資源簡介

人教版（2019）高二生物選擇性必修二導學案
第3節第1課時 生態工程的基本原理
學習目標：舉例說明根據生態學原理、采用系統工程的方法和技術，達到資源多層次和循環利用的目的，使特定區域中的人和自然環境均受益
學科素養：.生命觀念、科學思維——簡述生態工程的原理，舉例說出各原理的內容。
2．生命觀念、科學思維——舉例說出生態工程的實例，說出這些實例所運用的主要生態工程原理。
關注生態工程建設和生態工程的基本原理
自主梳理
1．關注生態工程建設
(1)生態工程概念
①原理和方法：應用______和________等學科的基本原理和方法。
②任務：對人工生態系統進行_______，或對_____進行修復、重建。
③結果：提高生態系統的________或改善________，促進_______和諧發展。
④技術手段：系統工程技術或綜合工藝過程。
(2)生態工程建設的目的：遵循________規律，充分發揮資源的生產潛力，防止________，達到經濟效益和________的同步發展。
(3)生態工程的特點：生態工程是一類________、多效益、________的工程體系。
答案：(1)①生態學　系統學　②分析、設計和調控　已被破壞的生態環境　③生產力　生態環境　人類社會與自然環境　(2)生態學　環境污染　生態效益　(3)少消耗　可持續
2．生態工程遵循的基本原理
生態工程以生態系統的________功能為基礎，遵循著______等生態學基本原理。
(1)自生
①含義：由生物組分而產生的________、自我優化、自我調節、_______就是系統的自生。
②條件
a．遵循自生原理，需要在生態工程中有效選擇________并合理布設。一般而言，應盡量提高____________程度，利用種群之間互利共存關系，構建復合的群落，從而有助于生態系統維持自生能力。
b．要維持系統的自生，就需要創造有益于生物組分的________，以及它們形成________________的條件。
(2)循環
①含義：在生態工程中促進系統的物質________________，既保證各個環節的物質________，也保證主要物質或元素的________較高。
②目的：通過系統設計實現不斷循環，使前一環節產生的________盡可能地被后一環節利用，減少整個生產環節“廢物”的產生。
(3)協調
①理論基礎：處理好生物與生物、________的協調與平衡。
②注意事項：需要考慮________。如果生物的數量超過了環境承載力的限度，就會引起系統的失衡和破壞。
(4)整體
①遵從自然生態系統的規律，各組分之間要有________，不同組分之間應構成________，通過改變和優化結構，達到改善系統功能的目的。
②人類處在一個社會—經濟—自然復合而成的巨大系統中。進行生態工程建設時，不僅要考慮自然生態系統的規律，更要考慮____________等系統的影響力。
答案：自組織、自我調節　整體、協調、循環、自生　(1)①自組織　自我更新和維持　②a.生物組分　生物多樣性　b．生長、發育、繁殖　互利共存關系　(2)①遷移與轉化　遷移順暢　轉化率　②廢物　(3)①生物與環境　②環境容納量　(4)①適當的比例　有序的結構　②經濟和社會
[互動探究]
1．【生活情境】20世紀50年代以來，“石油農業”得到飛速發展。“石油農業”大量使用以石油產品為動力的農業機械，大量使用以石油制品為原料的化肥、農藥等農用化學品。該模式提高了農業生產效率和農產品產量，但也曾因一度出現全球性的石油危機和生態環境的不斷惡化而暴露出它在經濟、技術、生態上均存在一定弊端或潛在威脅。
