2018-2019学年高中生物 专题5 生态工程 5.2 生态工程的实例和发展前景学案 新人教版选修3.doc

52生态工程的实例和发展前景学习目标1.结合生态工程的实例，分析相关的生态工程原理。2.评述生态工程发展前景，举例说出我国生态工程的特点。3.尝试设计简单的生态工程。方式一进入21世纪，伴随着人类生产、生活方式的变化及乡村城市化和城乡一体化的深入，农业已从传统的生产形式逐步转向景观、生态、健康、医疗、教育、观光、休闲、度假等方向。农业观光园的出现，就等于扩大了人类的生存空间，为人类生存和需求创造了更好的、更易适应的环境条件。结合以上内容请同学们思考下面问题：(1)农业观光园有什么样的价值？(2)结合本地的实际，请你来设计一个有特色的农业观光园，你有何设想？可能我们也没有办法一下子想出一个理想的方案，那我们就来看看一些具体的例子吧。看看专家们在碰到具体的生态学问题时是如何处理的？方式二上海血铅超标事件2011年9月初，康桥地区儿童在入园、入学前进行体检当中，陆续发现部分儿童血液的含铅量超标，此后对当地1 306名儿童进行血铅检测，发现49名儿童血铅超标，其中以13岁儿童为主。联合调查组认定，血铅超标主要是儿童接触环境中含铅灰尘经消化系统摄入体内所致。结合以上内容，大家思考一下，在经济发达的上海出现此类严重的污染事件，说明了什么？面对严重的环境污染问题，我们有什么样的具体措施？我们可以从今天要学习的内容中找到一些可以借鉴的方法和思路。一、生态工程的实例1农村综合发展型生态工程(1)问题：农村人口多，人多地少，产出不足。(2)对策：建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用。(3)案例：北京窦店村以沼气工程为中心的物质多级利用工程。2小流域综合治理生态工程(1)问题：河流各级支流的集水区域，水土流失严重。(2)对策生态工程原理：整体性原理、协调与平衡原理以及工程学等原理。措施：保土蓄水、耕作措施、林草措施等工程和生物措施，层层设防来控制土壤侵蚀。(3)案例：我国甘肃陇南地区“九子登科”治理模式。3大区域生态系统恢复工程(1)问题及原因问题：土地荒漠化严重。原因：过度樵采(32%)，过度放牧(30%)，盲目开垦(27%)，不合理利用水资源(9.6%)，其他(1.4%)。(2)对策：森林或草原的植被恢复、水土保持等。(3)案例：“三北防护林”生态工程。4湿地生态恢复工程(1)湿地作用：具有蓄洪防旱，调节区域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和多种动、植物提供栖息地，以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。(2)问题：人们对湿地进行排水和围垦已经破坏了地球上80%的湿地资源。(3)对策采用工程和生物措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复。在湿地周围建立缓冲带，以减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。(4)案例：鄱阳湖的生态恢复工程。5矿区废弃地的生态恢复工程(1)问题：土体、土壤和植被乃至整个地区生态系统的破坏。(2)对策：人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等，其中关键在于植被恢复，以及为植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。(3)案例：我国赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。6城市环境生态工程(1)问题：固体废弃物污染、大气污染、噪声污染等方面。(2)对策：用生态工程的方法对城市环境进行综合治理。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。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。采取各种手段治理污染，进行废弃物的资源化利用。加强监管。(3)案例：张家港、大连、厦门等环境保护模范城市。