2024-2025学年高中生物专题五生态工程第一节生态工程的基本原理学案新人教版选修3

PAGE13-专题五生态工程〔趣味导学〕自改革开放以来，我国以占世界约7%的耕地养活着约占世界21%的人口，的确取得了举世瞩目的成就。“十五”期间，中国经济发展更是上了一个新台阶，但我们为此也付出了惨痛的代价。随着近年来中国经济高速发展，资源瓶颈制约作用已逐步显现。一方面资源惊慌，一方面我们的发展又过于粗放，过于大手大脚。更让人揪心的是，对能源及资源的利用效率低下导致近年来中国环境急剧恶化。目前，我国温室气体排放已经居世界其次，单位GDP污染排放量是发达国家平均水平的十几倍，水土流失、土地沙化、草地退化在加剧……通过本专题的学习，你就会知道走生态环保和可持续发展之路是唯一的选择。〔专题概述〕本专题包括“科技探究之路——生态工程的兴起”“生态工程的基本原理”“生态工程的实例和发展前景”和“实践活动——调查沼气工程的实施状况”。本专题旨在使我们了解生态工程的建设须要系统学和工程学的学问，学会综合分析思索问题的实力。通过对中西方生态工程建设的比较，说明应依据我国国情走自己的生态工程之路，生态工程在我国具有广袤的发展前景。生态建设中同样存在伦理问题，即生态伦理问题。因此，可以说，本专题与专题4《生物技术的平安性和伦理问题》的内容有相通之处，同样须要我们学会站在不同的角度，全面分析问题。〔学法指导〕教材内容选择和呈现方式力求激励进行探究性学习，照实践活动、资料分析、探讨、设计和进展追踪等，应主动地进行自主探究、合作式的学习活动。〔专题重点〕生态工程原理的内容；生态工程的实例。〔专题重点〕分析生态环境问题及解决对策；应用生态工程的原理，设计简洁的生态工程。

第一节生态工程的基本原理学习目标课程标准1．简述生态工程的概念，关注生态工程建设。2．简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容。(重点)3．尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策。(难点)1．关注生态工程的建设。2．简述生态工程的原理。基础学问·双基夯实一、生态工程生态工程建设的目的就是遵循自然界①__物质循环__的规律，充分发挥②__资源__的生产潜力，防止③__环境污染__，达到④__经济__效益和⑤__生态__效益的同步发展。与传统的工程相比，生态工程是一类⑥__少消耗__、⑦__多效益__、⑧__可持续__的工程体系。二、生态经济生态经济主要是通过实行⑨__循环经济__的原则，使一个系统产出的⑩__污染物__，能够成为本系统或另一系统的⑪__生产原料__，从而实现⑫__废弃物__资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是⑬__生态工程__。三、生态工程所遵循的基本原理生态工程所遵循的基本原理有⑭__物质循环再生__原理、⑮__物种多样性__原理、⑯__协调与平衡__原理、⑰__整体性__原理和⑱__系统学和工程学__原理。思索为什么说“污染物是放错地方的资源”？提示：对环境造成危害的污染物，采纳肯定的措施和技术，就能够回收和循环利用，这样不但能够削减环境污染，而且提高了资源的利用率，削减了资源的奢侈，因此说“污染物是放错地方的资源”。┃┃活学巧练__■推断题1．“无废弃物农业”遵循物种多样性原理。(×)分析：“无废弃物农业”遵循物质循环再生原理。2．在建设生态农业时，沼气池建立是遵循物质循环再生原理。(√)3．依据协调与平衡原理，一个生态系统中生物种群的数量不应超过环境容纳量。(√)4．“1＋1>2”体现了生态工程的整体性原理。(×)分析：“1＋1>2”体现了生态工程的系统学和工程学原理中的系统整体性原理。5．只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。(√)6．在建设生态工程时，既要考虑自然生态系统的规律，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。(√)课内探究·名师点津学问点关注生态工程建设┃┃重难拓展__■1．生态工程的概念生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。留意：生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续的工程体系。2．