高中生物生态工程教案高三生物.docx

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高中生物生态工程教案高三生物

第4讲　生态工程

（1）简述生态工程的原理（Ⅱ）　

（2）生态工程的实例（Ⅰ）

知识点　生态工程的概念及基本原理

1．概念

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①________、②________，对造成环境污染和破坏的③________进行改善，并提高生态系统的④________，从而促进⑤________和⑥______的和谐发展

2．生态工程和生态经济

（1）生态工程建设的目的

遵循自然界⑦________的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到⑧________的同步发展

（2）生态工程的特点

⑨________；多效益；⑩________

（3）生态经济

通过实行“生态经济”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⑪____________，而实现循环经济的最重要手段之一就是生态工程

3．生态工程所遵循的基本原理

（1）物质循环再生原理

物质在生态系统中循环往复，⑫________利用。

如无废弃物农业

（2）物种多样性原理

⑬________的生态系统具有较高的抵抗力稳定性

（3）协调与平衡原理

生物与环境的协调与平衡，需要考虑⑭________

（4）整体性原理

人类处于社会—经济—自然复合而成的巨大系统中。

进行生态工程建设时，不但要考虑自然生态系统的规律，还要考虑到⑮________等系统的影响力

（5）系统学和工程学原理

包括系统的⑯________________原理和⑰____________原理

　看一看：

大区域生态系统恢复工程应遵循什么原理？

4．生态工程的发展前景

（1）“生物圈2号”生态工程实验的启示：

使我们认识到⑱________________的重要性，深化了我们对自然规律的认识

（2）发展前景：

我们需要走有中国特色的道路，即不但要重视对生态环境的保护，更要注重与⑲____________效益的结合

　议一议：

发展农村综合型生态工程应注意什么问题？

自我校对：

①修复　②重建　③传统生产方式　④生产力　⑤人类社会　⑥自然环境　⑦物质循环　⑧经济效益和生态效益　⑨少消耗　⑩可持续　⑪废弃物的资源化　⑫分层分级　⑬物种繁多而复杂　⑭环境承载力　⑮经济和社会　⑯结构决定功能　⑰系统整体性　⑱与自然和谐共处　⑲经济、社会

看一看：

①物种多样性原理；②协调与平衡原理；③整体性原理。

议一议：

沼气工程为中心；农林牧副渔全面发展；开发可更新资源，减少环境污染。

生态工程的基本原理

1．传统经济与生态经济

（1）传统经济是大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式，不注重生态环境的保护，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。

（2）生态经济实现了原料→产品→原料→产品的生产体系，实现了废弃物资源化的循环经济。

具有少消耗、多效益、可持续的特点。

2．生态工程建设的目的

遵循自然界物质循环规律，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。

3．整体性原理和系统整体性原理的比较

整体性原理指社会、经济、自然三方面协调统一，保障整个系统的稳定与平衡，例如林业建设中自然系统、社会系统与经济系统的关系问题，即种树的同时考虑经济收入，粮食、燃料等问题。

系统整体性原理指整体大于部分之和，即1＋1>2。

原因是系统保持有很高的生产力，具体是指互利共生的生物体现系统整体性原理，如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中藻类和真菌等。