归纳总结生态工程实例归纳与比较实例问题原理对策案例农村综合发展型生态工程人多地少，资源有限物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理建立综合发展型生态工程窦店村以沼气工程为中心的生态工程小流域综合治理生态工程水土流失比较严重整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理运用多种原理，应用多种措施综合治理甘肃陇南地区“九子登科”治理模式大区域生态系统恢复工程土地荒漠化协调与平衡原理、整体性原理退耕还林还草、植树造林等“三北”防护林生态工程，退耕还林还草生态工程湿地生态恢复工程湿地的缩小和破坏控制污染、退田还湖江西鄱阳湖生态恢复工程矿区废弃地的生态恢复工程生态环境的破坏 系统学和工程学原理修复土地、恢复植被赤峰市元宝山矿区生态恢复工程城市环境生态工程环境污染协调与平衡原理、整体性原理等城市绿化、污水净化、废弃物处理、合理布局等张家港、大连、厦门等环境保护模范城市例1下列生态工程模式与典型实例或措施对应有错误的一项是()A农村综合发展型生态工程北京郊区窦店村物质多级循环利用工程B小流域综合治理生态工程甘肃陇南地区的“九子登科”治理模式C大区域生态系统恢复工程“生物圈2号”生态恢复工程D湿地生态系统恢复工程平堤行洪，退田还湖，移民建镇答案C解析大区域生态系统恢复工程的对策是实施一系列森林或草原植被恢复的生态工程、水土保持的生态工程等，典型实例是退耕还林还草生态工程、“三北”防护林生态工程等。例2下列措施不适合用于矿区生态环境恢复的是()A机械法整平压实土地B人工制造表土，植树种草C排石整地，改良优化土壤D开发农田，广种农作物，增加农民收入答案D解析矿区废弃地的土地条件极端恶劣，植被难以恢复而农作物更难以生长，大力发展农田，收效难以保证，不符合生态工程的整体性原理。二、生态工程的发展前景1“生物圈2号”生态工程的实验及启示(1)设计目的：制造一个人工模拟的生命支持系统，以验证人类在离开地球的情况下，利用人工生态工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生存。(2)失败原因：温度失调；“大气和海洋”比例与地球相差甚远，导致空气中CO2的含量猛增，O2量减少，不足以维持人及动物的生存。(3)启示：使人们认识到人与自然和谐共处的重要性，深化了对自然规律的认识，尽管科学技术已经很发达了，但人类仍然没有能力完全模拟出自然生态系统。2对我国生态工程发展前景的分析与展望(1)生态工程特点：我国生态工程建设，要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。(2)存在问题我国生态工程难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。3我国政府十分重视生态工程建设以生态工程为技术支撑的“中国生态农业”，其试点县和乡已有2 000多个。归纳总结1中国和西方国家生态工程建设的区别比较项目中国西方国家目标或思想“整体、协调、再生、循环”“天人合一”治理环境污染、进行生态恢复背景条件人多地少，人均资源占有量少经济发展水平高，人均土地、水资源占有量多建设重点生态环境与经济、社会效益结合集中于对被破坏的生态系统进行生态恢复缺点缺乏定量化模型的指导，难以设计出标准化、易操作的生态工程样板应用范围小，不强调经济效益2.生态农业常见类型(1)桑基鱼塘模式：人工建立的高产稳产的农业生态系统。做到蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收，如图所示：(2)沼气农田立体养殖模式：通过控制温室内的温度、光照、气体和水肥等因素，缩短生产周期，大幅度提高粮食、蔬菜和水果的产量和质量，如图所示：例3下列描述中不符合“生物圈2号”实验给人的启示的是()A人要与自然和谐共处B加深对自然规律的认识，按自然规律办事C人类早晚会建立第2个“生物圈”，无须担心地球恶化D大自然给人类提供的支持与服务可谓无价之宝答案C解析“生物圈2号”工程使我们认识到与自然和谐共处的重要性，迄今为止，人类仍然没有能力去完全模拟出自然生态系统，自然界给人类提供的生命支持服务是无价之宝。例4下图是某同学绘制的我国北方农区的一种“四位一体”的生态家园示意图，其中沼气池、猪舍、厕所和日光温室等保持了合理的结构和比例。下列说法正确的是()A在农村发展沼气有利于保护林草植被B该工程充分体现了物种多样性的原理C保持生物比例合理遵循了整体性原理D能量可随着沼气的使用而流入生物体内答案A解析在农村发展沼气可以解决生活燃料问题，有利于保护林草植被；该工程实现能量和物质的多级利用，充分体现了物质循环再生的原理；保持生物比例合理遵循了协调与平衡原理。