高考生物现代生物科技专题第四讲生态工程精选教案.docx

第四讲 生态工程基础知识系统化知识点一生态工程的基本原理1关注生态工程建设2生态工程的基本原理知识点二生态工程的实例和发展前景1生态工程的类型与实例(连线)2生态工程的发展前景基本技能问题化1分析下列实例所体现的生态工程的基本原理(1)观察甲、乙两图，将其利用的生态工程的原理填空：图甲体现物质循环再生原理，图乙体现整体性原理。(2)将下列实例所体现的生态学原理连接起来：2请据生态工程示意图回答下列问题(1)从生态学角度分析，人们建立如图所示农业生态系统的主要目的是：实现物质的循环再生和能量的多级利用；该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了利用，这体现了生态工程的物质循环再生原理。(2)该生态工程能生产出无公害大米，原因是：减少了化肥和农药的使用量，减少了环境污染。(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量，原因是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。考点一生态工程的原理命题点(一)生态工程的基本原理1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)植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了_(填“生态系统”“群落”或“种群”)。在植物池的食物网中，植物位于第_营养级。植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于_所固定的_能。(3)生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、_和_等原理。(4)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。解析：(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池的过程中，厌氧沉淀池中厌氧微生物通过无氧呼吸将有机物分解，曝气池中需氧型微生物通过有氧呼吸将有机物分解，兼氧池中微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。(2)该植物池中的生产者、消费者和分解者共同组成了群落；植物为生产者，属于第一营养级；生态系统中消费者和分解者的能量都是最终来源于生产者固定的太阳能。(3)生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。(4)通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善，可提高生态系统的生产力。答案：(1)无氧和有氧(或细胞)(2)群落一生产者太阳(3)物质循环再生物种多样性(4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)重难点拨比较生态工程的五大基本原理物质循环再生原理物质在生态系统中循环往复、分层分级利用物种多样性原理物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性协调与平衡原理处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力整体性原理工程建设时，既要考虑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系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理：生态工程通过改善和优化系统的结构达到功能改善的效果系统整体性原理：系统各组分之间要有适当的比例关系，顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，实现总体功能大于各部分之和的效果命题点(二)传统农业与生态农业的比较2在社会主义新农村建设中，某县积极发展畜禽养殖和栽桑养蚕两大支柱产业。在生产总量不断提高的同时，该县坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现资源的最大化利用，走出了一条适合本地区可持续发展的生态工程之路。请分析下图回答问题：(1)该生态工程所遵循的基本原理有_(至少写2种)。(2)该生态系统的能量流动从_开始，图中属于消费者的生物有_。(3)与传统农业生态系统相比，该生态系统更能净化环境，其主要原因是_。(4)该生态系统为何能提高经济效益？_。(5)根据该县地处水乡这一资源优势，请就该生态系统提出你的一条合理化建议。_。(6)从生态系统稳定性看，该农业生态系统比简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是_。请说出两种根据生物学原理防治害虫的方法：_。解析：(1)该生态工程依据的是物质循环再生、物种多样性和协调与平衡原理。(2)该生态系统能量流动是从桑、油菜等生产者固定太阳能开始。消费者是蚕、禽、畜等。(3)由图可知，该生态系统实现了废物再利用及无害化处理，因此更能净化环境。(4)该生态系统实现了物质的循环利用和能量的多级利用，降低了生产成本，提高了农产品的产量。