工程方法开展适用于该生态工程的抗虫植物改良研究。

为提高将重组DNA分子导入受体细胞的效率，除考虑导入方法、筛选条件、防止污染外，还需考虑的主要因素有___________________________________________________________________________（答出2点即可）。

农杆菌转化法是目前植物转基因的常用方法，该方法的基本过程是农杆菌感染植物时，________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

并将其插入到受体细胞的基因组中。

欲获得能稳定遗传的抗虫性强的转基因植物品种，则转入的抗虫基因必须能在受体细胞中____________________。

答案　

（1）物质循环再生　系统的实际消费　

（2）间种　种植业和畜牧业合理优化　（3）重组DNA的质量和浓度、受体细胞的生长状态与密度　携带目的基因的Ti质粒转移到受体细胞　稳定和高效地表达

解析　

（1）农业生态工程的主要原理是物质循环再生，农业生态工程的效益分析包括三方面：

对系统的投入和产出、系统的实际消费、系统的有效贡献等。

（2）桑基上种植大豆属于间种，桑基上放养适量的鸡鸭等动物用到的技术是种植业和畜牧业合理优化技术。

（3）影响重组DNA导入受体细胞效率的因素主要有重组DNA的质量和浓度、受体细胞的生长状态与密度等。

农杆菌转化法的基本过程：

农杆菌感染植物→携带目的基因的Ti质粒转移到受体细胞→将其插入到受体细胞的基因组中。

只有抗虫基因在受体细胞内稳定和高效地表达，才能获得能稳定遗传的抗虫性强的转基因植物品种。

例4

　（2019·舟山高二检测）如图为“秸秆的多级利用”农业生态系统中能量流动和物质循环示意图。

请回答下列问题：

（1）“秸秆的多级利用”充分体现了生态工程的________________原理，最大限度地实现了物质的循环，减轻了燃烧秸秆造成的________效应。

（2）上图中，生产者是__________，消费者是__________，分解者是________________。

（3）在该农业生态系统中，物质经多次重复利用，提高了__________________________。

（4）农村大量燃烧秸秆和柴草会产生什么问题？

至少列举三种现象。

①________________________________________________________________________。

②________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

③________________________________________________________________________。

答案　

（1）物质循环再生　温室　

（2）作物　家畜　食用菌、蚯蚓　（3）物质利用率　（4）①农村燃烧秸秆和柴草的热能利用效率低　②使秸秆不能作为有机肥料还田，土壤有机质得不到补充，土壤与农作物之间物质循环遭到破坏，以至于土壤肥力下降，农作物产量不能迅速提高

③产生温室效应，进而导致土壤沙漠化

解析　

（1）“秸秆的多级利用”，既减少了二氧化碳的排放，避免了田间焚烧秸秆给环境带来的污染，又增加了产值，充分体现了生态工程的物质循环再生原理，最大限度地实现了物质的循环，减轻了燃烧秸秆造成的温室效应。

（2）题图中，作物属于生产者，家畜属于消费者，食用菌、蚯蚓属于分解者。

（3）在该农业生态系统中，物质经多次重复利用，提高了物质利用率。

（4）农村大量燃烧秸秆和柴草可能会产生下列问题：

①农村燃烧秸秆和柴草的热能利用效率低。

②使秸秆不能作为有机肥料还田，土壤有机质得不到补充，土壤与农作物之间物质循环遭到破坏，以至于土壤肥力下降，农作物产量不能迅速提高。

③产生温室效应，进而导致土壤沙漠化。

④秸秆和柴草燃烧会产生大量的烟尘，污染大气，降低大气的能见度，影响人们的身体健康和交通安全等。

1.判断正误：

（1）实施生态工程可以实现物质和能量的循环利用（　　）

（2）实施生态工程的目的是为人们提供丰富的生产和生活物质（　　）

（3）套种、间种技术可以充分利用光能，提高农作物产量，发展生态农业就是大力发展种植业（　　）

（4）生态工程所遵循的基本原理可归纳为“整体、协调、循环、再生”（　　）

（5）要实现人与自然的和谐发展，发展生态农业，实现物质和能量的多级利用是最合理的（　　）

（6）城市生活垃圾进行资源化处理属于物质循环利用的原理（　　）

（7）实施“退耕还林、还草”政策，也是从追求生态效益出发，重新优化组合种植业和畜牧业的关系（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）√　（6）√　（7）√

