高中生物第四章生态工程第一节生态工程及其原理学案苏教版选修3.docx

高中生物第四章生态工程第一节生态工程及其原理学案苏教版选修3.docx

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高中生物第四章生态工程第一节生态工程及其原理学案苏教版选修3

第一节　生态工程及其原理

学习导航

明目标、知重点难点

说出生态工程的概念。

（重、难点）

概述生态工程的原理。

（重、难点）

举例说出生态工程的主要类型。

（重点）

一、阅读教材P98～99完成生态工程的概念

1．概念：

生态工程是指人类应用生态学、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，修复或重建已破坏的生态环境，改善传统的生产方式，并提高生态系统的生产力，达到经济效益、生态效应和社会效益同步发展的工程体系。

2．基本特点：

少消耗、高效益、可持续。

二、阅读教材P99～104分析生态工程的基本原理

1．物质循环再生原理

（1）概念：

物质不断地在各类生态系统中进行区域小循环和全球大循环，实现物质的分层、分级利用。

（2）核心：

生态学中的物质循环原理。

（3）实例——农作物秸秆的多级利用。

2．物种多样性原理

（1）核心：

生态学中物种多样性与生态系统稳定性关系的原理。

（2）实例：

人工林。

3．协调与平衡原理

（1）核心：

生物与环境相适应关系的原理。

（2）实例：

生物氧化塘法处理污水。

4．整体性原理

（1）核心：

生态学、系统学和经济学相统一的原理。

（2）意义：

只有应用整体性原理，才能协调当前和长远、局部和整体、开发利用和环境保护之间的关系，从而保障生态系统的平衡和稳定。

5．系统学与工程学原理

（1）核心：

①系统学原理的核心是系统学中系统结构决定功能的原理；②工程学原理的核心是系统整体性原理，即整体大于部分之和的原理。

（2）实例：

我国长江三角洲一带水乡的稻田养鱼模式。

判一判

（1）在建设高新农业时，沼气池的建立是遵循物质循环再生原理。

（√）

（2）系统的整体功能等于部分之和。

（×）

（3）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。

（√）

（4）生物氧化塘是利用藻类和细菌等生物之间的协同作用处理污水的。

（√）

连一连

　生态工程所遵循的基本原理[学生用书P54]

　生态工程是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的新兴学科，阅读教材，分析其遵循的基本原理。

项目

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

农作物

秸秆的

多级

利用

物种多样性原理

物种多样性与生态系统稳定性的关系

一般而言，物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性

避免系统结构或功能的失衡

人工林

是非

之争

协调与

平衡

原理

生物与环境相适应

处理好生物与环境的协调与平衡，除了考虑生物的生态适应性外，还需要考虑环境承载力（或环境容纳量）

避免系统的失衡和破坏

生物氧

化塘法

处理

污水

整体性

原理

社会、经济、自然复合系统

人类处在一个社会—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，保障系统的平衡和稳定

农林牧

副渔一

体化生

态工程

系统学

和工程

学原理

系统的结构决定功能和整体大于部分之和

生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。

另外，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，即“1＋1＞2”

改变和优化系统的结构以改善功能

长江三

角洲的

稻田养

鱼模式

讨论下列实例主要遵循的生态原理：

（1）单一人工林比天然混交林稳定性低，易爆发虫害。

提示：

物种多样性原理。

（2）草原确定合理载畜量，不能过度放牧。

提示：

协调与平衡原理。

（3）引种考虑适应环境。

提示：

协调与平衡原理。

（4）林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题。

提示：

整体性原理。

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）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。

（2）在上述的生态工程中，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）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。

（4）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。

解析：

（1）该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、菜田、果园、苗圃、鱼塘，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。

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，遵循系统的结构决定功能原理。

（2）该生态工程种植不同的农作物、果树、苗木，饲养牛、猪、鸡等多种畜禽，这体现了生态工程的物种多样性原理。

（3）生态工程的主要任务是对已破坏的生态系统进行修复，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。

（4）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。

答案：

（1）物质循环再生　环境容纳量　系统的结构决定功能

（2）物种多样性

（3）已破坏的生态系统

（4）协调与平衡原理

（1）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；平衡是指某种环境下生物种群的数量与环境的承载力要平衡，否则会引起生态平衡的破坏。

（2）所谓生态工程的整体性原理是指人类所处的自然系统、经济系统和社会系统所构成的巨大的复合系统、三者相互影响而形成的统一整体。

它既包括自然系统的生物与环境、生物与生物之间的相互影响，又包括经济和社会等系统的影响力，只有把生态与经济和社会有机地结合起来，才能从根本上达到建设生态工程的目的。

　生物氧化塘[学生用书P55]

