高考生物 第十一单元第42讲.docx

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高考生物第十一单元第42讲

第42讲　生态工程

[考纲要求]　1.生态工程的原理及主要类型（Ⅰ）。

2.生态工程在农业中的应用（Ⅰ）。

考点一　生态工程的原理及主要类型

1．生态工程的研究原理和研究对象

2．生态工程的主要类型

（1）物质循环利用：

①城市生活垃圾进行减量化、无害化、资源化处理；②农村发展养殖业，将农作物秸秆“过腹还田”等。

（2）节水和废水处理与应用：

农业区域实施节水灌溉技术，城市、工业开发节水性质的生态系统；对废水、污水等实施减量、回收、再生和再循环的措施。

（3）山区小流域综合治理与开发：

利用小流域自然资源，将治坡、治沟、修梯田与发展草业、牧业、林业结合。

（4）清洁及可再生能源系统组合利用：

生产沼气，开发利用太阳能、风能等清洁及可再生能源。

[思维诊断]

（1）生态农业的指导思想是环境与经济协调发展（　√　）

（2）生态工程是无消耗、多效益的工程（　×　）

（3）设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是追求经济效益的最大化（　×　）

（4）建立生态农业时巧设、增设食物链的目的是使食物链延长，消耗能量环节增多，系统总能量利用率降低（　×　）

（5）矿区废弃地生态修复工程的关键是优先选择农作物以提高经济效益（　×　）

题组　生态工程的原理及主要类型

1．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．节水和废水处理与应用的生态工程

C．山区小流域综合治理与开发的生态工程

D．清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程

答案　B

解析　这是一个对养猪场的废水进行回收、再生的生态工程。

2．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，实现了良性循环

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，系统总能量利用效率降低

D．由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染

答案　C

解析　选项A符合物质循环再生原理；选项B对物质循环再生进行了进一步阐述；选项C与能量多级利用提高了能量利用效率不符；选项D在物质循环再生基础上，阐述了“污染物是放错地点的原料”的含义。

对生态工程具体实例所遵循的原理的几个易错点

（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。

考点二　生态工程在农业中的应用

1．庭院生态工程

进行物质和能量的多级利用。

2．农业生态工程

按照生态和经济规律，种养结合，优化设计。

3．主要技术

（1）物质的良性循环技术。

（2）洁净可再生的新能源开发技术。

（3）种植业和畜牧业合理优化技术。

（4）套种、间种、轮种制度；立体养殖技术；生物防治技术等。

[深度思考]

如图是某生态工程示意图：

（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实现物质的循环再生和能量的多级利用；该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了利用，这体现了生态工程的物质循环再生原理。

（2）该生态工程能生产出无公害大米的原因是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，原因是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。

题组　生态工程在农业中的应用

1．“粮桑鱼畜”农业生态系统是江浙平原水网地区典型的高效农业生态系统，下图表示这一农业生态系统的基本模式。

据图示判断下列说法错误的是（　　）

A．沼气池的建立既充分发挥资源的生产潜力，又防止了环境污染

B．通过巧接食物链使原本流向分解者的能量更多地流向了人，提高了能量的传递效率

C．这一生态工程模式主要适用于江浙平原而不适用于我国西北地区，这是因为在建立生态工程时还需要遵循“整体、协调、循环、再生”的原理

D．上述生态农业系统通过改善和优化系统的结构达到改善系统功能的效果

答案　B

解析　沼气池的建立使物质得以充分利用，实现了能量的多级利用，同时减少了环境污染；该生态农业调整食物链实现了物质的循环利用，提高了能量利用率，但没有改变能量传递效率。

2．下面为一庭院生态系统各成分的组成和相互关系的示意图，下列关于该生态系统的分析中，正确的是（　　）

A．建立该生态系统的目的是实现物质和能量的循环利用，提高经济效益

B．若在果树间间作绿肥类杂草，能导致该系统中生物多样性增加，可能有效控制果园中某些害虫的数量从而减少对果树的危害

C．在庭院中饲养鸡鸭能提高生态系统中物质的利用效率，增加产量，但由于食物链延长，生态系统中能量传递效率会降低

D．在庭院中建沼气池处理垃圾、粪便和植物枝叶，目的是尽可能减少分解者获得的能量，从而使能量流向对人有益的部分

答案　B

解析　生态系统中的能量不能循环利用；增加生物的多样性，可提高生态系统的稳定性；能量沿食物链传递的效率与食物链的长短无关。

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。

探究高考　明确考向

1．（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）呼吸作用　ATP　

（2）能增加黑麦草叶绿素含量　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，促进细胞的呼吸作用，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）由表可知，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。

