高中生物浙科版现代生物科技专题第五章生态工程 第5章第1节第2节

第一节生态工程的主要类型第二节生态工程在农业中的应用课标解读重点难点1.理解生态工程的原理。2.简述生态工程的主要类型及其在农业上的应用。3.分析我国农业生态工程的主要技术。1.生态工程的原理及主要类型。(重点)2.农业生态工程的意义以及我国农业生态工程的主要技术。(难点)生态工程的概念1.生态工程诞生的背景人口爆炸、粮食短缺、资源枯竭、空气污染、生态环境被破坏，人类面临着生存和发展的挑战。在这样的背景下，20世纪60年代，生态工程应运而生。2．生态工程原理整体、协调、循环和再生。3．生态工程学的研究对象生态工程学的研究对象是社会——经济——自然复合生态系统。生态工程的主要类型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。1．下图所体现的主要生态工程原理是什么？【提示】物质循环再生原理。生态工程在农业中的应用1.农业生态工程的模式2．我国农业生态工程的主要技术(1)核心技术：物质的良性循环技术。(2)洁净可再生新能源开发技术：如太阳能、沼气、风能等。(3)种植业和畜牧业合理优化技术：如退耕还林、还草，设计高效可行的套种、间种和轮种，减少农药、化肥使用。2．在一个经常发生虫灾的林业管理粗放地带，人们提出了营造混合林和单纯林两个方案，并产生了争论。请你判断：哪一个方案比较合理？道理是什么？【提示】营造混合林比较合理。因为混合林的物种数目比单纯林多，生态结构较为复杂，抵抗力稳定性强。3．农业生态工程对调整种植业和畜牧业结构的意义(1)农业生态工程以生态学原理为依据，将种植、养殖、水产、园艺与林业、副业、加工业等进行优化，将农业废弃物的转化、再生及资源化等综合起来，将节能、应用清洁能源、生态建筑及人口调控、生物多样性保护等结合起来。(2)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．庭院生态工程(1)组成分析一个家庭庭院也是一个人工生态系统，其中有生产者、消费者、分解者，也存在物质循环与能量流动。(2)庭院生态系统经济效益分析目的要求eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(通过计算分析，学会计算农产品的投入、产出及,利润,通过对庭院生态系统经济效益的剖析，认识物,质循环和能量多级利用的意义,通过对农户能源利用的分析，认识沼气发酵、太,阳能开发利用的重要性))(3)几个计算方法：①利润＝产出－投入②成本利润率＝eq\f(利润,成本)×100%1．农作物秸杆“过腹还田”体现了物质、能量循环利用。(×)【提示】能量是不能循环利用的。2．庭院生态系统的结构设置有效地促进了能量流动、物质循环、信息流动的畅通。(√)3．“退耕还林”、“退耕还草”政策，也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。(√)4．人工肥料的过度使用，只会导致土壤肥力的下降。(×)【提示】也可导致环境的破坏。5．开发风能和潮汐能均属于物质的良性循环技术。(×)【提示】两者都属于洁净可再生的新能源开发技术。生态工程的主要类型【问题导思】①设计生态工程应该注意哪几个方面？②我国的生态工程主要类型有哪些？③尝试举出物质循环利用的生态工程的几个实例？1．如何设计生态工程(1)物质能够被循环利用，实现“废物资源化”，从而达到取之不尽用之不竭的效果，也能够避免环境污染，如“无废弃物农业”。(2)在有限的资源条件下，利用物种多样性，增强系统的抵抗力稳定性；增加利用环节，实现生态系统生产力的提高，如“三北防护林建设中的单纯林问题”。(3)通过改变和优化系统内部不同组分间的结构，达到改善系统功能的目的，如“桑基鱼塘”。(4)考虑环境承载力，即环境所能养活的生物种群的数量，避免生态系统的失衡和破坏。2．生态工程的主要类型(1)物质循环利用的生态工程①城市：生活垃圾进行减量化、无害化、资源化处理，将生活垃圾中有机部分、人畜的粪便等转化为优质生态复合肥。②农村：发展养殖业，将农作物秸秆“过腹还田”，利用禽畜粪便与作物秸秆培养食用菌后再培养蚯蚓，蚓粪残渣再作为肥料，既减少或避免了田间烧草给环境带来的污染，又增加了产值。(2)节水和废水处理与应用的生态工程eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(西北干旱地区：雨水和地表水收集,农业区：节水灌溉技术,城市：工业节水系统的开发等))节水eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(造糖厂：糖渣制酒精,造纸厂：废液回收钙粉、木质素,屠宰场：废血提取凝血酶、血红蛋白))废水处理与应用(3)山区小流域综合治理与开发的生态工程①问题：小流域水土流失问题。②对策：进行综合治理。③案例：甘肃陇南县“九子登科”模式。(4)清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程清洁及可再生能源主要有：沼气、太阳能、风能和潮汐能。