生态工程的实例和发展前景1下列关于我国生态工程与西方发达国家生态工程的比较中，正确的是()西方国家的生态工程以治理环境污染和恢复被破坏的生态系统为主要目标，我国的生态工程注重生态环境与经济、社会效益相结合西方国家的生态工程应用范围比我国小我国的生态工程难以设计出标准化、易操作的生态工程样板A BC D答案A解析发达国家与我国的生态工程建设强调的重点有所不同，西方国家的生态工程除了治理环境污染的目标外，主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中于对破坏的生态系统进行生态恢复；我国的生态工程走有中国特色的道路，不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益相结合；总体来看，发达国家的生态工程的应用范围比我国小，也不那么强调经济效益；不过，目前我国的生态工程还有一些不足之处，如缺乏定量化模型指导，难以设计出标准化、易操作的生态工程样板等。2如图为生态养猪模式。从图中可知该生态工程属于()A物质循环利用的生态工程B山区小流域综合治理与开发的生态工程C节水和废水处理与应用的生态工程D清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程答案C解析从题图中看出，该生态工程实现了废水的循环利用。3下列有关生态工程的原理和事例中，错误的是()选项有关事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，后面砍林违反系统学和工程学原理答案D解析D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下列关于小流域综合治理生态工程的叙述，错误的是()A该工程的主要目的是治理小流域的水土流失问题B该生态工程运用了整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理以及工程学原理C该生态工程针对不同的地形采取不同的措施D该生态工程做到了经济效益与生态效益相统一答案B解析小流域综合治理生态工程主要解决的问题为水土流失，要针对不同的地形采取不同措施，遵循协调与平衡原理，同时要注重造林、蓄水和减沙工程与当地居民的经济、社会、生活联系起来，遵循了整体性原理，而并未充分体现物质循环再生原理。5生态农业建设是建设社会主义新农村的重要内容之一。下面是两种生态农业模式：模式1鸡猪鱼立体养殖模式：一亩鱼池配68头猪，100120只鸡，鱼池中各种鱼的比例大致为：鲢鱼占20%，草鱼占40%，鲤鱼、鳙鱼占40%，每亩投放鱼苗4 500尾。每天从鸡舍中收集新鲜的鸡粪晒干，经初步发酵后混入一定量饲料喂猪，猪粪喂鱼。模式2“四位一体”生态模式：以太阳能为动力，以沼气为纽带，将日光温室、沼气池、蔬菜种植和温室养猪相结合的一种新型农业生产模式。请分析回答有关问题：(1)在模式1中，必须注意某种鱼的投入数量，不宜超过该鱼在生态系统中的_。鱼塘中不同鱼类生活在不同水层，体现了生物群落在垂直结构上具有_的现象。(2)下图表示的是某池塘中鲢鱼平均尾重变化情况。由曲线可知，生物体的生长呈_型曲线，根据图示结果，最佳捕捞时间是在投放后的_个月左右。(3)模式2中，光能输入生态系统的途径是_，沼气池中的产甲烷杆菌在生态系统中属于_(成分)。(4)建立以沼气为纽带的“四位一体”生态工程主要遵循的生态工程原理是_。答案(1)环境容纳量分层(2)“S”8(3)生态系统中的生产者通过光合作用固定光能分解者(4)物质循环再生原理解析(1)当种群数量达到或超过某一生态系统的环境容纳量时，该生态系统中生物间的竞争加剧，甚至导致死亡，从而引起种群数量下降，因此投放鱼的数量不应超过环境容纳量；不同的鱼类生活在不同的水层，体现了群落中的生物在垂直结构上具有分层现象。(2)由图可知，该生物体的生长呈现“S”型曲线，当投放8个月左右时，鲢鱼的平均尾重达到最大值并基本保持不变，因此是最佳捕捞时间。(3)模式2中的生产者只能通过光合作用固定太阳光能，因此光能进入模式2的途径是通过光合作用完成的。(4)该生态工程实现了物质的循环利用，实现了经济的良性发展，因此建立以沼气为中心的“四位一体”生态工程主要遵循的生态工程原理是物质循环再生原理。 对点训练题组一生态工程的实例1下列不属于我国生态工程建设实例的是()A沼气工程 B桑基鱼塘C防沙治沙工程 D焚烧城市生活垃圾答案D解析焚烧城市生活垃圾一方面未实现废物资源化，另一方面会产生污染，不属于我国生态工程建设实例。2我国赤峰市元宝山矿区生态恢复工程是矿区废弃地生态恢复工程的实例，除煤矿外，金矿、铁矿等也存在很多的废弃地需要进行矿区生态恢复工程建设。这些生态恢复工程中最重要的内容都是()A矿区布局规划B停止矿物开采C改良土壤，恢复植被D隔离重建，综合利用答案C解析煤矿、金矿、铁矿等矿区的生态恢复工程中最重要的是改良表土，恢复植被，但要因地制宜。3西方发达国家生态工程建设强调的重点是()A经济效益B依靠生态工程途径C大面积地进行生态工程建设D集中对开矿后的废弃地和湿地进行生态恢复答案D解析西方国家的生态工程主要集中于对被破坏的生态系统进行生态恢复。