資源簡介

生物選擇性必修2 生物與環(huán)境【教學設計】
第3節(jié)　生態(tài)工程
[學習目標]
1.舉例說明根據生態(tài)學原理、采用系統(tǒng)工程的方法和技術,達到資源多層次和循環(huán)利用的目的,使特定區(qū)域中的人和自然環(huán)境均受益。
2.形成“環(huán)境保護需要從我做起”的意識。
3.通過對生態(tài)農業(yè)、生態(tài)修復的分析,樹立物質與能量的生命觀念,形成保護環(huán)境、人與環(huán)境和諧相處的社會責任感。
【課件自主預習】
一、生態(tài)工程的基本原理
1.生態(tài)工程
(1)概念:是指人類應用生態(tài)學和系統(tǒng)學等學科的基本原理和方法,對人工生態(tài)系統(tǒng)進行分析、設計和調控,或對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進行修復、重建,從而提高生態(tài)系統(tǒng)的生產力或改善生態(tài)環(huán)境,促進人類社會與自然環(huán)境和諧發(fā)展的系統(tǒng)工程技術或綜合工藝過程。
(2)目的:遵循生態(tài)學規(guī)律,充分發(fā)揮資源的生產潛力,防止環(huán)境污染,達到經濟效益和生態(tài)效益的同步發(fā)展。
(3)優(yōu)點:與傳統(tǒng)的工程相比,生態(tài)工程是一類少消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。
2.生態(tài)工程所遵循的基本原理
(1)自生
①由生物組分而產生的自組織、自我優(yōu)化、自我調節(jié)、自我更新和維持就是系統(tǒng)的自生。
②遵循自生原理,需要在生態(tài)工程中有效選擇生物組分并合理布設。一般而言,應盡量提高生物多樣性程度,利用種群之間互利共存關系,構建復合的群落,這樣即便某個種群消亡,其他種群也能彌補上來,從而有助于生態(tài)系統(tǒng)維持自生能力。
③要維持系統(tǒng)的自生,就需要創(chuàng)造有益于生物組分的生長、發(fā)育、繁殖,以及它們形成互利共存關系的條件。
(2)循環(huán)
循環(huán)是指在生態(tài)工程中促進系統(tǒng)的物質遷移與轉化,既保證各個環(huán)節(jié)的物質遷移順暢,也保證主要物質或元素的轉化率較高。
(3)協(xié)調
在進行生態(tài)工程建設時,需要考慮生物與環(huán)境、生物與生物的協(xié)調與適應。處理好生物與環(huán)境、生物與生物的協(xié)調與平衡,需要考慮環(huán)境容納量。
(4)整體
①幾乎每個生態(tài)工程都是具有多組分、復雜結構及綜合功能的系統(tǒng),這樣的復雜系統(tǒng)建設必須以整體觀為指導。自然生態(tài)系統(tǒng)是通過生物與環(huán)境、生物與生物之間的協(xié)同進化而形成的一個不可分割的有機整體。
②遵循整體原理,首先要遵從自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律,各組分之間要有適當的比例,不同組分之間應構成有序的結構,通過改變和優(yōu)化結構,達到改善系統(tǒng)功能的目的。
③人類處在一個社會—經濟—自然復合而成的巨大系統(tǒng)中。進行生態(tài)工程建設時,不僅要考慮自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律,更要考慮經濟和社會等系統(tǒng)的影響力。
④社會習慣、法律制度等也對生態(tài)工程建設有著重要影響。
二、生態(tài)工程的實例和發(fā)展前景
(一)生態(tài)工程的實例
1.農村綜合發(fā)展型生態(tài)工程
(1)問題:農村人口多,人多地少,產出不足。
(2)對策:建立農村綜合發(fā)展型生態(tài)工程,實現物質的多級循環(huán)利用。
(3)案例:北京郊區(qū)的某村以沼氣工程為中心的物質多級循環(huán)利用
工程。
2.濕地生態(tài)恢復工程
(1)濕地作用:具有蓄洪防旱,調節(jié)區(qū)域氣候,控制土壤侵蝕,自然凈化污水,為遷飛鳥類和多種動植物提供棲息地,為人們提供休閑娛樂的環(huán)境等功能。
(2)問題:人們對濕地進行排水和圍墾已經破壞了地球上80%的濕地
資源。
(3)對策
①采用工程學和生態(tài)學措施相結合的方法,使受到干擾的濕地得以恢復。
②在濕地周圍建立緩沖帶,以減少人類的干擾,使?jié)竦匾揽孔匀谎萏娴葯C制恢復其生態(tài)功能。
(4)案例:廈門筼筜湖生態(tài)恢復。
3.礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復工程