2．（2011·新课标全国，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。

请回答下列问题：

（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。

答案　

（1）需氧和厌氧（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）

解析　

（1）依据题干信息分析，污水流经厌氧沉淀池时，有些微生物能通过厌氧呼吸分解有机物；流经兼氧池时，微生物既能进行需氧呼吸，又能进行厌氧呼吸。

（2）根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。

植物池中所有的蛙类获得的能量最终来源于生产者固定的太阳能。

（3）根据本小题中提供的信息可推测，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。

3．（2011·江苏，29改编）池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象，研究者设计了一种循环水池塘养殖系统（如图所示）。

请回答下列问题：

（1）与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统稳定性______________。

人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化；藻类等浮游生物大量繁殖，加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡，进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为________。

（2）与传统养殖池塘相比，该养殖系统增加的生态工程设施有____________________。

可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施，起到对水体的____________，有效减少水体中的N、P等含量。

（3）该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部，实现水层交换，其目的有______________________、______________________。

（4）该养殖系统中串联的池塘不宜过多，因为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）保持池塘水体中适当的N、P含量是必要的，该养殖系统可以通过______________、____________________进行调控。

答案　

（1）高　正反馈　

（2）生态塘和潜流湿地　净化作用　（3）增加水中的溶氧量　提高饵料的利用率　（4）后面池塘水体中的N和P含量（浓度）越来越高　（5）补水和排水　水泵控制水的流量（循环频次）

解析　

（1）群落的营养结构越复杂，生态系统的稳定性越高。

负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，本题中因水体富营养化导致藻类大量繁殖，死亡后使水体溶氧量下降，造成鱼类的死亡，这是正反馈调节。

（2）由图可知，该养殖系统比传统养殖池塘增加了生态塘和潜流湿地，这些设施内的水生植物、滤食动物可以净化水体、吸收水体中的矿质元素。

（3）前一池塘的上层植物进行光合作用含有较多的氧气，这些浮游植物及剩余的饵料到下一个池塘的底部后又可以被利用，提高了饵料的利用率。

（4）因营养的聚积使后面池塘中的N和P含量会越来越高。

（5）由于是人工养殖系统，可以自主调节池塘里的水，以控制N、P含量。

4．（2014·重庆，7Ⅰ）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。

改造的废弃采石场中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加。

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。

练出高分

1．某城市在建设过程中，更加注重生态文明的建设。

如利用人工建立的湿地公园对生活污水进行净化处理，形成藻菌共生的污水净化系统，还可以利用藻类蛋白养鱼、养鸭等获得良好的经济效益。

下面是利用人工湿地净化生活污水的原理简图。

请据图回答问题：

（1）输入人工湿地的能量为________________________________________________________________________。

（2）人工湿地中的芦苇属于挺水植物，绿藻属于浮游植物，黑藻属于沉水植物，这一现象体现了群落具有__________结构。

该人工湿地的建设体现了生态工程的基本原理有______________________________等。

（3）该人工湿地中的芦苇、藻类等植物生长迅速，其主要原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）细菌、真菌等微生物的分解作用是净化污水的重要途径，为了提高分解的效率，可采取的有效措施是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）用恰当的箭头和文字完成该人工湿地的碳循环图解。

（6）某生物兴趣小组在实地调查了该人工湿地后，在大力赞赏利用湿地对生活污水进行净化处理的同时，还向相关部门提出了应加强对重点污染源的控制这一合理的建议，其依据的生态学理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）光能和污水有机物中的化学能

（2）垂直　物质循环再生原理、协调与平衡原理

（3）细菌、真菌等微生物分解污水中的有机物为植物生长提供了充足的氮、磷等矿质养料和光合作用所需的CO2

（4）向水体中适当通入空气

（5）见下图

（6）生态系统的自我调节能力是有限的

解析　输入人工湿地的能量有各种植物通过光合作用固定的太阳能和生活污水中的化学能。

不同的生物生活在不同的层次，这体现了群落的垂直结构。

人工湿地中的细菌、真菌分解污水中的有机物产生大量的氮、磷，被人工湿地中的芦苇、藻类等植物吸收，导致其生长迅速。

湿地中的细菌、真菌多数为需氧型微生物，为提高其分解效率，可不断向水体中通入一定量的空气。

2．一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生态农业，年创收上万元。

下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于太阳能、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。

