2017-2018年高中生物 第二單元 生態(tài)工程與生物安全 第一章 生態(tài)工程 第1節(jié) 生態(tài)工程及其原理學(xué)案 中圖版選修3

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1、 第一章　生態(tài)工程 第一節(jié)　生態(tài)工程及其原理 1．關(guān)注生態(tài)工程的建設(shè)。 2．簡述生態(tài)工程的原理。(重難點(diǎn)) 生 態(tài) 工 程 的 概 念 與 目 標(biāo) 1．概念 為了人類社會和自然雙雙受益，著眼于生態(tài)系統(tǒng)，特別是社會－經(jīng)濟(jì)－自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力的整合工程技術(shù)。 2．目標(biāo) 保護(hù)環(huán)境與資源，力求達(dá)到生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使人工控制的生態(tài)系統(tǒng)具有更強(qiáng)大的自然再生產(chǎn)和社會再生產(chǎn)能力。 探討：生態(tài)工程建設(shè)的起因是什么？ 提示：“傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)”即“石油農(nóng)業(yè)”不注重環(huán)境的保護(hù)，沒有考慮成本，暫時(shí)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展是以巨大的生態(tài)環(huán)境破壞為代價(jià)。 探

2、討：“污染物是放錯地方的資源”這句話對嗎？為什么？ 提示：對。對環(huán)境造成危害的污染物，采用一定的措施和技術(shù)，就能夠進(jìn)行回收和循環(huán)利用，這樣不但能夠減少環(huán)境污染，而且提高了資源的利用效率，減少了資源的浪費(fèi)。例如，對廢污水中的重金屬或氮、磷等養(yǎng)分就可以進(jìn)行回收再利用。因此說“污染物是放錯了地方的資源”。 1．生態(tài)工程的概念 生態(tài)工程是指人類應(yīng)用生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)等學(xué)科的基本原理和方法，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)控和技術(shù)組裝，對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)、重建，對造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式進(jìn)行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，從而促進(jìn)人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展。 在概念中應(yīng)注意五個(gè)方面： (1)

3、涉及的學(xué)科知識有生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、工程學(xué)，經(jīng)濟(jì)學(xué)等。 (2)運(yùn)用到的技術(shù)手段有系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)控和技術(shù)組裝等。 (3)面臨的任務(wù)是對已破壞的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)、重建，對造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式進(jìn)行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力。 (4)最終目的是促進(jìn)人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展。 (5)生態(tài)工程的特點(diǎn)是少消耗、多效益、可持續(xù)。 2．生態(tài)工程建設(shè)的目的 遵循自然界物質(zhì)循環(huán)的規(guī)律，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境污染，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的同步發(fā)展。 【特別提示】　(1)在進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)積極利用自然生態(tài)系統(tǒng)的強(qiáng)大自我恢復(fù)力，節(jié)省投資。 (2)生態(tài)恢復(fù)力有限，不能認(rèn)為有了生

4、態(tài)工程，就可以先污染、破壞，然后再治理。 1．關(guān)于生態(tài)工程的敘述，不正確的是(　　) A．當(dāng)人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的健康問題時(shí)，生態(tài)工程應(yīng)運(yùn)而生 B．生態(tài)工程能夠減少環(huán)境污染 C．生態(tài)工程以犧牲環(huán)境和資源為前提，生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品 D．生態(tài)工程力求達(dá)到生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一 【解析】　A為生態(tài)工程產(chǎn)生的前提條件，B為生態(tài)工程的意義，D為生態(tài)工程的目標(biāo)，C不是犧牲而應(yīng)是保護(hù)。 【答案】　C 2．下面是進(jìn)行小規(guī)模堆肥及其利用的一些步驟。 ①準(zhǔn)備一只3 m×1.5 m×1.5 m的箱子(最好是廢木箱，因?yàn)槠渫笟庑粤己?，把從廚房和花園收集來的有機(jī)垃圾堆放其

