高考生物一轮复习第十单元现代生物科技专题第38讲生态工程解析版苏教版.docx

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高考生物一轮复习第十单元现代生物科技专题第38讲生态工程解析版苏教版

第38讲　生态工程

[考纲要求]　1.生态工程的原理（A）。

2.生态工程的实例及应用（B）。

考点一　生态工程的概念和基本原理

1．生态工程的概念

（1）任务：

修复或重建已破坏的生态环境；改善传统的生产方式，提高生态系统的生产力。

（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、生态效益和社会效益的同步发展。

（3）特点：

与传统工程相比，生态工程是一类少消耗、高效益、可持续的工程体系。

2．生态工程的原理

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

农作物秸秆的多级利用

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生态系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力

人工林与天然林的比较

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

生物氧化塘利用藻类和细菌等生物之间共生作用处理污水

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，保障生态系统的平衡与稳定

农林牧副渔一体化生态工程

系统学与工程学原理

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

系统整体性原理：

整体大于部分之和

保持系统很高的生产力

珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系

深化拓展

（1）理清生态经济、循环经济、生态工程之间的关系

（2）把握生态工程基本原理的判断方法

①强调物质循环、废物利用、减轻环境污染→物质循环再生原理。

②体现物种多，营养关系复杂→物种多样性原理。

③强调生物与环境的协调与平衡，涉及环境承载力→协调与平衡原理。

④涉及自然、经济和社会，指整个系统，如林业生态工程建设→整体性原理。

⑤涉及结构、功能，分布式、集中式、环式→系统的结构决定功能原理（系统学和工程学原理）。

⑥涉及系统组分的比例关系、总体功能大于各部分之和；指系统内部，如互利共生→系统整体性原理（系统学和工程学原理）。

（1）“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理（　×　）

（2）在建设生态农业时，沼气池的建立遵循物质循环再生原理（　√　）

（3）根据协调与平衡原理，一个生态系统中种群的数量不应超过环境容纳量（　√　）

（4）“整体大于各部分之和的效果”是利用系统整体性原理（　√　）

（5）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，体现的是物种多样性和协调与平衡原理（　√　）

分析生态工程的相关原理示意图

（1）以上两图所体现的生态工程的原理分别是什么？

提示　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）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。

提示　①物种多样性原理；②协调与平衡原理；③整体性原理。

命题点　借助社会热点考查生态工程的原理

1．下列实例与主要体现的生态工程基本原理，匹配最恰当的是（　　）

A．中国传统农业——物种多样性原理

B．在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁——物质循环再生原理

C．太湖中水葫芦泛滥——协调与平衡原理

D．水乡的桑基鱼塘——整体性原理

答案　C

解析　中国传统农业主要应用了物质循环再生原理；在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁主要体现了物种多样性原理；太湖中水葫芦泛滥主要违反了协调与平衡原理；桑基鱼塘主要应用了系统的结构决定功能原理。

2．“四位一体”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。

下列有关叙述不正确的是（　　）

A．将牛粪、猪粪直接施入沼气池，可以为沼气池中的微生物生长提供物质和能量

B．建立该系统遵循的主要原理有物质循环再生原理、物种多样性原理等

C．该系统的主要成分是蔬菜，人、牛、猪等均为消费者，它们构成食物网

D．由于废弃物的再利用，提高了该系统中各营养级之间的能量传递效率

答案　D

解析　将牛粪、猪粪直接施入沼气池，沼气池中的微生物将其中的有机物分解为无机物，同时实现能量的多级利用，A项正确；该生态系统将农业废弃物的转化、再生和资源化等综合起来，同时又增加了蔬菜的种植和牛、猪等家畜的饲养，遵循了能量的多级利用、物质循环再生、物种多样性等原理，B项正确；生产者是生态系统的主要成分，也是生态系统的基石，人、牛和猪直接或间接取食于生产者（蔬菜）。

