新课标创新人教生物选修生态工程的实例和发展前景.doc

一、生态工程的实例

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二、生态工程发展的前景
1．“生物圈2号”生态工程的实验及启示
(1)设计目的：制造一个人工模拟的生命支持系统，以验证人类在离开地球的情况下，运用人工生态工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生存。
(2)失败因素：温度失调，“大气与海洋”比例与地球相差甚远，导致空气中二氧化碳的含量猛增，氧气减少，局限性以维持人和动物的生存。
(3)启示：使人们结识到人与自然和谐共处的重要性，深化了对自然规律的结识。尽管科学技术已经很发达了，但人类仍没有能力完全模拟出自然生态系统。
2．对我国生态工程发展前景的分析与展望
(1)生态工程特点：重视对生态环境的保护，注重与经济、社会效益的结合。
(2)存在问题
①难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。
②设计缺少高科技含量，生态系统的调控缺少及时准确的监测技术支持，缺少理论性指导等。

[共研探究]
在进行生态工程建设时，应当根据本地的实际条件，因地制宜地进行。以下介绍的生态工程实例，都是我国生态科学工作者和群众在长期的生态工程建设实践中，不断完善而形成的。结合教材完善下面内容：
1．农村综合发展型生态工程
(1)问题：资源有限，人多地少，产出局限性。
(2)对策：建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环运用。
(3)遵循的原理：①物质循环再生原理；②整体性原理；③物种多样性原理；④系统学和工程学原理。
(4)案例：北京郊区的窦店村以沼气工程为中心的物质多级循环运用工程。
2．小流域综合治理生态工程
(1)问题：河流各级支流的集水区域水土流失严重。
(2)对策：通过保土蓄水、耕作措施、林草措施等工程和生物措施来控制土壤侵蚀。
(3)遵循的原理：整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理。
(4)案例：我国甘肃陇南地区“九子登科”的治理模式。
3．大区域生态系统恢复工程
(1)问题：土地荒漠化严重。
(2)对策：森林或草原的植被恢复、水土保持。
(3)遵循的原理：①物种多样性原理；②整体性原理；③协调与平衡原理。
(4)案例：“三北”防护林生态工程。
(5)意义：减轻风沙、干热风、寒露风、昆虫等对农作物的危害，改善农业生产条件，加快地方经济发展和人们脱贫致富奔小康的步伐。
4．湿地生态恢复工程
(1)湿地的作用：具有蓄洪防旱，调节区域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和多种动、植物提供栖息地，以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。
(2)在湿地生态恢复工程案例中，当初围湖造田的重要因素
①我国人多地少，围湖造田种植农作物，以生产更多的粮食。
②片面强调经济发展，没有结识到湖泊的生态调节功能。
(3)问题：人们对湿地进行排水和围垦，已经破坏了地球上80%的湿地资源。
(4)对策
①采用工程和生物措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复。
②在湿地周边建立缓冲带，以减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。
(5)遵循的原理：①整体性原理；②物种多样性原理；③协调与平衡原理。
(6)案例：鄱阳湖的生态恢复工程。
5．矿区废弃地的生态恢复工程
(1)问题：矿藏开采后导致土体、土壤和植被乃至整个地区生态系统的破坏。
(2)对策：人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。
(3)遵循的原理：①协调与平衡原理；②整体性原理；③系统学和工程学原理。
(4)案例：我国赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。
(5)矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长，因此代之以适应性强，耐旱的灌木、草和树。
6．城市环境生态工程
(1)问题：垃圾污染、大气污染、噪声污染等。
(2)对策：用生态工程的方法对城市环境进行综合治理。
(3)遵循的原理：①物质循环再生原理；②协调与平衡原理；③整体性原理。
(4)案例：张家港、大连、厦门等国家环境保护模范城市。

[总结升华]
1．任何一个生态系统包含非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者，各组分之间要有恰当的比例，否则会导致结构和功能失调。
2．在建立不同的生态工程时，要遵循不同的设计原理，不能互相照搬，应因地制宜。
3．在进行生态工程建设时，应积极运用自然生态系统的自我恢复力，节省投资。
4．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。
5．生态系统技术设计的常用方法
(1)食物链(网)的“相接”：即连接平行的原本不相连接的种类，形成互利共生网络，提高效率，促进物质的良性循环。
(2)食物链(网)的“加环”：即在食物链(网)中增长一些环节，以充足运用原先尚未运用的那部分物质和能量，促使物质循环和能量流动的途径畅通，发挥生产潜力，提高生态效益、经济效益和社会效益。

[对点演练]
1．如图表达某人工设计的生态系统，下列叙述不对的的是(　　)

