人教版生物选修3专题5 51 生态工程的基本原理.docx
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人教版生物选修3专题551生态工程的基本原理
5.1 生态工程的基本原理
学习目标：
1.简述生态工程的概念，关注生态工程的建设。
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）
一、关注生态工程建设
1．生态工程的含义
（1）理论基础：
生态学和系统学等学科。
（2）技术手段：
系统设计、调控和技术组装。
（3）操作过程：
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。
（4）最终目的：
促进人类社会和自然环境的和谐发展。
2．进行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。
3．突出特点：
少消耗、多效益、可持续。
4．生态经济
（1）原则：
循环经济。
（2）特点：
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。
（3）手段：
生态工程。
二、生态工程所遵循的基本原理
1．物质循环再生原理
（1）理论基础：
物质循环。
（2）意义：
可避免环境污染及其对系统的稳定和发展的影响。
（3）实例：
无废弃物农业。
2．物种多样性原理
（1）理论基础：
生态系统的抵抗力稳定性。
（2）意义：
生物多样性程度高，可提高系统的生产力。
（3）实例
①反面：
辽宁西部章古台地区的樟子松林，由于没有一条昆虫与其天敌相生相克的食物链，使得偶然滋生的松毛虫肆虐一时。
②正面：
由珊瑚虫和某些藻类共生组成的珊瑚礁区，物种繁多，系统稳定。
3．协调与平衡原理
（1）理论基础：
生物与环境的协调与平衡。
（2）意义：
可避免系统的失衡和破坏。
4．整体性原理
（1）理论基础：
社会—经济—自然复合系统。
（2）意义：
统一协调各种关系，保障生态系统的平衡和稳定。
（3）实例：
在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴及收入等问题。
5．系统学和工程学原理
（1）系统的结构决定功能原理
①理论基础：
分布式优于集中式和环式。
②意义：
改善和优化系统的结构，从而达到功能改善的效果。
③实例：
我国南方水网地区的桑基鱼塘模式。
（2）系统整体性原理
①理论基础：
总体功能大于各部分之和的效果，即“1＋1>2”。
②意义：
能够保持很高的系统生产力。
1．判断对错（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）生态工程是无消耗、多效益、可持续的工程体系。
（ ）
（2）在建设高新农业时，沼气池的建立遵循了物质循环再生原理。
（ ）
（3）无废弃物农业遵循的是物种多样性原理。
（ ）
（4）某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定控制，体现了遵循物种多样性和协调与平衡原理。
（ ）
（5）整体性原理是考虑自然系统的规律，所有的人类活动必须完全以生态系统为核心。
（ ）
（6）系统整体性原理是指系统各组分之间要有适当的比例关系。
（ ）
（7）单一人工林比天然混合林稳定性低，容易遭受害虫危害，这体现了生态工程的物种多样性原理。
（ ）
（8）我国南方地区的桑基鱼塘模式体现了系统的结构决定功能的原理。
（ ）
提示：
（1）× 生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。
（2）√
（3）× “无废弃物农业”遵循的主要是物质循环再生原理。
（4）√
（5）× 整体性原理是指在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。
（6）√ （7）√ （8）√
2．我国南方桑基鱼塘是低洼稻田挖深做塘，塘内养鱼，塘基上种桑，用桑养蚕，蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕三丰收，大大提高了系统生产力，这种模式主要应用的生态工程遵循的原理是（ ）
A．系统学和工程学原理B．整体性原理
C．物种多样性原理D．物质循环再生原理
A [桑基鱼塘模式，就是把很多单个生产系统通过优化组合，有机地整合在一起，成为一个高效生态系统，大大提高了系统的生产力，该模式的建立主要遵循了系统学和工程学原理。
]
关注生态工程建设
背景材料
资料1：
1998年夏季，长江洪水泛滥，根本原因是长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减小。
资料2：
石油农业大量使用化肥、农药、机械等，已造成资源破坏和农业环境污染，对社会的可持续发展造成很大障碍。
[思考交流]
1．阅读教材资料，回答相关问题。
（1）导致1998年长江洪水泛滥的根本原因是什么？
（2）洪灾的发生反映出传统经济发展模式存在什么问题？
（3）怎样解决长江洪水泛滥问题？
（4）什么是“石油农业”？
（5）你对“石油农业”怎样理解？
（6）如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？
（7）“石油农业”的生产模式应当怎样改进？
提示：
（1）长江洪水泛滥的根本原因是长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减小。
（2）传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
（3）积极营造长江中上游水源涵养林和水土保持林，提高森林覆盖率；“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。
（4）“石油农业”是指大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式，因对石油、煤、天然气等能源有高度的依赖性而得名。
（5）它把农业生产这一复杂的生物过程，变成了简单的机械过程和化学过程。
由于其投入高，产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。
（6）对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，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。
例如，对污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。
