高中生物 第五章 生态工程 第10课时 生态工程的主要类型 生态工程在农业中的应用学案.docx

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高中生物第五章生态工程第10课时生态工程的主要类型生态工程在农业中的应用学案

学习资料专题

第10课时　生态工程的主要类型　生态工程在农业中的应用

知识内容

要求

考情解读

生态工程的主要类型

a

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。

生态工程在农业中的应用

活动：

庭院生态系统的经济效益分析

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。

探究——实例分析

在我国，生态工程的发展特别迅速。

阅读教材，分析提供的日常实例，试归纳我国生态工程的主要类型及其有关规律。

实例一　城市生活垃圾减量化、无害化、资源化处理；农村发展养殖业。

实例二　在干旱半干旱地区，雨水和地表水收集，农业区节水灌溉；造糖厂用废弃的糖蜜制酒精；造纸厂利用废液回收钙粉、木质素等物质；屠宰场利用废血提取生产凝血酶、血红蛋白等。

实例三　三北、长江中上游防护林生态工程；治坡、治沟、修梯田、发展林业。

实例四　利用农作物秸秆、生活垃圾发酵生产沼气；开发太阳能、风能等。

1．实例一为物质循环利用的生态工程。

其原理为物质循环利用；其优点为减少污染，废物资源化。

2.实例二为节水和废水处理与应用的生态工程。

其原理为以节水为主；对工业废水、生活污水等实施减量、回收、再生、再循环的措施，属于废水处理与利用的生态工程。

3．实例三为山区小流域综合治理与开发的生态工程。

其原理为在治理恢复小流域生态环境的基础上，可持续利用小流域自然资源，将治坡、治沟、修梯田与发展草业、牧业、林业结合起来。

4．实例四为清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程。

其原理为开发和利用清洁能源；其优点是为全社会提供能效高、对环境影响小、可持续的能源服务。

例1

　（2017·宁波市效实中学期中）下列措施不属于物质循环利用的生态工程类型是（　　）

A．农作物秸秆的“过腹还田”

B．在干旱地区开展雨水和地表水的收集

C．把人畜粪便转化为复合肥

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　农作物秸秆的“过腹还田”利用了物质循环再生原理；在干旱地区开展雨水和地表水的收集不属于物质循环再生，属于节水和废水处理与应用的生态工程；把人畜粪便转化为复合肥是利用了物质循环再生原理；利用蚯蚓等处理城市生活垃圾，蚓粪残渣作肥料利用了物质循环再生原理。

例2

　（2017·舟山中学期中）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，体现了协调与平衡原理

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，体现了协调与平衡原理，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，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

探究1——图示解读

1.农业生态系统的目的：

实现物质的良性循环和多途径利用。

2．生态农业的优点

（1）实现物质的循环再生和能量的多级利用。

（2）减少能源和资源消耗，减少化肥使用量，减轻环境污染。

（3）降低农业投入，收获多种产品，增加经济效益。

3．分析

（1）主要由沼气池、猪禽舍、厕所及日光温室四部分构成，是庭院经济与生态农业相结合的一种生产模式。

（2）运行原理

①日光温室的增温效应可使蔬菜等作物在冬天也能正常生长；同时也使猪、禽免受严寒而快速生长。

②温室内的植物为动物提供氧气，同时吸收二氧化碳。

③人、猪、禽的粪便及蔬菜废弃物和秸秆等物质投入沼气池产气，同时温室的高温也提高了沼气池在冬天的产气稳定性。

④沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于减少蔬菜的病虫害，提高蔬菜的产量和质量。

探究2——理性思维

1．完成下面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、轮种三种技术比较

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

　（2017·浙江4月选考，32节选）回答与生态工程有关的问题：

（1）对农作物秸秆多途径利用的基本过程示意图如下，贯穿全过程的核心技术是__________________技术。

其中“过腹还田”的具体途径是______________________。

将秸秆和动物粪便等通过微生物发酵产生沼气，这是利用了农业生态工程中的______________________________技术。

（2）农业生产上，畜牧业依赖和受制于种植业，可以通过种植业和畜牧业的____________技术提高经济和社会效益。

“退耕还林”后，林地的增加可以减少____________，更有利于受损生态系统的恢复。

使用农药能有效控制农业害虫，但也使生态系统的____________减少，因此利用生物的____________进行生物防治是今后的发展方向。

答案　

（1）物质的良性循环　秸秆－家畜－粪便－农作物　洁净可再生的新能源开发　

（2）合理优化　水土流失　生物多样性　种间关系

例4

　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。

1．（2017·宁波市效实中学期中）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。

2．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。

3．（2017·温州校级期末）如图所示是一个庭院生态工程的模式图，对该生态系统的分析，正确的是（　　）

A．该生态工程的目的是实现物质的循环利用，提高经济效益

B．该生态工程遵循了物质与能量多级循环利用等原理

C．饲养鸡、鸭能提高生态系统中物质的利用效率，增加产量，但由于食物链延长，生态系统中能量传递效率会降低

D．建沼气池和制作生态缸需要考虑的因素是一样的

答案　A

解析　该生态工程的目的是实现物质的循环利用，提高经济效益，A项正确；能量只能单向流动、逐级递减，不能循环利用，B项错误；食物链延长不能改变能量的传递效率，C项错误；建沼气池和制作生态缸需要考虑的因素不完全一样，如沼气池不需要光照，而生态缸需要光照等，D项错误。

