届高考生物一轮复习第十一单元现代生物科技专题第四讲生态工程学案.docx

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届高考生物一轮复习第十一单元现代生物科技专题第四讲生态工程学案

第四讲　生态工程

[考纲展示]

1．简述生态工程的原理（Ⅱ）　2.生态工程的实例（Ⅰ）

授课提示：

对应学生用书第267页

一、对生态工程概念的理解

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，对已被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。

二、关注生态工程的建设

1．生态工程

（1）任务：

修复和重建已遭到破坏的生态系统；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，达到经济效益和生态效益的同步发展。

（3）特点：

与传统工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。

2．生态经济

（1）原则：

“循环经济”。

（2）特点：

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。

（3）目的：

实现废弃物的资源化。

（4）手段：

生态工程。

三、生态工程所遵循的基本原理

1．物质循环再生原理：

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。

2．物种多样性原理：

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。

3．协调与平衡原理：

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，还需要考虑环境承载力（或环境容纳量）。

4．整体性原理：

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。

5．系统学和工程学原理：

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”。

四、生态工程的类型与设计原则

1．生态工程的类型：

根据性质和设计目标的不同，生态工程可以分为以下类型。

（1）具有农业生态保护性质并以农产品生产为目标的农业生态工程。

（2）以环境保护为目标的林业生态工程，包括水土保持生态工程、防风固沙生态工程、水源涵养生态工程、城市绿化和园林生态工程等。

（3）以治理环境污染为目标的治污生态工程，包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊和水源地治理生态工程等。

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系统的重要作用。

（2）不能误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。

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。

生态工程的易混易错点

整体性原理≠系统整体性原理

（1）整体性原理

①含义：

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。

②举例：

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。

（2）系统整体性原理

①含义：

指总体功能大于各部分之和，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。

②举例：

如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中的藻类和真菌等。

授课提示：

对应学生用书第268页

考点一　生态工程的原理和实例

[核心考点通关]

1．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

无废弃物农业

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系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力

“三北”防护林建设中的问题，珊瑚礁生态系统的生物多样性的问题

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

太湖富营养化问题、过度放牧等

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，保障系统的平衡与稳定

林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题

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

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

2.生态工程的实例分析

实例

问题

原理

对策

案例

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能较多地产出，以解决人多地少的矛盾

物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理

建立综合发展型生态工程

窦店村以沼气工程为中心的生态工程

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、系统学和工程学原理

运用多种原理，应用多种措施综合治理

甘肃陇南地区“九子登科”治理模式

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”防护林生态工程，退耕还林还草生态工程

湿地生态恢复工程

湿地缩小和破坏

控制污染、退田还湖

江西鄱阳湖的生态恢复工程

矿区废弃地的生态恢复工程

矿区生态环境问题

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

[针对训练]

1．南京市自开展“南京莫愁湖物理生态示范实验研究”开始，相继引种了浮水植物、沉水植物共计10余种，在围隔区内已经形成了以沉水植物为优势的水生植物群体。

试验区内营养盐的浓度得到有效控制，如试验区内氨氮和总氮仅分别为试验区外的1/13和1/5，有效地改善了水质。

（1）此项生态工程依据的生态学原理有____________、____________、____________、____________和____________。

（2）生态工程的调控机制是________________，主要利用的能源是________。

（3）一些发达国家的生态工程建设主要依据生态系统的________，达到了以________为主、________为辅的程度。

而在我国的生态工程建设中，________仍起着较大作用，强调按预期目标，因地制宜地调整复合生态系统的结构和功能。

（4）生态工程的主要目的在于_______________________________________。

解析：

生态工程的建设一是要遵循生态学原理，另外还要注意对于人与自然和谐发展的调控。

目前我国的生态工程和西方国家的生态工程建设所处的阶段不同，因而追求的目标也不尽相同，但总之都是为了使生物和环境之间变得高效和谐。

答案：

（1）物质循环再生原理　协调与平衡原理　整体性原理　系统学和工程学原理　物种多样性原理　

（2）人为辅助下的自我调节　太阳能　（3）自我调节理论　回归自然　人为调控　人为调控　（4）建造和调控人工生态系统，使生物与环境之间变得高效和谐

考点二　生态工程的类型与生态农业

[核心考点通关]

