《生态工程的基本原理》课件

第1课时生态工程的基本原理第4章第3节内容索引0102自主预习新知导学合作探究释疑解惑自主预习新知导学一、关注生态工程建设1.生态工程建设的必要性(1)毁林种地,围湖造田,大量使用化肥、农药等农业生产方式,以及工业的迅猛发展,正在大量消耗自然资源。这样的生产方式,已经严重影响了人类的可持续发展。(2)为了实现可持续发展,经济发展必须符合生态学规律,改变“人类征服自然”的错误观念,解决环境与经济发展协调的问题。2.生态工程的概念人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法,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,从而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和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。3.生态工程建设的目的: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。4.生态工程建设的特点:与传统的工程相比,生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。二、生态工程所遵循的基本原理生态工程是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的应用科学。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)概念: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)实施措施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。②要维持系统自生,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:循环是指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)措施: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)进行生态工程建设时,生物与环境、生物与生物的协调与适应也是需要考虑的问题。(2)处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡,需要考虑环境容纳量。4.整体(1)几乎每个生态工程都是具有多组分、复杂结构及综合功能的系统,这样的复杂系统建设必须以整体观为指导。(2)措施①要遵从自然生态系统的规律,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。(3)社会习惯、法律制度等也对生态工程建设有着重要影响。只有应用整体原理,才能统一协调当前与长远、局部与整体、开发建设与环境保护之间的关系,保障生态系统的平衡和稳定。5.生态工程建设需要根据工程的目的,以及当地自然、社会和经济的情况,从系统的不同角度综合考虑问题。合作探究释疑解惑[问题引领]1.请举例说明在生态工程中如何遵循自生原理进行有效选择生物组分并合理布设。提示:在湿地修复过程中,应该选择污染物净化能力较强的多种水生植物,还需要考虑这些植物各自的生态位差异,以及它们之间的种间关系,并通过合理的人工设计,使这些物种形成互利共存的关系。知识点生态工程建设及其原理2.“无废弃物农业”是生态工程中最早的一种模式。下图为“无废弃物农业”的物质循环再生示意图,请回答下列问题。(1)举例说出图中的生产者、消费者和分解者。提示:作物是生产者,牲畜和人是消费者,土壤中的细菌、真菌等腐生生物是分解者。(2)图中的生态系统是怎样实现物质的循环利用的?物质是以什么形式循环的?提示:在该生态系统中,人粪尿、牲畜粪便、作物残留中的有机物通过分解者的分解作用返回农田土壤里供生产者利用。物质是以元素形式循环的。3.阅读下面的资料,回答问题。资料1

在辽宁西部的章古台地区,最初单一种植了大片的樟子松林,结果发生了松毛虫害,很多的樟子松奄奄一息,甚至成为“不毛之地”。在养分稀少的深海中,珊瑚礁区保持着很高的生物多样性。资料2

我国西北一些地区年降雨量小于450

mm,是只适宜种植灌木和草本植物的地区,却种植了杨树,许多杨树不能正常生长,不能很好地发挥防风固沙等作用。(1)协调原理主要指哪些方面的“协调”?提示:“协调”主要是生物与环境、生物与生物的协调。(2)资料1中,为什么樟子松林的松毛虫会肆虐,而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中保持着很高的生物多样性?提示:纯樟子松林的生物多样性低,食物链短而单调,缺少松毛虫的天敌,而成片单一的林木又为松毛虫提供了丰富的食物来源,因而会发生松毛虫害。珊瑚礁区的生物多样性高,食物链复杂,不同的生物占据了不同的生态位,充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。例如,氮、磷等养分就能够在该区生物体间充分地循环利用而很少流出系统外。(3)分析资料1、2可知,生态系统能维持相对稳定的原因是什么?生态系统抵抗力稳定性的高低是由什么决定的?提示:生态系统能维持相对稳定,是因为生态系统具有自我调节能力。生态系统抵抗力稳定性的高低是由生态系统营养结构的复杂程度决定的。一般来说,生态系统中的组分越多,营养结构越复杂,其抵抗力稳定性就越高。[归纳提升]1.生态工程诞生的背景20世纪60年代以来,人口迅速增长、粮食短缺、资源枯竭、空气污染、生态环境被破坏,人类面临着生存和发展的挑战。在这样的背景下,生态工程应运而生。2.生态工程的原理生态工程所遵循的原理有整体、协调、循环和自生等。3.生态工程学的研究对象生态工程学的研究对象是社会—经济—自然复合系统。知识拓展1.复合生态系统理论人类社会不同于生物群落,它是以人的行为为主导、以自然环境为依托、以物质流动为命脉、以社会体制为经络的人工生态系统,即社会—经济—自然复合生态系统。人与资源、环境矛盾的实质就是自然生态系统中各个成分之间关系的失调。一个持续发展的社会,有赖于资源持续供给的能力,有赖于其生产、生活的生态功能的协调,有赖于自然生态系统的自然调节能力和社会经济系统的自组织、自调节能力,有赖于社会的宏观调控能力、部门之间的协调行为以及民众的监督与参与意识。任何一个方面功能的削弱或增强,都会影响其他成分,并最终影响到可持续发展的进程。2.复合生态系统图解