生产者和消费者构成了食物网或食物链，C项正确；不同结构的生态系统，能量传递效率是不会改变的，但能量利用率可以人为改变，D项错误。

3．柴静的纪录片《穹顶之下》引发了全国人民对雾霾的关注和讨论，而天津港火灾爆炸事故遗址将在彻底清理后建设海港生态公园，这再次将生态环境与生态经济推上舆论的焦点。

生态工程的建设已经成为社会关注的热点。

请回答下列问题：

（1）山西省为产煤大省，生态环境破坏严重，矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的__________________的重建。

（2）某生态工程以沼气工程为中心，各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼，人、畜、禽粪便作为原料生产沼气，沼渣水返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘，主要体现了生态工程的________________原理。

该生态工程建设中，鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其____________。

该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循_________________________原理。

在该生态工程中，种植不同的农作物、果树，饲养多种畜禽，这体现了生态工程的________________原理。

（3）在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时，需选择符合要求的植物，这遵循了生态工程的________________原理。

答案　

（1）土壤微生物群落　

（2）物质循环再生　环境容纳量　系统的结构决定功能　物种多样性　（3）协调与平衡

解析　

（1）在矿区生态环境的恢复工程中，关键是植被的恢复及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。

（2）某生态工程以沼气工程为中心，各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼，人、畜、禽粪便作为原料生产沼气，沼渣水返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘，主要体现了生态工程的物质循环再生原理。

该生态工程建设中，鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其环境容纳量（K值）。

生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循系统的结构决定功能原理。

该生态工程种植不同的农作物、果树，饲养多种畜禽，这体现了生态工程的物种多样性原理。

（3）在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时，需选择符合要求的植物，这遵循了生态工程的协调与平衡原理。

考点二　生态工程的实例

1.治污生态工程

2.生态恢复工程

3.生态农业工程

深化拓展

　生态工程设计的常用方法——食物链（网）的“相接”与“加环”

（1）生态工程设计的常用方法之一是食物链（网）的“相接”。

例如，在稻田养鱼的农业生态工程中，鱼与稻原属于不同生态系统的食物链（网），但在人为调控下，将一些草食性鱼、滤食性鱼和杂食性鱼（如草鱼、鲢鱼和罗非鱼等）的鱼苗放养在稻田中，使稻田生态系统的结构有所改变，物质循环和能量流动更为合理。

（2）生态工程设计的常用方法之二是食物链（网）的“加环”。

“加环”可为未被利用的能量部分找到出路。

例如，用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇等，其残余物用来培养食用菌，栽培食用菌后的残余物再用来养殖蛆蛹，蛆蛹粪再作为优良有机肥还田等。

（1）矿区废弃地生态恢复工程的关键是优先选择农作物以提高经济效益（　×　）

（2）依据协调与平衡原理，进行引种工程时，应考虑被引进物种与环境的关系（　√　）

（3）湿地的恢复除利用生物工程外，还要依靠自然演替机制恢复其生态功能（　√　）

（4）建立不同的生态工程要依据不同的原理，因地制宜，不能生搬硬套（　√　）

（5）在进行生态工程建设时，应积极利用自然生态系统的强大自我恢复力，节省投资（　√　）

如图是某生态工程示意图，据图分析：

（1）从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是什么？

图中的废弃物合理利用能体现生态工程的什么原理？

提示　目的是实现物质的循环再生和能量的多级利用；废弃物的合理利用能体现生态工程的物质循环再生原理。

（2）从环境保护的角度分析，该生态工程能生产出无公害大米的原因是什么？

提示　减少了化肥和农药的使用量，减少了环境污染。

（3）将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量，请从细胞代谢的角度分析，其原因是什么？

提示　蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强。

命题点　生态工程的实例分析

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）该生态工程能将蚕沙、蔗叶等变成鱼类的饵料，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。

