人教版 (2019)选择性必修2第3节 生态工程导学案

  第3节  生态工程的原理（课时1）

【学习目标】

1.简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容。

2.举例说出生态工程的实例，说出这些实例所运用的主要生态工程原理。

3.通过相关生物学概念的学习，用稳态和平衡观理解生态工程的建设（生命观念）。

【课前学习】   生态工程的基本原理

1．关注生态工程建设

（1）生态工程的概念：人类应用__________等学科的基本原理和方法，对人工生态系统进行__________，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，促进人类社会和__________和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。

（2）进行生态工程建设的目的：遵循__________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__________的同步发展。

（3）突出特点：少消耗、多效益、__________。

2．生态工程所遵循的基本原理

（1）自生原理：①概念：由生物组分而产生的__________、自我优化、自我调节、自我更新和维持。

②注意事项：需要在生态工程中有效选择生物组分并合理__________；需要创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖，以及它们形成__________关系的条件。

（2）循环原理：①概念：在生态工程中促进系统的物质迁移与__________，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__________率较高。

②意义：减少整个生产环节“__________”的产生。

③实例：__________农业。

（3）协调原理：①理论基础：生物与_________、生物与生物的协调与适应。

②注意事项：需考虑生物与环境的_________；需考虑环境容纳量。

③意义：可避免系统的_________。

（4）整体原理：①注意事项：要遵从自然生态系统的规律，各组分之间要有________，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；不仅要考虑自然生态系统的规律、更要考虑_________等系统的影响力。

②实例：在进行林业工程建设时，一方面要号召农民_________，另一方面一定要考虑贫困地区农民的________问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。

参考答案：一、1.（1）生态学和系统学  分析、设计和调控  自然环境  （2）生态学  生态效益  （3）可持续

2.（1）①自组织  ②布设  互利共存  （2）①转化  转化  ②废物  ③无废弃物  （3）①环境  ②适应性  ③失衡和破坏  （4）①适当的比例  经济和社会  ②种树  生活

【课上学习】

任务一：阅读下列资料，探讨相关问题

2009年潘安采煤塌陷区进行了因地制宜的综合整治，该项目首创了“基本农田再造、采煤塌陷地复垦，生态环境修复，湿地景观建设”四位一体综合整治新模式，实现湿地景观再造1.13万亩。

问题：1.采煤塌陷区域，在自然状态下也可演替为湿地或湖泊，为什么还要人工改造呢？

2.为什么在进行改造前先进行整体设计？为什么要进行综合治理？

任务二：阅读教材98-99页相关内容，思考以下问题

1．为什么要进行生态工程建设？

2．生态工程建设的目的是什么？

3．生态工程建设有哪此优点？

任务三：分析生态工程遵循的原理

北京奥森公园的水域面积小且封闭、易污染、缺少完整食物链，因此水体容易发生富营养化，产生水华。为评估奥森主湖水体生态系统的状况，提出水质净化的有效措施，研究人员进行了模拟研究。

设计思路：设置空白对照组（模型1:自然水域，无人工净水系统）和实验组(模型2:使用人工净水系统，进水口增加人工湿地）

自变量：人工净水系统

讨论：

1．模型2在进水口增加了人工湿地，对入水进行一定的净化。与模型1相比，模型2中三种植物的长势是否有变化？请你推测，哪个模型的生态系统稳定性更高。

2．自然进化形成的生态系统稳定性极高，请利用生态学知识提出提高模型1稳定性的新措施。

3．模型3和模型2相比，哪种净水方式可持续性更高？

4．加入田螺后生态系统稳定性有何变化？分析产生这种变化的原因。

5.分析实验数据：调整后的方案对该生态系统稳定性有何影响？

6.更换不同生态位的物种对该生态系统的群落结构有何影响？

7.在生态工程建设中，进行物种配置需要注意哪些问题？

任务四：总结生态工程的原理

【课后练习】

1．下列关于生态工程基本原理的叙述，错误的是（       ）

A．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

B．循环指的是生态工程中物质和能量可以循环利用

C．遵循整体原理，首先要遵从自然生态系统的规律，各组分之间要有适当的比例

D．建设生态工程时，需要关注生物与环境、生物与生物的协调与适应

2．下列有关叙述，错误的是（       ）

A．水体污染和水资源短缺是目前全球性的环境问题

B．人口少的地区生态足迹小

C．在应用植物修复技术治理被重金属污染的土壤时，需要选择符合要求的多种植物，这遵循了自生和协调原理

D．“四位一体”农业生态工程中，往往将蔬菜棚与猪圈连通起来提高经济效益，这遵循了循环和整体原理

3．随着“绿水青山就是金山银山”理念的提出，生态经济的重要性日益增显。下列叙述错误的是（       ）

A．农村综合发展型生态工程遵循了循环和整体原理

B．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重建

C．生态工程建设时考虑环境承载力，体现了生态工程的协调原理

D．在林业工程建设时要考虑循环原理，以防止“前面造林后面砍林”