(1)分析“石油農業”的利與弊(社會責任)
①利： __________________________________________。
②弊： _______________________________________。
(2)生態農業與傳統農業的比較(科學思維)
比較項目 生態工程 傳統農業
基本原理 生態學、工程學 工程學
調節機制 人為輔助下的自我調節 人為調控
與環境的關系 協調 破壞環境
主要能源 太陽能 化學能
生物多樣性 得到保護 減少
答案：(1)①其投入高，產出也高，對保障糧食安全和提高人民生活水平起到了巨大的作用。
②其生產的廢棄物和有害物質的數量也很龐大，大大削弱了農業生態系統的穩定性和持續生產力，并造成日益嚴重的農產品污染和環境污染等。
2．自生原理
【生活情境】濕地保護是生態文明建設的重要內容，事關國家生態安全，事關經濟社會可持續發展，我國正在加快建立系統完善的濕地保護修復制度。到2020年，全國濕地面積不低于8億畝，其中自然濕地面積不低于7億畝。
(1)河流受到輕微污染時，能很快自我消除污染，河流中的生物種類和數量不會受到明顯影響，說明生態系統具有什么能力？
(2)在濕地修復過程中，應該選擇具有什么特點的多種水生植物？還應創造什么條件以改善水生生物的生存環境？
答案：(1)提示：自我調節能力。
(2)提示：應該選擇污染物凈化能力較強的多種水生植物。移除水體中富營養化沉積物和有毒物質，減少水體污染物，增加水體溶氧量。
3．循環原理
【圖表情境】如圖表示“無廢棄物農業”的物質循環再生示意圖，探究下列問題：
(1)通過分析“無廢棄物農業”物質再生示意圖，總結循環的含義是什么。
(2)圖示無廢棄物農業生態系統是怎樣實現物質的循環利用的？
(3)如何理解“污染物是放錯地方的資源”這句話？
答案：(1)提示：物質能夠在各類生態系統中，進行區域小循環和全球地質大循環，循環往復、分層分級別利用，從而達到取之不盡、用之不竭的效果。
(2)提示：該生態系統的人糞尿、牲畜糞便、作物殘留都再返回農田土壤里供生產者利用。
(3)提示：對環境造成危害的污染物，采用一定的措施和技術，就能夠進行回收和循環利用，這樣不但能夠減少環境污染，而且提高了資源的利用率，減少了資源的浪費。
4．協調原理
【生活情境】我國西北一些地區的年降水量小于450 mm。20世紀70年代，在冀西北壩上地區營造的大量楊樹防護林，在防風固沙、保持水土、調節氣候、保護農田生態系統等方面發揮著重要作用。但是，近年來，該地區的楊樹防護林相繼出現了明顯的衰退現象，林木大面積枯死，防護功能明顯下降。
(1)遵循協調原理，在我國西北地區進行防護林建設時，應選擇哪類植物？
(2)如果在該地區進行放牧，你認為應該注意什么問題？
答案：(1)提示：種植耐干旱的灌木和草本植物。
(2)提示：合理確定牲畜數量，不能超過環境容納量。
5．整體原理
【圖表情境】如圖表示社會—經濟—自然復合系統，探究下列問題：
(1)依據該系統分析，在進行林業工程建設時，應將生態與哪些方面結合起來，才能從根本上達到造林和護林的目的？
(2)遵循整體原理，進行生態工程建設時，更應該考慮哪個問題？
答案：(1)提示：社會、經濟。
(2)提示：不僅要考慮自然生態系統的規律，更要考慮經濟和社會等系統的影響力。
核心歸納
1．傳統農業與生態農業
(1)傳統農業
①方式：大量使用化肥、農藥、機械的農業生產方式。
②特點：不注重生態環境的保護，經濟的發展以巨大的生態環境破壞為代價。
