高中生物第1章生态工程第1节生态工程的理论依据同步备课教学案北师大版选修3 11页

第 1 节 生态工程的理论依据 [目标导读] 1.结合教材 P4，阐述生态工程的概念。2.结合教材 P4～7 的图文，简析生态工程 的相关理论。 [重难点击] 1.生态工程的概念。2.生态工程相关理论的内容。 云南，“彩云之南”，我国一个美丽的省份，有丰富的动植物资源，也有众多水域分布，更 是远近闻名的旅游胜地。但是 2009 年至 2012 年，这片美丽的土地却在承受着巨大的痛苦 ——旱灾。这是天灾还是人祸？右图是相关的图片。 结合这幅图，请同学们思考以下几个问题： (1)在云南持续发生这样的大旱，原因到底是什么？ (2)经济的发展带来社会进步，但是我们的环境问题却越来越严重，我们到底需要什么样的 经济发展的新思路才能避免对环境的破坏呢？ 一、生态工程的概念 1．传统概念 生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、结构与功能协调原则、结合系统 分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统。 2．新概念 应用生态学、经济学的有关理论和系统论方法，以生态环境保护与社会经济协同发展(可持 续发展)为目的，对人工生态系统、人类社会环境和资源进行保护、改造、治理、调控和建 设的综合工艺技术体系或综合工艺过程。 沼气工程已成为我国当今农村生态工程建设中最重要和最基础性的组分。如图是沼气池的示 意图，据图分析： 1．沼气和传统的煤、天然气、石油相比，有什么优点？ 答案 沼气是一种绿色清洁能源，还可以再生。 2．沼气渣是一种很好的有机肥料，可以增加土壤肥力，有利于作物生长，这体现了生态系 统的哪种功能？ 答案 物质循环的功能。 3．沼气工程的优点有哪些？ 答案 不仅增加了农民的经济收入，而且减少了生活、生产造成的环境污染，生态、社会、 经济效益显著提高。 1．人类设计生态工程的根本目标是( ) A．在促进自然界良性循环的前提下，达到生态效益与经济效益的同步发展 B．在促进自然界良性循环的前提下，防治环境污染，提高经济效益 C．防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展 D．在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防治环境污染，达到经济 效益与生态效益的同步发展 答案 D 解析 设计生态工程的根本目标是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜 力，防治环境污染，达到经济效益与生态效益的同步发展。 二、生态工程的相关理论 1．系统论 (1)系统的特征 ①有序的有机整体 ②执行特定的功能 ③较强的整体功能 ④组成成分之间发生相互作用 ⑤具有一定的边界 (2)系统论意识的出现：生态工程概念的最早提出者马世骏将“整体、协调、循环、再生” 作为生态工程的基本原则。其中的“整体”就是针对生态工程的“系统性”而言的。 2．生态学的有关理论 (1)生物之间的共生、抗生理论 ①共生关系：生态工程中的生物之间相互利用、相互促进、互为防护的重要机制。 ②抗生关系：生态工程中一种生物对另一种生物的抵抗作用，如植物对特殊病虫害的抗生作 用。 (2)生物多样性理论 生态系统中，生物种群数量越丰富，结构及营养关系越复杂，稳定性越高。为了保证生态工 程所构建的生态系统具有较高的稳定性，而且能够创造良好的生态效益和经济效益，必须以 生物多样性为重要原则。 (3)食物链理论 ①食物链的功能 a．通过食物链可以将某种形式的能量和物质转变成另一种形式的能量和物质。 b．通过食物链可以把一种生物产品转化成为另一种类型的生物产品。 c．通过食物链的作用可以使低能量的生物产品转化为高能量的生物产品。 d．通过食物链的作用可以将一些低价值的产品转变为高价值的产品。 e．可以通过食物链某一环节生物产品的增加或减少，调节另一环节的生物产品数量。 ②食物链的人工调节 在人为的生态系统中，可以通过对食物链各环节的调控，改变物质、能量的转移途径和富集 方式。 3．社会经济学理论和工程学理论 4．协调与平衡理论 在应用这些理论建设生态工程的过程中，还必须坚持生态效益、社会效益和经济效益协调的 原则。 结合以下材料分析： 材料一 向日葵与大豆间作：利用豆科植物的生物固氮作用可以提高土壤肥力，有利于其他 作物的生长。 材料二 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。 材料三 湿地治理生态工程中，人们将湿地内疯长的水草收割后贮存起来，作为圈养家畜的 饲料，在治理后的水体内养鱼，这样既发展了经济，又疏通了河道，保护了生态环境。 1．