1．在建立不同生态工程时，要遵循不同的设计原理，不能相互照搬，应该因地制宜。2．在进行生态工程建设时，应该积极利用自然生态系统的强大自我恢复力，节省投资。3．生态恢复能力有限，不能认为有了生态工程，就可以先污染、破坏，后治理。下图是某村生态工程示意图，请据图回答下列问题。(1)这一生态工程的结构和功能有哪些特点？______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)蓝绿萍的代谢类型是________，在生态系统中的地位是________。(3)如图是某科研工作者为该村设计的垃圾资源化、无害化处理的一种方案，请据图回答问题。①此方案中①②过程需每一位居民的参与，参与的行动方式是__________________。②过程④⑤利用的生物属于生态系统的何种成分？________。③从对资源的充分利用角度看，④⑤途径比③途径突出的优点是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【审题导析】解答此题的关键在于明确此生态工程依据的原理及优越性，即充分应用了物质循环利用原理，提高了单位面积的产出，同时减少了环境污染，大大提高了农业的综合效益。【精讲精析】(1)该生态工程以沼气工程为中心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。(2)蓝绿萍的代谢类型是自养需氧型，属于生产者。(3)过程①②是对垃圾的分类处理；过程④⑤是利用分解者的分解作用处理有机废弃物，此过程既充分利用了废弃有机物中的能量，又减少了因燃烧带来的污染。【答案】(1)以沼气工程为中心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展，降低了环境污染，促进了农村的可持续发展(2)自养需氧型生产者(3)①将生活垃圾分类处理②分解者③充分地、分层次地多级利用了垃圾中的物质，提高了能量利用率，并且减少了因燃烧带来的污染我国农业生态工程的主要技术分析【问题导思】①生态农业的基本内涵是什么？②我国农业生态工程的主要技术有哪些？1．生态农业的内涵生态农业设计时充分利用当地自然资源，利用动物、植物和微生物间的相互依存关系，使生态系统中的物质循环和能量被分层次地充分利用，使生产一种产品时所产生的有机废物成为另一种产品的投入，也就是实现无废物生产，提供尽可能多的洁净产品。生态农业的优越性体现在：实现了对物质和能量的多级利用；减少了对能源和资源的消耗，减少了环境污染。2．我国农业生态工程的主要技术含义实例物质的良性循环技术物质在农业生态系统中循环往复、分层分级利用庭院生态系统、桑基鱼塘、秸秆的“过腹还田”洁净可再生的新能源开发技术在自然界中可以不断再生，取之不尽、用之不竭，对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适合就地开发利用风能、太阳能、水能、地热能等非化石能源种植业和畜牧业合理优化技术尽量少用农业生态系统外部的化肥和农药，提高作物的产量和畜牧业产品的产量我国西部实施的“退耕还林、退耕还草”政策生物防治技术主要措施是保护和利用自然界害虫的天敌、繁殖优势天敌、发展性激素防治害虫等以虫治虫，保护天敌安全越冬；应用性引诱剂发挥天敌趋集效应如何理解“污染物是放错地方的资源”对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。例如，对废水、污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因此说污染物是放错地方的资源。(2023·杭州检测)如图是两个农业生态系统的结构模式图。(1)请根据图a、图b所示的生态系统结构，在下图中用箭头完成这两个生态系统能量流动和利用的图解(各种生物的呼吸作用耗能和图中未标出的分解者耗能可不标出)。图a：eq\x(太阳能)eq\x(农作物)eq\x(家禽、家畜)eq\x(人)图b：eq\x(太阳能)→eq\x(农作物)eq\x(\a\al(家禽、,家畜))eq\x(\a\al(沼气池含,微生物))eq\x(食用菌)eq\x(人)(2)图________所示生态系统的能量能够更多地被人类利用，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)图b所示生态系统的结构充分体现了生态工程的________________技术。【思维导图】解答此题的思维流程如下：【精讲精析】农业生态系统是人工建立的生态系统，其主要特点是人的作用非常突出，人们种植的各种农作物、饲养的各种家禽、家畜是这类生态系统的主要成员。根据生态系统中能量流动过程及a、b两个农业生态系统的结构模式图，我们可以比较容易地用箭头把两个生态系统中能量流动和利用的关系表示出来。