届高考生物复习现代生物科技专题第38讲生态工程备考一体学案苏教版.docx

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届高考生物复习现代生物科技专题第38讲生态工程备考一体学案苏教版

教学课件

第38讲　生态工程

[考纲要求]　1.简述生态工程的原理（Ⅱ）。

2.生态工程的实例（Ⅰ）。

考点一　生态工程的概念和基本原理

1．生态工程的概念

（1）任务：

修复或重建已遭到破坏的生态环境；改善传统的生产方式，提高生态系统的生产力。

（2）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、生态效益和社会效益的同步发展。

（3）特点：

与传统工程相比，生态工程是一类少消耗、高效益、可持续的工程体系。

2．生态工程的原理

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

农作物秸秆的多级利用

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生态系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力

人工林与天然林的比较

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

生物氧化塘利用藻类和细菌等生物之间共生作用处理污水

整体性

原理

社会、经济、自然构成复合系统

统一协调各种关系，保障生态系统的平衡与稳定

农林牧副渔一体化生态工程

系统学与工程学原理

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

保持系统很高的生产力

珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系

深化拓展　

（1）理清生态经济、循环经济、生态工程之间的关系

（2）把握生态工程基本原理的判断方法

①强调物质循环、废物利用、减轻环境污染→物质循环再生原理。

②体现物种多，营养关系复杂→物种多样性原理。

③强调生物与环境的协调与平衡，涉及环境承载力→协调与平衡原理。

④涉及自然、经济和社会，指整个系统，如林业生态工程建设→整体性原理。

⑤涉及结构、功能，分布式、集中式、环式→系统的结构决定功能原理（系统学和工程学原理）。

⑥涉及系统组分的比例关系、总体功能大于各部分之和；指系统内部，如互利共生→系统整体性原理（系统学和工程学原理）。

（1）“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理（　×　）

（2）在建设生态农业时，沼气池的建立是遵循物质循环再生原理（　√　）

（3）根据协调与平衡原理，一个生态系统中种群的数量不应超过环境容纳量（　√　）

（4）“整体大于各部分之和的效果”是利用系统整体性原理（　√　）

（5）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，体现的是物种多样性和协调与平衡原理（　√　）

分析生态工程的相关原理示意图

（1）以上两图所体现的生态工程的原理分别是什么？

提示　甲图体现的是物质循环再生原理，乙图体现的是整体性原理。

（2）以下几种做法分别能体现哪种生态工程原理？

①单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害；

②草原确定合理载畜量，不能过度放牧；引种考虑适应环境；

③林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题。

提示　①物种多样性原理；②协调与平衡原理；③整体性原理。

命题点　借助社会热点考查生态工程的原理

1．“四位一体”生态农业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。

下列有关叙述不正确的是（　　）

A．将牛粪、猪粪直接施入沼气池，可以为沼气池中的微生物生长提供物质和能量

B．建立该系统遵循的主要原理有物质循环再生原理、物种多样性原理等

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．由于废弃物的再利用，提高了该系统中各营养级之间的能量传递效率

答案　D

解析　将牛粪、猪粪直接施入沼气池，沼气池中的微生物将其中的有机物分解为无机物，同时实现能量的多级利用，A项正确；该生态系统将农业废弃物的转化、再生和资源化等综合起来，同时又增加了蔬菜的种植和牛、猪等家畜的饲养，遵循了能量的多级利用、物质循环再生、物种多样性等原理，B项正确；生产者是生态系统的主要成分，也是基本成分，人、牛和猪直接或间接取食于生产者（蔬菜）。

生产者和消费者构成了食物网或食物链，C项正确；不同结构的生态系统，能量传递效率是不会改变的，但能量利用率可以人为改变，D项错误。

2．（2018·衡水第二中学联考）柴静的纪录片《穹顶之下》引发了全国人民对雾霾的关注和讨论，而天津港火灾爆炸事故遗址将在彻底清理后建设海港生态公园，这再次将生态环境与生态经济推上舆论的焦点。

生态工程的建设已经成为社会关注的热点。

请回答下列问题：

（1）山西省为产煤大省，生态环境破坏严重，矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的__________________的重建。

（2）某生态工程以沼气工程为中心，各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼，人、畜、禽粪便作为原料生产沼气，沼渣水返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘，主要体现了生态工程的________________原理。

该生态工程建设中，鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其____________。

该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循____________________原理。

在该生态工程中，种植不同的农作物、果树，饲养多种畜禽，这体现了生态工程的____________原理。

（3）在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时，需选择符合要求的植物，这遵循了生态工程的________________原理。