材料一体现了生态工程的哪种理论？ 答案 生物之间的共生理论。 2．材料二体现了生态工程的哪种理论？ 答案 生物多样性理论。 3．材料三中，人为的增加了食物链，从能量流动的角度考虑有什么益处？ 答案 调节了能量流动的方向，使能量尽可能多的流向对人类最有益的部分。 2．生态工程是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶，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。下列选项中属于生态工程所遵循的原理的是( ) ①系统论 ②个别与特殊的理论 ③食物链理论 ④生物之间的共生理论 ⑤能量循环流 动理论 ⑥生物之间的抗生理论 ⑦因地制宜理论 ⑧生物多样性理论 A．①②⑤⑦⑧ B．①③④⑥⑧ C．①③④⑤⑧ D．②③④⑥⑦ 答案 B 解析 个别与特殊的理论、因地制宜理论并不是生态工程所要遵循的理论。能量在生态系统 中是单向流动的，而不是循环流动的。 1．下列不属于生态工程的是( ) A．沼气工程 B．桑基鱼塘 C．长江两岸加固河堤 D．退耕还林还草 答案 C 解析 A、B、D 都是利用生态工程原理，实行系统工程的可持续发展，C 不是生态工程。 2．下列不属于生态工程体系的特点的是( ) A．少消耗 B．多效益 C．可持续 D．多投资 答案 D 解析 生态工程具有少消耗、多效益、可持续的特征。 3．我国“三北防护林”，虽然取得了巨大的生态效益和经济效益，但由于没有完全按照自 然生态平衡规律办事，也产生了不少问题。例如，辽宁的章古台地区，由于单一种植樟子松， 使松毛虫因为没有天敌而肆虐一时，使很多地方几乎成了不毛之地。这个事实说明了( ) A．樟子松的抗虫能力很差 B．松毛虫的危害性很强，并专一性的侵害樟子松 C．生物多样性对生态系统的重要性 D．由于植物种类单一，导致松毛虫只能侵害樟子松 答案 C 4．下列不属于生态工程建设目标的是( ) A．对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善 B．防治环境污染 C．单纯追求粮食产量 D．促进人类社会和自然环境的和谐发展 答案 C 解析 根据生态工程的概念可知，防治环境污染，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进 行改善，促进人类社会和自然环境的和谐发展都是生态工程建设的目的。只有 C 项不正确， 单纯追求粮食产量有可能影响整个生态系统的和谐发展。 5．下图是某地农民以沼气为纽带建立的农业生态系统，据图回答下列问题： (1)该生态工程主要运用了哪些基本理论？ ________________________________________________________________________。 (2)通过实践证明，这种生态系统较为理想，不仅有很好的生态效益，而且也为农民增加了 经济效益，其原因是充分利用了____________中的能量。建立这种生态系统的目的就是 ________________________________________________________________________。 (3)动物粪便中的臭味主要来自氨，在沼气池中经________________作用，可以形成________ 被植物吸收利用。 答案 (1)食物链理论、生物多样性理论 (2)各营养级 使能量流向对人类最有益的部分 (3)硝化细菌的硝化 硝酸盐 解析 (1)从图中分析可看出该生态工程主要运用了食物链理论、生物多样性理论。 (2)建立以沼气为纽带的农业生态系统的目的是充分调整能量流动关系，使能量流向对人类 最有益的部分。 (3)沼气池中的臭味主要来自氨，氨经硝化细菌的硝化作用形成硝酸盐可被植物吸收利用。 课时作业 [基础过关] 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的健康问题时，生态工程应运而生 B．生态工程能够减少环境污染 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 答案 C 解析 A 为生态工程产生的前提条件，B 为生态工程的意义，D 为生态工程的原则。 2．下列有关物种多样性的叙述，错误的是( ) A．物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性 B．生物多样性程度高，各类生物的生存机会多 C．生物种类越多，引起病虫害的概率越大 D．生物种类繁多，可以在有限的资源条件下，提高系统的生产力 答案 C 解析 在生态系统中，生物种类越多，自我调节能力越强，如果害虫的数量增多，食虫鸟的 数量也会增加，所以生物种类繁多，引起病虫害的几率会下降。 3．食物链理论是生态工程的基本理论之一。