比较a、b两个生态系统的结构模式图可见，图a中能量流动和利用关系简单，是一种原始和传统的农业生态系统，把家禽、家畜和人的粪肥直接用作农作物的肥料，其中含有大量的能量，只能被土壤中的微生物通过呼吸作用散放到环境中去，是一种很大的能源浪费，整个生态系统中能量利用率较低。相比较而言，图b中能量流动和利用关系复杂，是一种实用价值更大的现代农业生态系统。在这一生态系统中，人们把人、禽、畜的粪便及农作物中未被人、禽、畜利用的秸秆混合放入沼气池中，利用微生物的发酵作用来产生沼气，为人们的生活提供能源；人们还把沼渣和农作物的秸秆作为食用菌的培养基，培养出的食用菌又为人们提供了营养价值较高的食品；菌渣还可以再用作家禽、家畜的饲料。这样，该生态系统中农作物所固定的能量就被更好地加以利用了，大大提高了能量的利用率，减少了浪费。这种农业生态系统模式若能大范围地推广应用，必将大大提高我国农业经济效益和社会效益。【答案】(1)如下图eq\o(图a：)eq\o(图b：)(2)b图b所示生态系统中流向分解者的能量，还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用(3)物质的良性循环本课知识小结网络构建结论语句1．生态工程的原理是整体、协调、循环、再生。2．生态工程的主要类型有：物质循环利用型、节水和废水处理与应用型、山区小流域综合治理与开发型和清洁及可再生能源系统组合型等。3．农业中的生态工程主要有：庭院生态工程和农业生态工程。4．我国农业生态工程的主要技术(1)物质的良性循环技术。(2)洁净可再生的新能源技术。(3)种植业和畜牧业合理优化技术。5．生态农业有效地促进物质循环、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。生态农业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。1．(2023·台州期末)下列关于农业生态工程的叙述，不正确的是()A．实现了对物质和能量的循环利用B．建立了“原料——产品——原料——产品”的无废料生产体系C．使废物资源化，提高了能量的转化效率，减少了环境污染D．使能量尽可能多地流向对人类有益的部分【解析】农业生态工程以生态学原理为依据，将种植、养殖、水产、园艺与林业、副业、加工业等进行优化，将农业废弃物的转化、再生及资源化等综合起来，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，实现农业生态系统的可持续发展。它有效地促进了物质循环和能量流动，但不能使能量循环利用。【答案】A2．发展经济与保护环境，是发展中国家面临的一个重要问题，你认为走下面哪一条路是最佳选择()A．先污染、破坏，后治理B．边污染、破坏，边治理C．污染、破坏、不治理D．少污染、少破坏、及时治理【解析】处理好经济发展与环境保护的关系，要做到少污染、少破坏，及时治理，才能实现可持续发展。【答案】D3．在我国西部大开发战略中，“保护天然林”和“退耕还林(草)”是两项重要的内容，采取这两项措施的首要目标是()A．开展生态旅游 B．发展畜牧业C．增大木材产量 D．改善生态环境【解析】目前，由于人们对自然资源的不合理利用，特别是对森林、草原的破坏，出现一系列的环境危机，如沙尘暴的频繁发生，大量的土地沙漠化，水土流失严重等。因此，在西部大开发战略中，采取的措施主要是改善生态环境。【答案】D4．下列关于庭院生态工程的叙述，不正确的是()A．庭院生态系统中也存在生产者、消费者和分解者B．庭院生态工程也要设计能量流动和物质循环过程C．每一个家庭庭院都是一个农业生态工程D．庭院生态工程也存在经济效益和生态效益【解析】庭院也是一个人工生态系统，如果将生态工程在庭院生态系统中应用，就成为一个小型农业生态工程。【答案】C5．(2023·温州高二检测)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．生态工程以充分利用环境和资源为前提，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【解析】本题考查对生态工程概念的理解，A选项为生态工程的背景，B、D选项为生态工程的意义，C项描述明显错误。答案为C。【答案】C6．(2023·苏州高二检测)江苏某县地处水乡，畜禽养殖和栽桑养蚕是当地农业的两大支柱产业。在生产总量不断扩张的同时，该县坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现了资源的利用最大化。请分析该县农业生态系统结构(部分)示意图，据图回答下列问题。(1)该农业生态系统的能量流动从____________________________________开始，图中属于消费者的生物有________________。(2)该农业生态系统的设计遵循的原理有_______________________________________________________________________________________。