优化方案版高考生物大一轮复习 第十一单元 现代生物科技专题 第41讲 生态工程讲义.docx
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优化方案版高考生物大一轮复习第十一单元现代生物科技专题第41讲生态工程讲义
第41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）
[学生用书P288]）
一、生态工程与生态经济
1．人类设计生态工程的根本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．生态工程的特点：
少消耗、多效益、可持续。
3．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，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。
二、生态工程所遵循的基本原理
1．物质循环再生原理：
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外，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”。
三、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环境的重要作用。
（2）不忘大自然固有的强大的生态恢复力量，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．（2016·东北师大附中期末T29C）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．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。
（√）
4．（2016·北京海淀区第3次练习T30D）“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理。
（×）
5．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。
（×）
6．矿山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。
（×）
7．我国在西部地区实行退耕还林还草工程，这一工程属于大区域生态系统恢复工程。
（√）
8．在建设生态工程时，既要考虑自然生态系统的规律又要考虑到经济和社会等系统的影响力。
（√）
考点一 生态工程的基本原理[学生用书P289]
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”建设中的单纯林问题，珊瑚礁生态系统的生物多样性
协调与平衡原理
生物与环境的协调与平衡
生物的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，保障系统的平衡和稳定
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
改变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
1.传统经济≠生态经济
（1）传统经济
①方式：
大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。
②特点：
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
①方式：
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。
②特点：
少消耗、多效益、可持续。
2．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，保障整个生态系统的稳定与平衡。
②举例：
林业工程建设中自然系统、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：
藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中的藻类和真菌等。
（2016·南京市高三期末）南京古泉生态农场是生态农业的典范。
该农场将养猪、养鱼、沼气工程、养鸭、种植农作物、养蘑菇、种桑养蚕、种植果树等多个生产过程有机地结合起来，形成一种高效良性的循环，取得良好的生态效益。
请就此生态农场的特点，完成下列问题：
（1）该生态农场充分体现了生态工程基本原理中的__________________、__________________和__________原理。
（2）该系统工程的核心之一是沼气池，如图所示。
①在图中用箭头标出生产过程中物质循环的方向。
②如果将“无机物→农田”这一环节去掉，对生态农业系统有何影响？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）根据生态工程的物种多样性原理，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。
请你结合所学知识，分析该结论是否正确，为什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：
（1）物质循环再生原理
物种多样性原理 整体性
（2）①如右图所示：
②土壤中的无机物得不到补充，物质循环受到破坏，土壤肥力下降
（3）不正确。
因为食物链越长，各食物链中的生物数量越难以达到一定规模，影响经济效益；营养级越多，高层次营养级生物获得的能量越少，该营养级生物数量也越少
考点二 生态工程的实例分析[学生用书P290]
1．主要生态工程实例的比较
类型
主要原理
注意问题
农村综合发展型生态工程
物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理
（1）核心：
沼气工程；
（2）优点：
农、林、牧、渔全面发展；开发可更新资源，减少环境污染
小流域综合治理生态工程
整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理
（1）“综合”表现在同时考虑到生态效益和经济效益；
（2）不同气候带、不同自然条件和不同经济发展水平的地区，生态工程模式应各具特色