生态经济的概念：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。留意：应从以下几个方面来理解本概念：①原理：循环经济原理。②目的：实现废弃物的资源化。3．生态工程与传统农业的区分：生态工程传统农业基本原理生态学、系统学工程学调整机制人为协助下的自我调整人为调控与环境的关系协调破坏环境主要能源太阳能化学能生物多样性得到爱护削减4．生态工程建设的目的：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。5．建设生态工程的缘由：传统经济模式正在毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然资本，为了实现可持续发展，因而要建设生态工程。┃┃典例评析__■典例1当前，我国农业的发展已由科技含量较低的传统农业向现代农业转变。现代农业虽然产量大大提高，但由于大量施用化肥、农药，造成了严峻的环境污染，因此我国政府正大力推广经济效益、社会效益和生态效益相统一的生态农业。下列关于生态农业的叙述不正确的是(A)A．生态农业系统中食物链和养分级越多，在能量流淌中消耗的能量越少B．生态农业系统的反抗力稳定性比现代农业高C．生态农业系统设计的指导原则是实现生态系统的能量和物质的多级利用D．生态农业系统属于人工生态系统，人的作用特别突出解析：能量的多级利用并不是食物链越长越好，还要考虑能量在传递过程中的生物呼吸所消耗的能量；生态农业实现了废物资源化，提高了能量的利用率。生态农业系统是遵循生态经济原理，在遵循“循环经济”的原则下，通过优化组合，使一个系统产出的污染物资源化，实现物质和能量的多级利用，同时防止了环境污染；在生态农业系统中人的作用特别突出，一旦失去人的作用，该系统将受到破坏，因而生态农业系统又属于人工生态系统。┃┃变式训练__■1．下列有关生态工程的叙述，不正确的是(B)A．为了实现可持续发展，经济发展必需符合生态学规律，变更“人类能折服自然”的错误观念，走生态经济之路B．“无废弃物农业”所采纳的肥料一般是用人畜粪便、枯枝落叶、残羹剩饭、河泥等通过堆肥和沤肥等方式转变成的有机肥，也可适量地运用化肥C．众多的生物通过食物链关系相互依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力D．珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，得益于珊瑚虫和藻类组成的高效的植物——动物养分循环解析：“无废弃物农业”不包括运用化肥。学问点生态工程的类型及基本原理┃┃重难拓展__■1．生态工程的类型依据性质和设计目标的不同，生态工程可分为不同的类型：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(农业生态工程：具有农业生态爱护性质并以农产品生产为目的,林业生态工程：以生态环境爱护为目的,治污生态工程：以治理环境污染为目的))2．生态工程所遵循的基本原理生态工程是生态学、工程学、系统学、经济学等多学科交叉而产生的新兴学科，遵循的基本原理许多，主要原理如下：原理理论基础内容意义实例物质循环再生原理物质循环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、用之不竭的效果可避开环境污染及其对系统稳定和发展的影响无废弃物农业物种多样性原理生态系统的稳定性物种繁多而困难的生态系统具有较高的反抗力稳定性。生物多样性程度高，可以为各类生物的生存供应多种机会和条件。众多的生物通过食物链关系相互依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力避开系统结构或功能失衡“三北”防护林建设中的单纯林问题、珊瑚礁生态系统的生物多样性问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡指生物与环境的协调与平衡，须要考虑环境承载力，即指某种环境所能养活的生物种群的数量避开系统的失衡和破坏太湖富养分化问题整体性原理社会、经济、自然复合系统进行生态工程的建设时，不仅要考虑到自然生态系统的规律，还要考虑到经济和社会等系统的影响力统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定林业建设中自然系统与社会、经济的关系问题系统学和工程学原理系统的结构确定功能原理：分布式优于集中式和环式生态工程须要