届人教版一轮复习选修1选修3第4讲生态工程 教案.docx
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届人教版一轮复习选修1选修3第4讲生态工程教案
第4讲 生态工程
考点一|生态工程的基本原理
1．建设目的
遵循自然界物质循环规律，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。
（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．如图为生态工程的相关原理示意图。
请据图思考下列问题：
甲
（1）以上两图所体现的生态工程的原理分别是什么？
______________________________________________________________
______________________________________________________________。
（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）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）①物种多样性原理；②协调与平衡原理；③整体性原理
生态工程基本原理分析
项目
理论基础
意义
实例
物质循环再生原理
物质循环
可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响
无废弃物农业
物种多样性原理
生态系统的稳定性
生物多样性程度高，可提高系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力
“三北”防护林建设中的问题，珊瑚礁生态系统的生物多样性问题
协调与平衡原理
生物与环境的协调与平衡
生物数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏
太湖富营养化问题、过度放牧等
整体性原理
社会—经济—自然构成复合系统
统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定
林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题
系统学和工程学原理
系统的结构决定功能原理：
分布式优于集中式和环式
改善和优化系统的结构以改善功能
桑基鱼塘
整体性原理≠系统整体性原理
1．整体性原理。
（1）含义：
指社会、经济、自然三方面协调统一，保障整个生态系统的稳定与平衡。
（2）举例：
林业工程建设中自然系统、社会系统与经济系统的关系问题，即种树的同时考虑经济收入、粮食、燃料等问题。
2．系统整体性原理。
（1）含义：
指总体功能大于各部分之和，即1＋1＞2。
原因是系统保持有很高的生产力，具体是指互利共生的生物体现系统整体性原理。
（2）举例：
藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中的藻类和真菌等。
视角生态工程的基本原理及应用
北京郊区的窦店村实施了以沼气工程为中心的农村综合发展性生态工程。
据图回答问题：
（1）沼气池的建立在有效地解决农村燃料问题的同时，还可以节省林木、保护植被、减轻____________。
同时，沼渣用作畜禽饲料和农作物肥料，体现了生态工程的____________原理。
（2）从生态系统的组成成分看，蓝绿萍属于____________。
除了生态系统的组成成分，生态系统的结构还包括____________。
鱼等消费者通过自身代谢，将有机物转化为无机物，加快了生态系统的____________。
（3）进行生态工程建设时，要处理好生态与环境的协调与平衡，需要考虑____________，若超过相应的限度，会引起系统的失衡与破坏。
（4）与农业生态系统相比较，自然生态系统的抵抗力稳定性通常较高，主要原因是____________________________________。
生态系统稳定性的基础是生态系统普遍存在的____________机制。
【解析】
（1）沼气池的建立在有效地解决农村燃料问题的同时，还可以节省林木、保护植被、减轻环境污染。
同时，沼渣用作畜禽饲料和农作物肥料，体现了生态工程的物质循环再生原理。
（2）蓝绿萍是植物，在生态系统的组成成分中，属于生产者。
除了生态系统的组成成分，生态系统的结构还包括营养结构（食物链和食物网）。
鱼等消费者通过自身代谢，将有机物转化为无机物，加快了生态系统的物质循环。
（3）进行生态工程建设时，要处理好生态与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力，若超过相应的限度，会引起系统的失衡与破坏。
（4）与农业生态系统相比较，自然生态系统的抵抗力稳定性通常较高，主要原因是生态系统组分多，食物网复杂，自我调节能力强。
生态系统稳定性的基础是生态系统普遍存在的负反馈调节机制。
【答案】
（1）环境污染 物质循环再生
（2）生产者 食物链和食物网 物质循环 （3）环境承载力 （4）生态系统组分多，食物网复杂，自我调节能力强 负反馈调节
几种典型生态工程原理归纳
1．单一人工林比天然混交林稳定性低，易爆发虫害——物种多样性原理。
2．草原确定合理载畜量，不能过度放牧——协调与平衡原理。
3．引种考虑适应环境——协调与平衡原理。
4．林业生态工程建设，既考虑种树又考虑人类的生活问题——整体性原理。
考点二|生态工程的实例分析及发展前景
1．生态工程的实例（连线）
类型实例
①
a.