A．该生态系统通过能量多级运用，提高了系统总能量运用效率
B．该生态系统的分解者是蝇蛆和蚯蚓，促进了生态系统中物质循环和能量流动的进行
C．合理使用农家肥可提高流经该生态系统的总能量
D．该生态系统遵循了“物质循环再生”的原理，但各营养级之间的能量传递效率并未提高
解析：选B　在该生态系统内，葡萄、蔬菜是生产者，通过光合作用固定太阳能，通过食物链把能量传给人、猪等生物，同时为了提高能量和物质运用率，猪粪流进沼气池，沼渣喂养蚯蚓、蝇蛆，施农田等，实现了物质循环再生，提高了能量运用效率，但食物链中能量的传递效率没有改变；蚯蚓等能促进物质循环，但不能促进能量流动。

[共研探究]
阅读教材P124～125，思考下列关于“生物圈2号”生态工程实验的问题：
(1)目的：制造一个人工模拟的生命支持系统，以验证人类在离开地球的情况下，运用人工生态工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生存。
(2)组成：密封的立体钢架构型＋7种模拟生态群落区＋2个大气扩张室＋阳光。
(3)性质：是一座微型人工生态循环系统。
(4)与外界的联系：通过电力传输、电信和计算机同外界联系，太阳光通过玻璃不断射入。
(5)物质循环途径

(6)失败的因素：重要是温度失调，空气中CO2含量猛增，O2含量减少，局限性以维持人及动物的生存。
(7)启示：使我们结识到与自然和谐共处的重要性，深化了我们对自然规律的结识，人类仍然没有能力完全模拟出自然生态系统。

[总结升华]
1．建设社会主义新农村的实质
解决人多地少的突出矛盾，实现能量多级运用，物质循环再生，追求废物资源化。在资源有限的条件下，获得较多的产出，取得经济效益、社会效益和生态效益的全面提高。
2．中国与西方国家生态工程建设的区别

中国
西方国家
目的和
抱负
“整体、协调、再生、循环”“天人合一”
治理环境污染
背景条件
人多地少，人均资源占有量少
经济发展水平高，人均土地、水资源占有量多
建设重点
生态环境与经济、社会效益相结合
集中对破坏的生态系统进行生态恢复
缺陷
缺少定量化模型指导，难以设计出标准化、易操作的生态工程样板
应用范围小，不重视经济效益

[对点演练]
2．下列关于我国生态工程与西方国家生态工程的比较，对的的是(　　)
①西方国家的生态工程以治理环境污染和恢复破坏的生态系统为重要目的，我国的生态工程则以经济和社会效益为重要目的　②西方国家的生态工程应用范围比我国小　③我国的生态工程难以像西方那样，设计出标准化、易操作的生态工程样板
A．①②③　　　　　　　　　B．②
C．③ D．②③
解析：选D　西方国家的生态工程与我国的生态工程强调的重点不同。西方国家的生态工程除了治理环境污染的目的外，重要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中对破坏的生态系统进行生态恢复；我国的生态工程走的是有中国特色的道路，即不仅要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。总体来看，西方国家的生态工程的应用范围比我国小，不太强调经济效益。但是，目前我国的生态工程尚有一些局限性之处，如缺少定量化模型指导，难以设计出标准化、易操作的生态工程样板等。

1．下列关于生态工程建设的叙述，对的的是(　　)
A．窦店村综合发展型生态工程是一个样板，各地可以照搬
B．在进行生态工程建设时，应根据实际，因地制宜
C．不同的生态工程体现的原理完全相同
D．生态工程建设目的只在于恢复生态环境
解析：选B　生态工程建设时一定要根据实际，因地制宜，不能照般一个模式；不同的生态工程应用的原理不一定相同；生态工程建设的目的除了恢复生态环境，还要实现经济效益、社会效益和生态效益的全面提高。
2．“生物圈2号”实验失败的直接因素重要是(　　)
①温度失调　②CO2含量增高　③O2含量减少　④生物群落不全
A．①②　　　　　　 B．②③
C．①②③ D．①②③④
解析：选C　注意题干中的“直接因素”，④为间接因素。
3．在我国西部大开发的战略中，“保持天然林”和“退耕还林(草)”是两项重要内容，采用这两项措施的首要目的是(　　)
A．开展生态旅游 B．发展畜牧业
C．增长木材产量 D．改善生态环境
解析：选D　西部气候干旱，生态环境十分脆弱，人类破坏本地植被后导致水土流失、土地沙漠化，甚至形成沙尘暴。为了改善本地的生态环境，2023年1月20日国务院颁布了《退耕还林条例》，通过这些年的实行，西部地区的生态环境得到明显改善。
4．如图为矿区废弃地的生态恢复工程流程图，请据图回答问题：