与传统工程相比较，生态工程具有____________________________________的特点。

（4）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，应使食物链和营养级越长越多越好，你是否支持这一观点？

________。

答案　

（1）减少了燃烧煤炭所产生的污染　

（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）否

解析　

（1）该生态农业减少了燃烧煤炭所产生的污染。

（2）该生态工程充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用，使能量能够更多地被人类利用。

（3）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。

生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续。

（4）由于食物链越长，营养级越多，则能量损耗越多，不能充分利用能量。

3．某小组对市郊一农业生态系统进行调查后，经过交流绘制出了如图所示的生态工程示意图。

据图回答有关问题：

（1）该生态系统中的主要成分是______________，图中的食用菌属于生态系统成分中的____________，该生态系统中，属于第二营养级的生物有________________________________________________________________________。

（2）建立这一生态系统的目的是使农作物固定的太阳能持续、高效地____________________________________；该生态系统的能量利用率较高与物质的______________利用密不可分。

（3）请画出该农业生态系统的食物网。

（4）该生态系统的建设主要根据生态工程建设的__________原理。

答案　

（1）农作物（生产者或植物）　分解者　人和家禽、家畜　

（2）流向对人类最有益的部分　多级（循环、重复）

（3）人→家禽、家畜→农作物　（4）物质循环利用

解析　

（1）生态系统的主要成分是生产者，即图中的农作物。

食用菌属于腐生真菌，在生态系统中属于分解者。

以农作物为食的生物属于第二营养级，包括人和家禽、家畜。

（2）建立生态农业的目的是调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分，由于实现了能量的多级利用，所以该生态系统的能量利用率较高。

（3）该农业生态系统中的食物网有两条食物链：

农作物→家禽、家畜→人；农作物→人。

（4）该生态系统实现了物质的循环利用、分级利用，并且减少了环境污染，所以该生态农业的设计遵循物质循环利用原理。

4．“四位一体”生态农业模式是我国北方生态农业发展中最为典型的模式，该模式以沼气为纽带，种植、养殖相结合，通过生物转换技术，将沼气池、畜（禽）舍、厕所、日光温室联结在一起，组成综合利用体系，如图所示

（1）“四位一体”生态农业模式是以________为技术支撑的“中国生态农业”。

该生态农业模式遵循“________________________”

的基本原理，植根于我国“天人合一”的古典哲学思想，吸收了传统农业的精华，适合我国北方农村的特点。

（2）与传统农业生态系统相比，“四位一体”生态系统具有更大的产出投入比的原因是________________________________________________________________________。

“四位一体”这种生产模式对环境的污染小，因为生产一种产品时产生的有机废物，成为另一种产品的________________________________________________________________________。

（3）和裸地栽培相比，图中4内的植物需水量和需肥量相对要________（填“多”或“少”）一点；使用沼气池里的残渣可以提高图中4内的蔬菜产量，这是因为沼气池里的残渣含有丰富的________。

（4）不断恶化的生态环境，正在对人类的生存和发展构成严重的威胁，这就需要我们运用生态工程对____________________进行修复和重建，对造成环境污染和破坏的______________进行改善，并提高生态系统的生产力。

答案　

（1）生态工程　整体、协调、循环、再生

（2）充分利用了废弃物中的能量　生产原料

（3）多　矿物质

（4）遭到破坏的生态环境　生产方式

5．如图为“秸秆的多级利用”农业生态系统中能量流动和物质循环示意图。

请回答下列问题：

（1）“秸秆的多级利用”充分体现了生态工程的__________________原理，最大限度地实现了物质的循环，减轻了燃烧秸秆造成的__________效应。

（2）图中属于生产者的是______________；消费者是______________；分解者是________________。

（3）在该农业生态系统中，物质经多次重复利用，提高了________________。

（4）农村大量燃烧秸秆和柴草会产生什么问题？

至少列举三种现象。

①________________________________________________________________________。

②________________________________________________________________________。

③________________________________________________________________________。

答案　

（1）物质循环再生　温室　

（2）作物　家畜　食用菌、蚯蚓　（3）物质利用率　（4）①农村燃烧秸秆和柴草的热能利用效率低　②使秸秆不能作为有机肥料还田，土壤有机质得不到补充，土壤与农作物之间物质循环遭到破坏，以致于土壤肥力下降，农作物产量不能迅速提高

③燃烧秸秆和柴草会产生大量的烟尘，污染大气，降低大气的能见度，影响人们的身体健康和交通安全等　④温室效应，空气中二氧化碳浓度增高，土壤沙漠化

6．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