高三生物第四章生态工程(现代生物技术专题

1、第四章 生态工程第一节 生态过程的原理和类型【学习目标】1、简述生态工程的概念，关注生态工程的建设（A）2、简述生态工程的注意原理（A）3、尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策（A）【知识梳理】一、生态工程的概念1、概念：是指应用生态系统中物种共生和物质循环再生原理、结构和功能协调原则，结合经系统分析的最优化方法而设计的促进物质被分层多级利用的生产工艺系统。2、生态工程建设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。（少消耗、多效益、可持续 ）2、实例：农林牧副渔一体化生态工程依据生态学基本原理，其关键是调控系统内部的结构和

2、功能，进行优化组合，提高生态系统物质再生和能量转化的能力，充分发挥物质生产的潜力，尽量充分利用原料、产品、副产品、废弃物以及时间、空间和营养生态位，提高整体的综合效益。3、（人教版）生态经济：主要是通过实行“循环经济”的原则，使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，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。【例1】下列不属于生态工程建设项目的的是（ ） A对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善 B防止环境污染 C单纯追求粮食产量 D促进人类社会和自然环境的和谐发展二、生态工程的原理（苏教版）生态工程主要由生物种群、生物群落和生态系统构成。生

3、态工程构建和运行的主要依据是生态学基本原理。这些基本原理主要包括物种共生、生态位、食物链、物种多样性等。物种共生原理：自然界中任何一种生物都不能离开其他生物而单独生存和繁衍，这种关系是自然界中生物之间长期进化的结果，包括共生、竞争等多种关系，构成了生态系统的自我调节和反馈机制。生态位原理：生态系统中各种生物都占有一定的生态位。在生态系统中，合理利用生态位原理，可以构建一个具有多层次、多种群的稳定而有效的生态系统。食物链原理：是实现生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的基础，也是生态工程所利用的物种共生原理的基础。物种多样性原理：生态系统中生物多样性越高，生态系统越稳定。生态工程的设计还必须遵

4、循社会发展和经济运行的基本规律，运用系统工程的理论和方法来指导生态工程的实现和管理。在生态工程中除了必须遵循上述各种基本原理外，还要考虑通过适当满足物种生存、生长或繁殖的环境条件来提高物种的适应能力。【补充说明】生态工程所遵循的基本原理（人教版）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：一般而言，物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。生物多样性高，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

5、高系统生产力。即使某个物种由于某种原因而死亡，也会很快有其他物种占据它原来的生态位置，从而避免了系统结构或功能的失衡。3、协调与平衡原理处理好生物与环境的协调与平衡，除了考虑生物的生态适应性外，还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数量。4、整体性原理人类处在一个社会经济自然复合而成的巨大系统中。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。除此之外，社会习惯、法律制度等也都对生态工程建设有着重要影响。建立在对系统成分的性质及相互关系充分了解基础之上的整体理论，是解决生态环境问题的必要基础。5、

6、系统学和工程学原理（1）系统的结构决定功能原理：生态工程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。（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、信息等的转化和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+12”。【例2】稻鸭萍共作是一种新兴的生态农业模式，其中，水生植物红萍（满江红）适生于荫蔽环境，可作为鸭子的饲料，鸭子能吃有害昆虫并供肥，促进水稻生长，对以此模式形成的生态系统，下列叙述错误的是（ ）A. 该生态系统的主要功能是物质循环和能量流动B. 鸭子既是初级消费者，又是次级消费者C. 生物群落由水稻、红

7、萍、鸭子和有害昆虫组成D. 水稻和红萍分层分布，能提高光能利用率三、生态工程的类型根据性质和设计目标的不同，生态工程可分为不同的类型。例如，具有农业生态保护性质并以农产品生产为目标的农业生态工程；以环境保护为目标的林业生态工程，包括水土保持生态工程、防风固沙生态工程、水源涵养生态工程、城市绿化和园林生态工程等；以治理环境污染为目标的治污生态工程，包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊和水源地治理生态工程等。实例1：“人工湿地”生态工程。（1）湿地是开放水域和陆地之间过渡性的生态系统，其重要特点之一是生物多样性丰富。湿地生态系统具有较强的净化功能，被誉为“地球之肾”。（2）“人工湿地”