(1)問題:礦藏開采后,往往會造成山體、土壤和植被乃至整個地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的破壞。
(2)對策:人工制造表土、多層覆蓋、特殊隔離、土壤侵蝕控制、植被恢復工程等,其中關鍵在于植被恢復,以及植被恢復所必需的土壤微生物群落的重建。
(3)案例:赤峰市元寶山礦區(qū)生態(tài)恢復工程。
(二)生態(tài)工程的發(fā)展前景
1.在肯定生態(tài)工程的作用,特別是看到它在恢復、重建受損生態(tài)環(huán)境方面可發(fā)揮重要作用的同時,不要忘記大自然固有的強大的生態(tài)恢復力量,更不能誤認為只要有了生態(tài)工程,就可以走“先污染、破壞,后治理”的老路。
2.我國的生態(tài)工程還有一些不足之處,如缺乏定量化模型的指導,難以像“精確農業(yè)”那樣設計出標準化、易操作的生態(tài)工程樣板。此外,有些設計缺乏高科技含量,生態(tài)系統(tǒng)的調控尚缺乏及時準確的監(jiān)測技術的支持,缺乏理論性指導等。
3.我國目前面臨的生態(tài)危機,已經不單純是環(huán)境污染問題,而是與人口激增、環(huán)境與資源破壞、能源短缺等問題結合在一起的“并發(fā)癥”。解決這些問題,不但要重視對生態(tài)環(huán)境的保護,更要注重與經濟、社會效益的結合,需要生態(tài)工程發(fā)揮作用。
4.黨的十九大報告中,首次把美麗中國作為建設社會主義現代化強國的重要目標,對生態(tài)文明建設提出了一系列新思想、新目標、新要求和新部署,為建設美麗中國提供了指導方針和行動指南。
【預習檢測】
1.判斷下面有關生態(tài)工程的基本原理說法的正誤。
(1)“無廢棄物農業(yè)”遵循的是協(xié)調原理。(　×　)
提示:“無廢棄物農業(yè)”遵循的是循環(huán)的原理。
(2)在建設高新農業(yè)時,沼氣池的建立遵循循環(huán)原理。(　√　)
(3)根據協(xié)調原理,一個生態(tài)系統(tǒng)中種群的數量不應超過環(huán)境容納量。(　√　)
2.判斷下面有關生態(tài)工程的實例和發(fā)展前景說法的正誤。
(1)濕地的恢復除利用生物工程手段外,還要依靠自然演替機制恢復其生態(tài)功能。(　√　)
(2)礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復工程的關鍵是植被恢復和土壤微生物群落的重建。(　√　)
(3)退耕還林還草、植樹造林等是農村綜合發(fā)展型生態(tài)工程的主要對策。(　×　)
提示:實現物質的多級循環(huán)利用是農村綜合發(fā)展型生態(tài)工程的主要對策。
(4)有了生態(tài)工程,就可以走發(fā)達國家“先污染、破壞,后治理”的老路。(　×　)
提示:即使有了生態(tài)工程的運用,也不能走“先污染、破壞,后治理”的老路。
【課堂互動探究】
探究點一　生態(tài)工程的基本原理
[情境] 珠江三角洲的農民充分利用自然條件,建立了當地特有的農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)模式:蔗基魚塘和桑基魚塘。下圖是蔗基魚塘和桑基魚塘的模式圖。
[思考] (1)建立這一生態(tài)系統(tǒng)的目的是什么
提示:使生產者固定的能量持續(xù)高效地流向對人類最有益的部分。
(2)該生態(tài)系統(tǒng)把桑基魚塘與蔗基魚塘有機地組合在一起,優(yōu)化了系統(tǒng)結構,由此可見,該生態(tài)系統(tǒng)遵循的主要生態(tài)原理是什么
提示:協(xié)調原理和整體原理。
(3)一般來說,生態(tài)工程的主要任務是什么
提示:對人工生態(tài)系統(tǒng)進行分析、設計和調控,或對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進行修復、重建,從而提高生態(tài)系統(tǒng)的生產力或改善生態(tài)環(huán)境,促進人類社會與自然環(huán)境和諧發(fā)展。
(4)與農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)相比較,自然生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性通常較高,主要原因是什么
提示:自然生態(tài)系統(tǒng)組分多,食物網復雜,自我調節(jié)能力強,抵抗力穩(wěn)定性通常較高。
(5)當桑葉價格高,賣桑葉比賣魚更合算時,當地農民會將蠶沙用作桑樹的肥料,而不是喂魚。由此可以看出,生態(tài)工程除了考慮生態(tài)學、工程學原理,還需要關注什么