（2）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。

（3）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）资源化　生态经济　

（2）抵抗力　（3）减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等

2．党的十九大报告指出要“大力度推进生态文明建设……全面节约资源有效推进，能源资源消耗强度大幅下降。

重大生态保护和修复工程进展顺利，森林覆盖率持续提高。

生态环境治理明显加强，环境状况得到改善”。

请回答下列相关问题：

（1）生态工程是对____________________进行修复重建，对__________________进行改善，促进人和自然的和谐发展。

（2）全面节约资源有效推进，能源资源消耗强度大幅下降很大程度上得益于实行“________________”的原则，从而实现废弃物的资源化。

（3）实行生态工程，很多时候还需要考虑人文关怀、贫困地区的收入等问题，这样才能很好地缓解“前面造林，后面砍树”的现象，这遵循的生态工程的__________原理。

（4）在保护濒危植物方面，运用了很多技术，比如微型繁殖运用的是_______________技术，其原理是_____________________。

（5）在处理城市生态系统垃圾时，采用了生物治理法，分解者处理垃圾的相关目的基因从分解者体内用________酶切割下来，再与________相连导入受体菌。

答案　

（1）已被破坏的生态环境　造成环境污染和破坏的传统生产方式　

（2）循环经济　（3）整体性　（4）植物组织培养　植物细胞的全能性　（5）限制　载体（或质粒）

解析　

（1）生态工程是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，促进人和自然的和谐发展。

（2）全面节约资源有效推进，能源资源消耗强度大幅下降很大程度上得益于实行“循环经济”的原则，从而实现废弃物的资源化。

（3）解决“前面造林，后面砍树”的问题，遵循了生态工程的整体性原理。

（4）微型繁殖运用了植物组织培养技术，该技术的原理是植物细胞的全能性。

（5）从分解者体内获取处理垃圾的相关目的基因需要用限制酶进行切割，再利用DNA连接酶将其与载体连接起来，导入受体细胞。

矫正易错　强记长句

1．整体性原理≠系统整体性原理

整体性原理是指社会、经济、自然三方面协调统一；系统整体性原理是指整体大于部分之和的效果，即“1＋1＞2”。

2．设计实施生态工程坚持的原则

（1）首先肯定生态工程的作用，特别是对恢复和重建受损生态环境的重要作用。

（2）不忘大自然固有的强大的生态恢复能力，但也不能认为只要有了生态工程，就可以走发达国家“先污染、破坏，后治理”的老路。

3．辨析传统农业中的间种和套种

间种和套种最大的区别在于是否同时播种，如果同时播种，间行种植，则是间种；如果不同时播种，而且也不同时收获，则为套种。

1.生态工程建设的目的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，达到经济效益与生态效益的同步发展。

2．物质循环再生原理的基础是物质循环；物种多样性原理的基础是生态系统的稳定性；协调与平衡原理的基础是生物与环境的协调与平衡；整体性原理的基础是社会、经济和自然构成复合系统；系统学和工程学原理的基础是系统的结构决定功能。

3．农村综合发展型生态工程的主要原理是物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理；小流域综合治理生态工程的主要原理是整体性原理和协调与平衡原理；大区域生态系统恢复工程和城市环境生态工程的主要原理都是协调与平衡原理、整体性原理。

重温高考　演练模拟

1．（经典高考题）现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝气池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。

污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。

请回答问题：

（1）污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。

在这个过程中，微生物通过____________呼吸将有机物分解。

（2）植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了________（填“生态系统”“群落”或“种群”）。

在植物池的食物网中，植物位于第________营养级。

植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于__________________________________________________

所固定的________能。

（3）一般来说，生态工程的主要任务是对______________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。

答案　

（1）无氧和有氧（或细胞）　

（2）群落　一　生产者　太阳　（3）已被破坏的生态环境（或受损的生态系统）

解析　

（1）生活污水流经厌氧沉淀池时，厌氧型微生物通过无氧呼吸将有机物分解；流经曝气池时，其中的需氧型微生物通过有氧呼吸将有机物分解；流经兼氧池时，其中的微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。

（2）水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物组成的整体，不止一种生物，故排除种群；不包含无机环境，故排除生态系统，则这个整体属于群落。

植物为生产者，属于第一营养级；生态系统中消费者和分解者的能量都是最终来源于生产者所固定的太阳能。

（3）生态工程对恢复和重建受损的生态系统有着重要作用，通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善，可提高生态系统的生产力。