2.（2018·温州期中）下图为生态养猪模式，从图中可知该生态工程属于（　　）

A.湿地生态恢复的生态工程

B.山区小流域综合治理与开发的生态工程

C.节水和废水处理与应用的生态工程

D.清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程

答案　C

解析　图示没有涉及生态环境的破坏，不是湿地生态恢复的生态工程，A错误；图示没有造成污染，因此不可能是山区小流域综合治理与开发的生态工程，B错误；根据图示可知，该生态工程是节水和废水处理与应用的生态工程，C正确；图中没有提及能量问题，不可能是清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程，D错误。

3.在我国西部大开发的战略中，“退耕还草”和“退耕还林”是两项重要内容，采取这两项措施利用的主要技术是（　　）

A.物质的良性循环技术

B.种植业与畜牧业合理优化技术

C.洁净可再生的新能源开发技术

D.利用生物种间关系，发展生物防治技术

答案　B

解析　我国广大西部地区实施“退耕还林”“退耕还草”政策，是从追求生态效益出发，重新优化组合种植业和畜牧业的关系，主要利用的是种植业与畜牧业合理优化的技术。

4.（2019·绍兴高二检测）下列措施中，属于山区小流域综合治理与开发的是（　　）

A.农作物秸秆的“过腹还田”

B.治坡、治沟、修梯田，发展林业

C.矿山废弃地的恢复

D.利用造纸废弃的糖蜜制酒精

答案　B

解析　农作物秸秆的“过腹还田”属于物质循环利用，选项A不符合；治坡、治沟、修梯田，发展林业，目的是保护、改良与合理利用小流域水土资源，选项B符合；矿山废弃地的恢复属于生态系统的修复，选项C不符合；利用造纸废弃的糖蜜制酒精属于物质的多级利用，提高了能量的利用率，选项D不符合。

5.某农户建立了小型的“蔬菜－鸡、猪－沼气”系统。

请回答：

（1）这一系统属于人工干预下的________生态系统，其生物组成成分包括生产者、消费者和________，在分析该生态系统的经济效益时，除了考虑这三者的投入与产出外，还要考虑________的投入。

（2）在该生态系统中，利用发酵技术产生沼气开发生物能属于________的生态工程。

A.生物多样性保护和持续利用

B.节水和废水处理与利用

C.山区小流域综合治理与开发

D.清洁及可再生能源系统组合利用

答案　

（1）庭院　分解者　劳动者　

（2）D

解析　

（1）有家禽的存在，由此推断属于庭院生态系统；生态系统的生物组成成分包括生产者、消费者和分解者；因为是有人干预的生态系统，故需要考虑劳动者的投入。

（2）利用沼气开发生物能，不仅绿色而且能源可再生，故属于清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程。

题组一　生态工程的原理和研究对象

1.下列措施与生态工程的原理不符合的一项是（　　）

A.森林的采伐量小于生产量

B.人工鱼塘生产者的能量小于消费者的能量

C.农田通过农作物输出的氮素多于补充的氮素

D.向农田施用的无机氮肥多于生物固定的氮肥

答案　C

解析　森林的采伐量小于生产量，利于森林的发展；人工鱼塘生产者的能量小于消费者的能量，可以通过人工补充能量来维持；农田通过农作物输出的氮素多于补充的氮素，土壤会越来越贫瘠，影响可持续发展；向农田施用的无机氮肥可以多于生物固定的氮肥。

