学高中生物 第四章 课时15生态工程及其原理 苏教版选修3

第四章生态工程第15课时生态工程及其原理目标导航1.说出生态工程的概念。2.掌握生态工程的四个基本原理。一、生态工程1．原理：生态系统中____________与________________原理、____________________原则。2．设计思路：促进物质被________________。3．目标：是在促进自然界____________的前提下，充分发挥________________，防治______________，达到____________与____________的同步发展。4．意义：提供了既保护____________，又解决难以处理的____________问题的途径。5．优势：具有________、________、________的特征。6．组成：主要由____________、____________和____________构成。二、生态工程的原理1．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，包括____________等多种关系。这种关系构成了生态系统的____________和反馈机制。2．生态位原理：合理利用该原理，可以构建一个具有多层次、多种群的稳定而高效的生态系统。3．食物链原理：是实现生态系统中________________、____________和____________的基础，也是生态工程设计的重要因素。4．物种多样性原理：生态系统中生物多样性越____，生态系统就越______，可实现对资源____________并增加系统稳定性的目的。5．此外：生态工程的设计还必须遵循________________________的基本规律，运用____________的理论和方法来指导生态工程的实施和管理，以达到____________________的统一。知识点一生态工程1．下列关于生态工程的叙述中，错误的是()A．生态工程是生态学与工程学的结合B．生态工程追求经济与生态效益的双赢C．生态工程是无消耗、多效益的工程D．依据的原理是物种共生和物质循环再生2．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，实现了资源的最大化利用。请分析该县农业生态系统结构(部分)示意图，回答问题：(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)该农业生态系统为何能提高经济效益？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)从生态系统的稳定性看，该农业生态系统比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：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。知识点二生态工程的原理3．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。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________(生态系统、群落、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。知识点三根据生态工程原理设计生态工程4．池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象。研究者设计了一种循环水池塘养殖系统(如下图)。请回答下列问题：(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性________。人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化；藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡，进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为________。(2)与传统养殖池塘相比，该养殖系统增加的生态工程设施有________________。可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施，起到对水体的________，有效减少水体中的N、P等含量。(3)该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部，实现水层交换，其目的有________________________、________________________。(4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多，因为______________________________________________________________________________________________________________。(5)保持池塘水体中适当的N、P含量是必要的，该养殖系统可通过________、______________进行调控。基础落实1．氧化塘法净化污水中的硝化细菌位于()A．厌氧层 B．好氧层C．兼性层 D．各层均有分布2．生态工程建设中的恢复工程最重要的一步是()A．生物群落恢复 B．食物链恢复C．稳定生态系统的恢复D．植被恢复3．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的控制。这种做法体现了()A．实行“循环经济”的原则B．低消耗、多效益的原则C．遵循物种多样性和生态位原理D．建立自然―社会―经济复合系统4．下列不属于生态工程建设目的的是()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5．建设生态农业时巧设、增设食物链的目的不包括()A．实现物质的分层次多级利用B．实现能量的循环，使废物资源化C．加强生物防治，控制有害生物的危害D．减轻污染，提高抵抗力稳定性6．下列叙述违背了生态工程依据的生态学原理的是()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耗损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能力提升7．农田生态系统中，假设有两条主要的食物链如图所示。如果有人大量捕捉蛙，短期内对该生态系统造成的影响是()A．有利于生态系统的平衡 B．水稻虫害严重C．蛇的数量迅速增加 D．鼠的数量迅速增加8．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．生态工程以牺牲环境和资源为前提，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一9．人们为了解决某些在农、牧、渔业等生产中的生态问题而采取了下列各项措施，其中导致完全相反结果的是()A．更好的人口控制B．制造更强、更有效的农药C．合理的放养牲畜D．把科学的耕作技术应用于海洋综合拓展10．