一、生态工程的类型与设计原则

1．生态工程的类型

根据性质和设计目标的不同，生态工程可以分为以下三类。

（1）具有农业生态保护性质并以农产品生产为目标的农业生态工程。

（2）以环境保护为目标的林业生态工程，包括水土保持生态工程、防风固沙生态工程、水源涵养生态工程、城市绿化和园林生态工程等。

（3）以治理环境污染为目标的治污生态工程，包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊和水源地治理生态工程等。

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。

二、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：

不仅实现了对能量的多级利用，而且提高了能量的利用率，使能量尽可能多地流入对人类有益的部分，如图所示。

4．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，是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。

[针对训练]

2．下图为矿区生态恢复工程流程图，请据图回答下列问题。

（1）矿区废弃地对生态系统造成的负面影响包括____________________。

①造成土体、土壤、植被的破坏　②极端恶劣的土地条件会阻碍植被的生长　③影响土地景观　④可能产生严重的重金属污染

A．①②　B．③④

C．①②③④D．①②③

（2）在矿区废弃地的生态恢复工程中，要充分考虑到__________________三者间的持续协调发展关系。

（3）该恢复工程中，①、②分别是指______________、______________。

该生态恢复的关键在于______________，以及______________的重建。

（4）恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？

解析：

（1）矿区废弃地对生态系统造成的负面影响包括：

造成土体、土壤、植被的破坏；极端恶劣的土地条件会阻碍植被的生长；影响土地景观；可能产生严重的重金属污染。

（2）在矿区废弃地的生态恢复工程中，要充分考虑到生态效益、社会效益和经济效益三者间的可持续协调发展关系。

（3）该恢复工程中，①、②分别是指平整压实土地、人工制造表土。

该生态恢复的关键在于植被恢复以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。

（4）矿区土壤条件恶劣，不适合农作物生长，此外，若种植农作物，矿区的重金属污染会通过食物链危害人类。

答案：

（1）C　

（2）生态效益、社会效益和经济效益　（3）平整压实土地　人工制造表土　植被恢复　植被恢复所必需的土壤微生物群落　（4）矿区土壤条件恶劣，不适合农作物生长，此外，若种植农作物，矿区的重金属污染会通过食物链危害人类。

授课提示：

对应学生用书第270页

练全国高考真题——知考查重点

1．（2014·高考重庆卷）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。

解析：

（1）在生态系统中，将有机物转化为无机物的生物是分解者。

人工林土壤中存在种子或繁殖体，会导致群落物种数增多，进而使人工林自我调节能力增强，抵抗力稳定性增强。

由于阳光等资源有限，群落中植物物种数增加，物种间竞争加剧。

（2）人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又提高了社会和经济效益，这主要体现了生态工程的整体性原理。

答案：

（1）分解者　种子或繁殖体　增强　竞争

（2）整体性（系统论）

2．（2013·高考广东卷）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，结果如表所示。

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。

解析：

（1）由题中信息可知，生物质炭能改善土壤的通气状况使氧气含量增加，从而促进了根细胞的有氧呼吸，根系对土壤中的矿质元素的吸收方式为主动运输，主动运输需要消耗能量（ATP），而有氧呼吸能释放大量能量（ATP）。

（2）由表中数据可看出黑麦草的干重与叶绿素含量呈正相关，用含生物质炭的污泥培养的黑麦草的叶绿素含量和每盆干重比用红壤、红壤＋污泥培养的黑麦草的叶绿素含量和每盆干重多，所以施用含生物质炭的污泥可提高黑麦草中叶绿素的含量，从而提高黑麦草光合作用，进而促进黑麦草的生长；表中数据显示施用污泥可使土壤和黑麦草中PAHs含量增加，施用生物质炭后测得的这些数值降低，说明生物质炭能降低土壤中PAHs的含量，从而降低PAHs污染的风险；生物质炭可作为污泥改良剂促进污泥被植物重新利用，同时降低环境污染，符合生态系统工程的物质循环再生原理。