3.可持续发展相关分析(1)从经济学角度分析,在环境得以持续的制约条件下,使环境资源的利用效益达到最大化。(2)从社会学角度分析,在不超出维持生态系统承载能力的情况下,改善人类生活质量。(3)从生态学角度分析,寻找一种最佳生态系统和土地利用空间形态,以支持生态的完整性和人类愿望的实现,使环境持续性达到最大。(4)从科技的角度分析,采用产生废料和污染物少的工艺或技术系统,尽可能减少对能源和其他自然资源的消耗。[典型例题]1.下列关于生态工程的叙述,错误的是(

)A.当人类赖以生存的生态系统出现严重的问题时,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:生态工程能够减少环境污染,力求达到生态效益、经济效益和社会效益的协调统一。2.(不定项选择题)“无废弃物农业”是生态工程最早的模式之一。下图是“无废弃物农业”中对有机废弃物进行处理的一种方案。下列有关叙述正确的是(

)A.循环是“无废弃物农业”遵循的基本原理之一B.施用有机肥能为作物提供更多的营养物质和能量C.从资源化、无害化角度分析,途径②③优于④D.蚯蚓、沼气池中的分解者能有效地促进系统中物质的循环利用答案:ACD解析:无废弃物农业是我国传统农业的特色,它遵循的基本原理是循环、协调等,A项正确;施用有机肥能为作物提供更多的营养物质,但不能提供能量,B项错误;从资源化、无害化角度分析,通过多层分级利用有机废弃物中的物质,既能充分利用有机物中的能量,又能减少环境污染,因此途径②③优于④,C项正确;分解者可以将生产者的枯枝落叶,消费者的遗体残骸、粪便等有机物分解为无机物,能有效地促进系统中物质的循环利用,D项正确。3.珠江三角洲的农民充分利用自然条件,建立了该地特有的蔗基鱼塘和桑基鱼塘,如下图所示。请据图回答下面的问题。

(1)这种人工生态系统中最基本的生物因素是

。要使它长期稳定发展,除了有稳定的

来源,各类生物的比例也要合适。(2)建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量

;其能量利用率高的原因是在营养结构上具有

的特点。

(3)蚕排出物、蔗叶等进入鱼塘后,经过

的作用,又被桑树、甘蔗所利用。

答案:(1)生产者和分解者能量(2)流向对人类最有益的部分食物链短、能量损耗少(3)分解者解析:建立该人工生态系统的目的是使能量最大限度地流向对人类最有益的部分,因其食物链相对较短,能量损耗较少,故能量利用率较高。【变式训练】

1.生态工程的研究对象是(

)A.自然生态系统B.城市生态系统C.社会—经济—自然复合生态系统D.农田生态系统答案:C解析:生态工程的研究对象是社会—经济—自然复合生态系统。2.下列不属于物质循环利用生态工程的是(

)A.农作物秸秆的“过腹还田”B.城市生活垃圾转化为生态复合肥C.用动物的粪便先培养食用菌后再培养蚯蚓D.节水型生态工程答案:D解析:物质循环利用生态工程主要实现物质的良性循环和多途径利用,而节水型生态工程不属于此范围。3.(不定项选择题)下图是我国南方农村地区的蔗基鱼塘和桑基鱼塘的生产模式图,该模式把很多简单的单个生产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。这种模式所依赖的原理有(

)A.自生B.循环C.协调

D.整体答案:ABCD123456789101112A组必备知识基础练1.下列关于生态工程的说法,错误的是(

)A.与传统工程相比,生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系B.能防止环境破坏和环境污染C.遵循生态系统物质循环规律,能提高能量利用率D.生态工程能解决所有的环境问题D解析生态工程建设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。与传统的工程相比,生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系,在实践中得到了广泛应用,但生态工程不能解决所有的环境问题。1234567891011122.生态工程遵循整体、协调、循环、自生等基本原理。下列相关说法正确的是(