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改善和优化结构，达到改善系统功能的目的改善和优化系统的结构以改善功能桑基鱼塘系统整体性原理：整体大于部分之和系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺当完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果保持系统很高的生产力珊瑚礁区藻类和珊瑚虫的关系学问贴士①生物多样性高，食物链困难，不同的生物占据不同的时间位、空间位和资源位，可充分利用生态系统的环境。②只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。③协调与平衡是指生物与环境的协调与平衡，协调主要指生物要适应环境，平衡是指某环境下生物种群的数量与环境的承载力要平衡，否则会引起系统的失衡与破坏。┃┃典例评析__■典例2下图说明我国现有的生产模式严峻违反了什么生态工程原理(D)A．整体性原理B．协调与平衡原理C．系统的结构确定功能原理D．物质循环再生原理解析：从题图中不难看出，综合污染物与能源消耗呈逐年上升的趋势，说明白生产活动产生的物质不能被充分利用，造成了能源的消耗过大。能量消耗多说明该生产模式没有遵循物质循环再生原理。┃┃变式训练__■2．下列措施与生态工程的原理不符合的一项是(C)A．森林的采伐量小于生产量B．人工鱼塘生产者的能量小于消费者的能量C．农田通过农作物输出的氮素多于补充的氮素D．向农田施用的无机氮肥多于生物固定的氮肥解析：森林的采伐量小于生产量，利于森林的发展；人工鱼塘生产者的能量小于消费者的能量，可以通过人工补充能量来维持；农田通过农作物输出的氮素多于补充的氮素，土壤就会越来越贫瘠，影响可持续发展；向农田施用的无机氮肥可以多于生物固定的氮肥。指引迷津·拨云见日1．整体性原理≠系统整体性原理。(1)整体性原理是指人类处在一个社会、经济、自然复合而成的巨大系统中。建立在对系统成分的性质及相互关系充分了解基础上的整体理论，是解决生态环境问题的必要基础。(2)系统整体性原理属于系统学和工程学原理之一。系统整体性是指系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺当完成能量、物质和信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果。2．沼气工程北方地区的沼气池冬天的维持及使沼气池中菌类维持稳定产气的方法：在冬季，可以通过加温(蒸气、热水通入发酵池)或将沼气池用塑料大棚封闭起来增加产气。沼气池稳定产气必需的条件：(1)沼气池必需密闭。沼气菌群是一类厌氧细菌，它在整个生命过程(生长、发育、繁殖、代谢等)中都不须要氧。(2)适当的水。发酵池中的料、水比例得当是正常产生沼气的关键。如一个6m3的标准池，首次投料大约须要人畜粪便1500kg、杂草500kg，再加入2000kg(3)适当的温度。一般8℃以上沼气菌即可活动，产生微量沼气；20℃～24℃活动正常；28℃～30℃活动最旺盛，产生沼气率最高。(4)酸碱度。沼气发酵相宜的pH范围是6.5～7.5，最适pH是6.8～7.0。(5)搅拌。适当搅拌可以提高发酵池内产气率，一般每周搅拌2次即可。(6)接种。增加沼气菌种数量，尽快发酵产生沼气。沼气池正常产气后，还需不断地添加新料、清除旧料才能确保持续产气。3．沼气的成分及清理沼气池时要防止中毒沼气是一种多成分混合气体，主要成分为甲烷和二氧化碳(甲烷的含量一般为60%～75%)，并含有少量的一氧化碳、氢、硫化氢和氮等。沼气中氧气浓度低，一氧化碳等有害气体浓度高，人肯定要留意在通风充分、确保平安后才可进入，否则会引起中毒。4．大型养殖场厩粪和沼气发电工程采纳高温(50℃左右)厌氧发酵，可使厩粪料的分解周期缩短到十几小时并能够稳定地产生大量沼气，通过沼气与燃油混烧的发电设备，使发出的电并到大电网上，出售商品电力，由此可以达到消退污染、获得可再生能源和优质生物肥料等目的。典例3“1＋1＞2”体现生态工程的哪一基本原理(B)A．物种多样性原理B．系统整体性原理C．协调与平衡原理D．物质循环再生原理解析：系统整体性原理是指系统各组分只有比例适当，才能实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1＋1>2”。核心素养·技能培优案例一青年农夫利用自己学习的生态学学问，在自家庭院搞了一个小型生态农业。