2．（2014·重庆，7节选）为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行了公园化建设。

（1）对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如图所示。

t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的____________转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在________________，导致群落中植物物种数增加；t1→t3，人工林抵抗力稳定性的变化是____________；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间________加剧。

（2）通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的________________原理。

答案　

（1）分解者　种子或繁殖体　增强　竞争

（2）整体性

解析　

（1）t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的分解者分解成无机物，使土壤条件得到改善；改造的废弃采石场的土壤中存在一些种子或其他繁殖体，所以在群落演替过程中植物物种数会增加；t1→t3，由于人工林中的植物物种数增加，所以人工林的自我调节能力逐渐增强，导致人工林的抵抗力稳定性也逐渐增强；在一个群落中，植物之间因光照、土壤中的水分和无机盐等因素而具有竞争关系。

（2）生态工程的整体性原理是指进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。

3．（2013·广东，26）污水处理厂的污泥富含有机质和无机成分，可用作肥料，但其多环芳烃（PAHs）等有机污染物含量通常较高，施入土壤会带来二次污染，生物质炭是由作物废弃秸秆等炭化而成的，将污泥、含7%生物质炭的污泥均堆放一段时间后用于盆栽实验，研究它们对黑麦草生长及PAHs迁移的影响，结果见下表：

测定项目

红壤

红壤＋污泥

红壤＋含7%生物质炭的污泥

土壤PAHs含量（μg/kg）

527

1079

765

黑麦草叶绿素含量（mg/g）

2.0

2.1

2.3

黑麦草每盆干重（g）

1.7

2.3

2.7

黑麦草PAHs含量（μg/kg）

401

651

428

（1）生物质炭孔隙结构发达，能改善土壤的通气状况，使根系细胞____________加强，________合成增加，从而促进根系对土壤养分的吸收。

（2）由表可知，施用含生物质炭的污泥__________________，从而促进黑麦草生长；污泥的施用使土壤和黑麦草的PAHs含量________，但生物质炭的输入_________________，从而降低PAHs污染的风险。

由此可见，生物质炭有望用作污泥改良剂，促进污泥的推广应用，污泥的应用符合生态工程的________________原理。

答案　

（1）有氧呼吸　ATP　

（2）黑麦草叶绿素含量较多　升高　能降低土壤和黑麦草中PAHs的含量　物质循环再生

解析　

（1）生物质炭能改善土壤的通气状况，促进根系细胞的有氧呼吸，使得细胞的呼吸作用加强，合成ATP，为根系主动吸收养分提供能量。

（2）由表可知，施用含有生物质炭的污泥中黑麦草叶绿素的含量较多，从而促进黑麦草的生长，污泥施用后土壤和黑麦草的PAHs含量增加，生物质炭的输入则能降低土壤和黑麦草中PAHs的含量。

污泥中含有大量的有机质和无机成分，施用污泥可使其中的养分被充分吸收利用，这体现了生态工程的物质循环再生原理。

一、选择题

1．下列有关生态工程的叙述，错误的是（　　）

A．农村综合发展型生态工程遵循了物质循环再生和整体性原理

B．我国南方的桑基鱼塘是运用系统整体性原理的典型实例

C．生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系

D．“环境友好技术”及低污染清洁生产工艺可以减少城市污染物的产出

答案　B

解析　农村综合发展型生态工程改善了农村的生活环境，实现了多种物质的循环利用，遵循了物质循环再生原理；在生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是还要考虑到经济与社会等系统的影响力，即要遵循整体性的原理，A正确；我国南方的桑基鱼塘模式主要应用了系统的结构决定功能原理，B错误；生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系，C正确；城市是由自然系统、经济系统和社会系统所组成的人工生态系统，因此，要用生态工程的方法对城市环境进行综合治理，可推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺，以减少污染物的产出，D正确。