因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。
（7）在不同的国家有不同的改进措施。
例如，在我国人多地少，应该大力发展生态农业。
实施的具体措施包括：
可以根据田间作物的需要适量施用高效、低毒、低残留的农药，多施有机肥，提高作物对水、肥等资源的利用效率，对作物秸秆和畜、禽粪便进行再利用，实现物质的多级利用，等等。
一方面要不断提高土地的产出水平；另一方面要减少农业生产活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。
2．传统经济与生态经济的区别是什么？
提示：
（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。
[归纳总结]
1．生态工程建设的原因分析
（1）传统农业的生产模式——石油农业
①模式内容：
大量使用化肥、农药、机械的农业生产模式。
②弊端：
不注重生态环境的保护，没有考虑成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
（2）建立生态经济——循环经济
模式：
实现原料产品的生产体系，实现废弃物的资源化。
（3）生态工程与传统农业的比较
比较项目
生态工程
传统农业
基本原理
生态学、工程学
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
2.生态工程概念的理解
（1）生态经济的实质：
能够满足我们的需求而又不会危及子孙后代满足其需要的经济，实现“循环经济”最重要的手段之一就是生态工程。
（2）对生态工程概念的理解，应注意以下几点：
①涉及的学科知识有生态学、系统学、工程学、经济学等。
②运用到的技术手段有系统设计、调控和技术组装等。
③面临的任务是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的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。
④最终目的是促进人类社会和自然环境的和谐发展。
⑤生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续。
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，如下图所示：
（2）沼气农田立体养殖模式。
该生态系统利用农作物发展养殖业，利用废弃物实现物质的循环，保证能量的多级利用，如下图所示：
特别提醒：
（1）“无废弃物农业”不同于“石油农业”；“无废弃物农业”的优点是追求物质循环利用，没有废弃物，很少对环境和资源造成破坏，但生产效率低；“石油农业”是指大量使用化肥、农药和机械的农业生产方式。
虽然生产效率得到提高，但是对环境资源造成了破坏。
（2）有了生态工程也不可以先污染后治理：
生态恢复力有限，不能认为有了生态工程，就可以先污染后治理。
1．下列关于生态工程的叙述，不正确的是（ ）
A．当人类赖以生存的生态系统出现严重问题时，生态工程应运而生
B．生态工程能减少环境污染
C生态工程以牺牲环境和资源为前提，生产出更多的产品
D．生态工程力求达到生态效益、经济效益和社会效益的协调统一
C [本题考查对生态工程概念的理解。
A项为生态工程产生的背景，B项为生态工程的意义，D项为生态工程的目的。
]
2．从生态工程的基本原理看，“生态经济”就是（ ）
A．无废料生产、无生态破坏的经济发展模式
B．为了优化和重建自然生态的经济投资
C．先恢复生态环境，再发展经济的发展计划
D．为了更快发展经济的生态资源利用
A [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。
]
生态工程所遵循的基本原理
[思考交流]
1．“西部大开发”是国家为振兴西部提出的宏观决策，在我国西北地区进行防护林建设时，没有种植适应当地环境的树种，而是大量种植了不适应当地环境的杨树。
这主要是违背了什么原理？
提示：
违背了协调与平衡原理。
2．我国的植树造林运动在世界上规模最大，因而人工林面积占世界首位，请你对我国的植树造林运动提出建设性意见。
提示：
植树造林时，要根据物种多样性原理和协调与平衡原理，树种绝不能单一，还要根据当地的气候、土壤等条件，因地制宜地植树。
3．你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗？
提示：
豆科作物和固氮菌的共生就是一例。
固氮菌为豆科作物提供氮素，而豆科作物为其提供能量和其他营养，两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长；当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。
[归纳总结]
1．判断生态工程原理的方法
（1）如果强调充分利用废弃物，则为物质循环再生原理。
（2）如果强调生态系统稳定性，则为物种多样性原理。
（3）如果强调各成分之间关系，则为协调与平衡原理。
（4）如果强调社会、经济和自然协调统一，则为整体性原理。
（5）如果强调整体大于部分之和，则为系统整体性原理。
以上所述只是一般规律，如果遇到特殊情况，还要具体分析，一个生态工程也可能涉及多个原理。
2．整体性原理≠系统整体性原理
（1）整体性原理是指社会、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，如图所示：
（2）系统整体性原理属于系统学和工程学原理之一，强调整体功能大于各部分之和，即“1＋1>2”，目的是保持系统有很高的生产力，互利共生的生物能体现系统整体性原理，如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌等。
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。
1．下列有关生态工程的原理和事例的叙述中，错误的是（ ）
选项
有关事例
相关的生态工程原理
A
无废弃物农业
遵循物质循环再生原理
B
在人工林中增加植被的层次
遵循物种多样性原理
C
无锡太湖水体富营养化引起大面积水华
违反协调与平衡原理
D
前面造林，后面砍林
违反系统学和工程学原理
D [本题着重考查生态工程遵循的基本原理。
D项中讲的是在追求生态效益时必须考虑到社会效益、经济效益，这明显是整体性原理。
]