他在0.25亩的土地上，地面养蘑菇和密环菌，空中架箱养蚯蚓，顶上搭葡萄架，需光的采光，不需光的阴凉，各取所需，生活在各自的生态位置上，同时用蚯蚓喂鸡，鸡粪喂猪。猪粪汇合产沼气，沼气点灯做饭，沼渣做肥料，最大限度地利用了物质和能量，使0.25亩的土地产生了年产值几万元的收入。请分析回答：(1)此生态系统的生产者是__葡萄__，分解者是__蘑菇、密环菌、蚯蚓__。(2)设计该生态系统遵循了__物质循环再生__原理。(3)请你依据生态系统能量流淌的原理画出此生态系统的能量流淌和利用图(各种生物呼吸作用消耗和分解者耗能可不标出)。解析：本题考查生态农业的有关学问。此生态系统的生产者是绿色植物即葡萄，分解者是腐生的蘑菇、密环菌、蚯蚓；设计该生态系统遵循了物质循环再生的原理；生态系统的能量流淌是从生产者固定太阳能起先，沼气池中产生的能量可以作为农户生活能源，沼渣做肥料时植物从中获得的是矿质元素，不是能量。答案：(3)探规寻律进行生态工程的实施设计时，首先应分析当地的生态现状，明确要实现什么目的、解决什么问题，从而确定遵循生态工程的什么原理，运用系统思维，设计出符合可持续发展要求的方案。问题释疑·探究升华教材P101正文中探讨题【“关注生态工程建设”资料分析1】1．导致1998年长江洪水泛滥的主要缘由是什么？提示：根本缘由：长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧削减。干脆缘由：1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度上升、气候异样有关。解决长江洪水泛滥的措施有：我国政府提出的“主动营造长江中上游水源涵养林和水土保持林”安排，即以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。在进行生态工程建设时，要考虑到怎样解决农村(尤其是湖区或山区的迁出人员)的能源来源问题以及如何提高农夫的经济收入。2．洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？提示：传统的经济发展模式不留意生态环境的爱护，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。【“关注生态工程建设”资料分析2】1．你对“石油农业”是如何理解的？提示：“石油农业”大量运用化肥、农药和机械的生产方式，因对石油等能源有高度的依靠性而得名。它把农业生产这一困难的生物过程，变成了简洁的机械过程和化学过程。由于其投入高，产出也高，对粮食平安保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很浩大，大大减弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严峻的农产品污染和环境污染等问题。2．你能举出一些农业生产活动对人体健康以及环境造成危害的实例吗？提示：除日常生活中能够发觉的实例外，农业活动对环境和人类健康造成危害的实例中，世界上影响较大的有蓝婴病。1973年，美国内布拉斯加州首次出现幼儿高铁血红蛋白症(蓝婴病)。其缘由是饮用水中硝酸盐含量超过10mg/L，这时过多的硝酸盐会与红细胞中的血色素结合，形成高铁血红蛋白。高铁血红蛋白不能为细胞和组织运输足够的氧。患儿的临床症状是在口、手或脚等部位出现时断时续的蓝色或淡紫色，呼吸困难、腹泻、呕吐、抽搐，严峻的会失去知觉，甚至死亡。硝酸盐来源于点源污染，如下水道、畜禽养殖场等，或非点源污染，如对农田、公园、草地等的施肥。3．如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？提示：对环境造成危害的污染物，采纳肯定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够削减环境污染，而且提高了资源的利用效率，削减了资源的奢侈。例如，对废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了地方没有被利用的资源。4．石油农业的生产模式应当怎样改进？提示：在不同的国家有不同的改进措施。例如，在我国，人多地少，应当大力发展生态农业。实施的详细措施包括：可以依据田间作物的须要适量施用高效、低毒、低残留的农药，多施有机肥，提高作物对水、肥等资源的利用效率，对作物秸秆和畜禽粪便进行再利用，实现物质的多级利用，等等。