4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，据图判断下列说法错误的是()A用玉米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图中的箭头可表示物质循环和能量流动D该生态工程的运转离不开人的管理答案C解析用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇、用残渣来培育食用菌和蛆蛹实现了废弃物的资源化，实现了物质的多级循环利用；该生态工程的正常运转离不开人的管理；将蛆蛹粪便还田，运用了物质循环再生原理，但是能量是不能循环利用的。题组二生态工程的发展前景5下列有关“生物圈2号”实验的叙述，正确的是()A建立“生物圈2号”的目的是制造一个人工模拟的生命支持系统B“生物圈2号”是与外界环境完全隔绝的系统C“生物圈2号”的实验失败，说明人类没有可能与自然和谐相处D“生物圈2号”的实验失败，说明了人类不能再进行探索自然模拟自然的实验答案A解析“生物圈2号”是一种人工生态系统，进行该实验的目的是建造一个人工模拟的生命支持系统，以验证人类在离开地球的情况下，利用人工生态工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生存；该实验的失败使我们认识到与自然和谐共处的重要性，深化了对自然规律的认识；是人类继续探索自然、模拟自然的实验基础。6“菇菜”立体栽培(如图)是充分利用温室大棚等设施的光、温度环境优势，按照空间层次分布，形成优势互补和资源高效利用的生态农业模式之一。有关叙述不正确的是()A图中“X”可代表CO2，“Y”可代表O2B该生态系统中食用菌属于分解者C菌渣作为有机肥为蔬菜提供了能量D该模式遵循了物质循环再生等生态工程原理答案C解析菌渣作为有机肥，被微生物分解后产生无机盐和CO2，提供给蔬菜，而不是为蔬菜提供能量。7下列有关生态工程的叙述，不正确的是()A为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律，改变“人类能征服自然”的错误观念，走生态经济之路B“无废弃物农业”所采用的肥料一般是采用人畜粪便、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，也可适量地使用化肥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营养循环答案B解析“无废弃物农业”不包括使用化肥。8微山湖是山东境内的一个面积较大的湖泊，二十年前这里是碧波万顷、鱼儿满湖、野鸭成群，还有“接天莲叶无穷碧，映日荷花别样红”的美丽景象。二十年来，湖区四周县市的工业快速发展，城市居民急增，大量的工业废水、生活污水、垃圾涌入该湖。湖水变得不仅浑浊，而且腥臭难闻。据有关专家说，近几年来，微山湖中已消失了一些物种，如四鼻孔鲤鱼、野鸭、水螅等。上述现象说明的道理主要是()A掠夺式的开发是破坏生物多样性的主要原因B环境污染是破坏生物多样性的重要原因C外来物种入侵破坏了生物多样性D环境教育缺乏是破坏生物多样性的根本原因答案B解析分析题干“城市居民急增，大量的工业废水、生活污水、垃圾涌入该湖。湖水变得不仅浑浊，而且腥臭难闻，微山湖中已消失了一些物种。”可知，环境污染是破坏生物多样性的重要原因。综合强化9下列做法依据的生态工程原理依次是()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珊瑚虫与藻类共生，提高了珊瑚礁生态系统的生产力我国古代的“无废弃物农业”在西北降水量少的地区种植灌木和草a物种多样性原理b整体性原理c系统的结构决定功能原理d物质循环再生原理e系统整体性原理f协调与平衡原理Ab、e、d、f Bb、a、d、cCd、c、b、a De、a、b、c答案A解析号召农民种树，同时又考虑其生活，应用的是整体性原理；珊瑚虫与藻类共生依据的是系统整体性原理；“无废弃物农业”依据的是物质循环再生原理；在降水量少的地区种植灌木和草依据的是协调与平衡原理。10从下图信息可以看出我国现有的生产模式严重地违反了生态工程的哪个原理()A整体性原理B协调与平衡原理C系统的结构决定功能原理D物质循环再生原理答案D解析分析题图可知，该生产模式污染物排放量高，能源消耗多，说明该生产模式没有遵循物质循环再生原理。11下图显示了经济发展与环境质量之间的关系，根据这种关系，发展中国家应认识到()A环境污染不可避免，只能采取“先污染，后治理”的策略B后工业化阶段环境问题会自行解决C保护环境至关重要，必须杜绝兴建排污的工业D可以采取措施减少或避免生产过程中的环境污染问题答案D解析吸取西方发达国家发展过程中的一些经验教训，我们发展中国家就应少走弯路，避免出现“先污染，后治理”的现象，应提前采取相应措施，对必须建设的污染企业进行污物处理。