(3)与传统农业生态系统相比，该农业生态系统更能净化环境，主要原因是______________________________________________________________。(4)该农业生态系统为何能提高经济效益？________________________________________________________________________________________。(5)从生态系统稳定性看，该农业生态系统较简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是______________________________________________________________________________________________________________；请说出两种根据生物学原理防治害虫的方法：____________________________________________________________________________________________________________________。(6)根据该县地处水乡这一资源优势，请就该农业生态系统提出一条合理化建议：_____________________________________________________________________________________________________________________。【解析】(1)根据农业生态系统结构(部分)示意图可以看出生态系统的能量流动是从桑等生产者固定太阳能开始的；消费者主要是各种动物，由图可知，属于消费者的生物有蚕、禽、畜。(2)根据示意图可知：该县通过调整产业结构、优化生态环境，实现了废弃物的资源化，获得了较高的生态效益、经济效益和社会效益，因而该农业生态系统的设计遵循的原理有物质循环再生原理、整体性原理(3)与传统农业生态系统相比，该农业生态系统实现了废弃物的资源化，如将秸秆作为沼气池、生物能发电的原料，沼渣、粪便等废弃物被及时利用等。(4)由于该农业生态系统实现了物质和能量的多级循环利用，提高了农产品的产量，减少了化肥、农药的使用，降低了环境污染，因而大大提高了经济效益。(5)从图示看出该农业生态系统生物种类多，桑园里间种农作物，还有无公害粮、油、菜等，因而生态系统较稳定，不易发生病虫害；生物防治害虫的方法有：天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物等。(6)由于该县地处水乡，水资源丰富，因而可发展养鱼业，既可利用蚕沙碎屑养鱼，变废为宝，又可将池塘塘泥肥田，避免使用化肥，发展无公害作物。【答案】(1)桑等生产者固定太阳能蚕、禽、畜(2)物质循环再生原理、整体性原理(3)粪便等废弃物被及时利用(4)实现了物质和能量的多级利用，提高了农产品的产量；减少了化肥、农药的使用(降低农业投入)(5)抵抗力稳定性较高(营养结构较复杂，自动调节能力较强)天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物(任选两种)(6)蚕沙碎屑养鱼；池塘塘泥肥田(任选一条)一、选择题1．生态农业比一般农业()A．投入多，产出多，污染少，可持续发展能力强B．投入少，产出多，污染少，可持续发展能力强C．投入一样，产出相当，污染少，可持续发展能力强D．投入和产出都较少，污染相同，可持续发展能力强【解析】在生态农业中，实现了废弃物资源化，利用物质循环再生原理，因此投入少，污染少，同时产出多，可持续发展能力强。【答案】B2．某地通过新建沼气池和植树造林，构建了新型农业生态系统(如图所示)。关于该农业生态系统的叙述，错误的是()A．该生态系统的维持，人的作用非常关键B．该生态系统利用了物质循环再生原理，实现了农业生产的可持续发展C．该生态系统采用分布式结构，提高了能量传递效率D．该生态系统充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用【解析】该生态系统采用分布式结构，提高了能量的利用率，但不能提高能量的传递效率。【答案】C3．(2023·嘉兴检测)世博会伦敦馆又名“零碳馆”。它除了利用太阳能、风能之外，还将剩饭菜中的生物质能用于发电。另外，水源也是位于房顶的花盆接收并过滤的雨水，供生活用水。“零碳馆”的设计与哪种生态工程更相似()A．物质循环利用的生态工程B．节水和废水处理与应用的生态工程C．小流域综合治理的生态工程D．清洁和可再生能源系统组合利用的生态工程【解析】“零碳馆”强调零排放，因此应属于能源方面的生态工程。【答案】D4．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。