利用人工湿地可对污水进行净化处理，其基本原理是：在一定的基质(由土壤、沙石等组成)上种美人蕉、芦苇等湿地植物，将污水投放到人工建造的类似于沼泽的湿地上，当污水流过人工湿地时，由于系统中的物理沉降、化学分解和生物净化作用，使污水得到净化。下图是利用人工湿地去除污水中氮的生物脱氮原理简图。请分析回答：(1)A、B代表的过程分别是__________、______________________。(2)与植物吸收a物质有密切联系的生理过程是______________________________。(3)植物吸收的a物质用于合成的有机成分是__________和________________________等。(4)在此生态系统中对废水净化起主要作用的是______________。第15课时生态工程及其原理知识清单一、1.物种共生物质循环再生结构与功能协调2.分层多级利用3.良性循环资源的生产潜力环境污染生态效益经济效益4.自然环境环境污染5.低消耗多效益可持续6.生物种群生物群落生态系统二、1.共生、竞争自我调节3.物质循环能量流动信息传递4.高稳定充分利用5.社会发展和经济运行系统工程经济、生态和社会效益对点训练1．C[生态工程是指应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、结构与功能协调原则，其根本目标是在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。它不同于一般的传统工程，具有低消耗、多效益、可持续的特征。]知识链接生态工程(1)概念：生态工程是指应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统。(2)作用：生态工程提供了既保护自然环境，又解决难以处理的环境污染问题的途径。(3)人类设计生态工程的根本目标：在促进自然良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防治环境污染，达到生态效益和经济效益的同步发展。(4)生态工程不同于一般的传统工程的特征：低消耗、多效益、可持续。(5)生态工程的成分：主要由生物种群、生物群落和生态系统构成。2．(1)桑等生产者固定太阳能蚕、禽、畜(2)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)(3)抵抗力稳定性较高(营养结构较复杂，自我调节能力较强)天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物解析(1)生态系统的能量输入是指由生产者固定太阳能开始，例如桑等农作物；直接或间接以生产者为食的为消费者，如蚕、畜、禽。(2)投入减少，物质循环利用，使产量提高。(3)该生态系统生物群落结构相对复杂，从而使抵抗力稳定性增强，自我调节能力提高。利用生物的种内关系或种间关系来诱杀害虫，如利用捕食关系引入天敌，利用性引诱剂防治害虫等。知识拓展生态工程建设的分析1．传统农业的生产模式——石油农业(1)不足：传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。(2)石油农业的理解①含义：是指大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。由于需要大量的石油、煤、天然气等作为原料或动力而得名。②优点：投入高、产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起了巨大作用。③缺点：它所产生的废弃物和有害物质的数量很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染。2．实现可持续发展经济——循环经济和生态经济(1)实现了原料→产品→原料→产品的生产体系，实现废弃物的资源化。(2)保护生物多样性，做到生物与环境、经济发展与生态环境保护的协调平衡。3．(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。归纳提升生态学原理项目理论内容意义举例物种共生原理生物相互依存，不能单独生存和繁衍经过长期进化而形成的种间关系，包括共生、竞争等多种关系构成生态系统自我调节和反馈机制大豆与根瘤菌互利共生生态位原理每个种群在生态系统中都有特定的功能和位置将适宜的生物引入生态系统，增补空白的生态位实现物种多样化，提高生态系统的稳定性，提高物质、能量利用效率稻田养鱼，鱼吃掉危害水稻生产的害虫，同时为水稻提供矿质元素，水稻能够为鱼提供一定饲料物种多样性原理生态系统的抵抗力稳定性物种多、营养关系复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性；生物多样性高，可以为各类生物提供多种生存的机会和条件，容纳更多的生物数量增强生态系统结构和功能的抵抗力稳定性人工林病虫害严重，自然林有虫无灾食物链原理食物链是实现生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的基础巧接食物链，调整食物链长度，利用相应的腐生生物，将各营养级的食物残渣或粪便等排泄物进一步转化提高物质和能量的利用率，减少环境污染利用青蛙来控制农田中的害虫以上为生态学原理，另外生态工程原理还有：物质循环再生原理、整体性原理、协调与平衡原理等。4．(1)高正反馈(2)生态塘和潜流湿地净化作用(3)增加水的溶氧量提高饵料的利用率(4)后面池塘水体中的N和P含量(浓度)越来越高(5)补水和排水水泵控制水的流量解析(1)人工养殖池塘生态系统物种数量少，恢复力稳定性高。水体受污染后生物死亡导致微生物数量增加，促进水体溶氧量下降，导致鱼类死亡，又进一步促进环境恶化，说明调节过程中，最初的变化经调节后变化更大，从而说明该调节方式为正反馈调节。(2)由图示可知，该生态系统与传统养殖池塘相比，新增加的是生态塘和潜流湿地的工程设施。栽植水生植物或放养滤食动物，可促进对N、P的利用，从而达到水体自我净化的目的。(3)前一池塘的上层水流入后一池塘底部，使得水层充分与植物和动物接触，从而增加水的溶氧量和提高饵料利用率。(4)人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，这样后面池塘的N、P含量越来越高，易引起水体富营养化，不利于植物、动物生存。(5)该养殖系统经过各个养殖塘后的水体中含有大量的N、P，因此可通过排出部分水，再补充其他水进行调节，还可通过水泵控制水的流量大小进行调节。归纳提升设计生态工程的方法方法一：食物链(网)的“相接”，即巧接食物链(网)。如图：在同一生态系统中，巧接食物链(网)由甲图变为乙图，人获取的能量大量增多。方法二：食物链(网)的加环“加环”可为未被利用的残余物找到出路。例如，用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇等，其残余物用来栽培食用菌，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。课后作业1．B[硝化细菌为生产者，属于好氧型微生物。]2．D[要实现某一地区生态环境的好转，首先要恢复这一地区的生物群落，而其中的基石为生产者，植被恢复是最重要的一步。]3．C[物种多样性和生态位原理都是生态工程建设中应该遵循的原理。进行牧区草场建设时，既要考虑系统结构和功能的复杂性，又要考虑生物与环境的协调平衡，才能保证生态系统的稳定。]4．C[由生态工程的概念