2.我国南方桑基鱼塘是低洼稻田挖深做塘，塘内养鱼，塘基上种桑，用桑养蚕，蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕三丰收，大大提高了系统生产力，这种生态农业模式（　　）

A.实现了物质和能量在系统中的多级循环利用

B.使整个生产过程进入了废物资源化的良性循环

C.提高了食物链中各营养级之间的能量传递效率

D.注重系统内部的自身调节作用，不需要外部投入

答案　B

解析　生态系统中的能量不能循环利用，A错误；食物链中各营养级之间的能量传递效率不会因环节的增多而发生改变，C错误；桑基鱼塘的生态农业模式虽然更加注重系统内部的自身调节作用，但依然需要一些外部投入，D错误。

3.据下图判断，下列叙述不符合生态学原理的是（　　）

A.物质经过多级利用，实现了良性循环

B.每一级生产环节都获得产品，提高了生态经济效益

C.由于食物链延长，能量逐级损耗，系统总能量利用率降低

D.由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染

答案　C

解析　物质经过多级利用，实现了良性循环，每一级生产环节都获得了产品，提高了生态经济效益，A、B正确；由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染，使系统内的废物得到了充分利用，实现了能量的多级利用，因此系统总能量利用率提高，C错误、D正确。

题组二　生态工程的主要类型

4.我国某些农村开发利用太阳能和风能，下列叙述正确的是（　　）

A.该生产活动属于物质循环利用的生态工程

B.该生产活动属于节水和废水处理与应用的生态工程

C.该生产活动属于绿色化学工程

D.该生产活动属于清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程

答案　D

解析　开发利用太阳能和风能属于清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程。

5.桑基鱼塘是我国传统的生态农业，下列有关桑基鱼塘的说法错误的是（　　）

A.种桑和养蚕、鱼、猪相结合，使物质和能量得到最大限度的利用

B.桑基鱼塘实现了经济效益和生态效益双丰收

C.植物和动物互养形成良性循环

D.桑基鱼塘打破了原有生态平衡，不利于生态环境保护

答案　D

解析　桑基鱼塘是在原有小生态系统的基础上进行优化组合后形成的新的生态系统，使物质和能量得到最大限度的利用，更有利于生态环境保护。

6.（2019·丽水测试）下列有关人工高产鱼塘生态系统的叙述，正确的是（　　）

A.输入该生态系统的总能量大于该系统生产者所固定的全部太阳能

B.该鱼塘生态系统的植物在种群的空间特征上，具有明显的分层分布现象

C.硝化细菌能利用光能将CO2和H2O合成糖类等有机物，故硝化细菌属于生产者

D.植物为鱼类提供了食物，鱼类为植物提供了无机盐，实现了系统中能量的循环利用

答案　A

解析　人工鱼塘需要投饵向生态系统中提供物质和能量，故输入该生态系统的总能量大于该系统生产者所固定的全部太阳能，A正确；该鱼塘生态系统的植物群落呈分层分布现象，B错误；硝化细菌能利用氨气氧化成硝酸释放出的能量用于有机物的合成，即化能合成反应，因此硝化细菌属于生产者，C错误；能量在生态系统中是单向流动、逐级递减的，不能循环利用，D错误。

题组三　生态工程在农业中的应用及相关技术

7.低碳生活已成为许多人的共同选择，甲图是农业生态系统模式图，乙图为碳循环示意图。

以下说法不正确的是（　　）

A.乙图中过程③主要在细胞的线粒体中进行

B.甲图中沼气池中的微生物是该生态系统中的分解者

C.甲图是农业生态系统模式图，多途径利用农作物，使能量能够循环利用，提高了该生态系统的能量利用率

D.要减轻温室效应，应调整乙图中的过程①⑤

答案　C

解析　乙图中过程③表示生产者的呼吸作用，其主要场所为线粒体，A正确；甲图中沼气池中的微生物属于分解者，B正确；甲图是农业生态系统模式图，多途径利用农作物，提高了该系统的能量利用率，但能量不能够循环利用，C错误；引起温室效应的主要原因是植被的破坏和化石燃料的大量燃烧，因此要减轻温室效应，应调整乙图中的过程①⑤，D正确。

