选三第五章-生物工程

专题五生态工程,干裂的土地，赤红的荒山，意味着不断恶化的，幼苗的上方是蔚蓝的地球，地球似乎化作一滴甘露，滋润着大地；幼苗又可寓意为工程，虽然柔弱，却顽强地支撑着地球；地球和幼苗组合和谐，象征着希望。,生态环境,生态,阅读科技探索之路生态工程的兴起,思考：从以往的历史看，经济发展和环境污染有什么关系？他们之间的矛盾是否就是不可调和的呢？,“可持续发展”的内涵:(SustainableDevelopment)经济发展不仅要满足当代人的需要,还要不危害后代人发展能力，即经济和环境协调发展。,生态工程的概念,理论基础？,生态学和系统学,技术手段？,通过系统设计、调控和技术组装,操作过程？,对已被破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。,最终目的？,促进人类社会和自然环境的和谐发展。,1、生态系统的功能:物质循环、和信息传递。2、生态系统的物质循环：在生态系统中，的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从到，又从生物群落到无机环境的循环过程。抓住要点：这里的“物质”指；这里的“循环”是指在往返出现；循环的范围是，物质循环具有特点。因此，物质循环又叫生物地球化学循环。,温故知新,能量流动,组成生物体,无机环境,生物群落,组成生物体的化学元素,生物群落和无机环境间,生物圈,全球性,3、生态系统稳定性的概念：生态系统所具有的维持或恢复自身和功能的相对稳定的能力，叫做生态系统的稳定性。生态系统的稳定性表现在两个方面：稳定性和恢复力稳定性。4、生态系统能维持相对稳定状态的原因是由于生态系统具有能力。如水域生态系统能通过物理沉降、化学分解和微生物的分解而消除污染。,结构,抵抗力,自我调节,5、调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础。6、一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，稳定性就越高。,负反馈,抵抗力,5.1生态工程的基本原理,资料分析,资料11998年长江洪水,一、关注生态工程建设,资料11998年长江洪水,1.导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？,2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？,资料2“石油农业”,资料2“石油农业”,1.你对“石油农业”是如何理解的？,石油农业：是指大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。由于需要大量的石油、煤、天然气等作为原料或动力而得名。,2.你能举出一些农业生产活动对人体健康以及环境造成危害的实例吗？,3.石油农业的生产模式应当怎样改进？,传统经济模式：毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然资本，并造成环境污染。,生态经济,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、生态系统遵循的基本原理,1、物质循环再生原理2、物种多样性原理3、协调与平衡原理4、整体性原理5、系统学与工程学原理,二、生态工程遵循的基本原理,1物质循环再生原理,理论基础：物质循环,“古人”的智慧-无废弃物农业,2物种多样性的原理,资料分析,遭虫害而死的樟子松,理论基础：生态系统的抵抗力稳定性,珊瑚礁区生物多样性非常高,3、协调与平衡原理,由于周边城市、工业和农田的排水中氮、磷的浓度较高，使太湖水体中的水葫芦和藻类疯长,理论基础：生物与环境的协调与平衡,西北地区年降雨量450nm，只适宜种植灌木和草的地区，却被硬性规定种植属于乔木的杨树，“杨家将”因为不适应长成了“小老头“防护林变成了残败的”灰色长城“,提示：抗寒、耐旱，适应性强的沙棘，耐盐碱力较强的沙枣等植物。,P111资料分析问题讨论从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪些特征的树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？,处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。环境承载力又称环境容纳量是指某种环境所能养活的生物种群的数量。