提示:生態(tài)工程需要根據工程的目的,以及當地自然、社會和經濟的情況,從系統(tǒng)的不同角度綜合考慮問題。因此,不但要考慮生態(tài)學原理,而且要考慮經濟和社會的實際狀況,通過系統(tǒng)學、工程學的設計,在充分利用自然的基礎上,考慮節(jié)省投資和維護成本,提供務實、可持續(xù)的解決方案。
[深度思考] 如何科學規(guī)劃和管理桑基魚塘
提示:應研究生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)、能量流動以及信息傳遞,按照規(guī)律調整各種生物的比例,獲得最佳經濟效益。
[應用] 生態(tài)系統(tǒng)內即使某個物種由于某種原因而死亡,也會很快有其他物種占據它原來的生態(tài)位置,從而避免了系統(tǒng)結構或功能的失衡。這體現了生態(tài)工程的原理是(　B　)
A.循環(huán)原理 B.自生原理
C.協(xié)調原理 D.整體原理
解析:生態(tài)系統(tǒng)內即使某個物種由于某種原因而死亡,也會很快有其他物種占據它原來的生態(tài)位置,從而避免了系統(tǒng)結構或功能的失衡。可見,物種繁多復雜的生態(tài)系統(tǒng)具有較高的抵抗力穩(wěn)定性,體現了生態(tài)工程的自生原理。A、C、D錯誤,B正確。
探究點二　生態(tài)工程的實例
[情境] 建設社會主義新農村的關鍵是構建和諧社會,發(fā)展生態(tài)農業(yè),走可持續(xù)發(fā)展之路。下圖為某地一生態(tài)工程建設模式圖。
[思考] (1)該生態(tài)工程遵循了循環(huán)原理,請以沼氣站為例說明生態(tài)工程的意義。
提示:沼氣站的建立在有效地解決農村燃料問題的同時,還可以節(jié)省林木、保護植被、減輕環(huán)境污染。此外,沼渣可用作畜禽飼料和農作物肥料。
(2)該生態(tài)工程模式的最大優(yōu)點是什么
提示:實現能量和物質的分層次多級利用(或提高物質和能量的利用率),減少環(huán)境污染。
(3)該生態(tài)工程中,處于第二營養(yǎng)級的生物有哪些 在生態(tài)系統(tǒng)中有什么作用
提示:雞、奶牛、魚、豬、人。加快了生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)。
(4)進行生態(tài)工程建設時,要處理好生態(tài)與環(huán)境的協(xié)調與平衡,需要考慮生態(tài)承載力,這是為什么
提示:若超過生態(tài)系統(tǒng)相應的限度,會引起系統(tǒng)的失衡與破壞。
(5)從環(huán)境保護的角度分析,該生態(tài)工程能生產出無公害蔬菜的原因是什么 如果養(yǎng)雞場與蔬菜大棚相通可提高蔬菜產量,請從細胞代謝的角度分析,其原因是什么
提示:不使用化肥和農藥等對人體有害的物質,減輕了環(huán)境污染。呼吸產生的二氧化碳可以供蔬菜進行光合作用,提高光合作用強度。
(6)有同學認為該模式圖能大大提高能量傳遞效率,這種認識對嗎 為什么
提示:不對。該設計通過“沼氣站”這一環(huán)節(jié)大大提
高了能量利用率,而不是提高了能量傳遞效率。
[深度思考] 在礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復工程案例中,恢復植被的措施是植樹和種草,為什么不是種植農作物
提示:礦區(qū)土壤條件惡劣,不適宜農作物的生長,因此代之以適應性強,耐旱的灌木、草和樹等。
[應用] 隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的提出,生態(tài)經濟的重要性日益增顯。下列有關敘述錯誤的是(　B　)
A.生態(tài)經濟所遵循的主要原則是循環(huán)經濟
B.生態(tài)工程的特點是少消耗、低效益、可持續(xù)
C.“無廢棄物農業(yè)”遵循的基本原理是循環(huán)原理
D.在濕地的周圍建立緩沖帶可使?jié)竦匾揽孔匀谎萏鏅C制恢復其生態(tài)功能
解析:生態(tài)經濟的主要原則是循環(huán)經濟;生態(tài)工程是一類少消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系;“無廢棄物農業(yè)”主要是變廢為寶,基本原理是物質循環(huán)再生;濕地周圍的緩沖帶有利于其恢復生態(tài)功能。
課堂小結
完善概念圖 記憶節(jié)節(jié)清
1.生態(tài)工程:是指人類應用生態(tài)學和系統(tǒng)學等學科的基本原理和方法,對人工生態(tài)系統(tǒng)進行分析、設計和調控,或對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進行修復、重建,從而提高生態(tài)系統(tǒng)的生產力或改善生態(tài)環(huán)境,促進人類社會與自然環(huán)境和諧發(fā)展的系統(tǒng)工程技術或綜合工藝過程。 2.原理:自生、循環(huán)、協(xié)調、整體。 3.生態(tài)工程發(fā)展的前景:黨的十九大報告中首次把美麗中國作為建設社會主義現代化強國的重要目標,對生態(tài)文明建設提出了一系列新思想、新目標、新要求和新部署。