(5)该生态系统中，蚕沙碎屑未被利用，可利用蚕沙碎屑养鱼，鱼塘塘泥还可作肥料。(6)该生态系统生物群落结构相对复杂，从而使抵抗力稳定性增强，自我调节能力提高。利用生物的种内关系或种间关系来诱杀害虫，如利用捕食关系引入天敌，利用性引诱剂进行防治害虫等。答案：(1)物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理(2)桑、油菜等生产者固定太阳能蚕、禽、畜(3)粪便等“废弃物”被及时利用(4)实现了物质的循环利用和能量的多级利用，提高了农产品的产量；减少了化肥、农药的使用(降低了农业成本投入)(5)蚕沙碎屑用来养鱼；鱼塘塘泥用来肥田(6)抵抗力稳定性较高(营养结构较复杂，自我调节能力较强)天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物(任选两种)考点二生态工程的实例长江的水体污染主要是由于流入长江的次级河流在流经城镇时，城市中的生活污水、工业废水大量排入河流，造成河流污染。某小组利用人工浮床技术对次级河流中水质净化分析，实验装置如下图：(1)图中植物的作用是_。该植物采收后，可以直接用作_，也可干燥处理后用来提取_等金属。(2)此案例属_生态工程的实例，它遵循的生态工程原理是_(写一个即可)。(3)该小组利用人工浮床开展了“茭白和菖蒲对生活污水净化效果”的研究，你认为该实验装置应该准备_组，应采取的处理措施是：_。(4)为了避免实验误差，你认为每个实验装置中的植物株数应_。(5)该工程能有效防止“水华”发生，提高水体的透明度。其原因是：_。解析：(1)人工浮床的原理就是利用浮床植物发达的根系吸附大量悬浮物，靠其中的微生物降解和吞噬作用净化水中的污染物，其次浮床植物在生长过程中还能利用水中的氮、磷污染物；另外人工浮床通过遮光作用来抑制水体中藻类的生长繁殖，可有效防止“水华”发生，提高水的透明度。(2)人类对城市生活污水的治理应用了生态工程的协调与平衡、整体性原理等。(3)每一实验组的植物数量应该相同，而且具有一定的数量，避免因统计误差对实验结果的影响。(4)为了避免实验误差，每个实验装置中的植物株数应相等且多数。(5)该工程能有效防止“水华”发生，提高水体的透明度。其原因是一方面浮床植物在生长过程中能利用水中的氮、磷污染物，减少藻类生长所需的无机盐；另一方面又能通过遮光来抑制水体中藻类的生长繁殖。答案：(1)吸收水中的化学元素饲料铜、锌、汞(2)城市环境协调与平衡原理、整体性原理、物质循环再生原理等(写出一个即可)(3)4一组只栽茭白，一组只栽菖蒲，一组混合等量的茭白和菖蒲，一组空白对照(不栽植物)(4)相等且多数(5)一方面浮床植物在生长过程中能利用水中的氮、磷污染物，减少藻类生长所需的无机盐；另一方面又能通过遮光来抑制水体中藻类的生长繁殖重难点拨判断不同生态工程中的基本原理(1)在六类生态工程实例中除“矿区废弃地的生态恢复工程”外，其余五大生态工程均涉及整体性原理。(2)除“矿区废弃地生态恢复工程”及“农村综合发展型生态工程”外，均涉及协调与平衡原理。(3)只有“农村综合发展型生态工程”涉及物质循环再生原理。(4)只有“农村综合发展型生态工程”及“大流域生态系统恢复工程”涉及物种多样性原理。(5)只有“小流域综合治理生态工程”及“矿区废弃地生态恢复工程”涉及工程学原理。真题集训验能力1(2014重庆高考)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右图所示。t0t1，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；t1t3，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)生态系统成分中的分解者可将有机物转化为无机物，供生产者利用。在群落次生演替过程中，土壤中原有的植物种子或繁殖体增加了人工林生态系统中的植物物种数。图示t1t3阶段，植物物种数增加，该生态系统的抵抗力稳定性增强。植物物种数逐渐增加，物种之间竞争加剧。(2)人工林的建设和园林景观的构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，主要体现了生态工程的整体性原理。答案：(1)分解者种子或繁殖体增强竞争(2)整体性(系统论)2(2013广东高考)污水处理厂的污泥富含有机质和无机成分，可用作肥料，但其多环芳烃(PAHs)等有机污染物含量通常较高，施入土壤会带来二次污染。生物质炭是由作物废弃秸秆等炭化而成。将污泥、含7%生物质炭的污泥均堆放一段时间后用于盆栽实验，研究它们对黑麦草生长及PAHs迁移的影响，结果见下表。测定项目红壤红壤污泥红壤含7%生物质炭的污泥土壤PAHs含量(g/kg)5271 079765黑麦草叶绿素含量(mg/g)2.02.12.3黑麦草每盆干重(g)1.72.32.7黑麦草PAHs含量(g/kg)401651428(1)生物质炭孔隙结构发达，能改善土壤的通气状况，使根系细胞_加强，_合成增加，从而促进根系对土壤养分的吸收。(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥_，从而促进黑麦草生长；污泥的施用使土壤和黑麦草的PAHs含量_，但生物质炭的输入_，从而降低PAHs污染的风险。由此可见，生物质炭有望用作污泥改良剂，促进污泥的推广应用。