8、是模拟自然湿地的人工生态系统。它的组成成分包括土壤、各类水生植物（浮水植物、挺水植物和沉水植物）和水等。（3）“人工湿地”对污水的净化作用是通过不同类型的水生植物和微生物的共同作用实现的。水生植物除了能吸收、转化污水中的N、P等物质外，还能促进细菌等微生物对污水的处理和净化。在“人工湿地”生态系统中，对废水净化起作用的是微生物的分解和转化作用以及相关的物理、化学作用，如沉淀、吸附、过滤等。【例3】下列哪些属于湿地生态系统的生态效益（ ）蓄洪防旱，调节区域气候 控制土壤侵蚀，自然净化污水鸟类的栖息地 工业用水的资源A B C D实例2：矿山废弃地生态修复工程（1）矿山废弃地是指因采矿活动而遭破坏

9、且不经治理便无法使用的土地。它包括开采后的废石碓、大量采矿而形成的开采废弃地、选矿剩余物造成的污染地等。（2）矿山废弃地的危害：不仅毁坏和污染大片森林、草地和农田，还造成水土大量流失，有的甚至成为巨大的污染源。（3）矿山废弃地的生态修复：关键在于植被恢复，以及为其所必需的土壤微生物群落的重建（人教版）。在植被恢复过程中要注意选择生长快、抗逆性强的树种，优先选择固氮树种，尽量选择适应性强的乡土树种和先锋树种，注意树种的多功能效益。【例4】下列有关矿区废弃地的危害的叙述错误的是（ ） A造成了土地、土壤的破坏 B阻碍植被的生长C可能产生严重的重金属污染 D对现今生存的生物无多大影响【例5】在矿区生

10、态环境的恢复工程中，关键的措施是（ ） A人工制造表土 B特殊隔离 C土壤侵蚀控制 D植被恢复实例3：林业生态工程（1）林业生态工程是环境与生态保护、修复和改善的重要组成部分。它是在维护环境与发展经济的目标下，以优化土地利用为基础，以发挥水土资源和生物资源生产潜力为依据，形成各林种、各树种的合理配置和组合，充分利用多林种、多树种生物群体的多功能和多效益特点，建设功能完善、结构稳定、经济高效的生态系统。（2）我国先后批准建设了十大林业生态工程，特别是三北防护林体系建设工程、长江中上游防护林体系建设工程、太行山绿化工程、黄河中上游防护林体系建设工程等。【基础检测】1. 人类设计生态工程的根本目标是

11、（ ）A. 促进自然界良性循环的前提下，达到生态效益与经济效益的同步发展B. 促进自然界良性循环的前提下，防治环境污染，提高经济效益C. 防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展D. 促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防治环境污染，达到生态效 益与经济效益的同步发展2我国“三北防护林”，虽然取得了巨大的生态和经济效益，但由于没有完全按照自然生态规律办事，也产生了不少问题。例如，辽宁西部的章古台地区，由于单一种植樟子松树，使松毛虫因为没有天敌而肆虐一时，使很多地方几乎成了不毛之地。这个事实说明了（ ）A樟子松树的抗虫能力很差B松毛虫的危害性很强，并专一性的侵害樟子松树C生

12、物多样性对生态系统的重要性D由于植物种类达单一，导致松毛虫只能侵害樟子松树3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系统结构决定功能原理 D以上都不是4实现循环经济的最重要的手段之一是（ ）A大力发展“石油农业” B生态工程 C清除污染物 D禁止产出污染物5（多选）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，据图判断下列说法正确的是（ ）A用玉米的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，实现了物质

13、的 多级利用C用蛆蛹粪便作为有机肥还田，运用了能量循 环再生的原理D该生态工程的运转离不开人的管理6(多选)某生物小组考查一农田生态系统中水稻从播种到稻秆还田的全过程。在稻田分蘖期间，农民拔草、治虫；然后排水进行搁田(亦称“烤田”)；稻谷收获之后，有不少农民在田里焚烧稻秆。下列叙述中，正确的是（ ）A农民拔草、治虫目的是使能量较多地流向水稻B搁田时排出的水可能对水体造成污染C搁田有利于水稻根系生长，提高水稻抗倒伏能力D焚烧稻秆可促进物质循环，实现能量高效利用7某地农民大量焚烧农作物的秸秆，造成环境污染，影响了航班起降。（1）秸秆的大量焚烧，使当地雨水pH发生变化，变化趋势是_。（2）秸秆焚烧后

