2023-2024学年人教版选择性必修2 4-3 生态工程 学案

4.3生态工程课程标准举例说明根据生态学原理、采用系统工程的方法和技术，达到资源多层次和循环利用的目的，使特定区域中的人和自然环境均受益。学科素养1.用稳态与平衡观理解生态工程建设。(生命观念、社会责任)2.用稳态与平衡观简述生态工程建设所应遵循的原理。(生命观念、社会责任)3.用稳态与平衡观分析生态工程的实例，说出这些实例所运用的生态工程原理。(生命观念)4.用稳态与平衡观分析我国生态工程的特点和发展前景。(生命观念)一、关注生态工程建设1．生态工程概念解读(1)原理和方法：应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法。(2)任务：对人工生态系统进行分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行修复、重建。(3)结果：提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境的和谐发展。(4)技术手段：系统工程技术或综合工艺过程。2．生态工程建设的目的：遵循生态学的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。3．生态工程的特点：生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。二、生态工程遵循的基本原理生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循着整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。1．自生(1)含义：由生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持就是系统的自生。(2)条件①遵循自生原理，需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设。一般而言，应尽量提高生物多样性程度，利用种群之间互利共存关系，构建复合的群落，从而有助于生态系统维持自生能力。②要维持系统的自生，就需要创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖，以及它们形成互利共存关系的条件。2．循环(1)含义：在生态工程中促进系统的物质迁移与转化，既保证各个环节的物质迁移顺畅，也保证主要物质或元素的转化率较高。(2)目的：通过系统设计实现不断循环，使前一环节产生的废物尽可能地被后一环节利用，减少整个生产环节“废物”的产生。3．协调(1)理论基础：生物与生物、生物与环境的协调与平衡。(2)注意事项：需要考虑环境容纳量。如果生物的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。4．整体(1)各组分之间要有适当的比例，不同组分之间应构成有序的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。(2)人类处在一个社会—经济—自然复合而成的巨大系统中。进行生态工程建设时，不仅要考虑自然生态系统的规律，更要考虑经济和社会等系统的影响力。三、生态工程的实例1．农村综合发展型生态工程(1)问题：人多地少、资源有限。(2)目的：实现物质的多级循环利用，在资源有限的条件下有较多的产出，取得经济效益、社会效益和生态效益的全面提高。(3)实例：北京郊区某村的以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。2．湿地生态恢复工程(1)问题：在经济发展过程中，人们对湿地进行排水和围垦导致湿地缩小；湿地的环境污染、生物资源的过度利用等，会导致湿地生态系统严重退化。(2)对策①采用工程学和生态学措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复。②在湿地的周围，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。(3)案例：厦门筼筜湖生态恢复。3．矿区废弃地的生态恢复工程(1)问题：矿藏开采后往往会造成山体、土壤和植被乃至整个地区生态系统的破坏。矿区极端恶劣的土地条件，又会阻碍植被的生长。规模巨大的采矿业，不仅会对土地景观造成巨大的影响，还可能产生严重的重金属污染。(2)对策：植被恢复，以及对植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。(3)案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。四、生态工程发展的前景1．我国生态工程发展分析(1)生态工程特点①重视对生态环境的保护。②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设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。2．我国生态工程发展展望(1)中华民族传承古老的天人合一理念，在发展中尊重自然，顺应自然，保护自然。(2)我国党和政府高度重视生态文明建设，党的十九大报告中，首次把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标。(3)古老的智慧融合现代科学成就，生态工程的发展和应用，将在建设美丽中国的过程中大有作为。1．判断正误(1)“无废弃物农业”遵循的是协调原理。(×)提示：遵循的是循环原理。(2)矿区废弃地生态恢复工程的关键是优先选择农作物以提高经济效益。(×)提示：矿区废弃地生态恢复工程的关键是植被恢复和土壤微生物群落的重建。(3)在建设生态工程时，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。(√)(4)设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是追求经济效益的最大化。