答案　

（1）土壤微生物群落　

（2）物质循环再生　环境容纳量　系统的结构决定功能（系统学）　物种多样性　（3）协调与平衡

解析　

（1）在矿区生态环境的恢复工程中，关键是植被的恢复及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。

（2）某生态工程以沼气工程为中心，各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼，人、畜、禽粪便作为原料生产沼气，沼渣水返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘，主要体现了生态工程的物质循环再生原理。

该生态工程建设中，鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其环境容纳量（K值）。

生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循系统的结构决定功能的原理（系统学原理）。

该生态工程种植不同的农作物、果树，饲养多种畜禽，这体现了生态工程的物种多样性原理。

（3）在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时，需选择符合要求的植物，这遵循了生态工程的协调与平衡原理。

考点二　生态工程的实例

1.治污生态工程

2.生态恢复工程

3.生态农业工程

深化拓展　生态工程设计的常用方法——食物链网的“相接”与“加环”

（1）生态工程设计的常用方法之一是食物链（网）的“相接”。

例如，在稻田养鱼的农业生态工程中，鱼与稻原属于不同生态系统的食物链（网），但在人为调控下，将一些草食性鱼、滤食性鱼和杂食性鱼（如草鱼、鲢鱼和罗非鱼等）的鱼苗放养在稻田中，使稻田生态系统的结构有所改变，物质循环和能量流动更为合理。

（2）生态工程设计的常用方法之二是食物链（网）的“加环”。

“加环”可为未被利用的能量部分找到出路。

例如，用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇等，其残余物用来培养食用菌，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。

（1）矿区废弃地生态恢复工程的关键是优先选择农作物以提高经济效益（　×　）

（2）依据协调与平衡原理，进行引种工程时，应考虑被引物种与环境的关系（　√　）

（3）湿地的恢复除利用生物工程外，还要依靠自然演替机制恢复其生态功能（　√　）

（4）建立不同的生态工程要依据不同的原理，因地制宜，不能生搬硬套（　√　）

（5）在进行生态工程建设时，应积极利用自然生态系统的强大自我恢复力，节省投资（　√　）

如图是某生态工程示意图，据图分析：

（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什么？

图中的废弃物合理利用能体现生态工程的什么原理？

提示　目的是实现物质的循环再生和能量的多级利用；废弃物的合理利用能体现生态工程的物质循环再生原理。

（2）从环境保护的角度分析，该生态工程能生产出无公害大米的原因是什么？

提示　减少了化肥和农药的使用量，减少了环境污染。

（3）将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量，请从细胞代谢的角度分析，其原因是什么？

提示　蘑菇呼吸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。

命题点　生态工程的实例分析

1.“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。

下列有关叙述不正确的是（　　）

A．图中X可代表CO2，Y可代表O2

B．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　蔬菜光合作用产生的O2可用于食用菌的细胞呼吸，同时食用菌细胞呼吸产生的CO2可被蔬菜的光合作用利用，故题图中X可代表CO2，Y可代表O2，A项正确；食用菌能分解有机物，属于分解者，B项正确；菌渣作为有机肥，通过微生物的分解作用只能为蔬菜提供CO2和无机盐，蔬菜不能从有机肥中直接获取能量，C项错误；该生态农业充分利用了菌渣等废弃物，遵循了物质循环再生等生态工程原理，D项正确。

2．图1是某农村里的生态农业示意图，图2为矿区废弃地生态恢复工程的流程图，请据图回答有关问题：

（1）生态工程与传统工程相比，是一类______________________的工程体系。

（2）从生态学角度分析，人们建立图示农业生态系统的主要目的是______________，图1生态农业主要借鉴了“无废弃物农业”，主要体现了生态工程的____________原理。

与此密切相关的生物有________________。

（3）图2中建立该生态系统所要遵循的主要原理有_______________________（写出两个即可）。

（4）图1中种植了转基因水稻，图2中种植了抗逆性的植物，对于转基因生物，人们存在________、________、________三个方面的争论。

答案　

（1）少消耗、高效益、可持续　

（2）实现生态系统内物质的循环利用和能量的多级利用，提高农产品的产量，减少环境污染（合理地调整生态系统中的能量流动关系，提高能量利用率，减少环境污染）　物质循环再生　腐生细菌和真菌　（3）整体性原理、协调与平衡原理　（4）食物安全　生物安全　环境安全

解析　

（1）生态工程和传统农业相比，具有少消耗、高效益和可持续的特点。

（2）腐生细菌和真菌将粪便分解，产生的沼气作燃料，沼渣作肥料，体现了物质循环再生原理。

（3）矿区恢复过程中首先要通过机械方法平整压实土地，人工制造表土；然后，在人造表土上，植树种草，该生态工程利用的原理有物种多样性原理、整体性原理、协调与平衡原理等。

