创新设计学年高中生物 专题五 生态工程 第15课时 生态工程的基本原理学案 新人教版选修3.docx

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创新设计学年高中生物专题五生态工程第15课时生态工程的基本原理学案新人教版选修3

专题五生态工程

第15课时　生态工程的基本原理

[目标导读]　1.阅读教材P107～108内容，简述生态工程的概念，关注生态工程的建设。

2.结合教材P109图5－1、P110和P111资料分析、P113思考与探究，简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容。

3.尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策。

[重难点击]　生态工程的基本原理。

1．生态系统的结构包括生态系统的组成成分、食物链和食物网，前者又包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者。

2．生态系统的功能包括物质循环、能量流动和信息传递。

3．物质循环和能量流动

4．碳循环

[课堂导入]　干裂的土地，赤红的荒山，意味着不断恶化的生态环境，幼苗的上方是蔚蓝的地球，地球似乎化作一滴甘露，滋润着大地；幼苗又可寓意为生态工程，虽然柔弱，却顽强地支撑着地球；地球和幼苗组合和谐，象征着希望。

什么是生态过程？

其基本原理是什么？

本节课我们就来学习生态工程的基本原理。

探究点一　生态工程与生态经济

阅读教材P107～108内容，结合下面的材料，回答相关问题。

资料1　1998年夏季，长江洪水泛滥，根本原因是长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减小。

资料2　石油农业大量使用化肥、农药、机械等，已造成资源破坏和农业环境污染，对社会的可持续发展造成很大障碍。

1．怎样解决长江洪水泛滥？

答案　解决长江洪水泛滥的措施有：

我国政府提出的“积极营造长江中上游水源涵养林和水土保持林”计划，即以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。

2．洪灾的发生反映出传统经济发展模式存在什么问题？

答案　传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。

3．怎样理解“石油农业”？

答案　“石油农业”是指大量使用化肥、农药、机械的生产方式，因对石油等能源有高度的依赖性而得名。

它把农业生产这一复杂的生物过程，变成了简单的机械过程和化学过程。

由于其投入高，产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。

4．如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？

答案　对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用率，减少了资源的浪费。

例如，对污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。

因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。

5．“石油农业”的生产模式应当怎样改进？

答案　在不同的国家有不同的改进措施。

例如在我国，人多地少，应该大力发展生态农业。

实施的具体措施包括：

可以根据田间作物的需要适量施用高效、低毒、低残留的农药，多施有机肥，提高作物对水、肥等资源的利用效率，对作物秸秆和畜禽粪便进行再利用，实现物质的多级利用，等等。

一方面要不断提高土地的产出水平；另一方面要减少农业生产活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。

6．总结传统经济发展模式的弊端。

答案　传统经济模式正在毁坏水、大气、土壤和生物资源等，不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。

7．生态经济

（1）原则：

“循环经济”。

（2）特点：

一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化。

（3）手段：

生态工程。

8．关注生态工程建设

（1）概念：

生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已被破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。

（2）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。

（3）特点：

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。

（4）产生原因：

传统经济模式正在毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然资本，为了实现可持续发展，要建设生态工程。

归纳提炼

1．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。

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．实现“循环经济”最重要的手段之一就是生态工程。

3．传统经济与生态经济的区别

（1）传统经济是大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式，不注重生态环境的保护，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。

（2）生态经济实现了原料产品原料产品的生产体系，实现了废弃物资源化的循环经济。

具有少消耗、多效益、可持续的特点。

活学活用

1．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）桑等生产者固定的太阳能　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，自动调节能力较强）　天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物（任选两种即可）

解析　

（1）生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的，例如桑等农作物；直接或间接以生产者为食的是消费者，如蚕、畜、禽。

（2）与传统农业相比，该系统对物质进行了多级利用，如利用粪便等合成有机肥，减少了对化肥的使用，降低了生产成本，减轻了对环境的污染。

（3）投入减少，使物质循环利用，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，自动调节能力提高。

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。

探究点二　生态工程所遵循的基本原理

生态工程是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶，是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的新兴学科。