该部分内容和《必修三》中生态系统密切相关。

在命题角度上主要和生态农业相关联，着重于生态工程原理考查，“高起点、低落点”是本部分命题的最大特点，题型主要以非选择题为主。

【典例1】

如图是“无废弃物农业”物质和能量流动图，该图所体现的主要生态工程原理是（　　）。

A．物种多样性原理B．整体性原理

C．物质循环再生原理D．协调与平衡原理

解析　由图可知，该图突出了“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物质循环再生原理。

答案　C

【典例2】

单一的人工林比天然混合林的稳定性低，容易遭受害虫危害，这体现了生态工程的什么原理（　　）。

A．物质循环再生原理B．协调与平衡原理

C．物种多样性原理D．整体性原理

解析　人工林物种单一，自我调节能力弱，抵抗力稳定性低，易遭破坏。

答案　C

精典案例归纳　

（1）单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害——物种多样性原理。

（2）草原确定合理载畜量，不能过度放牧——平衡原理。

（3）引种考虑适应环境——协调原理。

（4）林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题——系统整体性原理。

（5）整体性原理

生态工程的实例分析

1．主要生态工程实例的比较

类　型

问　题

主要原理

对　策

案例

农村综合发展型生态工程

资源有限，人多地少，产出不足

物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理

建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用，在资源有限的条件下有较多的产出

窦店村以沼气为中心的生态工程

小流域综合治理生态工程

小流域的水土流失

整体性原理、协调与平衡原理、因地制宜的原理

运用多种原理，应用多种措施综合治理

甘肃陇南县“九子登科”模式

续表

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”防护林退耕还林还草工程

湿地生态恢复工程

湿地的缩小和破坏

控制污染、退耕还湖

江西鄱阳湖湿地生态恢复工程

矿区废弃地的生态恢复工程

矿区生态环境的破

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

污水及垃圾处理、城市绿化

①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。

②生态恢复力有限，不能认为有了生态工程，就可以先污染破坏然后再治理。

2．对我国生态工程发展前景的分析与展望

（1）西方发达国家生态工程特点：

目标是治理环境污染，集中于对破坏的生态系统进行生态恢复，生态工程应用范围小，不太强调经济效益。

（2）我国生态危机：

不是单纯的环境污染问题，而是与人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合在一起的并发症。

（3）我国生态工程特点：

不但重视对生态环境的保护，更注重与经济、社会效益的结合，遵循整体、协调、再生、循环的基本原理，建立适合中国农业和农村特点的生态工程。

（4）我国生态工程不足之处：

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。

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．生态农业

（1）原理：

生态农业运用生态学原理（即生态系统的物质循环再生、能量多级利用或生态系统的物质循环与能量流动），在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生态体系。

（2）优点：

实现物质的循环再生和能量的多级利用，减少环境污染，减少了化肥用量，降低了农业投入。

（3）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。

（4）建立生态农业系统的最终目的是实现对能量的多级利用，提高能量的利用率，使能量尽可能多地流入对人类有益的部分。

★　本部分内容多与必修内容结合在一起进行考查，以生产实际、干旱、水涝等社会问题为背景，考查学生获取信息的能力、综合应用知识的能力，应给予关注。

【典例3】

（2013·山西省四校联考）一青年农民利用自己学习的生态学知识在自家庭院里建了一个小型农业生态系统。

如图是该家庭生态工程的模式图，请据图分析回答问题。

（1）从图中可知，人类生活中所需的能源来自太阳能、沼气等。

利用这些能源与利用煤炭相比，突出的优点是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）该生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是

________________________________________________________________________。

（3）生态工程建设的目的就是遵循自然界________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。

与传统的工程相比较，生态工程是一类________的工程体系。

（4）生态工程所遵循的基本原理是________、________、协调与平衡原理、________以及系统学和工程学原理。

（5）根据生态工程中的物种多样性这一原理，有人认为生态农业建设中，食物链越长越好，营养级越多越好，你是否支持这一观点？

________________________________________________________________________。

答案　

（1）减少了污染　

（2）充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用　（3）物质循环　少消耗、多效益、可持续　（4）物质循环再生原理　物种多样性原理　整体性原理　（5）否

名师支招　农业生态系统的设计原则

（1）应当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则；

（2）应当能够构成一个合理的生产结构；（3）应当充分利用自然界的物质和能量资源；（4）应当体现减少环境污染的原则；（5）应当充分考虑经济、社会和生态的综合效益；（6）所设计的农业生态系统，从理论上看应当能够实现良性循环。

侧重环境污染治理的高考试题

1.（2011·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__________（生态系统、群落、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。

解析　

（1）依据题干提供的信息分析，污水流经厌氧沉淀池时，有些微生物能通过无氧呼吸分解有机物；流经曝气池时，有些微生物能通过有氧呼吸分解有机物；流经兼氧池时，微生物能通过有氧呼吸和无氧呼吸分解有机物。

（2）据本小题提供的信息可推知植物池中所有的生物构成了群落。

植物处于食物链的第一营养级；植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于生产者所固定的太阳能。

（3）生态工程所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、物种多样性原理、系统学和工程学原理等。

（4）根据小题中提供的信息可推测出，生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环境或受损的生态系统进行修复。

