2018-2019学年高中生物 专题5 生态工程 5.1 生态工程的基本原理教学案（含解析）新人教版选修3.doc

生态工程的基本原理1生态工程建设的目的是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。2生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。3生态经济主要通过实现“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现废物的资源化。4生态工程的基本原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理。5整体性原理是指在进行生态工程建设时，不但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。6系统整体性原理的理论基础是总体功能大于各部分之和。一、关注生态工程建设1生态工程(1)原理和方法：应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法。(2)技术手段：系统设计、调控和技术组装等。(3)任务：对已被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。(4)结果：提高生态系统的生产力，促进人类社会和自然环境的和谐发展。2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，从而促进人类社会和自然环境的和谐统一。3生态工程的特点生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。4生态经济(1)原则：“循环经济”。(2)目标：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。(3)手段：生态工程。二、生态工程所遵循的基本原理1物质循环再生原理(1)含义：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)实例：无废弃物农业。2物种多样性原理(1)含义：物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性，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。(2)实例：反面：辽宁西部章古台地区单一种植的樟子松林，由于没有一条昆虫与其天敌相生相克的食物链，使得偶然滋生的松毛虫肆虐一时。正面：由珊瑚虫和某些藻类共生组成的珊瑚礁区，物种繁多，系统稳定。3协调与平衡原理(1)理论基础：生物与环境的协调与平衡。(2)处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力，又称环境容纳量，它是指某种环境所能养活的生物种群的最大数量。4整体性原理(1)含义：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。(2)实例：在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面一定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。5.系统学和工程学原理(1)系统的结构决定功能原理：含义：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。实例：我国南方水网地区的桑基鱼塘模式。(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、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“112”。1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解析：选C单纯追求粮食产量可能会影响人类社会和自然环境的和谐发展。2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。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系统的结构决定功能原理 D以上都不是解析：选B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，这应属于整体性原理。1石油农业(1)特点：大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。因对石油、煤、天然气等能源有高度的依赖性而得名。(2)弊端：不注重生态环境的保护，没有考虑环境成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。2生态经济(1)优点：是实现“原料产品原料产品”的无废弃物生产体系，可实现废弃物的资源化。(2)实质：能够满足我们的需求而又不会危及子孙后代满足其需要的经济。3生态工程与石油农业的区别生态工程石油农业基本原理生态学、系统学工程学调节机制人为辅助下的自我调节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保护减少题组冲关1石油农业是大量使用化肥、农药和机械的生产方式，由于需要大量的石油、煤、天然气等作为原料或动力而得名。