阅读教材P109～113内容，完成以下问题。

1．物质循环再生原理

物质能够在各类生态系统中，进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。

2．物种多样性原理

生物多样性程度高，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件。

众多的生物通过食物链关系互相依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力。

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。

环境承载力（又称环境容纳量）是指某种环境所能养活的生物种群的最大数量。

如果生物的数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏。

4．整体性原理

在进行生态工程建设时，不但要考虑到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

（1）系统的结构决定功能原理：

在生态工程建设中，需要利用此原理来改善和优化系统的结构，从而达到功能改善的效果。

（2）系统整体性原理：

系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1＋1>2”。

小贴士　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，既考虑种树又考虑生活问题——整体性原理。

归纳提炼

1．生态工程所遵循的基本原理比较

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

“三北”防护林建设中的单纯林问题，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

整体性原理　

社会—济—自然经复合系统

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

统的结构决定功能原理：

分布式优于集中式系和环式　　

改变和优化系统的结构以改善功能

桑基鱼塘

系统整体性原理：

总体功能大于各部分之和产力　

保持很高的系统生

珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系

2.整体性原理和系统整体性原理的比较

（1）整体性原理

整体性原理指社会、经济、自然三方面协调统一，保障整个系统的稳定与平衡，例如林业建设中自然系统、社会系统与经济系统的关系问题，即种树时同时要考虑经济收入、粮食、燃料等问题。

（2）系统整体性原理是系统学和工程学原理之一，指整体功能大于各部分之和，即1＋1>2。

目的是保持系统具有很高的生产力，如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣中的苔藓和真菌的共生等。

活学活用

2．南京古泉生态农场是生态农业的典范。

该农场将养猪、养鱼、沼气工程、养鸭、种植农作物、养蘑菇、种桑养蚕、种植果树等多个生产过程合理地有机结合起来，成为一种高效良性循环，生态效益达到了良性发展。

请就此生态农场的特点，完成下列问题：

（1）该生态农场充分体现了生态工程基本原理中的____________、______________和________________。

（2）

该系统工程的核心之一是沼气池，沼气的制作如图所示：

①在图中标出箭头，表示生产过程中的物质循环。

②如果将“无机物—农田”这一环节去掉，对生态农业系统有何影响？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）在该生态农场中存在如图所示的物质循环过程，据图分析不符合生态工程原理的叙述是（　　）

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．由于各级产物都可利用，减少了废物污染

（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，应使食物链越长和营养级越多越好。

请你结合所学有关生态工程原理，分析该结论是否正确，为什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）物质循环再生原理　物种多样性原理　整体性原理　

（2）①如右图所示　②土壤中的无机物得不到补充，物质循环受到破坏，土壤肥力下降　（3）C　（4）不正确。

因为食物链越长，各营养级中的生物数量难以达到一定规模，影响经济效益；营养级越多，高层次营养级生物获得的能量越少，该营养级生物数量也越少

解析　

（1）生态工程中的生态农业是建立在物质循环再生与物种多样性和整体性等原理基础上的，在实现经济效益的同时，也具有良好的生态效益和社会效益。

（2）物质循环的特点是循环往复、分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭，即物质循环再生原理。

如果把“无机物→农田”这一环节去掉，势必会造成物质循环受到破坏，土壤无机物得不到及时补充，土壤肥力会下降。

（3）能量沿着食物链流动时，能量逐级递减，传递效率大约为10%～20%，因此最高营养级获得的总能量最低。

但系统的总能量包括各生产环节上输出的产品能量，显然这个系统总能量利用率与单种农作物的系统总能量利用率相比会大大增加。

（4）从能量流动逐级递减的特点分析，食物链不能无限延长，一般不超过5个营养级。

1．下列关于生态工程的叙述，不正确的是（　　）

A．当人类赖以生存的生态系统出现了严重的健康问题时，生态工程应运而生

B．生态工程能够减少环境污染

C．生态工程以牺牲环境和资源为前提，生产出更多的产品

D．生态工程力求达到生态效益、经济效益和社会效益的协调统一

答案　C

解析　A选项为生态工程产生的背景，B、D选项为生态工程的意义，C项描述会破坏环境和浪费资源，不是可持续发展，明显错误。

2．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．物质循环再生原理

答案　D

解析　从题图中不难看出，综合污染物与能源消耗呈逐年上升的趋势，说明了生产活动产生的物质不能被充分利用，造成了能源的消耗过大。

3．设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是（　　）

A．充分利用自然界的物质和能量

B．追求经济效益的最大化

C．尽量减少有害生物的种类

D．提高沼气池的转化效率

答案　A

解析　良性生态农业是最大限度提高物质和能量的利用率，减少环境污染，增加生态系统的稳定性。

4．“四位一体”（人居—种植—养殖—沼气）生态农业是我国北方典型的生态农业模式，它以沼气为纽带，将沼气池、猪禽舍、蔬菜栽培与日光温室有机地组合在一起。

下图是该系统物质循环的示意图，请分析回答下列问题。

（1）图中有________条食物链。

沼气的产生依赖该生态系统中的成分是________。

（2）该生态系统中能量能否循环利用？

________。

（3）“四位一体”应用于______________等原理，与自然生态系统相比，它的抵抗力稳定性________（高/低）。

（4）举例说明“四位一体”农业有哪些生态效益？

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（至少写出两点）。

答案　

（1）两　分解者　

（2）不能　（3）物质循环再生、物种多样性、整体性、系统学与工程学（任写2个即可）　低

（4）①使用清洁、高效的沼气，减少对薪柴的砍伐量，有利于植被保护和水土保持；②人、畜粪便的无害化处理，改善了农村卫生条件；③沼渣、沼液的合理利用，提高了土壤肥力，从而减少化肥用量；④减少农药用量，有利于环境保护