污泥的应用符合生态工程的_原理。解析：(1)土壤的通气状况改善，细胞有氧呼吸增强，合成更多的ATP，为根吸收矿质元素提供大量的能量。(2)由表可知施用含7%生物质炭的污泥的黑麦草叶绿素含量增加，从而使黑麦草的光合作用增强，促进黑麦草生长。污泥的施用使土壤和黑麦草的PAHs含量都增加，但生物质炭可以吸附PAHs，从而降低PAHs污染的风险。答案：(1)有氧呼吸ATP(2)能增加黑麦草的叶绿素含量，使光合作用增强升高能吸附PAHs物质循环再生课下检测查缺漏一、基础题点练1下列实例与主要体现的生态工程基本原理，匹配最恰当的是()A中国传统农业物种多样性原理B在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁物质循环再生原理C包孕吴越的太湖中水葫芦泛滥协调与平衡原理D水乡的桑基鱼塘整体性原理解析：选C中国传统农业主要应用了物质循环再生原理；在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁主要体现了物种多样性原理；包孕吴越的太湖中水葫芦泛滥主要违反了协调与平衡原理；桑基鱼塘主要应用了系统的结构决定功能原理。2下列有关生态工程的实例和原理中，错误的是()选项有关实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解析：选DD项所述内容是在追求生态效益时必须考虑到社会效益、经济效益，相关的生态工程原理是整体性原理。3下列关于生态工程的理解，错误的是()A我国“三北防护林”运用物种多样性原理，取得了巨大的生态效益B小流域综合治理模式应用了生态工程的整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理等C在湿地周围建立缓冲带，可减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等恢复其生态功能D在对城市进行规划和布局时，要进行城市生态分区解析：选A我国“三北防护林”虽然取得了巨大的生态和经济效益，但是由于没有完全按照自然生态规律办事，也产生了不少问题，例如最初进行林带建设时，没有遵循物种多样性原理，单一种植了大片的樟子松林，导致松毛虫肆虐，很多地方的樟子松因此奄奄一息。4设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，如图就是一种“加环”示意图，据图判断下列说法错误的是()A用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益B用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质的多级利用 C用蛆蛹粪便作为有机肥还田，运用了能量循环再生的原理D该生态工程的运转离不开人的管理解析：选C用蛆蛹粪便还田，运用了物质循环再生原理，能量是不能循环再利用的。5“生态农业”是高效的农业生态系统，下面为一个“生态农业”的模式图，据图判断下列说法错误的是()A该“生态农业”涉及的原理有整体性原理、协调与平衡原理、系统学和工程学原理等B在池塘生态系统中，鱼苗的放养最好控制在K/2左右C蚕、鸡等生物属于消费者D沼气池实现了物质和能量的多级利用，提高了能量传递效率解析：选D生态农业实现了物质和能量的多级利用，提高了能量的利用率，但不能提高能量的传递效率。二、高考题型练6我国珠江三角洲地区，为充分利用土地，创造了一种挖深鱼塘、垫高基田、塘基植桑、塘内养鱼的高效人工生态系统桑基鱼塘，如图所示。据图回答有关问题：(1)生态工程遵循的基本原理有_、_、_、整体性原理和系统学与工程学原理等。(2)该生态工程能将蚕沙、蔗叶等变成鱼类的饵料，塘泥中的微生物能将有机物转化成无机物，为甘蔗、桑树的光合作用提供无机营养，这一过程不但实现了废弃物的_，而且体现了_的“循环经济”原则。(3)该生态系统与一般的自然生态系统相比较，_稳定性较低，所以需要人们不断输入物质与能量。(4)桑基鱼塘的生产方式与改造前的传统耕作方式比较，主要的优点有_(至少答2点)。答案：(1)物质循环再生原理物种多样性原理协调与平衡原理(2)资源化生态经济(3)抵抗力(4)减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等7(2018烟台模拟)生态农业是建设社会主义新农村的重要内容之一。下面是两种生态农业模式：模式1：鸡猪鱼立体养殖模式：一亩鱼池配68头猪，100120只鸡，鱼池中各种鱼的比例大致为：花白鲢占20%，草鱼占40%，鲤鱼、鳙鱼占40%，每亩投放鱼苗4 500尾。每天从鸡舍中收集新鲜的鸡粪晒干，经初步发酵后混入一定量饲料喂猪，猪粪喂鱼。模式2：“四位一体”生态模式：以太阳能为动力，以沼气为纽带，将日光温室、沼气池、蔬菜种植和温室养猪相结合的一种新的农业生产模式。请分析回答有关问题：(1)在模式1中，必须注意某种鱼的投入数量，不宜超过该鱼在生态系统中的_，这体现了生态工程的_原理。鱼塘中不同鱼类生活在不同水层，体现了生物群落在垂直结构上具有_的现象。(2)模式2中，光能输入生态系统的途径是_，沼气池中的产甲烷杆菌在生态系统中属于_(成分)。(3)模式2中建立以沼气为中心的“四位一体”生态工程主要遵循的生态工程原理是_原理。解析：(1)在一个生态系统中，某生物的数量不能超过其环境容纳量。不同鱼类生活的水层不同，体现了生物群落在垂直结构上具有分层现象。