②
b.
③
c.
④
d.
⑤
e．鄱阳湖综合治理
⑥
f.
【提示】 ①－b ②－c ③－a ④－e ⑤－f ⑥－d
2．生态工程的发展前景
（1）“生物圈2号”生态工程实验的启示：
使我们认识到人与自然和谐共处的重要性，深化了我们对自然规律的认识。
（2）发展前景：
我们需要走有中国特色的道路，即不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。
主要生态工程实例的列表比较
类型
问题
主要原理
对策
案例
农村综合发展型生态工程
资源有限，人多地少，产出不足
物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理
建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用，在资源有限的条件下有较多的产出
窦店村以沼气为中心的生态工程
小流域综合治理生态工程
小流域的水土流失
整体性原理、协调与平衡原理等
运用多种原理，应用多种措施综合治理
甘肃陇南县“九子登科”模式
大区域生态系统恢复工程
土地荒漠化
协调与平衡原理、整体性原理
退耕还林还草、植树造林等
“三北”防护林；退耕还林还草工程
湿地生态恢复工程
湿地的缩小和破坏
控制污染、退耕还湖
江西鄱阳湖湿地生态恢复工程
矿区废弃地的生态恢复工程
矿区生态环境的破坏
系统学和工程学原理
修复土地、恢复植被
赤锋市元宝山矿区生态恢复工程
城市环境生态工程
环境污染
协调与平衡原理、整体性原理等
城市绿化、污水净化、废弃物处理、合理布局等
污水及垃圾处理、城市绿化
视角生态工程实例的分析
（2017·莱芜市一模）在我国，生物氧化塘是实施城市生活污水资源化利用的有效方法，是我国着力推广的一项生态工程技术。
该技术利用细菌和真菌等微生物对进入氧化塘的有机物进行处理，同时塘中种植水生植物，进行水产和水禽养殖，既实现了对生活污水的有效地处理，又能获得经济效益。
请分析回答：
（1）该技术的应用属于____________生态工程的实例。
（2）流入氧化塘生态系统的总能量是__________________________；该生态系统利用种植水生植物、养鱼、鸭、鹅等能形成多条食物链，体现了生态工程的____________原理。
（3）在氧化塘的建设中，每种生物的种植或投放量都不宜超过____________，各种生物间还要有适当的____________关系，这遵循了生态工程的____________和____________原理。
（4）流出氧化塘的水与流入污水相比，明显减少的元素主要有____________；氧化塘每天处理污水的量是一定的，说明生态系统的____________是有限的。
（5）氧化塘技术在处理污水的同时，能使人们获取经济效益，原因是____________；该技术是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶，它体现了研究自然生态系统结构与功能具有_________________________________的意义。
【解析】
（1）据题干信息“生物氧化塘是实施城市生活污水资源化利用的有效方法”可知，该技术的应用属于城市环境生态工程的实例。
（2）流经该生态系统的总能量是生活污水中有机物含有的能量和植物固定的太阳能。
该生态系统利用种植水生植物、养鱼、鸭、鹅等能形成多条食物链，体现了生态工程的物种多样性原理。
（3）协调与平衡原理是指生态系统的生物数量不能超过环境承载力（环境容纳量）的限度，每种生物的种植或投放量都会考虑自然、经济、社会的整体影响，即遵循了整体性原理。
（4）氧化塘净化污水的途径有物理沉降、微生物的分解、化学分解和藻类植物的光合作用进行的，细菌和藻类生活在一起彼此有利，细菌通过分解有机物，为藻类生长提供二氧化碳，N、P矿物质等；藻类的光合作用为细菌的分解作用提供氧气和有机物，生态系统的自我调节能力是有限的。
（5）生物氧化塘是以太阳能为初始能量，通过在塘中种植水生植物，进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统，在太阳能（日光辐射提供能量）作为初始能量的推动下，通过生物氧化塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中污水的有机污染物进行降解和转化，最后不仅去除了污染物，而且以水生植物和水产、水禽的形式作为资源回收，净化的污水也可作为再生资源予以回收再用，使污水处理与利用结合起来，实现污水处理资源化，生物氧化塘具有能充分利用地形，结构简单，建设费用低；可实现污水资源化和污水回收及再用，实现水循环，即节省了水资源，又获得了经济收益；处理能耗低，运行维护方便，成本低；美化环境，形成生态景观、污泥产量少等优点。