)A.依据生态工程的循环原理,应该对垃圾进行焚烧处理B.园林既能改善生态环境,又能提高社会和经济效益,体现了生态工程的整体原理C.生态农业是无消耗、多效益、可持续的工程体系D.“无废弃物农业”遵循的是物种多样性的原理B1234567891011123.“无废弃物农业”是我国古代传统农业的辉煌成就之一,通过积极种植能够固氮的豆科植物,将人畜粪便、农田秸秆和废弃的农产品等采用堆肥和沤肥等多种方式转化为有机肥料,实现了农田有机垃圾的零废弃、无污染。下列说法正确的是(

)A.“无废弃物农业”改变了农田生态系统中能量的流动方向B.堆肥和沤肥主要体现了生态系统中分解者的作用,提高了有机物含量C.有机肥料含有的有机物可直接被农作物吸收利用,提高了能量的利用率D.“无废弃物农业”遵循了生态工程的循环原理,能减少环境污染D123456789101112解析“无废弃物农业”并没有调整农田生态系统中能量的流动方向,农田中的能量流动依然从生产者固定太阳能开始,随后沿着食物链进行单向流动,A项错误;堆肥和沤肥主要体现了生态系统中分解者的作用,通过分解者的作用,有机物含量减少,无机物含量增加,B项错误;有机肥料含有的有机物不能直接被农作物吸收利用,只有经过微生物的分解作用后才能被植物吸收利用,C项错误;“无废弃物农业”遵循了生态工程的循环原理,实现了农田有机垃圾的零废弃、无污染,D项正确。1234567891011124.用经过处理后的鸡粪沼液来培养小球藻,可降低沼液中的氨氮、总磷等有机物和无机物含量,使其达到国家排放标准。下列相关叙述正确的是(

)A.鸡粪中所含的能量属于鸡未摄入的能量B.此生态系统中,小球藻既是生产者,又是分解者C.用鸡粪沼液培养小球藻符合生态工程的循环原理D.小球藻制造有机物时所需要的能量来自鸡粪沼液C解析鸡粪中所含的能量属于鸡摄入的能量,但不属于鸡同化的能量,A项错误;此生态系统中,小球藻属于生产者,不属于分解者,B项错误;用鸡粪沼液培养小球藻符合生态工程的循环原理,C项正确;小球藻制造有机物时所需要的能量来自光能,D项错误。1234567891011125.在帮助农民发展经济的同时,一定要注意一些实际问题,如“香蕉不宜在北方地区栽种”“苹果树不宜在热带地区栽种”,这主要体现了生态工程的什么原理?(

)A.整体原理

B.协调原理C.自生原理 D.循环原理B解析生物只有适应一定的环境才能正常生长,所以“香蕉不宜在北方地区栽种”“苹果树不宜在热带地区栽种”,这主要体现了生态工程的协调原理。1234567891011126.某地推广“稻+N”循环生态种养殖模式,将单一的农田变成了复合式的绿色生态田。“稻+N”就是在种植水稻的同时,通过降低种植密度,营造生存环境。让鸭、鱼、泥鳅、小龙虾、蛙等物种在稻田中生长,形成一个生态互补、高效、高质的种养殖模式。下列叙述不正确的是(

)A.物质循环仅在稻、鸭、鱼等生物构成的群落内完成B.物种组成是该群落与其他普通稻田群落的重要区别C.“稻+N”生态模式可以提高对空间和资源的利用率D.此生态模式应该遵循生态工程的自生和协调等原理A123456789101112解析物质循环发生在生物群落内、生物群落和非生物环境之间,A项错误;物种组成是区别不同群落的重要特征,因此,物种组成是该群落与其他普通稻田群落的重要区别,B项正确;“稻+N”生态模式可以提高对空间和资源的利用率,进而提高了能量利用率,C项正确;此生态模式应该遵循生态工程的自生和协调等原理,D项正确。1234567891011127.塞罕坝曾被称作“千里松林”,但由于过度采伐,成为荒原。林场建设者们经过设计和几十年的艰苦努力创造了荒原变林海的奇迹。以下叙述错误的是(