（4）转基因生物在食物安全、生物安全和环境安全三个方面上存在争论。

矫正易错　强记长句

1．整体性原理≠系统整体性原理

整体性原理是指社会、经济、自然三方面协调统一；系统整体性原理是指整体大于部分之和的效果，即“1＋1＞2”。

2．设计实施生态工程坚持的原则

（1）首先肯定生态工程的作用，特别是对恢复和重建受损生态环境的重要作用。

（2）不忘大自然固有的强大的生态恢复能力，但也不能认为只要有了生态工程，就可以走发达国家“先污染、破坏，后治理”的老路。

3．辨析传统农业中的间种和套种

间种和套种最大的区别在于是否同时播种，如果同时播种，间行种植，则是间种；如果不同时播种，而且也不同时收获，则为套种。

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，达到经济效益与生态效益的同步发展。

2．物质循环再生原理的基础是物质循环；物种多样性原理的基础是生态系统的稳定性；协调与平衡原理的基础是生物与环境的协调和平衡；整体性原理的基础是社会、经济和自然构成复合系统；系统学和工程学原理的基础是系统的结构决定功能。

3．农村综合发展型生态工程的主要原理是物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理；小流域综合治理生态工程的主要原理是整体性原理和协调与平衡原理；大区域生态系统恢复工程和城市环境生态工程的主要原理都是协调与平衡原理、整体性原理。

重温高考　演练模拟

1．下列有关生态工程的说法，正确的是（　　）

A．无废弃物农业主要体现了生态工程的整体性原理

B．生态工程是无消耗、高效益、可持续的工程体系

C．生态经济主要实行“循环经济”的原则

D．在林业工程建设中，应重点遵循系统整体性原理

答案　C

解析　“无废弃物农业”实现了物质的区域小循环，做到了物质和能量的分层分级利用，因此主要体现了生态工程中的物质循环再生原理；与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、高效益、可持续的工程体系；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；林业工程建设应重点遵循系统的协调与平衡原理。

2．（2011·新课标，40）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________（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）生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、____________和____________等原理。

（4）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。

答案　

（1）无氧和有氧（或细胞）　

（2）群落　一　生产者　太阳　（3）物质循环再生　物种多样性　（4）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，厌氧型微生物通过无氧呼吸将有机物分解；流经曝气池时，其中的需氧型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所固定的太阳能。

（3）生态工程的建立要把社会、经济和自然作为一个统一的整体来考虑，需要考虑生物与环境的协调与平衡，分层、分级利用废弃物中的物质，并增加生物的种类以增强生态系统的稳定性，故生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。

（4）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。

3．（2014·重庆，7节选）为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行了公园化建设。

（1）对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如上图所示。

t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的__________转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在________________，导致群落中植物物种数增加；t1→t3，人工林抵抗力稳定性的变化是____________；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间________加剧。

（2）通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的________________原理。

答案　

（1）分解者　种子或繁殖体　增强　竞争　

（2）整体性（系统论）

解析　

（1）t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的分解者分解成无机物，使土壤条件得到改善。

改造的废弃采石场的土壤中存在一些种子或其他繁殖体，所以在群落演替过程中植物物种数会增加。

t1→t3，由于人工林中的植物物种数增加，所以人工林的自我调节能力逐渐增强，导致人工林的抵抗力稳定性也逐渐增强。

在一个群落中，植物之间因光照、土壤中的水分和无机盐等因素而具有竞争关系。

（2）生态工程的整体性原理是指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。

4．（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的，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，结果见下表：

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μg/kg

527

1079

765

黑麦草叶绿素含量mg/g

2.0

2.1

2.3

黑麦草每盆干重g

1.7

2.3

2.7

黑麦草PAHs含量μg/kg

401

651

428

（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）黑麦草叶绿素含量较多　升高　能降低土壤和黑麦草中PAHs的含量　物质循环再生

解析　

（1）生物质炭能改善土壤的通气状况，促进细胞的有氧呼吸，使得细胞的呼吸作用加强，合成ATP，为根系主动吸收养分提供能量。

（2）由图可知，施用含有生物质炭的污泥中黑麦草叶绿素的含量较多，从而促进黑麦草的生长，污泥施用后土壤和黑麦草的PAHs含量增加，生物质炭的输入则能降低土壤和黑麦草中PAHs的含量。