【答案】
（1）城市环境
（2）植物同化的太阳能总量及有机物中的能量 物种多样性
（3）环境承载力（环境容纳量） 比例 协调与平衡 整体性
（4）N、P等 自我调节能力
（5）提高了能量利用率（废物资源化） 帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用
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。
典题验收|诊断学情 淬炼考能
1．我国珠江三角洲地区，为充分利用土地，创造了一种挖深鱼塘、垫高基田、塘基植桑、塘内养鱼的高效人工生态系统——桑基鱼塘，如图所示。
据图回答有关问题。
（1）生态工程遵循的基本原理有__________________、________________、________________、整体性原理和系统学与工程学原理等。
（2）该生态工程能将蚕沙、蔗叶、滤泥等变成鱼类的饵料，塘泥中的微生物能将有机物转化成无机物，为甘蔗、桑树的光合作用提供无机营养，这一过程不但实现了废弃物的________，而且体现了________的“循环经济”原则。
（3）蚕沙是蚕食桑叶后排泄出来的粪便，蚕沙富含粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维等营养物质，是上等的肥料，也是猪、鱼、羊的理想饲料。
某种鱼专以蚕沙为食，假设某一时间段蚕从上一个营养级固定的能量为1.5×105kJ，那么这部分能量最多有________kJ被这种鱼所同化。
（4）该生态系统向外输出的物质主要有_____________________________
______________________________________________________________。
（5）该生态系统与一般的自然生态系统相比较，________稳定性较低，所以需要人们不断输入物质与能量。
（6）桑基鱼塘的生产方式与改造前的传统耕作方式比较，主要的优点有____________________________（至少答2点）。
【答案】
（1）物质循环再生原理 物种多样性原理 协调与平衡原理
（2）资源化 生态经济 （3）0 （4）蚕丝、鱼、糖等 （5）抵抗力 （6）减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等（答案合理即可）
2．下图为桑基鱼塘的物质和能量交换模式图，据图回答：
（1）通过现代生物技术可提高传统生态工程的效益。
要通过基因工程培育抗病甘蔗，需要的工具酶是____________________________。
若要检测转基因甘蔗细胞染色体上是否插入了目的基因，可采用________技术。
（2）若要将转基因成功的甘蔗细胞快速应用到生产中，可通过________技术，该技术的原理是________________________。
（3）为大量繁殖良种猪，可采用胚胎移植技术。
该技术首先要对母猪注射________，做超数排卵处理，以获得更多的良种猪卵母细胞，然后培养到________期，与经过________处理的良种猪精子进行体外受精。
（4）该生态工程体现了__________________________生态工程的基本原理（选答两项）。
【解析】
（1）转基因技术中用到的工具酶有限制性核酸内切酶和DNA连接酶，如要检验受体细胞中是否含有目的基因，可采用DNA分子杂交技术检测。
（2）植物组织培养能大量快速繁殖脱毒苗，依据原理是植物细胞的全能性。
（3）要让良种母猪超数排卵需注射促性腺激素，冲卵后将卵母细胞培养至MⅡ中期与获能的精子完成受精作用。
（4）该桑基鱼塘遵循物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理等生态工程的基本原理。
【答案】
（1）限制性核酸内切酶、DNA连接酶 DNA分子杂交
（2）植物组织培养 植物细胞的全能性
（3）促性腺激素 MⅡ中 获能
（4）物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理等（答两点即可）