4．北京2022年冬奥会通过建立动植物监测系统、动物救助中心、低碳交通保障体系、垃圾回收利用体系等多项举措，兑现了“绿色办奥”的庄严承诺，成为历史上首个实现“碳中和”的冬奥会。下列说法错误的是

A．冬奥会设计遵循循环、协调、整体等生态学原理

B．建立动物救助中心属于就地保护

C．垃圾回收再利用提高了生态系统的能量利用率

D．北京冬奥会采取的系列举措有效降低了生态足迹

5．下列关于湿地生态恢复工程的叙述，错误的是（       ）

A．对湿地的恢复，只需建立自然保护区即可

B．可采用工程和生物措施相结合的方法

C．要建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰

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

6．锚定“美丽中国”目标，坚持山水林田湖草沙系统治理。近日，江宁辽河流域（浑太水系）山水林田湖草沙一体化保护和修复项目于2021年计划实施工程项目已全面开工建设。下列叙述正确的是（　　）

A．正反馈调节是辽河流域生态系统自我调节能力的基础

B．辽河流域气候适宜。群落的物种组成会长时间保持不变

C．生态保护和修复工程会提高生物的多样性，同时使该生态系统的抵抗力和恢复力稳定性增强

D．坚持山水林田湖草沙一体化保护和修复该生态系统，遵循整体原理

7.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——自生原理

B．在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁——循环原理

C．太湖中水葫芦泛滥——协调原理

D．水乡的桑基鱼塘——整体原理

8.如图表示某人工设计的生态系统，下列叙述错误的是（   ）

A．该生态系统经过能量多级利用，提高了系统总能量利用效率

B．该生态系统的分解者是蝇蛆和蚯蚓，促进了系统中物质和能量循环流动的进行

C．合理使用农家肥可提高葡萄和蔬菜的产量

D．该生态系统遵循了循环原理，但各营养级之间的能量传递效率并未提高

9.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环境问题

10.下列关于生态工程建设中遵循的协调原理和整体原理的说法，正确的是（   ）

A.协调是指生物与环境的协调平衡，不需考虑环境容纳量

B.建设生态工程可以创新，不--定遵循自然生态系统的规律

C.考虑“社会经济--自然"复合系统属于生态工程的整体原理

D.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体现协调原理

11.当珊瑚礁所处环境恶化时，失去了共生藻类的珊瑚虫会死亡，导致珊瑚礁逐渐"白化“，失去其鲜艳的色彩，那里的生物多样性也锐减。这体现了生态工程的什么原理？（    ）

A.循环原理   B.自生原理    C.整体原理    D.协调原理

12.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从而避免了系统结构或功能的失衡。这体现了生态工程的（）

A.协调原理    B.自生原理    C.循环原理    D.整体原理

13．一青年农民利用自己学习的生态学知识在自家庭院里建了一个小型农业生态系统。下图是该家庭生态工程的模式图，请据图分析回答下列问题。

(1)从图中可知，人类生活中所需的能源来自太阳能、沼气等。利用这些能源与利用煤炭相比，突出的优点是________。

(2)该家庭生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是_______________________。

(3)生态工程建设的目的就是遵循____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____、____、____的工程体系。

(4)生态工程所遵循的基本原理是____、____、____、____。

14．物质循环是生态系统的重要功能之一，下图是氮循环示意图，回答下列问题：

(1)氮循环是指_____。植物不能直接吸收大气中的N，必须以_____形式吸收，吸收的这些物质通过_____作用回到大气中。

(2)虽然氮元素是不断循环的，但农田生态系统仍需不断施加氮肥，主要原因是_____。

(3)图中食物链彼此交错会形成食物网，食物链形成食物网的原因是_____。

(4)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_____等生态学基本原理。

参考答案：

1．B  因为生态系统的自生依赖生物组分的自组织、自我调节等，因此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，才能有效利用各种群之间的互利共存关系，从而有助于生态系统维持自生能力，A正确；能量不能循环利用，B错误；遵循整体原理，首先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，C正确；建设生态工程时，需要关注生物与环境、生物与生物的协调与适应，遵循生态工程的协调原理，D正确。

2．B  全球性生态环境问题主要包括全球气候变化、水资源短缺、臭氧层破坏、土地荒漠化、环境污染以及生物多样性丧失等，A正确；生态足迹，又叫生态占用，指在现有技术条件下维持某一人口单位生存所需的生产资源和吸纳废物的土地及水域的面积。人口少的地区生态足迹不一定小，B错误；在应用植物修复技术治理被重金属污染的土壤时，需要选择符合要求的多种植物，处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡，还要考虑系统的自我调节、自我更新，这遵循了自生和协调原理，C正确；“四位一体”农业生态工程中，往往将蔬菜棚与猪圈连通起来提高经济效益，减少整个生产环节“废物”的产生，考虑社会、经济、自然复合，遵循了循环和整体原理，D正确。

3．D  农村综合发展型生态工程改善了农村的生活环境，实现了多种物质的循环利用，遵循了循环原理，进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，还要考虑到经济和社会等系统的影响力，遵循了整体原理，A正确；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，这主要依靠人类的活动，B正确；生态工程建设时考虑环境承载力，体现了生态工程的协调原理，C正确；在林业工程建设时要考虑整体原理，以防止“前面造林，后面砍林”，D错误。