下列关于石油农业的叙述，错误的是()A它把农业生产这一复杂的生物过程，变成了简单的机械过程和化学过程B因其投入高，产出也高，符合我国人口多、土地少的国情，所以应提倡这种生产方式C会削弱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等问题D我国应对石油农业生产模式采取改进措施，大力发展生态农业解析：选B石油农业把农业生产过程变成了简单的机械过程和化学过程，产出较高，对提高人们生活水平起到了重要作用；高投入和高污染造成了农产品污染和环境污染问题，不符合持续发展的理念；因石油农业生产模式造成了农产品污染和环境污染问题，所以需要改进生产方式，大力发展生态农业。2下列关于生态工程的说法，错误的是()A与传统工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系B能防止环境破坏和环境污染C遵循生态系统物质循环规律，能提高能量利用率D生态工程能解决所有环境问题解析：选D生态工程建设的目的是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。与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系，在实践中得到了广泛应用，但生态工程不能解决所有的环境问题。生态工程遵循的基本原理归纳项目理论基础意义实例物质循环再生原理物质循环可避免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生物多样性程度高，可提高系统的抵抗力稳定性及系统生产力三北防护林建设中的单纯林问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡生物数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题整体性原理社会经济自然复合系统统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定在林业建设中，自然系统与社会、经济系统的关系问题系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式改变和优化系统的结构以改善功能桑基鱼塘系统整体性原理：整体功能大于各部分之和保持很高的系统生产力珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系名师点拨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，只有这样才能顺利完成能量、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。题组冲关3下列有关生态工程的原理和实例，错误的是()选项有关实例相关的生态工程原理A无废弃物农业遵循物质循环再生原理B在人工林中增加植被的层次遵循物种多样性原理C无锡太湖水体富营养化引起大面积水华违反协调与平衡原理D前面造林，后面砍树违反系统学和工程学原理解析：选DD项中讲的是在追求生态效益时必须考虑到社会效益、经济效益，这明显是整体性原理。4据下图判断，下列叙述不符合生态学原理的是()A物质经过多级利用实现良性循环B每一级生产环节都获得产品，提高了生态经济效益C由于食物链延长，能量逐级损耗，系统总能量利用率降低D由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染解析：选C农业生态系统中物质经过多级利用实现了良性循环，提高物质和能量的利用率，符合物质循环再生原理；每一级生产环节都获得产品，提高了生态经济效益，符合物质循环再生原理；由于食物链延长，能量逐级损耗，但系统总能量利用率增加；由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染，保护了环境。随堂基础巩固1下列关于生态工程的叙述，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的双赢C生态工程是无消耗、多效益的工程D应用物种多样性和物质循环再生原理解析：选C生态工程实现了物质和能量的多级利用，但并不是无消耗，生态工程追求的是经济效益和生态效益双赢。2下列关于生态农业的叙述，不正确的是()A生态学原理是其主要的理论基础B实现了对能量和物质的循环多级利用C实现废物资源化和能量的多级利用，减少环境污染D对害虫进行生物防治，有利于保护生物多样性，提高了农业生态系统的稳定性解析：选B生态农业模式的建立，实现了物质的循环利用和能量的多级利用，但不能实现能量的循环利用。3自然林区内的马尾松一般不容易发生虫害，但在一些人工马尾松林中，却常常会发生严重的松毛虫危害。你认为上述现象最可能与下列哪项原理有关()A物质循环再生原理B协调与平衡原理C整体性原理 D物种多样性原理解析：选D单一品种的马尾松林不稳定，易受破坏。物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性，因此说明在进行生态工程建设时，必须遵循物种多样性原理。4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健康问题时，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解析：选C生态工程是解决环境与经济发展协调问题的一门新学科，所以先有生态系统的破坏后有生态工程；生态工程建设的目的就是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，但又造成了严重的环境污染，因此我国农村现在大力推广生态农业。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，人的作用非常突出解析：选A生态农业属于人工生态系统，人的作用非常突出，一般食物链比现代农业多，但营养级不会太多，否则难以获得经济效益。6如图是我国常见的一种生态农业示意图，请据图回答下列问题： (1)生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、_、_、_原理。