3．某研究性学习小组参观长沙市郊建立的以沼气为中心、以保护生态环境为目标的“四位一体”生态农业（人居—种植—养殖—沼气）时绘出了如下模式图，请分析回答：
（1）构建以沼气为中心的“四位一体”生态农业时所依据的主要生态学原理是____________，该生态农业最大的优点是__________________________
______________________________________________________________。
（2）该生态系统的生产者是____________，蘑菇在该生态系统的成分中属于____________。
（3）利用植物秸秆生产乙醇时，植物秸秆经预处理后，被微生物A所产生的____________酶水解，转化成葡萄糖。
在控制____________的情况下，能促进微生物B的发酵过程。
写出微生物B发酵过程的相关反应：
_______________
______________________________________________________________。
（4）秸秆在沼气池中处理成沼渣后有利于植物的吸收利用，原因是________
______________________________________________________________。
（5）为进一步提高经济效益，养猪场引进了一头肉质优良的花猪，运用____________（填“DNA重组”“核移植”或“胚胎分割”）技术可实现利用当地品种生产花猪的设想。
【解析】
（1）图中的生态农业为无废弃物农业，通过农业废弃物资源化，实现物质的多级循环利用，减少污染，在资源有限的情况下，充分发挥资源潜力，建立良性物质循环体系，促进农业持续稳定地发展。
（2）该生态系统的生产者为水稻、大豆和蔬菜，蘑菇为腐生真菌，是分解者。
（3）植物秸秆的主要成分是纤维素，能在纤维素酶的催化下水解，转化成葡萄糖。
微生物发酵产生乙醇需在无氧条件下，进行的是无氧呼吸。
（4）秸秆中的有机物被分解为无机物，成为植物易于吸收的营养物质。
（5）利用肉质优良的花猪的体细胞核与当地品种的卵母细胞的细胞质进行重组，获得的重组细胞再经过早期胚胎培养和胚胎移植即可实现利用当地品种生产花猪的设想。
核移植技术也叫克隆技术。
【答案】
（1）物质循环再生 提高物质和能量利用率，减轻环境污染（或实现物质和能量的多级利用，减少环境污染）
（2）水稻、大豆和蔬菜 分解者 （3）纤维素 通气 C6H12O6
2C2H5OH＋2CO2＋少量能量 （4）微生物将秸秆中的有机物分解为无机物 （5）核移植
4．某校研究性学习小组同学前往市郊调查农业生态系统，经过交流和修改后绘制出了下图，请据图回答有关问题：
（1）你认为该生态系统是否达到良性循环？
理由是___________________
______________________________________________________________。
（2）根据生态系统的____________原理来设计，才能实现该生态系统内能量和物质的多级利用。
（3）如果将农作物的秸秆当作燃料烧掉，与上图做法主要差别在于_______
______________________________________________________________。
（4）沼气池中存在的生物，其细胞中存在的细胞器有____________。
（5）如果要提高农业生态系统的抵抗力稳定性，设计该农业生态系统的结构时，可以根据生态系统中生物种群间____________的原理，科学增加农田中的____________。
【解析】
（1）该生态系统充分利用废弃物中的能量，提高了能量利用率，实现了良性循环。
（2）农业生态系统设计的原理是物质循环和能量流动。
（3）秸秆作燃料烧掉，人类不能利用其中的能量，降低了能量利用率。
而秸秆作饲料和发酵的材料，人类能够利用其中的能量，提高了能量利用率。
（4）沼气池中存在的生物主要是原核生物，细胞中只含有核糖体。
（5）抵抗力稳定性大小取决于自我调节能力，自我调节能力大小取决于生态系统中的营养结构和营养成分。
【答案】
（1）达到了良性循环，因为在该生态系统中，物质和能量得到了充分利用
（2）物质循环和能量流动
（3）前者使人类不能充分利用秸秆中的能量，后者通过将秸秆作为饲料和发酵的材料，实现了对能量的多级利用
（4）核糖体
（5）相互依存和相互制约 生物种类
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