4．B   冬奥会通过建立动植物监测系统、动物救助中心、低碳交通保障体系、垃圾回收利用体系等多项举措，兑现了“绿色办奥”的庄严承诺，所以冬奥会设计遵循循环、协调、整体等生态学原理，A正确；建立动物救助中心属于易地保护，B错误；垃圾回收再利用实现了能量多级利用，提高了生态系统的能量利用效率，C正确；北京冬奥会采取的系列举措可实现能量多级利用，提高了生态系统的能量利用效率，降低了生态足迹，D正确。

5．A  对湿地的恢复，既要注意退耕还湿地或建立自然保护区，还要依靠自然演替机制恢复其功能，A错误；湿地生态恢复工程可采用工程和生物措施相结合的方法，B正确；湿地生态恢复工程需要建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，C正确；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，D正确。

6．D  生态系统中普遍存在的负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，A错误；群落的物种组成不会长时间保持不变，即使气候适宜也会受到其他因素的影响如人类活动等，B错误；生态保护和修复生态工程提高生物多样性，会增强抵抗力稳定性，抵抗力稳定性和恢复力稳定性一般呈负相关，抵抗力稳定性越高，恢复力稳定性越低，C错误；在保护和修复生态系统过程中既要考虑生态环境也要考虑当地的经济问题，故要遵循整体原理，D正确。

7．C  中国传统农业主要体现了循环原理，A错误；在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁，主要体现了自生原理，B错误；太湖中水葫芦泛滥主要体现了协调原理，C正确；水乡的桑基鱼塘主要体现了循环原理，D错误。

8．B  该生态系统遵循了循环原理，生态系统经过能量多级利用，虽然没有提高能量的传递效率，但提高了系统总能量利用效率，A、D正确；该生态系统的分解者是蝇蛆和蚯蚓，促进了系统中的物质循环，但能量流动是单向的、不循环的，B错误；合理使用农家肥，不仅能提供无机盐，还能提供二氧化碳，增强光合作用效率，从而提高葡萄和蔬菜的产量，C正确。

9.  D  生态工程建设的目的就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，B、C项正确；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，A项正确，D项错误。

10.C  生态工程中的协调是指生物与环境、生物与生物的协调与适应要考虑环境容纳量和环境承载力A项错误生态工程建设中必须遵循自然生态系统的规律，还要考虑“社会-经济一自然”复合系统的影响力，这体现生态工程的整体原理，B项错误、C项正确；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体现整体原理，D项错误。

11.C  系统各组分之间要有适当比例关系，这样才能顺利完成能量、物质、信息的转换和流通，并且实现总体大于各部分之和的效果，为生态工程的整体原理.C项正确。

12． B  生态工程建设中要考虑生态系统的生物组分产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持要尽量提高生物多样性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，从而避免了系统结构或功能失衡，这体现了生态工程的自生原理。

13．【答案】(1)减少了环境污染   (2)充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用

(3)     生态学     少消耗     多效益      可持续   (4)     整体     协调     循环     自生

【解析】据图分析，图示是一个庭院生态工程，生产者是蔬菜，消费者有鸡、鸭、人、猪，食物链从生产者开始，到消费者结束，没有分解者。

(1)太阳能、沼气等新能源相对于煤炭等化石能源来说，可再生、几乎没有污染，减少了燃烧煤炭所产生的环境污染，故利用这些能源与利用煤炭相比，突出的优点是减少了环境污染。

(2)该生态工程中通过沼气池，利用了粪便等废弃物中的能量，提高农产品的产量，减少环境污染，使能量能够更多地被人类利用实现了能量的多级利用。

(3)生态工程建设的目的就是遵循生态学规律，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。

(4)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。

14．【答案】(1)     氮元素不断从无机环境进入生物群落，又从生物群落回到无机环境的过程     离子     反硝化

(2)氮元素不断通过产品输出生态系统

(3)一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物，而一种植食性动物可能吃多种植物，也可被多种肉食性动物所食

(4)自生、循环、协调、整体

【解析】生态工程是指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工程。

(1)氮循环是指氮元素不断从无机环境进入生物群落，又从生物群落回到无机环境的过程；N属于矿质元素，植物吸收矿质元素必须以离子的形式；从图中看出，吸收的含氮的物质通过反硝化作用重新生成N2，回到大气中。

(2)虽然氮元素是不断循环的，但农田生态系统中仍需不断施加氮肥，主要原因由于氮元素不断通过产品输出生态系统，因此还要往农田中不断施加氮肥。

(3)形成食物网的原因是一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物，而一种植食性动物可能吃多种植物，也可被多种肉食性动物所食。

(4)生态工程目的是将生物群落内不同物种共生、物质与能量多级利用、环境自净和物质循环再生等原理与系统工程的优化方法相结合，达到资源多层次和循环利用，遵循着自生、循环、协调、整体等生态学基本原理。