污泥中含有大量的有机质和无机成分，施用污泥的目的是使其中的养分被充分吸收利用，因此利用了物质循环再生的生态工程原理。

1．生态系统内即使某个物种由于某种原因而死亡，也会很快由其他物种占据它原来的生态位置，从而避免了系统结构或功能的失衡。

这体现了生态工程的（　　）

A．协调与平衡原理B．物质循环再生原理

C．物种多样性原理D．整体性原理

答案　C

解析　生物多样性程度高，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件。

2．如图是苏南某地利用人工湿地处理城市污水的部分示意图。

下列有关叙述中，不正确的是（　　）

A．流经该生态系统的总能量大于生产者所固定的太阳能

B．芦苇在湿地边沿随地势高低分布不同，属于群落的水平结构

C．该人工湿地具有一定的蓄洪防旱功能，体现了生物多样性的间接价值

D．该人工湿地的构建充分运用了物质和能量循环再生、多级利用的原理

答案　D

解析　城市污水的流入，带入一部分有机物，而有机物含有能量；由于地形高低不同，芦苇分布不同，这体现了群落的水平结构；生态系统的生态功能是生物多样性的间接价值；物质能够循环利用，能量不能循环利用。

3．设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是（　　）

A．充分利用自然界的物质和能量

B．追求经济效益的最大化

C．尽量减少有害生物的种类

D．提高沼气池的转化效率

答案　A

解析　良性循环的农业生态系统能最大限度提高物质和能量利用率，减少环境污染，增加生态系统稳定性。

实现经济效益和生态效益的同步发展。

4．（2018·合肥第一中学月考）在生态工程建设中，注重物种多样性原理的主要意义是（　　）

A．提高生态系统的抵抗力稳定性，为各类生物的生存提供多种机会和条件

B．提高生态系统的恢复力稳定性，为各类生物的生存提供多种机会和条件

C．保持生态系统内各种群的密度固定不变

D．单纯追求农业或林业的最大产量

答案　A

解析　生态系统抵抗力稳定性的高低与营养结构复杂程度呈正相关。

生物多样性程度高，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件。

5．目前我国在矿产资源开发中，坚持“谁污染、谁治理”“谁破坏、谁恢复”的原则，建立健全矿区生态环境恢复治理的责任机制。

下列关于矿区废弃地生态恢复的叙述合理的是（　　）

A．矿区废弃地生态恢复的关键是尽可能依靠自然演替恢复其生态功能

B．适用于矿区生态环境恢复的措施是开发农田，增加农民收入

C．该生态工程恢复所遵循的主要原理是整体性原理、协调与平衡原理

D．矿石的开采只是破坏生态环境，不会产生其他危害

答案　C

解析　矿区废弃地生态恢复工程的关键是植被恢复和土壤微生物群落的重建，这主要依靠人类的活动；矿区的土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长；矿山开发形成大量岩质陡边坡及矿渣废弃地，边坡的不稳定性会导致许多不良地质灾害。

6．（2017·潍坊寿光中学质检）实施西部大开发，要切实搞好生态环境保护和建设，大力开展植树种草、治理水土流失、防治沙漠化等。

材料一　据计算，维持一个6口人的牧民家庭生活所需食物，需饲养35～40头牛，其中一半必须是母牛，以提供牛奶和繁殖小牛，其余为2～3头公牛，15～18头小母牛和几头小公牛。

这一畜群所需的牧场面积取决于降雨量（因降雨量影响产草量），在降雨量为250mm地区，约需400公顷放牧地。

材料二　“退耕还林工程”囊括25个省（区、市）和新疆生产建设兵团，共1897个县（含市、区、旗）。

到2010年，完成退耕地造林1467万hm2，宜林荒山荒地造林1733万hm2，陡坡耕地基本退耕还林，严重沙化耕地基本得到治理，工程区林草覆盖率增加4.5个百分点，工程治理地区的生态状况得到较大改善。

（1）在生态工程中，人类应用了__________________等学科的基本原理和方法，促进了人类社会和自然环境的和谐发展。

（2）在西部地区“退耕还林还草”的目的是________________________，从而能够提高生态系统的自动调节能力，这个过程遵循的原理是__________________。

（3）根据__________________原理可知，西部地区的草场，要注意合理放牧，需要考虑__________________，因为若超过其限度，就会引起__________________。

（4）一般来说，生态工程的目标除了治理环境污染之外，主要是对已被破坏的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行__________________。

答案　

（1）生态学和系统学　

（2）增加当地物种多样性　物种多样性原理　（3）协调与平衡　环境承载力　系统的失衡和破坏　（4）生态恢复

解析　

（1）在生态工程中人类应用了生态学和系统学等学科的基本原理和方法，促进了人类社会和自然环境的和谐发展。

（2）“退耕还林还草”的目的是增加当地物种多样性，其遵循的是物种多样性原理。

（3）西部地区的草场，要注意合理放牧，需要考虑环境承载力，因为若超过其限度，就会引起系统的失衡和破坏，需遵循的是协调与平衡原理。

（4）