(2)生態農業
①方式：實現了原料—產品—原料—產品的生產體系，實現了廢棄物資源化的循環經濟。
②特點：少消耗、多效益、可持續。
2．生態工程的類型及其設計原則
(1)對生態工程概念的理解
①原理技術：應用生態學和系統學等學科的基本原理和方法。
②操作提醒
a．對系統進行分析、設計和調控。
b．對已被破壞的生態環境進行修復、重建。
c．對造成環境污染的傳統生產方式進行改善。
③結果
a．提高生態系統的生產力或改善生態環境。
b．促進人類社會與自然環境的和諧發展。
(2)生態工程的類型
①具有農業生態保護性質并以農產品生產為目標的農業生態工程。
②以環境保護為目標的林業生態工程，包括水土保持生態工程、防風固沙生態工程、水源涵養生態工程、城市綠化和園林生態工程等。
③以治理環境污染為目標的治污生態工程，包括污水治理生態工程、城市垃圾處理生態工程、湖泊和水源地治理生態工程等。
(3)設計實施生態工程的原則
①首先肯定生態工程的作用，特別是對恢復和重建受損生態環境的重要作用。
②不忘大自然固有的強大的生態恢復能力，但也不能認為只要有了生態工程，就可以走“先污染、破壞，后治理”的老路。
(4)生態農業的概念：運用生態學原理，在環境與經濟協調發展的思想指導下，應用現代科學技術建立起來的多層次、多功能的綜合農業生產體系。
3．生態工程所遵循的基本原理
(1)自生
①含義：由生物組分而產生的自組織、自我優化、自我調節、自我更新和維持就是系統的自生。
②遵循自生原理的措施與實例
措施 實例
在生態工程中有效選擇生物組分并合理布設，這是該系統或工程能否形成自組織能力的基礎 在濕地修復過程中，應該選擇污染物凈化能力較強的多種水生植物，還需要考慮這些植物各自的生態位差異，以及它們之間的種間關系。通過合理的人工設計，使這些物種形成互利共存的關系
創造有益于生物組分的生長、發育、繁殖，以及它們形成互利共存關系的條件 在濕地生態工程中，通過移除湖泊、河流中富營養化沉積物和有毒物質，降低水體污染物，增加水體溶氧量，可以改善水生生物的生存環境，從而有利于生態系統的自生
(2)循環
①含義：在生態工程中促進系統的物質遷移與轉化，既保證各個環節的物質遷移順暢，也保證主要物質或元素的轉化率較高。
②預期結果：通過系統設計實現不斷循環，使前一環節產生的廢物盡可能地被后一環節利用，減少整個生產環節“廢物”的產生。
③舉例：我國古代先民依靠“無廢棄物農業”保證了土壤的肥力，改善了土壤結構，培育了土壤微生物，實現了土壤養分如氮、磷、鉀及微量元素的循環利用，因此，幾千年來，土地一直維持著生產能力。
(3)協調
①含義：在進行生態工程建設時，生物與環境、生物與生物的協調與適應也是需要考慮的問題。
②舉例：我國西北一些地區年降雨量小于450毫米，只適宜種植灌木和草本植物，但曾被硬性規定種植喬木類的楊樹。由于環境不利于楊樹的生長，一些地區種植的防護林成了殘敗的“灰色長城”。
③注意事項：處理好生物與環境、生物與生物的協調與平衡，需要考慮環境容納量，如果生物的數量超過了環境承載力的限度，就會引起系統的失衡和破壞。
(4)整體
①含義：自然生態系統是通過生物與環境、生物與生物之間的協同進化而形成的一個不可分割的有機整體。
②遵循整體原理的措施
a．要遵從自然生態系統的規律，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，通過改變和優化結構，達到改善系統功能的目的。
b．不僅要考慮自然生態系統的規律，更要考慮經濟和社會等系統的影響力。