,4、整体性原理,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，要考虑到经济和社会等系统的影响力。,人类处在一个社会、经济、自然复合而成的系统中。,例：林业工程建设中的问题,理论基础：社会、经济、自然复合系统,5、系统学和工程学原理,系统的结构决定功能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。系统整体性原理系统各组分之间要在适当的比例关系，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+12”。,理论基础：分布式优于集中式和环式,理论基础：整体功能大于部分之和,系统结构决定功能原理,若把系统的结构比作计算机网络，分析三种计算机网络结构示意图：,工作的可靠性哪个高？,固氮菌为豆科作物提供氮素，而豆科作物为其提供能量和其他营养，两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长；当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。,豆科作物和固氮菌的共生,5、系统学和工程学原理,系统整体性原理,试分析下列事件可用何种生态工程原理来解释,1.畜牧养殖应注意牲畜量不超过草地承载量2.使用堆肥和沤肥法实现生态农业3.广东大量引种木麻黄作为行道树，一年一种叫吹绵介壳虫的害虫使木麻黄遭受严重破坏，后来从国外引进澳洲瓢虫，已持续发挥了控制害虫的作用。4.针对过度放牧的草原，一方面要减少畜牧量，进行草地承包，有效管理。另一方面要设法增加农牧民的收入途径。,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,2单一的人工林比天然混合林的稳定性低，容易遭受害虫危害，这体现了生态工程的什么原理（）A物质循环再生原理B协调与平衡原理C物种多样性原理D系统整理性原理,1实现循环经济的最重要的手段之一是（）A大力发展“石油农业”B生态工程C清除污染物D禁止产出污染物,课堂练习,B,C,C,A,5.人类设计生态工程的根本目标是（）A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，达到生态效益与经济效益的同步发展,课堂练习,D,6.我国西北土地沙化和盐渍化非常严重，原因有多种，其中一个主要原因是超载放牧，导致草地退化。试分析上述事实主要违背了生态工程的什么原理（）A系统整体性原理B协调与平衡原理C物种多样性原理D整体性原理,课堂练习,B,7在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。以上做法依据的生态工程原理是（）A系统整体性原理B整体性原理C系统结构决定功能原理D以上都不是,课堂练习,B,课堂小结,1、生态工程建设目的：遵循自然界的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止，达到和.的同步发展。（少消耗、多效益、）2、生态经济：主要是通过实行“”原则，使一个系统产生出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的，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是。,物质循环,环境污染,经济效益,生态效益,可持续,循环经济,生产原料,生态工程,3、生态工程的原理（1）原理：物质能在生态系统中循环往复，。（2）原理：物种繁多复杂的生态系统具有较高的.（3）原理：（4）原理：（5）原理,物质循环再生,物种多样性,分层分级利用,抵抗力稳定性,协调与平衡,整体性,系统学和工程学,1生态系统内即使某个物种由于某种原因而死亡，也会很快有其他物种占据它原来的生态位置，从而避免了系统结构或功能的失衡。这体现了生态工程的什么原理（）A物种多样性原理B整体性原理C协调与平衡原理D物质循环再生原理,2下列哪项叙述完全符合生态经济（）建立“原料一产品一原料一产品”的无废料生产体系在资源不增加甚至减少的条件下实现经济增长在经济产出不变甚至增加的条件下，向环境排放的废弃物大大减少先生产后治理，提高经济效益ABCD,3实现循环经济的最重要的手段之一是A大力发展“石油农业”B生态工程C清除污染物D禁止产出污染物4我国在20世纪80年代兴起桑基鱼塘生产模式，实现了“原料产品原料一一产品”的循环生产模式，它不属于（）A生态经济B循环经济C传统农业D生态农业,5、下列关于生态工程的叙述中，错误的是（）A.生态工程是生态学和工程学的结合B.