隨堂反饋
1.判斷下列關于生態(tài)工程的說法是否正確。
(1)生態(tài)工程以充分利用環(huán)境和資源為前提,生產出更多的產品。(　×　)
(2)在建設生態(tài)工程時,既要考慮自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律,還要考慮到經濟和社會等系統(tǒng)的影響力。(　√　)
(3)排石整地,改良優(yōu)化土壤適合用于礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復。(　√　)
(4)我國還屬于發(fā)展中國家,在與生態(tài)工程建設發(fā)生沖突時,應把經濟建設放在首位。(　×　)
2.下列生態(tài)工程案例與最主要運用的原理對應正確的是(　A　)
A.“無廢棄物農業(yè)”——循環(huán)原理
B.“前面造林,后面砍林”——自生原理
C.“農作物間種、套種”——整體原理
D.“太湖富營養(yǎng)化”——協(xié)調原理
解析:“無廢棄物農業(yè)”使物質能在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)往復,分層分級利用,遵循了循環(huán)原理;“前面造林,后面砍林”是沒有利用整體原理的后果;“農作物的間種、套種”遵循了自生原理;“太湖富營養(yǎng)化”是違反了協(xié)調原理的結果。
3.如圖是桑基魚塘生產模式圖,下列有關桑基魚塘的說法中正確的是(　C　)
A.實現了物質和能量的良性循環(huán)
B.提高了營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率
C.需要不斷得到外部的能量補給
D.其中魚的攝入量來自蠶和豬的同化量
解析:生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是單向的,即能量不能循環(huán)利用;桑基魚塘提高了能量的利用率,但是不能提高營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率;能量流動是單向流動、逐級遞減的,所以需要不斷得到外部的能量補給;魚的攝入量來自蠶和豬的糞便,而糞便不屬于蠶和豬的同化量,均為生產者同化量的一部分。
4.(不定項選擇)如圖所示為某人工生態(tài)系統(tǒng),下列相關敘述正確的是(　BCD　)
A.該生態(tài)系統(tǒng)由于飼養(yǎng)豬、雞延長了食物鏈,最終使人獲得的能量
減少
B.蠅蛆和蚯蚓是該生態(tài)系統(tǒng)的分解者,可促進該生態(tài)系統(tǒng)中物質循環(huán)
C.合理使用農家肥在提高土壤肥力的同時增加大氣中CO2濃度,利于葡萄和蔬菜增產
D.該生態(tài)系統(tǒng)遵循了循環(huán)原理
解析:飼養(yǎng)豬、雞延長了食物鏈,但能將葡萄、蔬菜中人未利用的部分能量再利用,提高了能量的利用率,人獲得的能量增多。
5.回答下列與生態(tài)工程有關的問題。
(1)一般來說,生態(tài)工程的重要任務是對　　　　　　　　　　進行修復、重建,對造成環(huán)境污染和破壞的生產方式進行改善,并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產力。
(2)生態(tài)工程所遵循的基本原理有循環(huán)、協(xié)調、　　　　　　、　　　　　　等。人畜糞便用于農作物的生產主要符合　　　　　　原理。
(3)“豬—沼—果”是我國一種常見的生態(tài)農業(yè)模式,以沼氣為紐帶,帶動畜牧業(yè)、林果業(yè)等相關農業(yè)產業(yè)共同發(fā)展。該生態(tài)農業(yè)中的所有生物共同組成了　　　　　　(填“生態(tài)系統(tǒng)”“群落”或“種群”);該生態(tài)農業(yè)模式能實現能量的　　　　　　　　　。
解析:(2)生態(tài)工程所遵循的基本原理有整體、協(xié)調、循環(huán)、自生等。(3)群落是同一時間內聚集在一定區(qū)域中各種生物種群的集合,生態(tài)農業(yè)中所有的生物共同組成了群落,該農業(yè)模式對廢棄物再利用,實現了能量的多級利用。
答案:(1)已被破壞的生態(tài)環(huán)境(或受損的生態(tài)系統(tǒng))
(2)整體　自生　循環(huán)　(3)群落　多級利用

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