农作物、苍蝇分别属于该生态系统成分中的_、_，沼气池中微生物的异化作用类型主要是_。(2)该生态系统建立的意义在于人为调整生态系统的能量流动关系，使能量_，其最大生态效益是通过多层次分级利用有机废弃物中的物质，既充分利用了有机物中的_，又_。(3)从能量流动特点分析，若使地球以有限的资源供养更多的人，人的食物结构应增加_性食物的比例。解析：(2)生态农业可将废物资源化，实现能量的多级利用，既充分利用了能量，又减少了环境污染。(3)食物链越长，消耗的能量越多，因此，增大植物性食物的比例可减少能量的消耗，以供养更多的人。答案：(1)物质循环再生 物种多样性系统学和工程学生产者分解者厌氧型(2)尽可能多地流向对人类最有益的部分能量减少了环境污染 (3)植物课时跟踪检测一、选择题1下列有关生态工程的说法正确的是()A系统学和工程学是生态学的一个分支B生态工程运用了系统学中的系统结构决定功能的原理C生态工程的整体性原理主要是指生物与环境、生物与生物之间是不可分割的D物种多样性原理要求引种的生物种类越多越好解析：选B系统学、工程学和生态学都是生态工程的基础。整体性原理是要求在进行生态工程建设时，不但要考虑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。2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，多效益原则C遵循物种多样性和协调与平衡原理D建立自然社会经济复合系统解析：选C物种多样性和协调与平衡原理都是生态工程建设中应当遵循的。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。3地衣中的真菌和蓝藻互利共生，当把它们分开时，两者都不能正常生长，这体现了生态工程的()A系统的结构决定功能原理 B物种多样性原理C系统整体性原理 D协调与平衡原理解析：选C单独存在时，两种生物都不能很好地生活，但是在一起的时候就出现了一种“112”的效果，体现了系统整体性的原理。4有关传统经济与生态经济的叙述，错误的是()A传统经济发展是以资源的过度开发、损毁、低效利用造成巨大环境污染为代价的B有了生态工程就可以走“先污染、破坏，后治理”的道路C生态工程是实现生态经济的重要手段之一D只有坚持可持续发展，才能实现生态、社会、经济协调发展解析：选B生态工程不能解决所有的环境问题，不能走先污染、破坏，后治理的道路。5我国南方桑基鱼塘是将低洼稻田挖深做塘，塘内养鱼，塘基上种桑，用桑养蚕，蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕三丰收，大大提高了系统生产力。这种模式主要应用了生态工程所遵循的哪个原理()A系统学和工程学原理B整体性原理C物种多样性原理 D物质循环再生原理解析：选A我国桑基鱼塘模式遵循的是系统学和工程学原理中的系统的结构决定功能原理，利用此原理来改善和优化系统的结构，从而达到功能改善的效果，大大提高了系统的生产力。6下列关于生态工程建设的叙述，错误的是()A在进行林业工程建设时，若违反整体性原理，就会出现“前面造林，后面砍树”的现象B在发展畜牧养殖业时要合理放牧，考虑环境承载力，遵循协调和平衡的原理C“三北防护林”建设若违背物种多样性原理，连年种植单一品种，会造成病虫害增加D“桑基鱼塘”将鱼的粪便作为有机物还田，运用了能量循环再生原理解析：选D能量是单向流动的，不能循环利用。7生物氧化塘是利用藻类和细菌处理污水的一种生态系统。如图是生物氧化塘内部分成分之间的关系，相关分析错误的是()A生物氧化塘利用了生态工程的物质循环再生、物种多样性等原理B在该氧化塘中引进硝化细菌有利于对污水的处理Cb层中的藻类和细菌具有种间互助关系D出水处只要对细菌数量进行有效控制便可排放解析：选D根据题图分析，a层中有机物被各种微生物分解，分解产物到b层中可与细菌代谢产物一同被藻类利用产生O2，而O2又可被好氧型细菌所利用。由此可知生物氧化塘利用了物质循环再生和物种多样性等原理，且b层中的藻类和细菌具有种间互助关系。如果在该塘中引进硝化细菌，则可将产生的多余NH3转变为NO，利于污水的净化。污水经处理后是否达到排放标准，不仅需要对细菌等微生物数量进行控制，还要对主要污染物进行检测，合格后才能排放。8下图是我国北方典型的生态农业模式，它以沼气为纽带，将沼气池、猪禽舍、蔬菜栽培与日光温室有机地组合在一起。有关叙述错误的是()A将牛粪、猪粪直接投入沼气池，可以为微生物的生长提供物质和能量B建立该系统遵循的主要原理是物质循环再生原理C该系统的主要成分是蔬菜，人、牛、猪等均为消费者，它们构成食物网D由于废物的再利用，提高了该系统中各营养级之间的能量传递效率解析：选D微生物可将牛粪、猪粪进行分解利用；生态农业遵循物质循环再生原理，实现物质的分层次多级利用；生态系统的主要成分是生产者，蔬菜、人、牛、猪可构成食物网；废物的再利用只能提高该系统中总能量的利用率，不能提高各营养级之间的能量传递效率。9“三北防护林”工程建设既要考虑到树种的生态适应性，又要考虑到树种的多样性。这分别体现了生态工程的()A系统学原理和物种多样性原理B协调与平衡原理和物种多样性原理C整体性原理和物种多样性原理D物种多样性原理与整体性原理解析：选B引种时必须要注意引种的生物是否与当地的环境相协调，因此树种的生态适应性体现了协调与平衡原理；树种多样性体现了物种多样性原理。10下列有关生态工程的描述，错误的是()A生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系B中国农民实施的“无废弃物农业”所包含的生态学原理是物质的循环再生原理C林业工程建设主要遵循物质循环再生原理和系统整体性原理D我国南方水网地区的桑基鱼塘模式体现了系统的结构决定功能的原理解析：选C与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系；“无废弃物农业”是物质循环再生原理在农业上应用的实例；进行林业工程建设时，要遵循物种多样性原理、协调与平衡原理及整体性原理；我国南方水网地区的桑基鱼塘模式，就是把很多单个生产系统通过优化组合，有机地整合在一起，成为一个新的高效生态系统，大大提高了系统的生产力，充分体现了系统的结构决定功能的原理。