生态工程追求经济和生态的双赢C.应用物种多样性原理和物质循环再生原理D.生态工程是无消耗、多效益的工程,D,6、环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，下列名词与环境污染有关的是（）酸雨臭氧空洞“白色污染”温室效应赤潮光化学污染噪声A.B.C.D.,D,7、（多选）我们的祖先实施的“无废弃物农业”，使我国的土壤维持了几千年的肥力，其实这种模式就是生态工程最早和最生动的模式，这种模式的诀窍在于()A积极种植能够固氮的豆科植物B收集一切可能的有机物C采集某种特殊植物，将其根茎叶加水一起捣碎榨汁，作为肥料D采用堆肥和沤肥等多种方法，把有机物转变为有机肥料,ABD,8、江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如下图所示，请据图回答下列问题:,(1)牛棚内产生的可扩散进入蔬菜大棚，提高蔬菜的光合效率；蔬菜光合作用产生的可扩散进入牛棚。,二氧化碳,氧气,(2)秸杆除了作为牛的饲料外，还可与牛粪混合堆入进行，腐熟的产物肥效提高，这是因为。这种肥料用于蔬菜栽培可以提高蔬菜产量。(3)在牛的品系、饲料品种和用量不变的条件下，采用这种养殖模式，牛的生长速率明显提高，其主要原因是。,发酵,微生物把有机物分解为无机物,牛棚内温度较高因而牛维持体温消耗的能量较少,(4)牛棚保温所需的热能来源于牛身散热、地热、和。(5)从生态系统主要功能的角度分析，这种种植养殖模式较好地实现了。,太阳光能,发酵产热,物质的循环利用和能量的多级利用,10、20世纪以来石油农业的快速发展，大量化肥农药的使用，在粮食产量大幅度提高的同时，也使食品的质量安全持续下降。于是生态农业成了世界共同关注的焦点。下图表示一种“甘薯奶牛沼气花木龙虾食用菌”生态农业模式，试据图回答有关问题：,(1)图中所示生态系统的主要成分是_，属于该生态系统分解者的有_。,甘薯、花木等生产者,沼气微生物、食用菌、底泥中的腐生微生物等,(2)图中可以组成的食物链是_。(3)该生态系统的设计遵循了_等生态学原理，从而大大提高了能量利用率。,(2)甘薯奶牛,物质循环再生原理、物种多样性,(4)甘薯藤青贮的主要操作是：甘薯藤切段填压进入青贮窖中密封一段时间。其目的在于_。,通过微生物厌氧发酵，初步分解甘薯藤中的有机物，有利于奶牛的消化吸收,40.2011生物选修3；现代生物科技专题（15分）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”，其中持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：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。植物池中，水生生物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了（生态系统、群落、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。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。,专题5生态工程,生态工程的实例和发展前景,一、生态工程的实例,1、农村综合发展型生态工程,农村中物质、能量的多级利用问题,建立农村综合发展型生态工程,北京窦店村以沼气为中心的生态工程,问题:,对策:,案例:,思考与讨论,1.在这一案例中，主要运用了哪些生态工程的基本原理？物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理等。2.这一生态系统的结构和功能有哪些特点？有哪些值得借鉴的做法？这个案例以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。,2、小流域综合治理生态工程,小流域水土流失问题,进行综合治理,甘肃陇南县“九子登科”模式,问题:,对策:,案例:,山顶戴帽子：（封山育林）山头实行封禁管理、营造水土保持林，保护和恢复植被；山腰系带子：(还林还草，减少泾流)半山陡坡退耕还林还草，发挥林草拦蓄作用，减少径流；坡地修台子：(梯田等高种植作物)坡耕地以坡改梯田为突破口，建设基本农田，为调整农业产业结构提供条件；地埂锁边子：(种植作物保护地埂)充分利用地埂种植经济作物，既获得经济效益，又保护地埂；,“九子登科”模式,荒地荒沟栽苗子：(营造薪柴林)在荒山、荒沟、荒坡地建设薪柴林；山脚种果子：(种植果园)山脚发展经济林果园，促进商品经济发展；沟底穿靴子：(各种拦截坝、堤、拦蓄泥沙)在干、支、毛沟沟底修建谷坊、拦挡坝，建设沟坝地，拦蓄泥沙，防止沟壑被水冲蚀而导致其不断扩张；见缝插针钉扣子：(利用零星地种植林果)利用田间地头、房前屋后栽植林果，发挥零星作用，提高治理程度；秋田盖罩子：(覆盖地膜等保土耕作措施)在缓坡耕地改顺坡种植为横坡等高种植、实行地膜覆盖等保土耕作措施。