5、中，堆放時(shí)要保持疏松和透氣；②堆肥時(shí)要盡量添加一些富含氮的材料；③若材料偏干，應(yīng)適當(dāng)澆一些水，并保持一定的溫度；④垃圾箱盡量放在朝陽溫暖的地方，材料堆滿后蓋上蓋子；⑤堆肥發(fā)酵腐熟后，便成為優(yōu)良的有機(jī)肥料，可用于作物和花卉的施肥。 (1)堆肥的生物學(xué)原理是___________________________________________。 (2)添加一些富含氮的材料可以加速發(fā)酵過程，因?yàn)? _______________________________________________________________。 (3)堆肥發(fā)酵過程中的重要物質(zhì)變化之一是：①蛋白質(zhì)→NH3；②NH3

6、→NO。參與上述過程的主要微生物的新陳代謝類型分別是①________；②________。 (4)研究發(fā)現(xiàn)，生活垃圾經(jīng)過堆肥發(fā)酵后，其中的致病微生物(包括寄生蟲的卵)基本被消滅，請你簡單闡述其中的道理。(提示：請考慮發(fā)酵導(dǎo)致堆肥內(nèi)部環(huán)境的變化)___________________________________________________________ _______________________________________________________________。 (5)如果只用堆制的肥料作為花卉的培植土，這些花卉能正常生活嗎？為什么？_____________

7、__________________________________________________。 【解析】　有機(jī)物不能被植物直接吸收，所以要使分解者分解后才能利用；分解者自身也需要一定的營養(yǎng)物質(zhì)，所以為了加快分解過程可以給其提供一些營養(yǎng)；發(fā)酵過程產(chǎn)生的熱可以殺死一些微生物；有機(jī)物被分解后不能直接利用其來栽培植物，原因是無機(jī)鹽太多，植物無法吸水。 【答案】　(1)利用營腐生生活的微生物(分解者)把有機(jī)物分解為無機(jī)物 (2)作為營腐生生活微生物的氮源，可以促使這些微生物迅速地繁殖 (3)①異養(yǎng)需氧型　②自養(yǎng)需氧型 (4)微生物的呼吸作用產(chǎn)生熱量，從而導(dǎo)致堆肥內(nèi)部的溫度升高，高溫環(huán)境

8、將致病微生物(包括寄生蟲的卵)殺死 (5)不能；堆制的肥料中的無機(jī)鹽濃度過高，會出現(xiàn)燒苗的現(xiàn)象 生 態(tài) 工 程 的 基 本 原 理 1．食物鏈原理 在自然生態(tài)系統(tǒng)中，食物鏈既是能量轉(zhuǎn)化鏈和物質(zhì)傳遞鏈，也是價(jià)值增值鏈。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，可通過調(diào)整食物鏈長度的方法，利用相應(yīng)的腐生生物，將各營養(yǎng)級的食物殘?jiān)蚣S便等排泄物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，來提高生物能量的利用率。 2．生態(tài)位原理 (1)每一種群在多維的生態(tài)空間中都有其理想的生態(tài)位，而每一種環(huán)境因素都給生物種群提供了現(xiàn)實(shí)的生態(tài)位。 (2)在農(nóng)業(yè)生態(tài)工程設(shè)計(jì)中，如果把適宜且有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物種引入系統(tǒng)中，填充空白的生態(tài)位，從而阻止一些有害的生

9、物(如雜草、病蟲、鳥獸)的侵襲，就可以形成一個(gè)物種多樣化、種群穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，并使有限的資源得到合理利用，減少資源的浪費(fèi)。 3．限制因子原理 (1)各種生物的生長發(fā)育過程中對各種生態(tài)因子都存在著一個(gè)生物學(xué)上限和下限，它們之間的幅度就是該種生物對某一生態(tài)因子的耐性范圍。 (2)當(dāng)生態(tài)因子接近或超過某種生物的耐受極限時(shí)，就會限制其生存、生長、繁殖或分布。 4．整體效應(yīng)原理 生態(tài)系統(tǒng)是由若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的整體，其基本特征是整體性。 5．其他原理 在生態(tài)工程的建設(shè)過程中，我們還必須遵循的其他生態(tài)學(xué)原理有系統(tǒng)論原理、多樣性原理、生物共生原理、物質(zhì)循環(huán)與再生利用原理。