解析　题图中有两条食物链，分别是蔬菜→人和蔬菜→猪→人，沼气是由分解者的分解作用产生的。

能量在生态系统中不能循环利用。

“四位一体”可应用于物质循环再生、物种多样性、整体性、系统学与工程学原理等，由于该系统内生物种类和数目少，因而它的抵抗力稳定性较自然生态系统低。

基础过关

知识点一　生态工程的概念和建设

1．下列观点不符合生态农业建设思路的是（　　）

A．调整产业结构，开发多种经营

B．保持生态系统内的生态平衡

C．以高能量获得农业的高产量

D．循环利用农业有机废弃物

答案　C

解析　以高能量获得农业的高产量是“石油农业”的做法，生态农业的设计要求是投入少，产出多。

2．生态工程建设的实质目的是（　　）

A．减少生产消耗，增加生产效益

B．减少环境污染，发挥资源潜力

C．征服自然世界，主宰经济发展

D．遵循自然规律，实现可持续发展

答案　D

解析　生态工程建设的目的是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。

其实质是实现经济的可持续发展。

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。

知识点二　生态工程的原理

4．下列叙述违背生态工程中生态学原理的是（　　）

A．充分考虑环境因子对生物的影响

B．尽可能减少种间竞争所产生的耗损

C．实现生态系统的良性循环

D．以单一种群获得经济效益的最大化

答案　D

解析　设计生态工程的目的是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展，D选项单纯追求经济效益，显然违背了生态学原理。

5．在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。

以上做法依据的生态工程原理是（　　）

A．系统整体性原理

B．整体性原理

C．系统的结构决定功能原理

D．以上都不是

答案　B

解析　从本题中可以看出，在生态恢复的过程中，不但要考虑到生态效益，还要考虑与经济、社会的关系，应属于整体性原理。

6．下列结构示意图中，最能体现系统学和工程学原理的是（　　）

答案　D

能力提升

7．对生态农业原理中能量多级利用的理解正确的是（　　）

A．尽可能设计一条很长的食物链

B．使流向人类的能量最多

C．实现“原料—产品—原料—产品”的生产模式

D．通过生物防治减少能量损失

答案　C

解析　在农业生态系统中，要合理利用资源，实现物质的多级利用，使能量最大限度地流向人类或人类所需的产品。

食物链过长，能量在食物链中流动时逐级消耗，人类所获得的能量太少。

8．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。

这种做法体现了（　　）

A．实行“循环经济”的原则

B．低消耗，多效益的原则

C．遵循物种多样性和协调与平衡原理

D．建立自然—社会—经济复合系统

答案　C

解析　遵循物种多样性和协调与平衡原理都是生态工程建设应当遵循的原理。

进行牧区草场建设时，既要考虑系统结构和功能的复杂性，又要考虑生物与环境的协调平衡，才能保证生态系统的稳定。

9．建设社会主义新农村的关键是发展生态农业，走可持续发展之路。

下图是泰州某地尝试的生态农业模式图。

它利用雏鸭旺盛的杂食性吃掉稻田里的杂草和害虫；利用鸭不间断的活动产生中耕浑水效果，既刺激了水稻生长，又促进了土壤中原有农药的分解；水稻的秸秆，用作养猪、养鸭、培育蘑菇、生产沼气，鸭粪、沼渣等肥田，从而生产出无污染大米与蛋肉类。

请据图回答有关问题：

（1）该生态系统把很多单个生产系统通过优化组合有机地整合在一起，这体现了________________________________________________________________________原理。

（2）储存在生产者体内的能量最终去向是____________________________________。

（3）氮元素能在生物群落和无机环境中不断循环，为什么还要往农田中不断施加氮肥？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）该生态系统的主要成分是________________________________________________。

答案　

（1）系统的结构决定功能　

（2）流向下一营养级、流向分解者　（3）氮素不断通过产品输出该生态系统　（4）水稻、杂草、蔬菜

解析　系统的结构决定功能原理需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。

储存在生产者体内的能量可流向分解者和下一营养级。

农田生态系统要输出农产品。

10．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下图，请据图回答有关问题：

（1）你认为该生态系统是否达到了良性循环？

并请说明理由。

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（2）该生态系统内能量和物质多级利用的实现，是根据生态系统的__________________原理设计