(1)恢复工程中，①②分别指________________________________________________________________________、
____________________措施。
(2)恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？________________________________________________________________________。
(3)该生态工程所遵循的重要原理是________________________________________________________________________。
解析：恢复工程中，一方面因土壤水肥状况差，压实土地，制造表土；另一方面选择种植适合生长的树、草进而在获得生态效益的基础上，协调发展经济效益和社会效益。该矿区恢复工程遵循整体性原理、协调与平衡原理。
答案：(1)机械方法平整压实土地　人工制造表土
(2)矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长　(3)整体性原理、协调与平衡原理　

【基础题组】
1．微山湖是山东境内的一个面积较大的湖泊，二十年前这里是碧波万顷、鱼儿满湖、野鸭成群，一幅“接天莲叶无穷碧，映日荷花别样红”的美丽景象。二十年来，湖区四周县市的工业快速发展，城市居民急增，大量的工业废水、生活污水、垃圾涌入该湖。湖水变得不仅浑浊，并且腥臭难闻。据有关专家说，近几年来，微山湖中已消失了一些物种，如四鼻孔鲤鱼、野鸭、水螅等。上述现象说明的道理重要是(　　)
A．掠夺式的开发是破坏生物多样性的重要因素
B．环境污染是破坏生物多样性的重要因素
C．外来物种入侵破坏了生物多样性
D．环境教育缺少是破坏生物多样性的主线因素
解析：选B　由于湖区周边县市的工业快速发展及城市居民急增，因而大量的工业废水、生活污水、垃圾涌入该湖。湖水变得不仅浑浊，并且腥臭难闻，微山湖中已消失了一些物种。可见，环境污染是破坏生物多样性的重要因素。
2.

如图显示了经济发展与环境质量之间的关系，根据这种关系，发展中国家应结识到(　　)
A．环境污染不可避免，只能采用“先污染，后治理”的策略
B．后工业化阶段环境问题会自行解决
C．保护环境至关重要，必须杜绝兴建排污的工业
D．可以采用措施减少或避免生产过程中的环境污染问题
解析：选D　吸取西方发达国家发展过程中“先污染，后治理”的经验教训，发展中国家应提前采用相应措施，对必须建设的污染公司要进行污物解决。
3．小流域治理已经从开始时的单纯造林和减水、减沙等工程，逐渐转移到生态经济型模式上，目的是(　　)
A．建立节约型生态系统，获得最大的生态和经济效益
B．建立原始和现代的复合系统，获得最大生态和经济效益
C．建立稳定、高效的复合系统，获得最大生态和经济效益
D．建立农村小流域综合系统，获得最大生态和经济效益
解析：选C　小流域治理模式是应用生态工程的整体性原理、协调与平衡原理以及工程学原理等，通过保土蓄水、耕作措施、林草措施等工程和生物措施，层层设防来控制土壤侵蚀的。其目的是建立稳定、持久、高效的复合系统，获得最大生态和经济效益。
4．下列关于生态农业的叙述，不对的的是(　　)
A．生态农业实现了对能量和物质的多级运用
B．农田生态系统的恢复力稳定性比较低
C．生态农业使废物资源化，提高了能量的转化效率，减少了环境污染
D．生态学的基本原理是发展生态农业的重要理论基础
解析：选B　农田生态系统的生物种类少，结构单一，抵抗力稳定性较低，恢复力稳定性较高。
5．下列措施中不符合城市生态工程建设基本原理的是(　　)
A．城市规划，分区建设工业区、居住区、生态绿地等
B．大力推广“环境和谐技术”和低污染清洁生产工艺
C．采用浮床工艺法等手段治理水污染
D．用法律手段严禁汽车上路，以及造纸厂、酒厂的生产，以断绝污染的源头
解析：选D　应当控制污染，而不是因怕污染而放弃发展。
6．如图是某同学绘制的我国北方农区的一种“四位一体”的生态家园示意图，其中沼气池、猪舍、厕所和日光温室等保持了合理的结构和比例。下列说法对的的是(　　)