10、 探討：生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)即使某個(gè)物種由于某種原因而死亡，也會很快有其他物種占據(jù)它原來的生態(tài)位，從而避免了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或功能的失衡。這體現(xiàn)了生態(tài)工程的什么原理？ 提示：生態(tài)位原理。 探討：在我國“三北防護(hù)林”建設(shè)中，某地區(qū)單一種植了大片的樟子松林，后來在水肥充足的情況下很多地方的樟子松林被松毛蟲吃成了“不毛之地”。而在澳洲的大堡礁內(nèi)養(yǎng)分稀少的深海中卻生活著約1 100種魚類，還有超過300種的造礁珊瑚以及無數(shù)已被命名或尚待發(fā)現(xiàn)的海洋無脊椎動物和藻類，這說明在生態(tài)工程建設(shè)中應(yīng)遵循什么原理？ 提示：多樣性原理。 探討：某牧草的留種區(qū)，為了預(yù)防鳥啄食草籽，用網(wǎng)把留種區(qū)罩起來，后來發(fā)現(xiàn)，留種區(qū)草的葉子

11、幾乎被蟲吃光了。發(fā)生這種現(xiàn)象違背了什么原理？ 提示：食物鏈原理。 生態(tài)工程的基本原理 項(xiàng)目 理論基礎(chǔ) 意義 實(shí)例 食物鏈 原理 食物鏈結(jié) 構(gòu)和功能 提高生物能量的利用率 生態(tài)農(nóng)業(yè)的建立 生態(tài)位 原理 生態(tài)位 定義 阻止一些有害的雜草、病蟲、鳥獸的侵襲，形成一個(gè)物種多樣化、種群穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，并減少資源的浪費(fèi) 稻田養(yǎng)魚 整體效 應(yīng)原理 整體性， 不可分割 性，協(xié)調(diào) 性發(fā)展　 通過不同子系統(tǒng)或者組分之間適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系和明顯的功能分工，使得系統(tǒng)順利地完成物質(zhì)、能量、信息與價(jià)值的轉(zhuǎn)換 農(nóng)業(yè)是一個(gè)社會—經(jīng)濟(jì)—自然的復(fù)合系統(tǒng) 限制因 子原理 最

12、小因子 定律、耐 性定律 保證生物的正常生長、發(fā)育和繁殖 對于干旱或半干旱地區(qū)，水是限制因子 多樣性 原理 多樣性 理論 促使復(fù)合系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加 引入現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)中沒有的新物種 物質(zhì)循 環(huán)與再 生利用 原理 物質(zhì)循 環(huán)、能量 流動 提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，同時(shí)也減少生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染 無廢料生產(chǎn)體系 生物共 生原理 生物間互 利共生關(guān) 系　　　 加強(qiáng)物質(zhì)循環(huán)作用，保證生態(tài)工程的穩(wěn)定性 大豆與根瘤菌共生 系統(tǒng)論 原理 整體性效 應(yīng) 指導(dǎo)生態(tài)工程的設(shè)計(jì)與實(shí)施 農(nóng)—副—工聯(lián)合系統(tǒng) 【特別提醒】?、偕鷳B(tài)工程的建設(shè)應(yīng)遵循以上幾個(gè)原理，但

13、不同的生態(tài)系統(tǒng)遵循的原理可能不同。 ②建立不同的生態(tài)工程時(shí)，要因地制宜，可通過適當(dāng)滿足物種生存、生長或繁殖的環(huán)境條件來提高物種的適應(yīng)能力。 1.豆科植物和固氮菌互利共生，當(dāng)把它們分開時(shí)，兩者的生長都要受到損害。這體現(xiàn)了生態(tài)工程的什么原理(　　) A．生態(tài)位原理　　　　　　 B．食物鏈原理 C．生物共生原理 D．多樣性原理 【解析】　本題考查對生態(tài)工程原理的理解。生態(tài)工程的原理主要包括生物共生原理、生態(tài)位原理、食物鏈原理、多樣性原理等。豆科植物和固氮菌之間體現(xiàn)的是生物共生原理。 【答案】　C 2．南京古泉生態(tài)農(nóng)場是生態(tài)農(nóng)業(yè)的典范。該農(nóng)場將養(yǎng)豬、養(yǎng)魚、沼氣工程、養(yǎng)鴨、