大区域生态系统恢复工程
物种多样性原理、整体性原理、协调与平衡原理
“三北”防护林工程建设中应注意的问题：
（1）考虑树种生态适应性问题，种植适宜品种；
（2）考虑树种多样性，保证防护林体系稳定性；
（3）不同地区应根据当地情况采取不同策略
湿地生态恢复工程
协调与平衡原理、整体性原理
（1）主要措施：
退耕还湖；
（2）主要困难：
解决迁出湖区居民的生活和就业问题
矿区废弃地的生态恢复工程
整体性原理、协调与平衡原理
（1）种植耐旱的灌木、草和树；
（2）合理确定载牧量；
（3）改良表土
城市环境生态工程
协调与平衡原理、整体性原理等
（1）大气污染解决措施：
禁止使用有铅汽油，加强城市绿化；
（2）水污染：
减少或禁止污水排放，进行污水净化；
（3）垃圾处理：
分类处理，实现垃圾资源化利用
（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、蚕三丰收。
如图所示：
（2）沼气农田立体养殖模式
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）应当体现充分利用自然界的物质和能量资源的原则。
（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。
（2016·浙江台州第一次统练）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”或“不正确”）。
（3）该生态工程的核心技术是________________。
若在果园中同时种植蔬菜，属于________技术。
图中的沼气工程是在沼气池的基础上增添了脱硫塔等设施，更加优化了________________的新能源开发技术。
（4）此生态农业与传统农业相比，明显的优势是________________和________________。
（5）假设下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：
蘑菇属于生态系统成分中的分解者，捕食链中的生物间有捕食关系，蚯蚓是以植物落叶等为食，与果树间不构成捕食关系，因而果树→蚯蚓→鸡的食物链不正确；该生态工程的核心技术是物质循环再生技术，此生态农业与传统农业相比，明显的优点是能量多级利用，减轻了对环境的污染。
答案：
（1）分解者
（2）不正确
（3）物质的良性循环技术 间种 洁净可再生
（4）能量多级利用 减轻了对环境的污染（或实现了废物资源化等）（顺序可颠倒，答出两点即可）
（5）如图
[学生用书P291]）
1．（2016·北京东城第三次适应训练）下图示我国南方比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。
请分析回答下列问题：
（1）在不考虑人工投入的情况下，流经该生态系统的总能量（总初级生产量）是________________________________________________________________________。
人们将蚕沙（蚕的粪便）投入鱼塘，被鱼等水生生物食用，蚕沙中所含的能量主要属于第________营养级。
（2）鱼等水生生物的排泄物及未被利用的有机物和底泥，其中一部分经过________________作用后可作为肥料，返回桑基，培育桑树。
（3）建立该人工生态系统的目的是实现对能量的____________________，提高能量的利用率。
与种植单一作物的农田相比，该生态系统的自我调节能力________。
（4）建立该生态系统遵循的原理主要是________________、________________、________________。
解析：
（1）粪便中的能量是未被生物同化的能量，故某一营养级生物粪便中的能量是上一营养级同化的能量。
即蚕沙中的能量是生产者同化的能量。
（2）有机物经微生物的分解作用可转化为无机物，被植物利用。
（3）人工生态系统可以实现对能量的多级利用，从而提高能量的利用率。
自我调节能力的强弱取决于生态系统物种的丰富度，该生态系统的生物种类较作物单一的农田生态系统复杂，故该生态系统自我调节能力较强。
答案：
（1）生产者（或桑树）通过光合作用固定的太阳能总量 一
（2）分解者（或微生物）的分解 （3）多级（或充分）利用 较强 （4）物质循环再生原理 物种多样性原理
整体性原理
2．（2016·广东实验中学考前训练）下面为利用自然生态系统净化城市生活污水的一种大面积、敞开式污水处理池塘（即稳定塘）示意图。
请据图回答下列问题：
（1）稳定塘一般会出现藻类增多现象，影响出水水质。
在稳定塘中种植挺水植物可使藻类密度下降，也可以引进____________________控制藻类的过度繁殖。
从稳定塘输出的CO2________（填“大于”“小于”或“等于”）输入稳定塘的CO2。
（2）处理后的出水和流入污水相比，明显减少的元素是________，稳定塘每天处理污水的量是有限的，说明生态系统的____________________。
（3）流经该生态系统的总能量是__________________________________________________。
输入第一营养级的能量，一部分__________________________，一部分用于生长、发育和繁殖等生命活动，储存在生产者的有机物中。
（4）稳定塘依据的最主要的生态工程原理是____________。
在引入生物种类上可以利用生态系统的信息传递，因为信息能够________________，以维持生态系统的稳定。
解析：
（1）挺水植物可影响藻类光合作用，使藻类种群密度下降，引入以藻类为食的动物也可降低藻类密度，控制藻类的过度繁殖；向稳定塘输入的二氧化碳只有生产者的光合作用固定的二氧化碳，稳定塘输出的二氧化碳包括各生物呼吸作用产生的二氧化碳和微生物分解污水中有机物产生的二氧化碳，故输出的CO2大于输入的CO2。
（2）污水中的有机物被分解产生的含N、P等元素的无机盐可被植物吸收，处理后的出水与流入的污水相比，明显减少的元素为N、P；稳定塘每天处理污水的量是有限的，说明生态系统的自我调节能力是有限的。
（3）流经该生态系统的总能量包括生产者固定的太阳能总量和污水中有机物含有的能量；输入第一营养级的能量，一部分在呼吸作用过程中以热能的形式散失，一部分用于生长、发育、繁殖等生命活动，储存在生产者体内的有机物中。