答案：

（1）有氧呼吸　ATP

（2）使黑麦草叶绿素含量提高，促进光合作用的进行，有利于有机物的积累　增加　降低了土壤中PAHs的含量和黑麦草对PAHs的吸收和积累　物质循环再生

练各地市模拟——知命题热点

3．（2017·河北石家庄模拟）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_______________，具体实施的措施有________________（答两点）。

（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。

（3）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。

（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。

（5）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）矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于植被恢复与土壤微生物群落的重建，具体实施的措施有人工制造表土、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。

（2）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、菜园、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。

（3）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。

（4）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。

（5）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）植被恢复与土壤微生物群落的重建　人工制造表土、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等（任选两点）　

（2）物质循环再生　环境容纳量　系统的结构决定功能　（3）物种多样性　（4）已破坏的生态系统　（5）协调与平衡原理

4．（2017·山东潍坊质检）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400hm2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1.467×107hm2，宜林荒山荒地造林1.733×107hm2，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，主要是对破坏的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行________。

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）生态工程的目标除了治理环境污染之外，主要是对破坏的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行生态恢复。

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

授课提示：

对应学生用书第377页

1．（2017·广东揭阳模拟）下图为某地一生态工程建设模式图，请据图回答有关问题：

（1）该生态工程模式的最大优点是___________________________。

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________原理；各种粪便可作为沼气发酵的原料，体现了生态工程的_________原理。

（2）该生态工程中，处于第二营养级的生物除鸡、奶牛、鱼外还有__________________。

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__________________。

解析：

（1）图中生态工程能够实现能量和物质的分层多级利用（或提高物质和能量的利用率），减少环境污染。

该生态工程中有不同的农作物、果树、苗木和多种畜禽，体现了生态工程的物种多样性原理；各种粪便可作为沼气发酵的原料，体现了生态工程的物质循环再生原理。

（2）图示生态工程中，农作物、果树、苗木是第一营养级，鸡、奶牛、鱼、猪、人都可作为第二营养级。

养鱼时，鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其环境容纳量。

答案：

（1）实现能量和物质的分层多级利用（或提高物质和能量的利用率），减少环境污染　物种多样性（或整体性）　物质循环再生

（2）猪、人　环境容纳量（K值）

2．农业生态工程能创造多种劳动力就业机会，增加农民收入，开发可以更新的资源，减少环境污染。

下图是一个庭院生态工程的示意图，分析回答：

（1）该生态系统中的非生物物质和能量主要包括________等（至少两种）。

（2）该图中有食物链________条。

该生态系统中处于第二营养级的生物有________________________________________________________________________。

（3）生态农业所遵循的生态学基本原理是____________，其优点是___________________________。

（4）此生态系统中有哪些途径实现了能量的多级利用？

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________。

解析：

生态农业是运用生态学原理，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产体系。

其原理是能量多级利用和物质循环再生，其优点是使废物资源化，以便提高能量利用率，减少环境污染。

此生态系统中，食物链有3条：

黄瓜（番茄）→人、黄瓜（番茄）→鸡→人、黄瓜（番茄）→猪→人。

答案：

（1）阳光、水、空气、无机盐

（2）3　人、鸡、猪

（3）能量多级利用和物质循环再生　使废物资源化，以便提高能量利用率，减少环境污染

（4）①黄瓜、番茄等枝叶可作为饲养动物的饲料；②粪便等废弃物作为沼气发酵的原料，产生供人利用的清洁能源；③沼渣可作为饲料或肥料（答两点即可）

3．利用植物修复技术治理重金属污染的实质是将某种特定的植物种植在被重金属污染的土壤上，植物收获后进行妥善处理，就可将重金属移出土壤。

目前科学家尝试应用生物工程技术培育符合植物修复技术要求的转基因植