14、所剩的灰分，是植物的_，在焚烧过程中，以气体形式散失的是_、_等。（3）从生态系统的物质循环分析，焚烧秸秆对农田生态系统的影响是_。（4）该地农民的做法主要破坏了生态工程的哪一原理？_。第二节 关注生态工程的建设【学习目标】1、说出建立生态工程的原因、建立生态工程的流程和产生的效益（A）2、关注我国生态工程发展的前景（A）【知识梳理】一、生态工程建设的基本过程1、遵循的原理生态工程建设既要遵循生态学原理，也要遵循适应性原则和高效益原则，即在强调可行性的前提下，突出社会经济自然生态系统的整体与功能，以生态建设促进产业发展，并将环境保护融于产业工程之中。2、基本过程：包括拟定目标与本底调查、系统分

15、析、可行性评价与决策和技术设计等。其中技术设计是整个生态工程建设的核心环节。拟定目标与本底调查：设计时必须强调社会经济自然生态系统整体协调的目标。本底调查的内容包括自然资源、社会经济条件和环境条件。系统分析：是生态工程可行性分析和决策的基础和依据。可行性评价与决策：通过可行性评价与决策分析，在达到最佳的经济效益和社会效益的同时，也达到最佳的生态效益，增加复合生态系统的稳定性，降低生态系统恶化的风险。技术设计：通过改变食物链的方法，提高系统自身的迁移、转化、再生物质和利用能量的能力，充分利用原料、产品、副产品以及时间、空间和营养生态位，提高整体的综合效益。3、生态系统技术设计的常用方法一是食物链

16、（网）的“相接”。即连接平行的原本不相连接的种类，形成互利共生网络，提高效率，促进物质的良性循环。二是食物链（网）的“加环”。即在食物链（网）的中增加一些环节，以充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量，促使物流和能流的路径畅通，发挥生产潜力，提高生态和经济效益。二、我国生态工程建设的实例典型的例子是治污生态工程和生态农业工程。1、治污生态工程（1）包括固体、液体及有机废弃物的处理，生物肥料的研制与试用，湖区污染的生态治理，塑料的再生利用等方面。（2）生物氧化塘概念：是利用藻类和细菌等生物之间的协同作用处理污水的一种生态系统。净化污水的机理：表层（好氧层）：分布有藻类，藻类光合作用产生的氧气和空

17、气中的氧气，有利于好氧菌降解废水中的有机物。下层（兼性层）：通常有无色杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等优势菌种。底部（厌氧层）：分布有硫酸还原细菌和甲烷杆菌。兼性菌和厌氧菌则通过好氧和厌氧反应，分解废水中的有机物。还有钟虫、轮虫类和甲壳类等浮游动物，它们能去除塘中的营养物质，提高水的透明度。多功能生物氧化塘工艺流程示意图污水进来后，首先进入沉砂环节，让一些固体废弃物沉淀下来。如果污水中有机物的含量高，就采用流程；如果污水中有机物的含量低，就采用流程或流程。藻-菌互生环节就是利用藻类吸收有机物产生氧气和细菌的分解作用，促进污水净化。出水前可通过对藻、菌进行控制以达到改善水质的目的。【例1】（多选）目前

18、，些地区采用人工浮床（如下图）治理水体污染。人工浮床净化水体的 机理包括（ ） A植物吸收水中悬浮物，提高水体透明度 B植物吸收水中的NO3、PO3等，降低水中氮、磷等含量 C浮床遮光，抑制浮游藻类的生长繁殖，防止水华发生 D浮床下方水体氧浓度升高，减少微生物种类和数量2、生态恢复工程（1）从生态学的角度出发，要实现一个地区环境的好转，首先就要恢复这一地区的生物群落，形成合理、高效的食物链，并在演替过程中保持长期的稳定和平衡。其中，恢复植被是生态恢复工程的第一步。（2）我国西部的生态工程建设：水土流失是西部生态问题中最本质、最突出的矛盾。西部地区在落实退耕还林还草政策后，当地植被已得到一定程度