)A.塞罕坝林场的变化说明人类活动影响群落演替的方向和速度B.播种多种树种可增加生态系统的物种多样性,有利于提高生态系统的稳定性C.我国西北地带的荒漠可以完全复制塞罕坝生态恢复模式D.人工林场的建设助力碳中和,体现了生态系统的间接价值C123456789101112解析塞罕坝林场从荒原变林海,说明人类活动影响群落演替的方向和速度,A项正确;播种多种树种可以增加生态系统的物种多样性,有利于提高生态系统的稳定性,B项正确;我国西北地带的荒漠极度缺水,实现生态恢复应选择适应西北地带环境的树种,不可以完全复制塞罕坝生态恢复模式,C项错误;人工林场的建设助力碳中和,有利于维持生态系统的稳定,体现了生态系统的间接价值,D项正确。1234567891011128.生物氧化塘是利用藻类和细菌处理污水的一种生态系统。下图是生物氧化塘内部各成分之间的关系,下列相关分析错误的是(

)A.生物氧化塘利用了生态工程的循环等原理B.在该氧化塘中引进硝化细菌有利于对污水的处理C.B层中的藻类和细菌具有种间互助关系D.出水处只要对细菌数量进行有效控制便可排放D123456789101112解析生物氧化塘利用了生态工程的循环等原理,A项正确;在该氧化塘中引进硝化细菌可将产生的NH3转变成

,有利于对污水的处理,B项正确;B层中的藻类可产生氧气供细菌利用,细菌将有机物分解成无机物,为藻类提供原料,两者之间具有种间互助关系,C项正确;出水处不仅要对细菌数量进行有效控制,还要对主要污染物进行检测,检测合格后才能排放,D项错误。123456789101112B组能力素养提升练9.为解决农村污水处理问题,科研人员研发了“厌氧—跌水充氧接触氧化—人工湿地”的组合工艺。其原理是生活污水先进入厌氧沼气池发酵,发酵后的污水用泵提升进入多级跌水池,通过污水的逐级跌落自然充氧,不断降解有机物;经过跌水池的污水再进入水耕蔬菜型人工湿地(如图所示)。下列相关叙述错误的是(

)A.多种微生物的降解作用是水中污染物得以去除的主要原因B.污染物的去除效果与水温、跌水高度、水的停留时间均有关系C.水耕蔬菜的生长,对水中藻类的繁殖和生长起到了促进作用D.上述工艺应用了循环原理等生态工程原理C123456789101112解析从图中可以看出,水中污染物得以去除的主要原因是多种微生物的降解作用,A项正确;污染物的去除效果与水温、跌水高度、水的停留时间均有关系,B项正确;水耕蔬菜的生长,对水中藻类的繁殖和生长起到了抑制作用,C项错误;题中工艺应用的生态工程原理有循环原理等,D项正确。12345678910111210.蚯蚓分解处理技术可实现固体废物的减量化和资源化。下图为某农业生态系统的示意图,下列叙述正确的是(

)A.该生态系统中的蚯蚓和各种微生物均属于分解者B.该生态工程设计突出体现的生态工程基本原理是物种多样性原理C.农作物、果树等植物获取的物质和能量主要来自有机肥D.影响蚯蚓分解处理效率的因素有温度、含水量等D123456789101112解析生态系统中的微生物不一定是分解者,如硝化细菌为生产者,有些细菌营寄生生活,是消费者,A项错误;由题图可知,该生态系统中,物质能在生态系统中循环往复、分层分级利用,突出体现的是循环原理,B项错误;植物获得的能量来自太阳光能,C项错误;由题图可知,影响蚯蚓分解处理效率的因素有温度和含水量等,D项正确。12345678910111211.如图为某综合发展生态工程的示意图。请据图回答下列问题。123456789101112(1)生态工程所遵循的基本原理有整体原理、协调原理、循环原理、自生原理等。该工程主要运用了________、________和整体原理。

(2)蓝绿萍的代谢类型是__________,在生态系统中的组成成分是______。(3)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。

(4)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学基本原理是________。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,这体现了生态工程所遵循的________。

循环原理

自生原理

自养需氧型

生产者

已被破坏的生态环境整体原理

自生原理

123456789101112(5)人也是生态系统中的一员,要维持地球的和谐有序发展,我们必须关注生态工程建设。下列结构示意图最能体现循环原理的是________。

D123456789101112解析

(1)生态工程所遵循的基本原理有整体原理、协调原理、循环原理、自生原理等。题图为某综合发展生态工程,该工程是以沼气为中心的物质多级循环利用工程,主要运用了循环原理、自生原理和整体原理。(2)蓝绿萍能利用无机物质合成自身所需的有机物,代谢类型是自养需氧型,在生态系统中属于生产者。(3)一般来说,生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环境(或受