c．舉例：在進行林業工程建設時，一方面要號召農民種樹；另一方面一定要考慮貧困地區農民的生活問題，如糧食、燒柴以及收入等問題。
隨堂練習
1．運用生態學原理可以解決實際生產中的問題，下列說法正確的是( )
A．利用性引誘劑誘捕某害蟲的雄性個體，主要是通過提高害蟲的死亡率來降低該害蟲的種群密度
B．海洋捕撈時，在魚群數量為環境容納量的一半時捕撈，能夠保持魚群數量在短時間內迅速恢復
C．將農作物秸稈漚肥施給農作物，實現了物質和能量的循環利用
D．合理開發和利用野生資源可以起到保護生物多樣性的作用
答案：D
解析：利用性引誘劑誘捕某害蟲的雄性個體，主要是通過降低害蟲的出生率來降低該害蟲的種群密度，A錯誤；海洋捕撈時應該將剩余魚的種群數量控制在環境容納量的一半，這樣能夠使魚群數量在短時間內迅速恢復，B錯誤；能量不能循環利用，C錯誤；合理開發和利用野生資源可以起到保護生物多樣性的作用，D正確。
2．用經過處理后的雞糞沼液來培養小球藻，以降低沼液中的氨氮，總磷等有機物和無機物含量，使其達到國家排放標準。下列相關敘述正確的是(　　)
A．雞糞中所含的能量屬于雞未攝入的能量
B．此生態系統中，小球藻既是生產者，又是分解者
C．用雞糞沼液培養小球藻符合生態工程的循環原理
D．小球藻制造有機物時所需要的能量來自雞糞沼液
答案：C
解析：雞糞中所含的能量屬于雞攝入的能量，但不屬于雞同化的能量，A錯誤；此生態系統中，小球藻屬于生產者，但不屬于分解者，B錯誤；用雞糞沼液培養小球藻符合生態工程的循環原理，C正確；小球藻制造有機物時所需要的能量來自光能，D錯誤。
3．“四位一體”生態農業是我國北方典型的生態農業模式，它以沼氣為紐帶，將沼氣池、豬禽舍、蔬菜栽培與日光溫室有機地組合在一起。下列敘述錯誤的是(　　)
A．將牛糞、豬糞直接施入沼氣池，可以為沼氣池中的微生物生長提供物質和能量
B．該系統遵循了自生原理、循環原理等
C．該系統的主要成分是蔬菜，人、牛、豬等均為消費者，兩者構成了食物網
D．由于廢棄物的再利用，提高了該系統中各營養級之間的能量傳遞效率
答案：D
解析：將牛糞、豬糞直接施入沼氣池，可以被微生物將其中的有機物分解為無機物，同時實現能量多級利用，A正確；該生態系統將農業廢棄物的轉化、再生和資源化等綜合起來，同時又增加了蔬菜的種植和豬、牛等家畜的飼養，遵循了自生原理、循環原理等，B正確；生產者是生態系統的主要成分，又是基石，人、豬和牛直接或間接取食生產者(蔬菜)，生產者和消費者構成了食物鏈、食物網，C正確；廢棄物的再利用提高了能量的利用率，但不能提高生態系統中各營養級之間的能量傳遞效率，D錯誤。
鞏固提升
1．下列關于生態工程的說法，錯誤的是(　　)
A．與傳統工程相比，生態工程是一類少消耗、多效益、可持續的工程體系
B．能防止環境破壞和環境污染
C．遵循生態系統物質循環規律，能提高能量利用率
D．生態工程能解決所有環境問題
答案：D
解析：生態工程建設的目的是遵循生態學規律，充分發揮資源的生產潛力，防止環境污染，達到經濟效益和生態效益的同步發展。與傳統的工程相比，生態工程是一類少消耗、多效益、可持續的工程體系，在實踐中得到了廣泛應用，但生態工程不能解決所有的環境問題。
2．下列關于生態工程的基本原理的說法，錯誤的是(　　)
A．循環原理，在于使各種生態系統的物質循環可以順利進行，盡量減少產生廢棄物
B．自生原理，是各種生物之間通過食物鏈的相互作用，使各種生物種群數量保持基本穩定
C．整體原理，只考慮自然生態系統的規律，所有的人類活動必須完全以生態系統的穩定為核心
D．協調原理，處理好生物與環境、生物與生物的協調與平衡，需要考慮環境容納量