8.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，某研究者设计了一种循环水池塘养殖系统（如下图）。

下列有关说法错误的是（　　）

A.生态塘、潜流湿地有净化水质的作用，有效减少了水体中的N、P等含量

B.该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部，可以使水中溶解氧增加

C.该系统实现了在经济产出不变甚至增加的重要条件下，向环境排放的废弃物大大减少

D.该系统有效提高了饵料利用率和能量的传递效率

答案　D

解析　养殖生态系统中，人为投放了大量饵料，容易引起水体污染和能量的浪费，生态塘、潜流湿地有净化水质的作用，有效减少了N、P污染，A正确；池塘溶氧量低，该设计有利于增加水中的溶解氧，B正确；该系统提高了饵料利用率和能量利用率，但不能提高能量的传递效率，C正确、D错误。

9.《四千年的农民》一书中记载了中国农民几千年来的耕作方法：

积极种植能够固氮的豆科作物，以及收集一切可能的有机物质，包括人畜粪便、枯枝落叶、残羹剩饭、河泥、炕土、老墙土以及农产品加工过程中的废弃物等，采用堆肥和沤肥等多种方式，把它们转变为有机肥料，施用到农田中。

这种做法的优点是（　　）

①改善了土壤结构　②培养了土壤微生物　③实现了土壤养分的循环利用　④改变了土壤酸碱性

A.①②B.①②③C.①②③④D.②③

答案　B

解析　“无废弃物农业”改善了土壤结构，培养了土壤微生物，实现了土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用。

10.（2019·余姚月考）设计生态工程的常用方法之一是给食物链（网）“加环”，如图就是一种“加环”示意图，据图判断下列说法不正确的是（　　）

A.用蛆蛹粪便还田，运用了能量循环原理

B.用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质的多级利用

C.用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益

D.该生态工程的正常运转离不开人的管理

答案　A

解析　能量是单向流动、逐级递减的，不能循环利用，A错误；用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质和能量的多级利用，B正确；用玉米芯生产木糖醇，实现物质多级利用，可以增加经济效益，C正确；该图属于生态农业，人的作用非常关键，D正确。

11.一青年农民利用自己学习的生态学知识在自家庭院里建了一个小型农业生态系统，年创收几万元。

下图是该家庭生态工程的模式图，请据图分析回答问题：

（1）从图中可知，人类生活中所需的能源来自于太阳能、沼气等。

利用这些能源与利用煤炭相比，突出的优点是__________________________________________________________。

（2）该生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是_________________________。

（3）生态工程建设的目的就是遵循自然界____________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。

（4）根据生态工程中的物种多样性这一原理，有人认为生态农业建设中，应使食物链越长、营养级越多越好，你是否支持这一观点？

____________。

答案　

（1）减少了燃烧煤炭所产生的污染，降低了成本

（2）充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用

（3）物质循环　（4）不支持

解析　

（1）从图中可知，太阳能、沼气等新能源相对于煤炭等化石能源来说，是可再生的、几乎没有污染的，所以减少了燃烧煤炭所产生的污染，降低了成本。

（2）该生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用。

（3）生态工程建设的目的就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，达到经济效益和生态效益的同步发展。

（4）生态农业建设中，不是使食物链越长、营养级越多越好。

因为食物链长，各食物链中的生物数量难以达到一定规模，影响经济效益；营养级多，高层次营养级生物获得的能量较少，该营养级生物数量也较少。

12.（2018·绍兴期末）罗氏沼虾属于热带虾类，营养丰富，味道鲜美，个体大，生长快，易养殖，市场前景广阔，现已成为我国南方地区重点发展的特优水产品之一。

沼虾是一种杂食性虾类，适宜生活在水质清新、溶氧量高，水温为24～30℃水体中。

请回答：

（1）在传统养殖过程中，为保