据图判断下列说法不正确的是()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【解析】A项提高了副产品的经济价值，减少了环境污染；B项使残渣中的能量流向生物，提高了能量利用率，减少了环境污染；C项用蛆蛹粪便作为有机肥还田，其中的能量不能直接被植物利用，且能量也不能循环再生，有机肥中的有机物在田里会被微生物分解为无机物而被植物利用，这体现了物质循环再生；D项这种农田生态系统，离不开人的管理，人的作用占主导。【答案】C5．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。下列叙述中不正确的是()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【解析】焚烧稻秆虽然可以促进物质循环，但是浪费了大量能量，从而使能量的利用效率大大降低。拔草、治虫使能量较多地流向水稻；搁田时排出的水中含有大量氮、磷等无机盐，可能对水体造成污染，但土壤暴露在空气中，有利于水稻根系的呼吸，促进水稻的生长发育。【答案】D6．(2023·杭州联考)下列叙述违背生态工程中生态学原理的是()A．充分考虑环境因子对生物的影响B．尽可能减少种间竞争所产生的损耗C．实现生态系统的良性循环D．以单一种群获得经济效益的最大化【解析】设计生态工程的目的是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产能力，防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展。以单一种群获得经济效益的最大化往往会造成病虫害增加，环境恶化。【答案】D7．下列哪一项措施最可能与人类的可持续发展原则不相符()A．森林的采伐量小于生长量B．人工鱼塘生产者的能量小于消费者的能量C．农田从收获中输出的氮素多于补充的氮素D．农田施用的无机氮多于生物固定的氮素【解析】森林的采伐量小于生长量，是人们合理利用森林资源的一个基本要求，不影响森林生态系统的生存及其稳定性。农田施用化肥，人工鱼塘喂养鱼饲料属正常现象。农田输出的氮素多于补充的氮素会影响农田的土壤肥力，导致土壤缺氮，影响再生产与可持续发展。【答案】C8.要实现人与自然的和谐发展，下列措施最合理的是()A．通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源B．使用化学药物防治病虫害，保证粮食稳产C．发展生态农业，实现物质和能量的多级利用D．大力开垦湿地，扩大粮食种植面积【解析】首先明确生态工程与生态经济的特点及生态农业的内涵，然后再根据各选项作出正确的判断。【答案】C9．随着我国经济的发展，建设社会主义新农村已成为我国当前的主要工作目标，农业的发展已由传统农业向现代农业转变，现代农业虽然产量大大提高，但造成了严重的环境污染，因此我国现在新农村建设中大力推广生态农业。下列关于生态农业的叙述不正确的是()A．生态农业中食物链和营养级越多越好B．生态农业的抵抗力稳定性比现代农业高C．生态农业设计的指导原则是能量的多级利用和物质的循环再生D．生态农业属于人工生态系统【解析】生态农业的设计要使其生态、社会、经济效益都达到最佳，生态系统要有合理的结构，而营养级越多能量损耗越大，生态农业设计的指导原则是充分利用分解者分解有机物，实现能量的多级利用和物质的循环再生，但并不一定增加营养级的数量。【答案】A10．关于合理优化种植业和畜牧业技术的叙述错误的是()A．因地制宜，针对各地实际情况采取优化方案B．合理优化既要注重经济效益也要注重生态效益C．退耕还林是因地制宜、合理优化种植业和畜牧业的一项重要政策D．合理优化的目的在于提高农业生态系统内部的能量传递效率【解析】合理化的目的在于提高能量的多级利用，能量的传递效率无法改变。【答案】D二、非选择题11．(2023·苏州高二检测)下图是对有机废弃物进行处理的一种方案，请回答问题：(1)施用有机肥料有利于提高农作物的产量，原因是土壤微生物分解有机肥料所产生的________使农作物的光合作用强度得到提高。(2)从资源化、无害化角度分析，途径②、③优于④的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)少量有机废弃物排入河流，不会使河流中的生物种类和数量发生明显变化，这说明生态系统具有________能力。(4)焚烧塑料垃圾所产生的二英会诱发________基因突变，导致正常细胞的生长和分裂失控而变成癌细胞。【解析】(1)有机肥料施入土壤后，经土壤微生物的利用会转化成腐殖质，腐殖质进一步分解，不但可释放出氮、磷、钾等矿质元素，供作物不断地吸收利用，而且有机质分解后还能不断地释放出大量的二氧化碳和水分，提高光合作用强度。(2)从资源化的角度分析，途径②、③优于④是由于分层次多级利用有机废弃物的物质，能充分利用有机物中的能量；从无害化角度分析，途径②、③优于④是由于减少了环境污染。(3)当生态系统达到稳定状态时，它能在最大程度上克服和消除外来干扰，保持自身的稳定性。但是生态系统的这种自我调节能力是有一定限度的，当外来干扰因素超过一定限度时，生态系统的自我调节功能本身就会受到损害。(4)正常细胞变为癌细胞是由于二英会诱发原癌基因和抑癌基因发生突变。【