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人教版选修3doc.docx

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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人教版选修3doc

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。

一方面资源紧张，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第二，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“科技探索之路——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情况”。

本专题旨在使我们了解生态工程的建设需要系统学和工程学的知识，学会综合分析思考问题的能力。

通过对中西方生态工程建设的比较，说明应根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阔的发展前景。

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《生物技术的安全性和伦理问题》的内容有相通之处，同样需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鼓励进行探究性学习，如实践活动、资料分析、讨论、设计和进展追踪等，应积极地进行自主探究、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，设计简单的生态工程。

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。

基础知识·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。

思考

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，采用一定的措施和技术，就能够回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用率，减少了资源的浪费，因此说“污染物是放错地方的资源”。

┃┃活学巧练__■

判断题

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．根据协调与平衡原理，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

知识点　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。

注意：

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。

注意：

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别：

生态工程

传统农业

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

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．建设生态工程的原因：

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，造成了严重的环境污染，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营养级越多，在能量流动中消耗的能量越少

B．生态农业系统的抵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，人的作用非常突出

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非常突出，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

解析：

“无废弃物农业”不包括使用化肥。

知识点　生态工程的类型及基本原理

┃┃重难拓展__■

1．生态工程的类型

根据性质和设计目标的不同，生态工程可分为不同的类型：

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，遵循的基本原理很多，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

物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。

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。

众多的生物通过食物链关系互相依存，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

避免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，需要考虑环境承载力，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

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

系统的结构决定功能原理：

分布式优于集中式和环式

生态工程需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

保持系统很高的生产力

珊瑚礁区藻类和珊瑚虫的关系

知识贴士

①生物多样性高，食物链复杂，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重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．系统的结构决定功能原理

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，说明了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。

指点迷津·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。

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。

沼气池稳定产气必须的条件：

（1）沼气池必须密闭。

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）中都不需要氧。

（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，首次投料大约需要人畜粪便1500kg、杂草500kg，再加入2000kg的水。

（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℃～