14、種植農(nóng)作物、養(yǎng)蘑菇、種桑養(yǎng)蠶、種植果樹等多個(gè)生產(chǎn)過程合理有機(jī)地結(jié)合起來，成為一種高效良性的循環(huán)，生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到了良性發(fā)展。請就生態(tài)農(nóng)場的特點(diǎn)，回答下列問題： (1)該生態(tài)農(nóng)場充分體現(xiàn)了生態(tài)工程基本原理的________原理和________原理。 (2)該系統(tǒng)的核心之一是沼氣池，在沼氣池發(fā)酵過程中，有一種微生物具有除臭作用，這種微生物是________，它的除臭過程是_______________________， 該微生物是此生態(tài)系統(tǒng)的________(填成分)。 (3)根據(jù)生態(tài)工程中的物種多樣性原理這一理論，有人認(rèn)為生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)中，應(yīng)使食物鏈和營養(yǎng)級越多越長越好。請你結(jié)合所

15、學(xué)的有關(guān)生態(tài)工程原理，分析該結(jié)論是否正確？為什么？ 【解析】　生態(tài)工程中的生態(tài)農(nóng)業(yè)是建立在物質(zhì)循環(huán)再生原理與物種多樣性原理基礎(chǔ)上的農(nóng)業(yè)，體現(xiàn)了生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益的整體效應(yīng)。從能量流動的逐級遞減的特點(diǎn)來看，食物鏈不能無限延長，一般維持在5～6級。 【答案】　(1)物質(zhì)循環(huán)再生　多樣性　(2)硝化細(xì)菌　將氨氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽　分解者　(3)不正確。因?yàn)槭澄镦湺?，各食物鏈中的生物?shù)量難以達(dá)到一定規(guī)模，影響經(jīng)濟(jì)效益；營養(yǎng)級多，高層次營養(yǎng)級生物獲得的能量較少，該營養(yǎng)級的生物數(shù)量也較少。 1．桑基魚塘是將低洼稻田挖深做塘，塘內(nèi)養(yǎng)魚，塘基上種桑，用桑養(yǎng)蠶，蠶糞養(yǎng)魚，魚糞肥塘，塘泥肥田、肥桑，從

16、而獲得稻、魚、蠶三豐收。這是哪一方面的典型例子(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：99310065】 A．維持原有的生態(tài)平衡 B．根據(jù)人類需要建立新的生態(tài)平衡 C．加速生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán) D．加速生態(tài)系統(tǒng)的能量流動 【解析】　?；~塘的建立是根據(jù)人類需要建立的新的生態(tài)平衡，使人類對能量多級充分利用，提高能量利用效率，減小環(huán)境污染。 【答案】　B 2．設(shè)計(jì)生態(tài)工程的常用方法之一是給食物鏈(網(wǎng))“加環(huán)”，如圖就是一種“加環(huán)”示意圖，據(jù)圖判斷下列說法不正確的是(　　) A．用玉米的副產(chǎn)品玉米芯生產(chǎn)木糖醇可增加經(jīng)濟(jì)效益 B．用殘?jiān)鼇砼嘤秤镁颓?，?shí)現(xiàn)了物質(zhì)的多級利用 C．用蛆蛹糞便作為有機(jī)