（4）稳定塘将流入的污水分解产生无机盐和二氧化碳用于植物的生长发育和光合作用，故稳定塘依据的主要原理是物质循环再生原理；信息传递能够调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定。
答案：
（1）以藻类为食的动物 大于
（2）N、P 自我调节能力有限
（3）生活污水中有机物含有的能量和生产者固定的太阳能 在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了
（4）物质循环再生原理 调节生物的种间关系
3．（2014·高考重庆卷，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。
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。
答案：
（1）分解者 种子或繁殖体 增强 竞争
（2）整体性
1．珠江三角洲的农民充分利用自然条件，建立该地特有的农业生态系统的良性循环模式：
蔗基鱼塘和桑基鱼塘。
如图是蔗基鱼塘和桑基鱼塘的模式图，据图回答下列问题：
（1）这种人工生态系统最基本的生物因素是________________________________________________________________________
________________。
要使它长期稳定发展，除了有稳定的________来源，各类生物要________________。
（2）蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过________的作用，释放出____________，被植物利用。
（3）该生态系统把桑基鱼塘与蔗基鱼塘有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循________________原理。
（4）生态工程所遵循的基本原理有______________、______________、______________、________________________________________________________________________等。
解析：
生态系统的成分包括生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量。
题中人工生态系统最基本的生物因素是生产者和分解者。
生态工程所遵循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等。
答案：
（1）生产者和分解者 能量 保持相对稳定
（2）分解者 矿质离子 （3）系统的结构决定功能
（4）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（回答其中任意四点即可）
2．（2016·邯郸二模）如图所示为农民采用的笼养蝇蛆法而形成的人工生态系统。
说明：
鸡粪中含有较多的营养物质未被消化，因此可再添加其他饲料养猪，以生态学的角度看，这是一个理想的生态系统。
请据图回答：
（1）构成此生态系统，不可缺少的生物成分是________。
（2）猪粪经过________________作用，可被农作物再利用；猪粪中的氨经过________（生物）的作用，形成NO
和NO
被农作物吸收。
若在该系统中增加一个沼气池，该池中要接种的菌种的新陈代谢类型是________________________________________________________________________。
（3）人在该食物网中位于多个营养级，在人采食的食物中有可能有转基因食物，说出在转基因生物或其产品研究中应遵循的科学研究中的一项内容：
________________________________________________________________________。
（4）图中农民养蝇的主要目的是缓解农村的“三料”中________的缺乏问题。
解析：
（1）生态系统中必不可少的成分是生产者，生产者是生态系统的基石。
（2）猪粪经过分解者的分解作用，产生的无机盐被农作物吸收利用。
硝化细菌能将氨氧化成NO
和NO
，从而被农作物吸收。
沼气池是密闭的，其中的菌种为异养厌氧型生物。
（3）在转基因生物或其产品研究过程中，绝大多数科学家都能自觉地遵循科学研究道德。
如将重组DNA的转移限制在遗传上具有特定缺陷的生物上，要求对外源DNA进行认真选择，避免产生对人体有毒害的或过敏的蛋白质等。
答案：
（1）生产者
（2）分解者的分解 硝化细菌
异养厌氧型 （3）把重组DNA的转移限制在遗传上具有特定缺陷的生物上等 （4）饲料
3．（2016·武汉二中二模）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—沼—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）
4．（2016·惠州模拟）随着生活污水的大量排放，淡水湖泊水华频繁发生。
人工打捞和投放大量化学杀藻剂紧急处理是常用的治理方法。
近年来，采用投放食浮游植物的鱼类和种植大型挺水植物构建生物修复系统的方法，获得了较好的效果。
另外，环保部门采用跌水充氧技术对生活污水进行处理：
生活污水首先进入沼气池，经过沼气池处理后的污水再用泵提升进入跌水池，跌水池分多格串行，内装组合填料，借助生长在填料上的微生物去除有机物，经过跌水池的污水一部分回流入沼气池，另一部分进入水耕型蔬菜池（如图）。
根据上述资料回答下列问题：
（1）杀藻剂处理水华与生物修复的方法相比，主要缺点是____________和________________；挺水植物在该系统中的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
该修复系统经过一段时间运行后，群落结构趋于稳定，群落的这个变化过程属于________________________________________________________________________。
（2）污水处理过程中有多种微生物参与，生长在填料上的微生物在该生态系统中属于________。
经过水耕型蔬菜池处理后的
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