12下列有关生态工程的说法不正确的是()A超载放牧导致草地退化，主要违背协调与平衡原理B矿区生态环境的恢复工程中，关键的措施是植被恢复C小流域治理的目标是造林和减水、减沙等D城市生活垃圾实现废物资源化利用的依据是物质循环再生原理答案C解析小流域治理工程的目标是建立稳定、持久、高效的复合系统，获得最大的生态和经济效益。13江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如图所示，请据图回答下列问题：(1)牛棚内产生的_可扩散进入蔬菜大棚，提高蔬菜的光合效率；蔬菜光合作用产生的_可扩散进入牛棚。(2)秸秆除了作为牛的饲料外，还可与牛粪混合堆放进行_。腐熟的产物肥效提高，这是因为_。这种肥料用于蔬菜栽培可以提高蔬菜产量。(3)在牛的品系、饲料品种和用量不变的条件下，采用这种养殖模式，牛的生长速率明显提高，其主要原因是_。(4)牛棚保温所需的热能来源于牛自身散热、地热、_和_。(5)从生态系统主要功能的角度分析，这种种植、养殖模式较好地实现了_。答案(1)二氧化碳氧气(2)发酵微生物将有机物分解为无机物(3)牛棚内温度较高，因而牛维持体温消耗的能量较少(4)太阳光能发酵产热(5)物质的循环利用和能量的高效利用解析据图可知，作为生产者的蔬菜与作为消费者的牛，可以互通氧气和二氧化碳，进而使氧气和二氧化碳得到充分的利用；作物的秸秆和牛粪可以通过微生物的发酵作用及时使有机物分解成无机物，加速物质的循环过程；题图的设计能够充分利用光能，使牛棚的温度保持较高的水平，这使得牛因维持体温而消耗的能量减少，更多的有机物用于牛的生长和发育，因此，牛的生长速率明显提高；微生物的发酵作用能够产生大量的热能，可以用来保持牛棚的温度。14(2013广东，26)污水处理厂的污泥富含有机质和无机成分，可用作肥料，但其多环芳烃(PAHs)等有机污染物含量通常较高，施入土壤会带来二次污染。生物质炭是由作物废弃秸秆等炭化而成。将污泥、含7%生物质炭的污泥均堆放一段时间后用于盆栽实验，研究它们对黑麦草生长及PAHs迁移的影响，结果如下表：测定项目红壤红壤污泥红壤含7%生物质炭的污泥土壤PAHs含量(g/kg)5271 079765黑麦草叶绿素含量(mg/g)2.02.12.3黑麦草每盆干重(g)1.72.32.7黑麦草PAHs (g/kg)401651428(1)生物质炭孔隙结构发达，能改善土壤的通气状况，使根系细胞_加强，_合成增加，从而促进根系对土壤养分的吸收。(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥_，从而促进黑麦草生长；污泥的施用使土壤和黑麦草的PAHs含量_，但生物质炭的输入_，从而降低PAHs污染的风险。由此可见，生物质炭有望用作污泥改良剂，促进污泥的推广应用。污泥的应用符合生态工程的_原理。答案(1)有氧呼吸ATP(2)使黑麦草叶绿素含量提高，促进光合作用的进行，有利于有机物的积累增加降低了土壤PAHs含量和黑麦草对PAHs的吸收与积累物质循环再生15下图是一个人工农业生态系统模式图(大棚温度、CO2浓度等可适当控制)。请据图回答下列问题：(1)图中该生态系统能量流动的源头是_。沼气池中的微生物在该生态系统的成分中属于_。沼气燃烧后生成的CO2通入大棚内的作用是_，从而提高农作物的产量。(2)相对一般农业生态系统而言，此生态系统能提高经济效益，主要原因是充分利用了_中的能量，形成“无废弃物农业”，这主要遵循了生态工程的_原理。(3)植物秸秆除作为禽畜的饲料外，还可以被微生物产生的_酶水解，最终生成葡萄糖，进而转化成乙醇作为燃料。葡萄糖转化成乙醇的反应式为_。在充分利用能量、减少环境污染的同时，通过饲养家禽、家畜，提高农民经济收入，使保护环境和发展经济相互协调，这主要体现了生态工程的_原理。答案(1)太阳能分解者可以增加大棚中CO2浓度，提高植物光合作用的强度(2)粪便等废弃物物质循环再生(3)纤维素C6H12O62C2H5OH2CO2少量能量整体性解析(1)图中该生态系统能量流动的源头是太阳能。沼气池中的微生物是该生态系统的分解者。沼气燃烧后生成的CO2通入大棚内，可以增加大棚中CO2浓度，提高植物光合作用的强度，从而提高农作物的产量。(2)该生态系统充分利用了粪便等废弃物中的能量，因此相对一般农业生态系统而言，此生态系统能提高经济效益；“无废弃物农业”主要遵循了生态工程的物质循环再生原理。(3)植物秸秆的主要成分是纤维素，因此可被纤维素酶水解。在充分利用能量、减少环境污染的同时，通过饲养家禽、家畜，提高农民经济收入，使保护环境和发展经济相互协调，这主要体现了生态工程的整体性原理。