一方面要不断提高土地的产出水平；另一方面要削减农业活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。教材P104【“物种多样性原理”资料分析】1．为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？而珊瑚礁区却能够在养分稀有的深海中，保持着很高的生物多样性？提示：纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌，而成片单一的林木又为其供应了丰富的食物来源，因而会导致了树林的毁坏。珊瑚礁区的生物多样性高，食物链困难，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境，所以该区有很高的生物多样性。2．从上面正面和反面的实例，你能得出怎样的结论？你认为生物多样性的破坏有人为因素吗？提示：只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大。教材P105【“协调与平衡原理”资料分析】“西部大开发”是国家为振兴西部而提出的宏观决策，其中很重要的一项内容就是生态工程建设。从协调与平衡原理动身，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪些树种？假如在该地区发展畜牧养殖业，你认为应当留意什么问题？提示：几种西北地区特殊相宜树种的介绍(1)沙棘，俗称“酸柳”“酸刺”“黑刺”，属于胡颓子科，为落叶乔木或灌木。植株表面具有棘刺，叶呈条形或条状被针形，两端趋尖，背面密被淡白色鳞片，叶柄极短。沙棘花先于枝叶开放，雌雄异株；果实为肉质花被筒包围，近于球形，直径5～10mm。沙棘喜阳，粗大的枝干抗风沙。沙棘叶、皮、果实及种子在医药上有着广泛的应用价值。沙棘的嫩枝、嫩叶是牛、羊的精饲料，被誉为“铁杆牧草”。沙棘果维生素含量极高，养分保健价值高，有利于增加种植者的收入。沙棘是半干旱黄土高原快速绿化荒山、保持水土、调整生态平衡和促进农林牧业发展的良好树种。内蒙古鄂尔多斯等地区，实施沙棘生态工程，大面积种植沙棘，有效地限制了沟道水土流失，每年可削减流入黄河泥沙2100万吨。(2)山杏，主要指西伯利亚杏，它抗寒、耐旱，适应性强，是我国北方最普遍的果树之一，是绿化荒山、水土保持、防治风沙的先锋树种。山杏果仁养分丰富，含有大量维生素、微量元素和人体必需的氨基酸，是加工饮料的优质原料。(3)刺槐，属落叶乔木，适应性强，在年降水量200mm左右、年平均气温不低于3℃的地区都能生长。它不仅生长快，且耐盐碱，有涵养水源和保持水土的作用。刺槐泌蜜丰富，蜜质优良，是主要蜜源植物之一。刺槐不仅可改善生态环境，还可用于发展畜牧业。(4)锦鸡儿(又称拧条)，豆科，多年生落叶灌木，根系发达，具根瘤，高1.5～3m；耐干旱和寒冷，喜生沙地或半固定的沙丘上，不怕沙压和风蚀。此种植物广泛分布于我国东北、内蒙古、河北、山西、陕西、宁夏等地，可用于防风固沙，保持水土。枝条可用于编筐，其枝叶是牛、羊等冬春季节主要的饲料之一。(5)杜梨，蔷薇科梨属落叶乔木，可高达10m，原产于我国华北、西北及东北南部。耐寒，耐干旱、瘠薄，能在含盐量0.5%(质量分数)的土壤中正常生长，且耐涝性也较强。(6)沙枣，胡颓子科胡颓子属，落叶小乔木。分布于华北及西北等地，耐盐碱力较强。(7)合欢，豆科合欢属，落叶乔木，可高达20m。分布于华北、西北及黄河以南等地区。耐盐碱力较强，但不耐水涝。(8)臭椿，苦木科臭椿属，落叶乔木，可高达25m。原产于华南、华北、西北各地。抗性强，生长快，耐盐碱力强。西北畜牧养殖应当留意牲畜数量不能超过草地的承载量。针对公共草地的过度放牧问题，应当实行草地承包，调动个人的管理主动性，削减过度放牧现象；另外，可以在有条件的地方，人工种植牧草，增加牧草产量。教材P107旁栏思索题你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗？提示：豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌为豆科作物供应氮素，而豆科作物为其供应能量和其他养分，两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长；当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。教材P107思索与