,思考与讨论,1）.小流域的综合治理，“综合”表现在哪些方面？“综合”表现在它一改以前的单纯造林和蓄水、减沙等工程模式，同时考虑到了生态效益和经济效益：不但注重通过还林、还草、筑坝等措施达到蓄水、降低土壤侵蚀的生态效果；还考虑如何提高人们的生活水平。例如，不但种植农作物，还同时种植经济作物来提高人们的收入；考虑到了种植薪柴林解决人们的燃料来源问题。各种措施的结果是建立一个稳定、持久、高效的生态系统。,2）.为什么要针对不同的地形采取不同的措施？这体现了生态工程的什么原理？山顶土壤条件、气候条件恶劣，不宜蓄水，交通不便，改造成本高，适宜封山，依靠自然恢复力来恢复植被；山腰、荒地等土壤，虽然水分条件较好，但是仍不适宜种植农作物，对于这样的地方可以自然恢复，也可以人为种植适宜的林木、草或果树等，加快植被恢复速度，这样既能降低土壤侵蚀，又能创造一定的经济效益；对沟底而言，应建设堤坝系统，它可以蓄水和淤积土地，还能够减少山体的崩塌和滑坡，保证人民的生命财产安全；对坡地和山脚农田来说，土壤、水分条件良好，交通也较方便，土地生产力高，适宜种植农作物来解决人们的粮食和收入等问题，但是在坡地上要水平梯田种植，以减少水土流失。根据不同的地形采取不同的措施，既要考虑到生态效益，又要考虑到人们的生活和收入问题，这体现了生态工程协调与平衡、因地制宜的原理和思想。,3、大区域生态系统恢复工程,我国土地荒漠化问题,植树造林、退耕还林、还草,退耕还草和三北防护林建设,问题:,对策:,案例:,思考与讨论,（1）国家为什么投入巨大的人力和物力兴建三北防护林工程？这一工程为什么需要如此漫长的时间？生态环境的质量关系到这一地区人民的生产和生活问题，对维护社会稳定具有重要意义；更重要的是，这一地区的生态环境关系到下游地区人民的生产、生活和经济发展，如黄河上游的水土流失容易导致下游地区的洪水泛滥，而危害巨大的沙尘暴的发生也与这一地区的土地沙漠化关系密切；同时这里自然矿产资源丰富，对我国的经济发展和国家安全具有重要战略意义。这一地区区域广阔，气候、自然条件复杂，总体经济发展水平较低等情况也决定了这个工程需要较长的时间，非一朝一夕之功。,（2）这一工程横跨多个省区，根据协调与平衡原理和生物多样性原理，不同地区在造林设计上应当注意什么问题？首先应考虑树种的生态适应性问题，种植适宜品种，宜林则林，宜灌则灌，宜草则草；其次要考虑树种的多样性，保证防护林体系的稳定性；不同地区应根据当地情况采取不同的策略，如条件恶劣的地区应该结合自然恢复力，而农区的防护林中农田防护林网可能占较大比重。,习题,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2我国在西部地区实行退耕还林还草工程，这一工程属于（）A农村综合发展型生态工程B小流域综合治理生态工程C大区域生态系统恢复工程D湿地生态恢复工程3我国农业生态工程遵循的基本原理是（）A小流域综合治理B整体、协调、再生、循环C大区域综合治理D增加物种多样性,4.下列引起荒漠化的因素中，按其影响力由大到小排列，正确的是（）不合理利用水资源过度樵采过度放牧盲目开垦ABCD5.小流域综合治理工程和大区域生态系统恢复工程，不仅工程范围不同，工程措施也不相同，但目标是相同的。这个目标是（）A变单纯造林为综合治理B获得最大的生态效益和经济效益C实现物质和能量的良性循环D依靠生态系统的自然演替恢复其生态功能,6下列哪项工程被联合国环境规划署授予“全球500佳”之一称号（）A退耕还林还草工程B湿地生态恢复工程C“三北防护林”生态工程D城市环境生态工程7大区域生态系统恢复工程主要的治理对象为（）A山甸B草原C荒漠D湖泊8下列关于小流域综合治理生态工程的叙述，错误的是（）A该工程的主要目的是治理小流域的水土流失问题B该生态工程运用了整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理以及工程学原理C该生态工程针对不同的地形采取不同的措施D该生态工程做到了经济效益与生态效益相统一,4、湿地生态恢复工程,湿地的缩小和破坏问题,控制污染、退田还湖,江西鄱阳湖湿地生态恢复工程,问题:,对策:,案例:,湿地(wetland)广义上被定义为“包括沼泽、滩涂、低潮时水深不超过6米的浅海区、河流、湖泊、水库、稻田等”。