A．在农村发展沼气不利于保护林草植被
B．该工程充足体现了物质循环再生的原理
C．保持生物间比例合理等同遵循整体性原理
D．能量可随着沼气的使用而流入生物体内
解析：选B　在农村发展沼气可减少林草植被等能源的使用；整体性原理是系统的各组分之间要有适当的比例，而生物间的比例合理只是其中的一部分；沼气燃烧释放的热能无法被生物体运用，即不能流入生物体内。
7．为了控制和治理沙尘暴等异常气候，必须在内蒙古和黄土高原种草植树，下列有关此问题的说法，不对的的是(　　)
A．要选择一些耐干旱的树种和草种
B．选择经济林木和优良牧草栽种，这样既增长了植被的覆盖率又获得了较高的经济效益
C．注意林木和草种的多样性，以提高人造林和人工草原的生态稳定性
D．有水利条件的地方，要有计划地营造基本草场防护林，以林护草，草林结合
解析：选B　内蒙古高原、黄土高原干旱缺水，环境条件恶劣，大面积种草植树，要选择耐旱草种和树种，同时要注意草种和林木的多样化，以提高人工草原和人造林的生态稳定性。在水利条件好的地方，要有计划地营造草场防护林，以林护草，草林结合，形成营养结构合理、抵抗力稳定性强的人工草原和人工林。
8．下列关于生态工程建设的叙述，错误的是(　　)
A．应遵循生态学原理
B．实现社会—经济—自然的整体与功能的统一
C．生态工程建设的核心环节是系统分析
D．生态工程设计常用方法有食物链的“相接”和“加环”
解析：选C　生态工程建设的基本过程涉及拟定目的与实行调查、系统分析、可行性评价与决策和技术设计等，其核心环节为技术设计。
【能力题组】
9．下列叙述不符合西方国家生态工程建设特点的是(　　)
A．强调经济效益，应用范围较广泛
B．以集中治理环境污染为目的
C．采用介于工程和依靠自然恢复力的中间途径
D．集中对已破坏了的生态系统进行生态恢复
解析：选A　西方国家的生态工程除了治理环境污染的目的之外，重要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中对已破坏了的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行生态恢复。但总体来看，发达国家的生态工程的应用范围比我国小，也不那么强调经济效益。
10．如图表达一种“甘薯＋奶牛＋沼气＋花木＋龙虾＋食用菌”的生态农业模式，下列有关描述对的的是(　　)

A．图中可以组成的食物链是甘薯→奶牛→牛粪
B．该生态系统的设计遵循了物质循环再生、物种多样性等生态学原理
C．图中只有生产者、消费者和分解者三种成分
D．图中青贮的目的是通过微生物有氧呼吸，分解甘薯藤中的有机物，有助于奶牛的消化吸取
解析：选B　食物链是由生产者和消费者组成的，即甘薯→奶牛。生态学原理很多，该生态系统的特点是物质循环运用，即重要遵循了物质循环再生原理和物种多样性原理。图中具有生态系统的四种成分：甘薯、花木等属于生产者，沼气池中的微生物、食用菌、底泥中的腐生微生物等都属于分解者，奶牛属于消费者，沼渣、沼液属于非生物的物质和能量。图中青贮的目的是通过微生物的发酵(无氧呼吸)，将甘薯藤中不容易被奶牛消化吸取的有机物分解为较易吸取的有机物，提高物质和能量的运用率。
11．生物氧化塘是运用藻类和细菌解决污水的一种生态系统。如图是生物氧化塘内部各成分之间的关系，下列相关分析错误的是(　　)

A．生物氧化塘运用了生态工程的物质循环再生、物种多样性等原理
B．在该氧化塘中引进硝化细菌有助于对污水的解决
C．B层中的藻类和细菌具有种间互助关系
D．出水处只要对细菌数量进行有效控制便可排放
解析：选D　根据题图分析，A层中有机物被各种微生物分解，产物到B层中可与细菌代谢产物一同被藻类运用并产生O2，而O2又可被好氧型细菌所运用。由此可知，生物氧化塘运用了物质循环再生和物种多样性等原理，且B层中的藻类和细菌具有种间互助关系，A、C两项对的；假如在该塘中引进硝化细菌，则可将产生的多余NH3转变为NO，利于污水的净化，B项对的；污水经解决后是否达成排放标准，不仅需要对细菌等微生物数量进行控制，还要对重要污染物进行检测，合格后才干排放，D项错误。
12．“四位一体”(人居—种植—养殖—沼气)生态农业是我国北方典型的生态农业模式。如图是该系统物质循环的示意图，请分析回答下列问题：