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）

侧重农业生态系统设计的高考试题

2.（2010·全国Ⅰ，5）如图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是（　　）。

A．微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量

B．沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者

C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用

D．多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率

解析　在生态系统中，能量流动是单向的，不能循环利用，故C项错误。

该系统中，沼气池中的微生物能利用农作物固定的太阳能，属于分解者，选项A、B正确；物质和能量的多级利用，减少了能量的流失，提高了能量的利用效率，选项D正确。

答案　C

3．（江苏生物，26）江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如下图所示，请据图回答下列问题。

生态型种植养殖模式图

（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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析　

（1）植物光合作用消耗二氧化碳产生氧气，动物正好相反，彼此有利。

（2）通过微生物的发酵作用也可以分解有机物，产生二氧化碳和无机盐供给绿色植物。

（3）这种养殖模式使冬季牛棚内温度较高，牛维持体温消耗的能量较少，自然生长速率明显提高。

（4）生态农业的基本原理是物质的循环再生和能量的多级利用。

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

（时间：

45分钟）

A级　基础演练

1．（2013·广东四校联考）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．对湿地的恢复，只要注意退耕还湿地和建立自然保护区就可以

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

解析　处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力，如果生物数量超过了环境的承载力限度，就会引起系统的失衡和破坏。

湿地的恢复，要采用工程和生物措施相结合的方法，还要尽量减少人类的干扰。

答案　C

2．（2013·南通学情调研）“退耕还林还草”是哪种生态工程建设的措施（　　）。

A．小流域综合治理生态工程　B．城市环境生态工程

C．大区域生态系统恢复工程　D．湿地生态恢复工程

解析　为了控制荒漠化的发展和水土流失，改善生态环境，提高人民的生活水平，我国实施了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，如退耕还林还草生态工程等。

答案　C

3．（2013·广东名校质检）下列关于湿地生态恢复工程的叙述，不正确的是（　　）。

A．该工程采用工程和生物措施相结合的方法

B．应建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰

C．只要注意退耕还湿地或建立自然保护区就能奏效

D．可依靠自然演替机制恢复其生态功能

解析　对湿地的恢复不是简单的退耕还湿地或建立自然保护区就能奏效的。

答案　C

4．生态农业是一个在生态上自我维持的农业生产系统，其特点是在保持和改善系统内的生态平衡、不对其周围环境造成明显改变的情况下，求得最大生产力和可持续发展。

下列关于生态农业的叙述不正确的是（　　）。

A．生态农业中食物链的营养级之间能量传递效率大大提高了

B．生态农业比传统农业的抵抗力稳定性高

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，对病虫害一般采用生物防治的方法

解析　生态农业中生态系统的营养结构变复杂了，但食物链的营养级之间的能量传递效率不变，A选项错误。

答案　A

5．（2013·南京二模）上海世博会“零碳馆”只使用可再生资源产生的能源。

下列有关叙述错误的是（　　）。

A．“零碳馆”房顶植物吸收的CO2将参与暗反应合成有机物

B．馆区可再生资源的利用实现了物质和能量的循环利用

C．碳在叶肉细胞内的转化途径之一为CO2―→C3―→（CH2O）―→丙酮酸―→CO2

D．碳循环的破坏可导致大气中二氧化碳的含量上升，引起“温室效应”

解析　馆区可再生资源的利用没有实现能量的循环利用，B说法错误。

答案　B

6．（2013·杭州名校模考）为了解决粮食生产和环境保护问题，实现农业可持续发展，当前科学、有效的途径是（　　）。

①合理开发海洋，寻找新的粮食资源　②控制人口增长，协调人与自然和谐发展　③增加化肥和农药的使用，提高作物产量　④开荒辟地，围湖造田，扩大粮食种植面积　⑤利用现代生物技术，培育具有较高光合效率的作物品种

A．①②③B．①②⑤C．①③④D．③④⑤

解析　大量使用化肥和农药会对土壤造成破坏，农药对人有害；开荒辟地、围湖造田，使草原或森林、湿地被改造，破坏了生态系统多样性，与可持续发展战略是相违背的。

我们可以合理开发现有的生物资源寻找新的粮食资源，合理利用现代生物技术提高粮食产量，控制人口数量的增长等。

答案　B

7．（2013·深圳二调）如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（双选）（　　）。

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质循环再生的原理

C．保持生物比例合理遵循整体性原理

D．能量可随着沼气的使用而流入生物体内

解析　保持生物比例合理遵循系统学与工程学原理。

沼气中的能量被人作为热能等形式利用，并没有随着有机物流入人体内。

答案　AB

8．（2013·广州二模）塔式蚯蚓污水处理系统（下图所示）采用人造湿地原理，利用植物根系和蚯蚓等处理，通过泥、沙、小石、大石四层过滤，这样重复几次后可实现农村生活污水的达标排放。