(2)光能通过生产者的光合作用进入生态系统；产甲烷杆菌为分解者。(3)“四位一体”模式主要遵循的生态工程原理是物质循环再生原理。答案：(1)环境容纳量协调与平衡分层(2)通过生产者的光合作用分解者(3)物质循环再生8建设社会主义新农村的关键是构建和谐社会，发展生态农业，走可持续发展之路。下图为某地一生态工程建设模式图，请据图回答有关问题：(1)生态经济：通过实行“循环经济”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，从而实现废弃物的资源化。“无废弃物农业”体现了生态工程的_原理。(2)该生态工程模式的最大优点是_。该生态工程种植不同的农作物、果树、苗木，饲养牛、猪、鸡等多种畜禽，体现了生态工程的_原理。(3)该生态系统中，处于第二营养级的生物除鸡、奶牛、鱼外还有_。(4)沼气池能否看作一个生态系统？_，为什么？_。解析：(1)“无废弃物农业”主要体现了生态工程的物质循环再生原理。(2)该生态工程模式的最大优点是实现了物质的循环利用，提高了能量利用率，减少了对环境的污染。种植多种植物，饲养多种畜禽，主要体现了生态工程的物种多样性原理。(3)第二营养级是以植物为食的生物，由图可知位于第二营养级的还有人和猪。(4)生态系统包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者，沼气池中缺少生产者，不能看作一个完整的生态系统。答案：(1)物质循环再生(2)实现了物质的循环利用，提高了能量利用率，减少了环境污染物种多样性(3)猪、人(写全才可)(4)不能沼气池中缺少生产者9实施西部大开发，要切实搞好生态环境保护和建设，大力开展植树种草、治理水土流失、防治沙漠化等。(1)在生态工程中，人类应用了_等学科的基本原理和方法，促进了人类社会和自然环境的和谐发展。(2)在西部地区“退耕还林还草”的目的是_，从而能够提高生态系统的自我调节能力，这个过程遵循的原理是_。(3)根据_原理可知，西部地区的草场，要注意合理放牧，需要考虑_，因为若超过其限度，就会引起_。(4)一般来说，生态工程的目标除了治理环境污染之外，主要是对破坏的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行_。解析：(1)在生态工程中人类应用了生态学和系统学等学科的基本原理和方法，促进了人类社会和自然环境的和谐发展。(2)“退耕还林还草”的目的是增加当地物种多样性，其遵循的是物种多样性原理。(3)西部地区的草场，要注意合理放牧，需要考虑环境承载力，因为若超过其限度，就会引起系统的失衡和破坏，需遵循的是协调与平衡原理。(4)生态工程的目标除了治理环境污染之外，主要是对破坏的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行生态恢复。答案：(1)生态学和系统学(2)增加当地物种多样性物种多样性原理(3)协调与平衡环境承载力系统的失衡和破坏(4)生态恢复10回答下列某生态工程建设的相关问题：(1)某生态工程以沼气工程为中心，将各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼，人、畜、禽粪便作为原料生产沼气，沼渣返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘，主要体现了生态工程的_原理，提高了能量_。该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循_原理。(2)在上述的生态工程中，种植着不同的农作物、果树，饲养多种畜禽，这体现了生态工程的_原理。农作物、果树、禽畜都可以给人类提供食物，这体现了生物多样性的_价值。(3)该生态工程建设中，鱼塘中的每一种鱼苗的投放量都不宜超过其_，遵循了生态工程的_原理。为保证鱼塘的最大捕获量，应在种群数量达到K/2_(填“之前”或“之后”)捕捞。解析：(1)某生态工程将各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼，人、畜、禽粪便作为原料生产沼气，沼渣返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘，主要体现了生态工程的物质循环再生原理，提高了能量利用效率。该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循系统的结构决定功能原理。(2)生态工程中种植不同的农作物、果树，饲养多种畜禽，体现了生态工程的物种多样性原理。不同生物给人类提供食物体现了生物多样性的直接价值。(3)在生态工程建设中，某种生物的数量不宜超过其环境容纳量，否则会引起系统的失衡和破坏，这遵循了生态工程的协调与平衡原理。为获得最大捕获量，应在种群数量达到K/2之后捕捞，捕捞后剩余量在K/2左右可保证最大增长速率。答案：(1)物质循环再生利用效率系统的结构决定功能(2)物种多样性直接(3)环境容纳量协调与平衡之后11如图是我国常见的一种生态农业示意图，请据图回答下列问题：(1)图示生态农业所遵循的主要生态工程原理是_原理。农作物、苍蝇分别属于该生态系统成分中的_、_，沼气池中微生物的异化作用类型主要是_。(2)画出该生态系统中由生产者与消费者构成的食物网。(3)该生态系统建立的意义在于人为调整生态系统的能量流