(1)图中有________条食物链。沼气的产生依赖该生态系统中的成分是________。
(2)该生态系统中能量能否循环运用？________。
(3)“四位一体”应用了________________等原理，与自然生态系统相比，它的抵抗力稳定性________(填“高”或“低”)。
(4)举例说明“四位一体”农业有哪些生态效益？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(至少写出两点)。
解析：图中有两条食物链，分别是蔬菜→人和蔬菜→猪→人，沼气是由分解者的分解作用产生的。能量在生态系统中不能循环运用。“四位一体”应用了物质循环再生、物种多样性、整体性、系统学与工程学等原理，由于该系统内生物种类和数目少，因而它的抵抗力稳定性较自然生态系统低。
答案：(1)两　分解者　(2)不能　(3)物质循环再生、物种多样性、整体性、系统学与工程学(任写2个即可)　低　(4)①使用清洁、高效的沼气，减少对薪柴的砍伐量，有助于植被保护和水土保持；②人、畜粪便的无害化解决，改善农村卫生条件；③沼渣、沼液的合理运用，提高了土壤肥力，从而减少化肥用量；④减少农药用量，有助于环境保护
13．(2023·雅礼中学月考)农业生产的高度发展，现代化畜禽养殖业的迅猛发展，均给生态环境带来了一系列污染问题，发展生态农业、保障农业的可连续发展势在必行。下面是“种植、养殖、加工、沼气、肥料”五环产业并举和互补的生态农业良性循环模式图，请据图分析作答：

(1)五环产业链生态农业一改传统经济模式，走生态经济之路，其重要实行________原则。
(2)从生态系统的重要功能来分析，建立五环产业链生态农业的重要目的是________________。
(3)沼气发酵过程中所产气体的重要成分为________和CO2。
(4)五环产业链生态农业遵循的生态工程原理重要是______________、______________、________________________________________________________________________。
(5)该生态农业的优点重要表现在________、________。
解析：(1)从图中分析，该生态农业各个环节的物质可以循环运用，因此实行的是循环经济的原则。(2)该生态农业的重要目的是合理调整各环节的物质和互相关系，使物质和能量更多地流向对人类有益的部分，获得更大的经济效益。(3)沼气发酵产生的气体重要成分是甲烷和二氧化碳。(4)生态农业所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。(5)生态农业减少了环境污染、充足发挥资源的生产潜力、提高了综合效益，达成经济效益与生态效益同步发展。
答案：(1)循环经济　(2)使生产者同化的物质和能量更多地流向对人类有益的部分　(3)CH4(甲烷)　(4)物质循环再生原理　系统学和工程学原理　整体性原理　物种多样性原理(任答三项)　(5)减少了环境污染　提高了综合效益
14．下面图甲、图乙分别表达稻—鱼—蛙共生农业生态系统和普通稻田生态系统的物质能量转化示意图，请据图回答下列问题：

(1)分析说明鱼和蛙在该生态系统中的积极作用：________________________________。
(2)分析说明稻—鱼—蛙共生生态系统的生态优势。
________________________________________________________________________。
(3)上述两个生态系统中的各种生物所需的有机物都依赖于________________，生命活动所需的能量归根到底都来自________。
(4)甲和乙相比，抵抗力稳定性较强的是________，因素是 ________________________________________________________________________。
(5)从能量流动的角度看，建立甲生态系统的目的是____________________________________________。
(6)为了使水稻高产，稻田乙需要经常使用农药，而甲则不需要，因素是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(7)一般地说，农田生态系统的________稳定性较低，废弃农田上会发生群落演替，该演替的类型是________。
解析：(1)消费者在生态系统中的作用是加速生态系统的物质循环。(2)与传统农业相比，生态农业实现了物质循环再生和能量的多级运用，并减少了农药、化肥的使用，减轻了环境污染。(3)流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量，各种生物所需的有机物都依赖于绿色植物的光合作用，生命活动所需的能量归根到底都来自太阳光能。(4)由于甲生态系统生物种类较多，营养结构复杂，自我调节能力较强，故甲和乙两个生态系统相比较，甲的抵抗力稳定性更强。(5)从能量流动的角度看，设立生态农业的目的是调整能量流动的关系，使能量连续高效地流向对人类最有益的部分。(6)由于甲生态系统引入害虫天敌——蛙，有效控制了害虫数量，因而不需要经常使用农药。(7)一般地说，农田生态系统的生物种类单一，营养结构简朴，抵抗力稳定性较低。废弃农田发生的群落演替是次生演替。
答案：(1)鱼、蛙是消费者，加速生态系统的物质循环
(2)在原有食物链中引入新的环节(将人们不能直接运用的有机物转化为可以直接运用的农副产品)，有助于实现物质循环再生和能量的多级运用，并减轻了环境污染　(3)绿色植物的光合作用　太阳光能　(4)甲　生物种类较多，营养结构复杂，自我调节能力较强　(5)调整能量流动的关系，使能量连续高效地流向对人类最有益的部分　(6)引入害虫天敌——蛙，有效控制了害虫数量　(7)抵抗力　次生演替