4．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。

5．（2017·宁波市效实中学期中）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）否（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这样的化石能源来说，可再生、几乎没有污染，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。

题组一　生态工程的原理和研究对象

1．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。

2．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。

3．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严重的问题时，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　生态工程是按照生态学、经济学和工程学原理，运用现代科学技术成果、现代管理手段和专业技术经验组装起来的，以期获得较高的经济、社会、生态效益的现代生产工艺，而不是以牺牲环境和资源为前提，生产出更多的产品，C错误。

题组二　生态工程的主要类型

4．（2017·宁波市效实中学期中）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传递、逐级递减的，不能循环利用，D错误。

5．浙江慈溪利用聚乙烯发泡板制作人工浮床，在富营养化污水中栽培绿萝、美人蕉和龟背竹，从而使污染水体得到净化。

下列关于人工浮床净化水体机理的叙述正确的是（　　）

①植物吸收水中悬浮物，提高水体透明度　②植物吸收水中的NO

、PO

等，降低水中氮、磷等含量　③浮床遮挡部分光，抑制浮游藻类的生长繁殖，防止水华发生　④浮床下方水体氧浓度升高，减少微生物种类和数量

A．①④B．②④

C．②③D．①③

答案　C

解析　水体富营养化主要是由N、P元素引起的，故人工浮床主要吸收水中的N、P等；同时浮床遮挡部分光，抑制浮游藻类的生长繁殖，防止水华发生，②③符合题意。

6．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。

题组三　生态工程在农业中的应用

7．窦店村综合发展型生态系统工程作为我国农村生态工程的样板，在全国推广，这是由于该生态工程（　　）

A．以实施沼气工程为中心B．建立了良好的物质多级循环利用程序

C．创造了较多劳动力就业机会D．最早推出了“无公害蔬菜”

答案　B

解析　实施沼气工程是整个生态工程的中心工程，使多个生产和生活环节产生的废物被充分利用，实现物质的多级循环利用，效益好又无污染，因此，实施沼气工程是手段，实现物质多级循环利用是目标。

8．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。

题组四　我国农业生态工程的主要技术

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．①②③

C．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．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。

题组五　综合应用

11．下面是一幅农业生态系统模式图，请据图分析回答下列问题：

（1）农业生态系统的主要成分是________，建立生态农业的指导思想是_________________。

（2）该人工农业生态系统与天然生态系统相比，其稳定性较________，主要原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）将农作物秸秆做饲料；牲畜粪便倒入沼气池；发酵产生的沼气做燃料；沼气池中的沼渣做肥料。

这样做的目的是____________________________________________________。

答案　

（1）农作物　环境与经济协调发展　

（2）低　生物种类少，营养结构简单，自我调节功能小　（3）实现能量的多级利用，提高能量利用率

解析　农田生态系统的主要成分仍然是生产者——农作物，建立生态农业的指导思想是实现环境和经济协调发展，使经济效益和环境效益实现双赢。

和自然生态系统相比，该人工农业生态系统的生物种类少，营养结构简单，自我调节功能小，稳定性较低。

12．（2017·台州一次统练）下图是我国南京古泉生态农场的以沼气为纽带，联动农作物种植、蚯蚓养殖、养鱼、养鸡、养鸭等产业的物质循环利用示意图，请据图回答下列问题：

（1）图中蘑菇房中的蘑菇属于生态系统成分中的________________。

（2）某同学据图写出一条捕食食物链：

果树→蚯蚓→鸡，该食物链________（填“正确”或“不正确”）。

（3）此生态农业与传统农业相比，明显的优势是________________和__________________。

（4）假设下图是建成生态农场前的部分物质循环示意图，请画出与该图对应的能量流动图解。

答案　

（1）分解者　

（2）不正确　（3）能量多级利用　减少了对环境的污染（或实现了废物资源化等）（顺序可颠倒，答出两点即可）

（4）如图所示

[自助加餐]

13．奶牛场每天排放大量的粪便、饲料残渣，如不处理会严重影响周边人、畜的饮水安全等。

如图是某奶牛场废水处理流程图。

请据图分析下列说法错误的是（　　）

A．废水流入厌氧池前，需经稀释处理，是为了防止微生物失水过多死亡

B．控制废水流入氧化塘的速率，除有利于氧化塘中有机物被充分分解外，还有利于无机盐被充分吸收，使出水口处的水质达到排放要求

C．输入此氧化塘的能量有太阳能和化学能，氧化塘前部的溶解氧含量比后部的多

D．氧化塘后部种植莲等挺水植物，有利于减少出水口处水中的浮游藻类，原因是挺水植物起遮光作用，影响浮游藻类进行光合作用

答案　C

解析　废水流入厌氧池前先经稀释处理，是为了防止微生物在高浓度废水中失水过多死亡，A正确；适当减缓废水的流速，延长废水与微生物、水生植物的接触时间