下列有关食物链功能的叙述错误的是( ) A．转化生物产品 B．产品升值 C．富集产品 D．增加能量 答案 D 4．豆科植物和固氮菌互利共生，当把它们分开时，两者的生长都要受到损害，这体现了生 态工程的什么理论( ) A．系统论 B．食物链理论 C．生物之间的共生理论 D．生物多样性理论 答案 C 解析 豆科植物和根瘤菌为互利共生关系，两者共生使系统有很高的生产力，把它们分开时， 两者的生长都受到影响，故体现了生物之间的共生理论。 5．如图为我国长江三角洲、珠江三角洲一带的桑基鱼塘模式图，该模式把很多单个生态系 统通过优化组合，有机地整合在一起，成为一个新的高效生态系统，大大提高了系统的生产 力。这种模式所依赖的主要理论是( ) A．系统论 B．生物多样性理论 C．共生与抗生理论 D．食物链理论 答案 A 6．在辽宁西部的章古台地区，最初进行林带建设时，单一种植了大片的樟子松林，由于没 有一条昆虫与其天敌相生相克的食物链，使松毛虫肆虐一时，这体现了什么理论在生态工程 中的重要性( ) A．物种共生 B．系统论 C．食物链 D．物种多样性 答案 C 解析 由于樟子松林中缺少制约松毛虫的食物链，所以才造成松毛虫成灾。 [能力提升] 7．人们为了解决某些在农、牧、渔等生产中产生的生态问题而采取了下列各项措施，其中 导致完全相反的结果的是( ) A．更好的人口控制方法 B．制造更强、更有效的农药 C．合理地放养牲畜 D．把科学的耕作技术运用于海洋 答案 B 解析 人口的迅速增加必然会给生态系统带来更大的压力，所以控制人口增长是解决生态问 题的有效方法；合理地放养牲畜和科学合理地利用海洋资源是解决生态问题的有效途径；但 制造更强、更有效的农药必然会对环境造成严重的污染，这与人们的愿望是完全相反的。对 于病虫害的防治应致力于生物防治方法的研究与开发，这样才能有效地解决病虫害的防治和 环境污染问题。 8．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，多效益的原则 C．遵循生物多样性和协调与平衡原理 D．建立自然—社会—经济复合系统 答案 C 解析 生物多样性和协调与平衡原理都是生态工程建设应当遵循的原理。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。 9．下列叙述违背生态工程中生态学原理的是( ) A．充分考虑环境因子对生物的影响 B．尽可能减少种间竞争所产生的耗损 C．以单一种群获得经济效益的最大化 D．实现生态系统的良性循环 答案 C 解析 以单一种群获得经济效益的最大化，不符合生态学原理，C 选项错误。 10．将一处原始森林开辟成为一个国家森林公园，为了继续维持森林的生态平衡，应当采用 的措施是( ) A．在森林里放入一些珍奇的野生动物，增加食物网的复杂性 B．在森林中引种一些珍奇的野生植物，提高生产者的能量蓄积能力 C．定期清理森林的枯枝落叶，以利于种子萌发和幼苗生长 D．对森林做简单的隔离，避免人类过多地干扰 答案 D 11.阅读下列材料，回答有关问题： 澳洲草原广阔，天然牧草资源十分丰富。自 1925 年起，从印度和马来西亚引入当地没有的 牛、羊等家畜，大力发展畜牧业。几年后，千万头牛的粪便覆盖了草场，牧草大量枯死，同 时蝇子蔓延，使澳洲草原生态系统处于崩溃的边缘。后来从亚洲引进蜣螂，它们把牛粪滚成 团堆运到地下，既消除了牛粪又肥沃了土壤，还控制了蝇子，有效地解决了生态危机问题， 使澳洲草原又呈现出生机勃勃的景象。请回答下列问题： (1)上述事实表明，在引进牛、羊前，各种生物之间的关系呈现____________________状态。 (2)从生态学的角度看，人们引进牛、羊的目的是____________________________ ________________________________________________________________________。 (3)引进牛、羊后导致生态危机的主要原因是________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)蜣螂是这个草原生态系统的________(功能类群)的重要成分。 (5)以上事实说明，生态系统的自我调节能力是有_______________________________ ________________________________________________________________________。 (6)引进牛、羊发生生态危机这一事实给人们的启示是人类的生产活动要____________。 