(×)提示：良性循环生态农业是最大限度提高物质和能量利用率，减少环境污染，增加生态系统稳定性。当追求经济效益最大化的时候，环境的污染情况不能保证。(5)建立生态农村农业时，增设食物链的目的是使食物链延长，消耗能量环节增多，系统总能量利用率降低。(×)提示：建立生态农村农业时，增设食物链的目的是实现物质和能量的分层多级利用，提高系统总能量利用率。2．表述回答(1)生态工程建设的目的是什么？提示：遵循生态学规律，充分发挥资源的生产潜力，防止污染环境，从而达到经济效益和生态效益的同步发展。(2)生态经济的现实意义是什么？提示：能够满足我们的需求而又不会危及子孙后代并且满足其需要的经济。知识点一生态工程遵循的基本原理1．生态工程的基础生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础。2．生态工程建设分析3．生态工程的基本原理项目理论基础意义实例自生自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持实现系统结构和功能的协调，形成有序的整体湿地生态工程建设有效选择生物组分、合理布设，并创造有利条件循环物质循环通过系统设计实现循环，使前一环节产生的废物尽可能被后一环节利用，减少整个生产环节废物的产生无废弃物农业协调生物与生物、生物与环境的协调与适应生物数量不超过环境承载力，避免系统的失衡和破坏西北地区的防护林建设出现的问题整体社会、经济、自然构成的复合系统统一协调各种关系，保障生态系统的平衡和稳定林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题把握生态工程基本原理的判断方法(1)强调物质循环、废物利用、减轻环境污染→循环原理。(2)体现物种多，营养关系复杂→自生原理。(3)强调生物与环境的协调与平衡，涉及环境承载力→协调原理。(4)涉及自然、经济和社会，指整个系统，如林业生态工程建设→整体原理。分析下列实例所体现的生态工程的基本原理1．甲图所示是一个生态系统吗？生产者、消费者、分解者分别是什么？提示：这是一个生态系统。生产者是作物，消费者是牛、羊、猪等家畜和人，分解者是土壤中的细菌、真菌等微生物。2．甲图所体现的主要生态工程原理是什么？是怎样实现的？提示：循环原理。该生态系统的人粪尿、牲畜粪便、作物残留物都能返回到农田土壤里，通过分解者的分解作用再供生产者利用。[案例]下列关于生态工程的基本原理的说法，错误的是()A．循环原理可使生态系统的物质循环顺利进行，实现废弃物的资源化B．自生原理要求在构建人工生态系统时，要提高生物多样性，构建复合群落C．整体原理是考虑自然系统的规律，所有的人类活动必须完全以生态系统为核心D．整体原理要求系统各组分之间要有适当的比例关系C[整体原理是指进行生态工程建设时，不但要考虑自然生态系统的规律，还要考虑经济和社会等系统的影响力。][递进训练]在设计某地人工生态林时，某同学提出以下观点：①尽量增加适合在当地生长的树木种类；②可选择经济价值较高的树种。上述观点主要遵循的生态工程基本原理是()A．自生原理、协调原理B．循环原理、整体原理C．协调原理、循环原理D．自生原理、整体原理D[观点①中尽量增加适合在当地生长的树木种类，增加物种多样性，可提高生态系统的稳定性，遵循的是自生原理；观点②中可选择经济价值较高的树种，考虑到了农民的收入问题，遵循的是整体原理。综上，D正确。]知识点二生态工程的实例1.生态工程的实例分析(1)农村综合发展型生态工程问题：人多地少，资源有限，产出不足。对策：建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用。案例：某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。主要原理：循环原理、自生原理、整体原理。(2)湿地生态恢复工程问题：①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。②湿地的环境污染，生物资源过度利用。对策：①采用工程学和生态学措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复。②在湿地周围建立缓冲带，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。案例：厦门筼筜湖生态恢复。主要原理：协调原理、整体原理、自生原理。(3)矿区废弃地的生态恢复工程问题：矿藏开采后山体、土壤和植被乃至整个地区生态系统的破坏。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，其中关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。主要原理：自生原理、协调原理，还需通过系统学、工程学的设计。2．生态工程的设计(1)技术设计：技术设计是整个生态工程建设的核心环节。即通过改变食物链(网)的方法，提高系统本身的迁移、转化、再生物质和利用能量的能力，充分利用原料、产品、副产品以及时间和营养生态位，提高整体的综合效益。(2)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。例如，在同一个生态系统中，在图甲的基础上巧接食物链形成图乙，可以调整能量流动关系，提高能量的利用率。在“稻田养鱼”农业生态工程中，鱼和水稻原属于不同的生态系统，但是在人为调控下，将一些草食性鱼、滤食性鱼和杂食性鱼(草鱼、鲢鱼等)的鱼苗放养到稻田中，使稻田生态系统的结构改变，物质循环和能量流动更为合理。②食物链(网)的“加环”。即在食物链(网)中增加一些环节，以充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量，促使物质循环和能量流动的路径畅通，发挥生产潜力，提高生态效益、经济效益和社会效益。“加环”可为未被利用的残余物找到出路。例如，用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇等，其残余物用来栽培食用菌，栽培食用菌后的残余物再用来养殖蛆蛹，蛆蛹粪便再作为优良有机肥还田等。