19、的恢复。这说明在降雨量适宜的地区，生态植被具有一定的自我恢复功能。【例2】生态恢复工程的第一步是（ ） A恢复这一地区的生物群落 B恢复植被 C形成合理、高效的食物链 D保持一定的动物数量3、生态农业（1）是以生态学理论为依据，以环境与经济协调发展为前提，在一定区域内，因地制宜规划、组织和开展多层次、多功能的农业生产。（2）生态农业以保持生态系统内的生态平衡为主导思想，促进物质在系统内循环和重复使用，以最少的投入获取最大的经济效益和生态效益。 【例3】“猪一沼一茶”是华南山地丘陵地区常见的生态农业模式，由种植（茶树）、养殖（猪）、 农户（人）和沼气生产（微生物）四个子系统构成。该生态农业模式（

20、 ） A是由茶树、猪、人和微生物组成的生态系统 B实现了物质和能量在系统中的多级循环利用 C使整个生产过程进入了废物资源化的良性循环D注重系统内部的自身调节作用，不需要外部投入4、生态城市（城市环境生态工程）（1）生态城市：是基于社会、经济、自然三个系统并高度统一的可持续发展城市。其特点主要包括注重高效和谐性、保持整体性和实现可持续性。（2）对城市环境的治理：要把整个城市作为一个巨大的生态系统来考虑，即用生态工程的方法对城市环境进行综合治理。首先在城市规划和布局方面，要进行城市生态分区，合理分布工业区、居住区、生态绿地等；其次是推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺，以减少污染的产出；采用各

21、种手段治理污染，进行废弃物的资源化利用；同时要建立健全法制进行监督。在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的同时，不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量；更不要误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。【例4】下列措施中不符合城市生态工程建设基本原理的是（ ）A城市规划，分区建设工业区、居住区、生态绿地等B大力推广“环境友好技术”和低污清洁生产工艺C采用浮床工艺法等手段治理水污染D用法律手段严禁汽车上路，造纸厂、酒厂生产，以断绝污染的源头【基础检测】1对生态农业的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

22、类的能量最多C实现“原料一产品一原料一产品”的生产模式 D通过生物防治减少能量损失2设计良性循环的农业生态系统时应符合的原则是（ ）A充分利用自然界的能量和物质资源 B使产出和输人的物质达到平衡C尽量减少生物种类 D提高沼气池的转化效率3城市环境问题不包括（ ）A过量的垃圾 B噪声污染 C城市绿化 D大气污染4.（多选）下列关于湿地生态系统的叙述中，正确的是（ ）A.人工湿地通过物理沉降、化学分解和生物作用，实现了水质净化B.湿地植物的主要作用是为水体提供丰富的氧，有利于微生物分解C.湿地生态恢复工程就是指退耕还湿地或建立自然保护区D.在湿地周围建立缓冲带，有利于湿地依靠自然演替恢复生态功5（

23、多选）每年2月2日是“世界湿地日”，下列有关湿地生态系统的叙述正确的有（ ） A湿地包括沼泽、泥炭地、滩涂、河流湖泊、水库、稻田、甚至包括水深不超过6m的浅海水域等 B湿地能通过物理沉降或生物分解等方法净化污水，并且具有调洪蓄水能力C近年我国旱、涝、洪灾频繁发生，生物多样性受到严重威胁等与湿地的破坏有很大关系 D湿地中细菌的硝化作用实现自然界N2向硝酸盐的转化6. 研究性学习小组参观某市市郊建立的以沼气为中心，以保护生态环境为目标的“猪-沼-鱼-肥- 果蔬”生态模式时绘出了如下模式图，请分析回答：（1） 构建以沼气为中心的“猪-沼-鱼-肥-果蔬”生态模式时所依据的生态学原理是 ,该生态系统最大的优点是 。（2）该生态系统的“基石”是 ，若要生产3kg鸡肉最少需要水稻和大豆共 kg。（3）沼气池中有产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物，其生态学作用主要是 （4）若农田内