2．为助力“美丽乡村”建设，科研人员对南通某地富营养化水体实施生态恢复，先后向水体引入以藻类为食的某些贝类，引种芦苇、香蒲等水生植物，以及放养植食性鱼类等。

经过一段时间，水体基本实现了“水清”“景美”“鱼肥”的治理目标。

下列相关叙述不正确的是（　　）

A．治理前的水体不能实现自我净化，说明该生态系统抵抗力稳定性强

B．引种芦苇、香蒲既可吸收水中的无机盐，又能遮光抑制藻类生长繁殖

C．放养植食性鱼类可使生态系统中的物质和能量更好地流向人类

D．这一成功案例说明调整生态系统的结构是生态恢复的重要手段

答案　A

解析　治理前的水体不能实现自我净化，说明该生态系统抵抗力稳定性弱，A错误；芦苇、香蒲属于挺水植物，其在与藻类植物竞争阳光、营养物质中处于优势，可吸收水中的无机盐，又能遮光抑制藻类生长繁殖，B正确；放养植食性鱼类，既可以食用藻类，又可以被人类食用，这样会使生态系统中的物质和能量更好地流向人类，C正确；根据题意可知，这一案例基本实现了“水清”“景美”“鱼肥”的治理目标，说明调整生态系统的结构是生态恢复的重要手段，D正确。

3．（2019·镇江月考）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　良性循环的农业生态系统能最大限度地提高物质和能量利用率，减少环境污染，增加生态系统的稳定性，实现经济效益和生态效益的同步发展。

4．目前我国在矿产资源开发中，坚持“谁污染、谁治理”“谁破坏、谁恢复”的原则，建立健全矿区生态环境恢复治理的责任机制。

下列关于矿区废弃地生态恢复的叙述，合理的是（　　）

A．矿区废弃地生态恢复的关键是尽可能依靠自然演替恢复其生态功能

B．适用于矿区生态环境恢复的措施是开发农田，增加农民收入

C．该生态工程恢复所遵循的主要原理是整体性原理、协调与平衡原理

D．矿石的开采只是破坏生态环境，不会产生其他危害

答案　C

解析　矿区废弃地生态恢复工程的关键是植被恢复和土壤微生物群落的重建，这主要依靠人类的活动，A不合理；矿区的土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长，B不合理；矿山开发形成大量岩质陡边坡及矿渣废弃地，边坡的不稳定性会导致许多不良地质灾害，D不合理。

5．设计生态工程的常用方法之一是给食物链（网）“加环”，下图就是一种“加环”示意图，据图判断下列说法错误的是（多选）（　　）

A．用玉米副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益

B．用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了能量的循环利用

C．图中的箭头可表示物质循环和能量流动

D．该生态工程的运转离不开人的管理

答案　BC

解析　用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇、残渣来培育食用菌和蛆蛹实现了废弃物的资源化，实现了物质的多级循环利用，能量不能循环利用；该生态工程的正常运转离不开人的管理；将蛆蛹粪便还田，运用了物质循环再生原理，但是能量是不能循环利用的。

二、非选择题

6．实施西部大开发，要切实搞好生态环境保护和建设，大力开展植树种草、治理水土流失、防治沙漠化等。

材料一　据计算，要维持一个6口人的牧民家庭生活所需的食物，需饲养35～40头牛，其中一半必须是母牛，以提供牛奶和繁殖小牛，其余为2～3头公牛，15～18头小母牛和几头小公牛。

这一畜群所需的牧场面积取决于降雨量（因降雨量影响产草量），在降雨量为250mm地区，约需400公顷放牧地。

材料二　“退耕还林工程”囊括25个省（区、市）和新疆生产建设兵团，共1897个县（含市、区、旗）。

到2010年，完成退耕地造林1467万hm2，宜林荒山荒地造林1733万hm2，陡坡耕地基本退耕还林，严重沙化耕地基本得到治理，工程区林草覆盖率增加4.5个百分点，工程治理地区的生态状况得到较大改善。

（1）在生态工程中，人类应用了__________________等学科的基本原理和方法，促进了人类社会和自然环境的和谐发展。

（2）在西部地区“退耕还林还草”的目的是_____