据某生态工程示意图回答下列问题。1．从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是什么？图中的废弃物合理利用能体现生态工程的什么原理？提示：目的是实现物质的循环再生和能量的多级利用；废弃物的合理利用能体现生态工程的循环原理。2．将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量，请从细胞代谢的角度分析，其原因是什么？提示：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。[案例]下列有关生态学的基本原理在生产实践中的应用的叙述，错误的是()A．合理地规划载牧量，能使能量持续地流向对人类有益的部分B．生态农业系统中，将秸秆作饲料喂牲畜能实现能量的多级利用C．大量引入外来物种，能增加当地生态系统的物种多样性，提高稳定性D．合理地引入天敌治理害虫，能避免因化学农药的大量施用而带来的二次污染C[合理地规划载牧量，能使能量持续地流向对人类有益的部分，A正确；生态农业系统中，将秸秆作饲料喂牲畜能实现能量的多级利用，B正确；大量引入外来物种，能增加当地生态系统的物种多样性，可能会提高稳定性，也有可能导致生态入侵，使得本地物种的生存受到威胁，C错误；合理地引入天敌治理害虫，能避免因化学农药的大量施用而带来的二次污染，D正确。][递进训练]“四位一体”生态农业是我国北方典型的生态农业模式，它以沼气为纽带，将沼气池、猪禽舍、蔬菜栽培与日光温室有机地组合在一起。有关叙述错误的是()A．将牛粪、猪粪直接投入沼气池，可以为微生物的生长提供物质和能量B．建立该系统遵循的主要原理是循环原理C．该系统的主要成分是蔬菜，人、牛、猪等均为消费者，它们构成食物网D．由于废物的再利用，提高了该系统中各营养级之间的能量传递效率D[微生物可将牛粪、猪粪进行分解利用；生态农业遵循循环原理，以实现物质的分层次多级利用；生态系统的主要成分是生产者，蔬菜、人、牛、猪可构成食物网；废物的再利用只能提高该系统中总能量的利用率，不能提高各营养级之间的能量传递效率。]网络构建要语必背1.生态工程的目的是遵循生态学规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。2.生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。3.生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。4.协调原理是在处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡的同时，还要考虑环境的承载力。5.农村综合发展型生态工程的主要原理是循环原理和整体原理。6.湿地的作用是蓄洪防旱、调节区域气候、控制土壤侵蚀、自然净化污水、为多种动植物提供栖息地等。7.矿区废弃地的生态恢复工程关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。8.生态工程应在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。1.从生态工程的角度分析，诗句“落红不是无情物，化作春泥更护花”体现的原理是()A．协调原理 B．自生原理C．循环原理 D．整体原理C[落花中的有机物被细菌、真菌等分解成二氧化碳、水和无机盐，被植物吸收利用，所以“落红不是无情物，化作春泥更护花”，体现了循环原理，C正确。]2．因为盲目引入水葫芦，导致太湖中水葫芦泛滥，水面被单一的水葫芦覆盖，针对上述实例的分析错误的是()A．该实例说明引入水葫芦时没有遵循自生原理B．该实例说明引入水葫芦时没有遵循协调原理C．太湖中水葫芦的数量超过了环境承载力的限度D．从最终结果来看，水葫芦的引入并没有增加物种的多样性A[引入水葫芦时并没有去除太湖中原有物种，遵循了自生原理，只是破坏了物种的多样性，从最终结果(太湖水葫芦泛滥，水面被单一的水葫芦覆盖)来看，水葫芦的引入并没有增加物种的多样性，A项错误、D项正确；生态系统的生物数量不能超过环境承载力(环境容纳量)的限度，否则容易破坏生态环境，如盲目引入水葫芦，导致太湖中水葫芦泛滥，因此题中实例说明，引入水葫芦时没有遵循协调原理，B、C项正确。]3．有一山区由于开采露天小铁矿等活动，自然生态系统被破坏，成为一片废墟，为尽快使该山区恢复到原有自然生态系统状态，应采取的最好措施是在这片废墟上()A．回填土壤，引进多种外来物种，重建新生态系统B．撤出人类全部活动，实行全面封闭，等待自然恢复C．回填土壤，栽培当地经济农作物，发展农业生产D．回填土壤，栽种多种当地原有的植物，实行封山育林D[在原有的气候条件未发生巨大变化之前，回填土壤并栽种多种当地原有的植物，实行封山育林，减少人为因素的破坏，是使已遭到破坏的生态系统恢复到原有自然生态系统状态的最好措施。]4．“四位一体”生态农业是我国北方典型的生态农业模式，它以沼气为纽带，将沼气池、猪禽舍、厕所与日光温室有机地组合在一起。如图1是“四位一体”农业生态工程模式图，图2是该系统物质循环的示意图，请回答下列问题。注：1.厕所2.猪禽舍3.沼气池进料口4.溢流渠5.沼气池6.通风口7.简易日光温室(1)结合生态工程的原理，请补充图2中的连线并注解，从而完成该生态系统的物质循环示意图。(2)该生态模式中建立了日光温室，日光温室和裸地栽培相比，植物需水量和需肥量要相对多一点，其原因为_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。使用沼气池里的沼渣可以提高蔬菜的产量，其原因为____________________________________________________________________________________________________________。(3)“四位一体”农业生态工程应用了__________________等，与自然生态系统相比，它的稳定性的特点有_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)举例说明