17、肥還田，運(yùn)用了能量循環(huán)再生原理 D．該生態(tài)工程的運(yùn)轉(zhuǎn)離不開人的管理 【解析】　A項(xiàng)提高了副產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，減少了環(huán)境污染；B項(xiàng)使殘?jiān)械哪芰苛飨蛏?，提高了能量利用率，減少了環(huán)境污染；C項(xiàng)用蛆蛹糞便作為有機(jī)肥還田，這些有機(jī)物在田里會被微生物分解為無機(jī)物而被植物利用，這體現(xiàn)了物質(zhì)循環(huán)與再生利用原理，能量流動是單向的。 【答案】　C 3．請分析圖示回答問題： (1)該生態(tài)工程所遵循的基本原理是______________________。(至少寫2種) (2)該生態(tài)系統(tǒng)的能量流動從____________________開始，圖中屬于消費(fèi)者的生物有____________。 (3

18、)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)相比，該生態(tài)系統(tǒng)更能凈化環(huán)境，主要原因是___________________________________________________________________。 【解析】　(1)本題中提到的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的秸稈等可以循環(huán)往復(fù)再利用，能量可以多級利用。(2)各種農(nóng)作物之間相互協(xié)調(diào)，使流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的能量被充分利用，流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是桑等生產(chǎn)者固定的太陽能，各級動物是該生態(tài)系統(tǒng)的消費(fèi)者。(3)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，該生態(tài)農(nóng)業(yè)可以實(shí)現(xiàn)廢棄物的再利用和能量的多級利用。 【答案】　(1)物質(zhì)循環(huán)與再生利用原理、物種多樣性原理、整體效應(yīng)原理(任寫2種即可) (2)

19、桑等生產(chǎn)者固定的太陽能　蠶、禽、畜 (3)糞便等“廢棄物”被及時(shí)利用 4．在社會主義新農(nóng)村建設(shè)中，我國南方某些地區(qū)建立的“?；~塘”(如圖所示)構(gòu)建了新型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)圖回答有關(guān)問題。 (1)該生態(tài)系統(tǒng)所需的能量最終來自________。 (2)該生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者是________。 (3)該生態(tài)系統(tǒng)中除了已知生物種類外，還必須有____________等生物作為________。 (4)在該生態(tài)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)的多級利用，提高了______________，減少了______________。 (5)人們建立這一生態(tài)系統(tǒng)的目的是_____________________

20、____________ _______________________________________________________________。 (6)在進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時(shí)應(yīng)該遵循生態(tài)工程的基本原理，這些基本原理主要包括________原理、________原理、________原理、________原理。 【解析】　本題考查生態(tài)系統(tǒng)的組成成分和生態(tài)工程原理的應(yīng)用。分析圖解可知，該系統(tǒng)的桑、稻能利用光能進(jìn)行光合作用，所以是生產(chǎn)者。圖中只有動物和植物，缺少營腐生生活的生物，如細(xì)菌、真菌等分解者。在該生態(tài)系統(tǒng)中，一種產(chǎn)品的廢料可作為另一種產(chǎn)品的原料，所以提高了物質(zhì)和能量的利用率，減

21、少了廢料對環(huán)境的污染。人們建立這一生態(tài)系統(tǒng)的目的是調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)的能量流動關(guān)系，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧２煌纳鷳B(tài)系統(tǒng)遵循的原理可以不同。 【答案】　(1)太陽光能　(2)桑、稻　(3)細(xì)菌、真菌　分解者　(4)能量利用率　環(huán)境污染　(5)調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)的能量流動關(guān)系，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠? (6)生物共生　生態(tài)位　多樣性　食物鏈 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.生態(tài)工程起源于生態(tài)學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用，目標(biāo)是在促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮物質(zhì)的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境污染，達(dá)到經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益的協(xié)調(diào)發(fā)展。 2.生態(tài)工程是為了人類社會和自然雙雙受益，著眼于生態(tài)系統(tǒng)，特別是社會－經(jīng)濟(jì)－自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力的整合工程技術(shù)。 3.生態(tài)工程的基本原理有：食物鏈原理、生態(tài)位原理、限制因子原理、整體效應(yīng)原理、系統(tǒng)論原理、多樣性原理、生物共生原理、物質(zhì)循環(huán)與再生利用原理。 8