答案：C
解析：在進行生態工程建設時，既要考慮自然生態系統的規律，又要考慮自然、經濟、社會的整體影響，C錯誤。
3．生態工程遵循整體、協調、循環、自生等基本原理。下列相關說法正確的是(　　)
A．依據生態工程的循環原理，應該對垃圾進行焚燒處理
B．園林既能改善生態環境，又能提高社會和經濟效益，體現了生態工程的整體原理
C．生態農業是無消耗、多效益、可持續的工程體系
D．“無廢棄物農業”遵循的是物種多樣性的原理
答案：B
4．蚯蚓分解處理技術可實現固體廢物的減量化和資源化。下圖為某農業生態系統的示意圖，下列敘述正確的是(　　)
A．該生態系統中的蚯蚓和各種微生物均屬于分解者
B．該生態工程設計突出體現的生態學基本原理是物種多樣性原理
C．農作物、果樹等植物獲取的物質和能量主要來自有機肥
D．影響蚯蚓分解處理效率的因素有溫度、含水量等
答案：D
解析：生態系統中的微生物不一定是分解者，如硝化細菌為生產者，有些細菌營寄生生活，是消費者，A錯誤；由圖可知，該生態系統中，物質能在生態系統中循環往復，分層分級利用，重點體現的是循環原理，B錯誤；植物獲得的能量來自太陽光能，C錯誤；分析圖示可知，影響蚯蚓分解處理效率的因素有溫度和含水量等，D正確。
5．生物氧化塘是利用藻類和細菌處理污水的一種生態系統。下圖是生物氧化塘內部分成分之間的關系，相關分析錯誤的是(　　)
A．生物氧化塘利用了生態工程的循環等原理
B．在該氧化塘中引進硝化細菌有利于對污水的處理
C．B層中的藻類和細菌具有種間互助關系
D．出水處只要對細菌數量進行有效控制便可排放
答案：D
解析：生物氧化塘利用了生態工程的循環等原理，A正確；在該氧化塘中引進硝化細菌可將產生的NH3轉變成NO，有利于對污水的徹底處理，B正確；B層中的藻類產生氧氣提供給細菌，細菌將有機物分解成無機物為藻類提供原料，兩者具有種間互助關系，C正確；出水處不僅要對細菌數量進行有效控制，還要對主要污染物進行檢測，檢測合格后才能排放，D錯誤。
6．南京古泉生態農場是生態農業的典范。該農場將養豬、養魚、沼氣工程、養鴨、種植農作物、養蘑菇、種桑養蠶、種植果樹等多個生產過程有機結合成一種高效良性的循環，生態效益達到了良性發展。請就此生態農場的特點，完成下列問題：
(1)該生態農場充分體現了生態工程基本原理中的____________原理。
(2)該系統工程的核心之一是沼氣池，沼氣的制作如圖1所示。
①在圖1中標出箭頭，表示生產過程中的物質循環。
②如果將圖1中“無機物—農田”這一環節去掉，對生態農業系統有何影響？___________________________________。
(3)在該生態農場中存在如圖2所示的物質循環過程，據圖分析，下列敘述錯誤的是________(填編號)。
A．物質經過多級利用，實現了良性循環
B．每一級生產環節都獲得產品，提高了生態經濟效益
C．食用菌和蚯蚓等分解者的加入有利于實現系統的物質和能量的循環利用
D．由于各級產物都可以利用，減少了廢物和污染
(4)有人認為生態農業建設中，食物鏈越長越好。請你結合所學的有關生態工程原理，分析該結論是否正確，為什么？
答案：(1)循環、自生、整體
(2)①如圖所示
②土壤中的無機物得不到補充，物質循環受到破壞，土壤肥力下降
(3)C
(4)不正確。因為食物鏈越長，營養級越多，各食物鏈中的生物數量難以達到一定規模，影響經濟效益；同時由于能量是逐級遞減的，所以高層次營養級生物獲得的能量較少，該營養級生物數量也較少。

展開更多......

收起↑