二、非选择题11珠江三角洲的农民充分利用自然条件，建立该地特有的农业生态系统的良性循环模式：桑基鱼塘和蔗基鱼塘。如图为桑基鱼塘和蔗基鱼塘模式图，据图回答下列问题：(1)该模式所依据的主要原理是_，该人工生态系统最基本的生物成分是_。(2)建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量_；其能量利用率高的原因是其在营养结构上具有_的特点。(3)蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过_的作用，形成了_，才能被植物利用。(4)概括地说，该生态系统功能的维持，取决于它的_。(5)该系统能体现系统学和工程学原理吗？请简要说明。_。解析：(1)桑基鱼塘、蔗基鱼塘模式主要遵循的是系统学和工程学原理中系统的结构决定功能的原理。在一个生态系统中最基本的生物成分是生产者和分解者。(2)从图中可以看出桑基鱼塘、蔗基鱼塘模式能有效地利用代谢废物，提高了能量利用率，使更多的能量流向对人类最有益的部分。食物链越长，消耗的能量越多，所以缩短食物链可以提高能量利用率。(3)蚕粪、蔗叶所含的有机物不能被植物直接利用，必须通过分解者将其分解成无机物才能被植物吸收和利用。(4)首先明确生态系统的主要功能是能量流动和物质循环，故生态系统功能的维持，取决于它的生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动在较长的时间内是否保持动态平衡。(5)桑基鱼塘和蔗基鱼塘模式，一方面将很多单个生产系统优化组合，有机地结合在一起(系统的结构决定功能原理)，另一方面系统的各组分之间要有适当的比例关系(系统整体性原理)。答案：(1)系统的结构决定功能原理生产者、分解者(2)流向对人类最有益的部分食物链短，能量多级利用(3)分解者无机物(4)生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动在较长的时间内保持动态平衡(5)能。系统中的各组分及其相互关系是经过精心设计的，是一种优化结构，各部分的功能得到充分发挥，使能量、物质、信息等的转换和流通顺利完成，并实现了总体功能大于各部分之和的效果12下图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田里的杂草和害虫；利用鸭不间断的活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长；用作物养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答：(1)从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是_。该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了应用，这体现了生态工程的_原理。(2)该系统将多个生产系统通过优化组合，有机整合在一起，提高了系统生产力，这体现了生态工程中的_原理。生产的大米无公害的原因是_。(3)在发酵装置里的B过程中起重要作用的微生物，其细胞结构与水稻细胞最主要的区别是_。(4)将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，试分析其增产原因：_。解析：(1)图示农业生态系统通过建立沼气池，实现了废物资源化和能量的多级利用，其遵循的是物质循环再生原理。(2)图中生态农业施用的都是有机肥，减少了化肥和农药的使用量，因此生产的大米无公害。(3)发酵装置中的微生物主要是乳酸菌，为原核生物，无核膜包被的细胞核。(4)蘑菇为分解者，可将有机物分解为CO2等无机物，供蔬菜进行光合作用。答案：(1)实现物质的循环再生和能量的多级利用物质循环再生(2)系统的结构决定功能减少了化肥和农药的使用量，减少了对环境的污染(3)无核膜包被的细胞核(或无成形的细胞核)(4)蘑菇呼吸作用产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强13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。回答下列问题：(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_(填“生态系统”“群落”或“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。解析：(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池的过程中，厌氧沉淀池中厌氧微生物通过无氧呼吸将有机物分解，曝气池中需氧型微生物通过有氧呼吸将有机物分解，兼氧池中微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。(2)该植物池中的生产者、消费者和分解者共同组成了群落；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最终都来源于生产者固定的太阳能。(3)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。答案：(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)