答案 (1)结构和功能上的动态平衡 (2)调整生态系统的能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分 (3)破坏了原有的食物链，导致生态平衡失调 (4)分解者 (5)一定限度的，如外来干扰超过了这个限度，生态平衡就会遭到破坏 (6)遵循生态工程建设的协调与平衡理论 解析 (1)引进牛、羊之前，澳洲草原广阔，牧草丰富，各种生物之间在结构和功能上处于 动态平衡状态。(2)引进牛、羊的目的是调整能量流动的关系，使能量流向对人类最有益的 部分，发展经济。(3)牛、羊的引进，超过了生态系统的自我调节能力，破坏了原有的食物 链，导致生态平衡失调。(4)蜣螂将牛粪中的有机物分解为无机物，回归到无机环境，是分 解者。(5)生态系统具有自我调节能力，但这种能力是有限度的，即生态环境具有环境承载 力，若生物数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏。(6)人类的生产活 动要遵循自然界的规律，如协调与平衡理论即生物与环境的适应性，生物数量与环境的承载 力平衡。 12．根据以下材料回答问题： 据国家林业局发布的一项调查表明，我国已经成为受荒漠化危害最为严重的国家之一。目前， 全国四分之一以上的田地荒漠化，每年因荒漠化造成的直接经济损失达 540 亿元；因此在实 施西部大开发过程中，要切实搞好生态环境的保护和建设，大力开展植树种草、治理水土流 失、防治沙漠化等活动。 (1)从生态因素分析，改善西部地区生态环境首先必须解决的非生物因素是________。 (2)“退耕还林(还草)”所依据的主要生态工程原理是________________，其目的是提高生 态系统的________________。 (3)保护环境、保持生态系统稳定性的关键是保护森林。近年来，我国北方频繁出现“沙尘 暴 ” ， 源 头 主 要 来 自 黄 土 高 原 和 内 蒙 古 地 区 。 请 分 析 造 成 土 地 沙 化 的 原 因 ____________________。(至少两点) (4)西部大开发中一项很重要的内容就是生态工程建设。从协调与平衡理论出发，在我国西 北地区植树造林应注意哪些问题？ ________________________________________________________________________。 答案 (1)水 (2)物种多样性原理 自我调节能力 (3)过度樵采、过度放牧、盲目开垦等 (答出两点即可) (4)栽种与西北气候环境相适应的树种或草，并注意考虑环境的承载力 13．阅读下图，回答下列问题： (1)生态农业设计的基本理论有：(列举两条) ①________________，②________________。 (2)生态农业的优越性表现在____________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)在“农作物→猪→农户”这条食物链中，若农作物通过光合作用产出 300 摩尔氧气，则 农作物同时产出________摩尔葡萄糖，农户从猪中获取的最大能量相当于________摩尔的葡 萄糖。 答案 (1)①食物链理论 ②生物多样性理论 (2)生态农业能保持系统内的生态平衡，促进物质在系统内循环和重复利用，以最少的投入 获取最大的经济效益和生态效益 (3)50 2 解析 本题考查农村综合发展型生态工程建设遵循的理论和优势。具体分析如下： 依据光合作用反应式：6CO2＋6H2O――→光 叶绿体6O2＋C6H12O6，农作物产生 300 摩尔氧气，同时就产 生 50 摩尔葡萄糖，能量沿食物链传递时，传递效率一般为 10%～20%，故农户从猪中最多获 取的能量相当于 50×20%×20%＝2 摩尔葡萄糖。 [真题体验] 14．(2011·新课标全国，40 改编)现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀 池→曝气池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。 污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。回答问题： (1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。在这个过程中，微生物通过 ________________呼吸将有机物分解。 (2)生态工程所遵循的基本理论除系统论外、还遵循了生态学中的______________和 ________________等原理。 (3)一般来说，生态工程的主要目的是构建一个________________协调发展的生态系统，并 对已被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。 答案 (1)无氧和有氧(或细胞) (2)生物多样性理论 食物链理论 (3)人类和环境