　生物氧化塘具有污水净化的作用，是一种典型的生态工程。

结合教材P102内容完成以下探究。

探究1　观察下面生物氧化塘处理污水示意图，分析生物氧化

（1）藻类和好氧菌一般位于表层（好氧层），好氧菌能直接摄取污水中的小分子有机物。

在生物氧化塘的下层（兼性层），通常有无色杆菌、假单孢菌、芽孢杆菌等优势菌种。

在氧化塘底部的厌氧层中，能见到硫酸还原细菌和甲烷细菌。

在生物氧化塘中，一般还有钟虫类、轮虫类和甲壳类等浮游动物，它们充分利用水体中的营养物质，能提高水的透明度。

（2）氧化塘内的转化过程实际上是一个连续处理废水的生物循环过程。

在氧化塘中，藻类光合作用产生的氧气，有利于好氧菌降解废水中的有机物；兼性菌和厌氧菌则通过好氧或厌氧反应，分解废水中的有机物。

探究2　观察下图回答下列问题，了解多功能生物氧化塘的作用

多功能生物氧化塘工艺流程示意图

污水进来后，首先进入沉砂环节，让一些固体废弃物沉淀下来。

如果污水中有机物的含量高，就采用流程Ⅰ；如果污水中有机物的含量低，就采用流程Ⅲ或流程Ⅳ。

总之，藻—菌互生环节就是利用藻类吸收无机物产生氧气和细菌分解有机物的作用，促进污水净化。

出水前可通过对藻、菌进行控制以达到改善水质的目的。

　如图所示为利用自然生态系统净化污水的一种大面积、敞开式污水处理池塘（即氧化塘）。

请据图回答下列问题：

（1）氧化塘实现净化污水的原理主要是利用细菌和藻类的________关系来分解有机污染物。

图中A、B分别代表的物质主要是_________________________________________。

（2）随着距水面深度的不断增加，不同水层微生物的新陈代谢类型也在发生着变化，其中它们的异化作用类型的变化是________________________________________________。

（3）由图示看，氧化塘净化污水的途径有______________和________。

解析：

由图可知，细菌和藻类生活在一起彼此有利，细菌通过分解有机物，为藻类生长提供二氧化碳、矿质养料等，藻类的光合作用为细菌的分解作用提供氧气。

不同水层由于受到物理扩散、生物消耗等因素的影响，水中溶解氧气量随水深度的增加而减少，其中生存的生物类群也会因此而变化。

答案：

（1）共生（或种间互助）　有机物、氧气；二氧化碳、矿质养料等　

（2）好氧型、兼性厌氧型、厌氧型

（3）物理沉降　生物分解

核心知识小结

[网络构建]

[关键语句]

1.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，修复或重建已破坏的生态环境，改善传统的生产方式，并提高生态系统的生产力，达到经济效益、生态效益和社会效益同步发展的工程体系。

2.生态工程是一类少消耗、高效益、可持续的工程体系。

3.生态工程的基本原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理。

[随堂检测]

知识点一　生态工程概念

1．下列关于生态工程的叙述中，错误的是（　　）

A．生态工程是生态学与系统学、工程学等学科交叉产生的新兴学科

B．生态工程追求经济与生态的双赢

C．生态工程是无消耗、多效益的工程

D．生态工程促进人类社会和自然环境的和谐发展

解析：

选C。

生态工程是一种少消耗、高效益、可持续的工程体系，不是不消耗任何资源。

知识点二　生态工程原理

2．我国西北一些地区年降雨量小于450mm，只适宜种植灌木和草，但却被硬性规定种植属于乔木的杨树，以至于到处都是“杨家将”。

生态的不适应使许多地方的杨树长成半死不活的“小老头”状，远不如当地树种那样有较高的生态适应性，结果防护林成为残败的“灰色长城”。

其失败的原因主要是违背了（　　）

A．物种多样性原理　　　　　B．协调与平衡原理

C．整体性原理D．物质循环再生原理

解析：

选B。

根据题意分析，该地适宜种植灌木和草，却被硬性规定种植属于乔木的杨树，以致到处都是“杨家将”，这种做法破坏了生态系统的协调与平衡原理。

3．沼气工程是我国政府为改善农村环境和发展农村经济大力推广的一种生态工程，它遵循的原理是（　　）

A．整体性原理B．物种多样性原理

C．协调与平衡原理D．物质循环再生原理

解析：

选D。

沼气池中的微生物进行有氧和无氧呼吸分解有机物，提高了能量的利用率，使得农业生产过程中降低了废弃物的产生。

4．“1＋1>2”体现生态工程的哪一基本原理（　　）

A．物种多样性原理B．系统学与工程学原理

C．协调与平衡原理D．物质循环再生原理

解析：

选B。

系统学与工程学原理的理论基础是系统的结构决定功能，协调系统内各部分的关系、比例，实现物质、能量、信息等的转换和流通，才能实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1＋1>2”。