下列有关分析正确的是（双选）（　　）。

A．该生态系统的群落由植物和蚯蚓构成

B．该生态系统选用蚯蚓等生物，体现了协调与平衡原理

C．该生态系统的群落既有垂直结构，也存在水平结构

D．输入该生态系统的总能量是其植物所固定的太阳能

解析　该生态系统中的生物除了植物和蚯蚓之外，还包括泥、沙、小石、大石中的微生物，故A项错误；该生态系统是人工生态系统，输入该生态系统的总能量除了其植物所固定的太阳能之外，还应包括生活污水中的化学能，故D项错误。

答案　BC

9．（2012·湖南六校4月联考，40）建立人工湿地公园是解决城市水污染的新思路，根据下面的示意图回答相关问题。

（1）人工湿地是一个生态系统，其中芦苇、绿藻、黑藻属于________，芦苇、绿藻、黑藻分布于不同水层，这一现象体现了群落在________结构上有明显的________现象。

（2）与其他自然生态系统相比，输入该生态系统的能量有________和________。

（3）人工湿地可以净化城市污水，但对污水排放量还要加以控制，原因是________________________________________________________________________。

（4）除净化水质外，人工湿地还具有旅游观光和蓄洪防旱等多方面的功能，这主要是体现了生物多样性的________价值。

（5）实地调查中发现，该湿地物种丰富度逐渐增加，其群落演替类型是________。

（6）若在此基础上，进一步建立一个集污水净化、休闲、养鱼为一体的新型人工生态系统，其主要目的是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析　

（1）芦苇、绿藻、黑藻等都能进行光合作用，属于生产者，根据题干信息“分布于不同水层”，说明群落在垂直结构上有明显的分层现象。

（2）输入自然生态系统的能量来自于生产者固定的太阳能，而该人工系统的能量来源还有污水中有机物中的化学能。

（3）人工湿地可以净化城市污水，说明生态系统具有自我调节能力，但对污水排放量还要加以控制，因为生态系统的自我调节能力是有限的。

（4）“旅游观光”属于生物多样性的直接价值，而蓄洪防旱等属于生物多样性的间接价值。

（5）由于该群落演替时，群落中已经存在土壤条件，因此属于次生演替。

（6）研究能量流动，可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，设法调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。

答案　

（1）生产者　垂直　分层

（2）生产者固定的太阳能　污水中有机物中的化学能

（3）生态系统的自我调节能力是有限的

（4）直接价值和间接（答全才正确）

（5）次生演替

（6）设法调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分

10．下图是我国南京古泉生态农场的以沼气为纽带，联动农作物种植、蚯蚓养殖、养鱼、养鸡、养鸭等产业的物质循环利用示意图，请据图回答问题。

（1）图中蘑菇房中的蘑菇属于生态系统成分中的________。

（2）某同学据图写出一条捕食食物链：

果树―→蚯蚓―→鸡，该食物链________（填“正确”、“不正确”）。

（3）利用沼气燃烧为鸡舍延长照明时间，提高产蛋率；利用性外激素诱捕果园中的害虫。

这些实例体现了生态系统的________在农业生产中的应用。

（4）果园与森林相比，其抵抗力稳定性________（填：

“高”、“低”），原因是________________________________________________________________________。

（5）此生态农业与传统农业相比，明显的优势是________和________。

（6）假设右图是建成生态农场前的部分物质循环示意图，请画出与该图对应的能量流动图解。

解析　

（1）蘑菇不能利用无机物合成有机物，其利用的是有机质，属于分解者。

（2）蚯蚓属于分解者，不参与捕食食物链的构成。

（3）光照、性外激素分别为物理、化学信息。

这是信息传递在农业生产中的具体应用。

（4）与果园相比，森林的生物种类更多、营养结构更复杂，其抵抗力稳定性更高。

（