,思考与讨论,1）.当初人们为什么要围湖造田？主要原因：我国历来人多地少，在“以粮为纲”的年代，围湖造田，种植农作物，以生产更多的粮食；片面强调经济发展，没有认识到湖泊的巨大生态调节功能也是重要原因。2）.为什么说“退耕还湖”是一项巨大的系统工程？实施这一工程面临的主要困难是什么？退耕还湖不仅包括退耕地为湖区，还包括退耕后湖区上游以及湖区周围的生态环境保护工作；更重要的是原耕地上居民的迁移，要解决迁出居民的生活和就业等问题，这是退耕还湖工程的主要困难。3）.地处湖区上游的人们对湿地恢复生态工程负有什么责任？保护环境，减少水土流失和水污染。例如,减少工厂、生活污水往水体中的排放，农田中减少化肥和农药的施用量等。,1.造成湿地破坏的主要原因是（）A干旱B土壤侵蚀C气候变劣D人类的排水和围垦2.下列哪种生态系统对于蓄洪防旱具有非常重要的作用（）A小流域综合治理生态工程B湿地生态系统C草原生态系统D森林生态系统3.下列关于湿地生态恢复工程的叙述错误的是（）A该工程采用工程和生物措施相结合的方法B要建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰C对湿地的恢复，只注意退耕还湿地或建立自然保区就可以D湿地的恢复除利用生物工程手段外，还要依靠自然演替机制恢复其生态功能,5、矿区废弃地的生态工程,矿区生态环境的破坏问题,修复土地、恢复植被等,赤峰市元宝山矿区生态恢复工程,问题:,对策:,案例:,思考与讨论,1）.在这一案例中，恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？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。2）.怎样合理地筹划养殖肉牛的数量？首先要考虑到牧草的产量，以草定畜；从外地调运饲料要考虑饲养成本；更重要的是要考虑到土地对粪肥的承载力,以及对粪肥的加工或利用情况，要保持在承载力范围以内，以免养殖规模过大，粪肥数量巨大而造成新的污染。3）.除煤矿外，你知道还有哪些矿区吗？这些矿区的恢复工程与煤矿是否有不同之处？除煤矿外，还有金矿、铁矿等。这些生态恢复工程最重要的是改良表土，恢复植被，但要因地制宜。,6采矿能为工农业生产和人民生活提供必需的资源，但矿藏开采后会造成严重的生态破坏。在实施恢复工程中，关键的措施是（）A恢复植被和土壤微生物群落的重建B人工制造表土C多层覆盖和特殊隔离D机械平整、压实,6、城市环境生态工程,城市生态系统面临的垃圾、大气、噪音等污染问题,城市绿化、污水净化和废弃物处理等综合治理,问题:,对策与案例:,球保模范城市大连,1、”生物圈2号”生态工程的实验及启示,二、生态工程发展的前景,“生物圈2号”于1986年11月破土动工。1991年9月，第一批8名实验者进入其并开始实验。1993年2月，向“生物圈2号”输氧，人员撤出。1994年2月第二批7名实验者进入其中，几个月后撤出，实验失败。,“生物圈2号”的物质循环途径是怎样的？“生物圈2号”失败的原因？“生物圈2号”的启示是？,2、我国生态工程发展前景的分析与展望,西方国家生态工程的特点,我国生态工程的特点,我国生态工程存在的问题及发展前景,发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等资源占有量较多，所以这些国家的生态工程往往注重生态恢复，而较少注重经济效益。,我国人口较多，人均土地、水资源和能源占有量少，所以在进行生态工程时，一定要注重生态效益、社会效益和经济效益的统一。,发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等资源占有量较多，所以这些国家的生态工程往往注重生态恢复，而较少注重经济效益。而我国人口较多，人均土地、水资源和能源占有量少，所以在进行生态工程时，一定要注重生态效益、社会效益和经济效益的统一。,思考题,发达国家与我国的生态工程建设强调的重点有所不同，为什么？,1.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“环境友好技术”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，禁止造纸厂、酒厂生产，以断绝污染的源头2下列哪项不是西方发达国家生态工程建设的主要目的（）A治理环境污染B使破坏的生态恢复C注重经济效益D注重生态效益,思考与探究,1.分析朝鲜三八线的资料，说明它所蕴涵的意义。,自然生态系统具有相当的自我恢复能力，应该积极利用自然生态系统的这种能力，以节省投资。生态工程