2．如图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田里的杂草和害虫，利用鸭不间断地活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长，用作物养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪、鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉类。
请据图回答下列问题：
（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_______________________。
该系统将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了应用，体现了生态工程的____________原理。
（2）该系统将多个生态系统通过优化组合，有机整合在一起，提高了系统生产力，体现了生态工程中的________原理。
生产的大米无公害的原因是_________________。
（3）在发酵装置里的B过程中起重要作用的微生物，其细胞结构与水稻细胞最主要的区别是_____________________________。
（4）将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，试分析其增产的原因：
__________________________________________。
蘑菇房与蔬菜大棚相通，比单纯种植蔬菜和单纯培育蘑菇带来的效益之和还要高，体现了生态工程中的________________原理。
[解析]
（1）图示农业生态系统通过建立沼气池，实现了废物资源化和能量的多级利用，遵循的是物质循环再生原理。
（2）图中生态农业施用的都是有机肥，减少了化肥和农药的使用量，因此生产的大米无公害。
（3）发酵装置中的微生物主要是乳酸菌，为原核生物，无以核膜为界限的细胞核。
（4）蘑菇为分解者，可将有机物分解为CO2等无机物，供蔬菜进行光合作用。
[答案]
（1）实现物质的循环再生和能量的多级利用 物质循环再生
（2）系统的结构决定功能 减少了化肥和农药的使用量，减少了对水的污染
（3）无以核膜为界限的细胞核（无成形的细胞核）
（4）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 系统整体性
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句归纳
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，达到经济效益和生态效益的同步发展。
2．生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。
3．运用生态工程可对遭到破坏的生态环境进行修复和重建。
4．生态经济主要通过实现“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现废物资源化。
5．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。
1．下列关于生态工程的叙述，不正确的是（ ）
A．生态工程研究的对象是社会—经济—自然复合生态系统
B．“退耕还林”“退耕还草”属于生态工程的内容
C．生态工程应遵循“整体、协调、循环、再生”的原则
D．实施生态工程的目的是环境保护
D [生态工程研究的对象是社会—经济—自然复合生态系统，其目的不单纯是环境保护，而是要实现社会、经济、自然的协调发展，共同进步。
]
2．建设生态农业时巧设、增设食物链的目的不包括（ ）
A．实现物质的分层次多级利用
B．实现能量的循环，使废物资源化
C．加强生物防治，控制有害生物的危害
D．减轻污染，提高抵抗力稳定性
B [物质可以循环，而能量是单向流动的，生态农业的设计实现了能量的多级利用。
]
3．某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定控制。
这种做法体现了（ ）
A．实行“循环经济”的原则
B．低消耗，多效益原则
C．遵循物种多样性和协调与平衡原理
D．建立自然—社会—经济复合系统
C [物种多样性原理和协调与平衡原理都是生态工程建设中应当遵循的。
进行牧区草场建设时，既要考虑系统结构和功能的复杂性，又要考虑生物与环境的协调平衡，才能保证生态系统的稳定。
]
4．下列关于生态工程的叙述，正确的是（ ）
A．鄱阳湖湿地生态恢复工程属于群落演替中的初生演替
B．“无废弃物农业”主要体现了物种多样性原理
C．在应用植物修复技术治理被重金属污染的土壤时，需要选择符合要求的植物，这遵循了生态工程中的整体性原理
D．“四位一体”农业生态工程中，往往将蔬菜棚与猪圈连通起来提高经济效益，这遵循了生态工程中的系统学和工程学原理
D [鄱阳湖湿地生态恢复工程属于群落演替中的次生演替，A项错误；“无废弃物农业”主要体现了物质循环再生原理，B项错误；选择符合要求的植物治理被重金属污染的土壤，遵循了协调与平衡原理，C项错误；“四位一体”农业生态工程遵循系统学和工程学原理中的系统的结构决定功能原理，D项正确。
]
5．回答下列与生态工程有关的问题：
（1）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，与传统的工程相比，生态工程具有少消耗、多效益、________等特点。
（2）生态工程所遵循的基本原理有物质循环再生、协调与平衡、________、________________和物种多样性等原理。
人、畜粪便用于农作物的生产主要符合________________原理；连年种植单一品种造成病虫害增加主要违反了________原理。
（3）“猪一沼一果”是我国一种常见的生态农业模式，以沼气为纽带，带动畜牧业、林果业等相关农业产业共同发展。
该生态农业中的所有生物共同组成了________（填“生态系统”“群落”或“种群”）；该生态农业模式能实现能量的________。
[解析]
（1）生态工程是对已被破坏或受损的生态系统进行修复，与传统的工程相比，具有少消耗、多效益、可持续的特点。
（2）生态工程遵循的基本原理有物质循环再生原理、协调与平衡原理、物种多样性原理、整体性原理、系统学和工程学原理等。
农作物吸收的是无机物，人、畜粪便被分解者分解，产生的无机盐用于农作物，遵循的是物质循环再生原理；连年种植单一品种造成病虫害增加主要违反了物种多样性原理。
（3）生态农业中的所有生物构成的是群落。
生态农业实现了能量的多级利用。
[答案]
（1）已被破坏的生态系统（或受损的生态系统） 可持续
（2）整体性 系统学与工程学 物质循环再生 物种多样性 （3）群落 多级利用（多途径利用）
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