2021版高考生物（苏教版）一轮复习学案：选修3第4讲　生态工程

第4讲　生态工程1.简述生态工程的原理(Ⅱ)2.生态工程的实例(Ⅰ)1.物种多样性原理、系统学与工程学原理。（生命观念）2.建立自然—社会—经济复合系统等。（科学思维）3.实施生态工程、减少污染、节约能源，保护生态环境等。（社会责任）  生态工程的基本原理1．生态工程的概念(1)原理和方法：生态学、系统学等学科。(2)途径：通过系统设计、调控和技术组装。(3)目标：修复或重建已破坏的生态环境，改善传统的生产方式，并提高生态系统的生产力，达到经济效益、生态效益和社会效益同步发展的工程体系。(4)特点：是一类少消耗、高效益、可持续的工程体系。2．生态工程的基本原理(1)物质循环再生原理①核心：生态学中的物质循环原理。②含义：物质不断地在各类生态系统中进行区域小循环和全球大循环，实现物质的分层、分级利用。(2)物种多样性原理①核心：生态学中物种多样性与生态系统稳定性关系的原理。②含义：物种多样性程度较高的生态系统抵抗力稳定性也较高。(3)协调与平衡原理①核心：生态学中生物与环境相适应的原理。②含义：维持生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。如果超过环境承载力，就会引起系统的失衡和破坏。(4)整体性原理①核心：生态学、系统学和经济学相统一的原理。②含义：生态工程是一个社会——经济——自然复合系统，只有统一协调各种关系，才能保障系统的平衡与稳定。(5)系统学与工程学原理①核心：系统学原理的核心是系统学中系统结构决定功能的原理，工程学原理的核心是系统整体性原理。②含义：进行生态工程的设计时，要充分考虑人工生态系统内部不同成分之间的结构，通过优化这种结构，达到改善系统功能的目的。1．理清生态经济、循环经济、生态工程之间的关系2．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→物质循环再生原理。(2)体现物种多，营养关系复杂→物种多样性原理。(3)强调生物与环境的协调与平衡，涉及环境承载力→协调与平衡原理。(4)涉及自然、经济和社会，指整个系统，如林业生态工程建设→整体性原理。(5)涉及结构、功能，分布式、集中式、环式→系统的结构决定功能原理(系统学和工程学原理)。(6)涉及系统组分的比例关系、总体功能大于各部分之和；指系统内部，如互利共生→系统整体性原理(系统学和工程学原理)。1．单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害。此材料依据的生态学原理是什么？并说明理由。[提示]　物种多样性原理。单一的人工林生物多样性低，物种数目少，营养级简单，自我调节能力弱，抵抗力稳定性低，容易遭受害虫危害，因此体现了物种多样性原理。2．整体性原理的理论基础是社会—经济—自然系统复合体，尝试画出三者之间的关系模型并表述该原理的重要意义。[提示]　如图：意义：只有应用整体性原理，才能统一协调当前与长远、局部与整体、开发与环境建设之间的关系，保障生态系统的平衡和稳定。考查生态工程的原理及应用(2019·河南省开封市高三模拟)党的十九大报告指出：“大力度推进生态文明建设，……全面节约资源有效推进，能源资源消耗强度大幅下降。重大生态保护和修复工程进展顺利，森林覆盖率持续提高。生态环境治理明显加强，环境状况得到改善。”请回答下列与生态工程有关的问题：(1)上述成就的取得与走生态经济之路有关，生态经济主要是通过实行“________”的原则，而相关的最重要手段之一就是生态工程。如人们对已被破坏的生态环境进行修复和重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，促进了人和自然的和谐发展。(2)“全面节约资源有效推进，能源资源消耗强度大幅下降”，其手段之一是实现废弃物的资源化，这在很大程度上与生态工程所遵循的“________原理”有关。(3)早期建设“三北防护林”过程中，辽宁西部章古台地区的樟子松林由于生物种类过于单一，使得松毛虫肆虐，原本茂密葱绿的森林甚至成为鸟兽了无踪影的“不毛之地”。这与生态工程所遵循的“________原理”不符，与该基本原理相对应的生态学理论基础是________。(4)珊瑚虫与某些藻类共生组成的珊瑚礁区，众多的生物通过食物链关系互相依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高了系统生产力。珊瑚礁之所以能够保持如此高的生产力，得益于实现了“1＋1>2”的“________原理”。(5)人类处在一个社会—经济—自然复合而成的巨大系统之中，在植被贫瘠地区号召农民植树造林的同时，还应关注他们的生活问题，才能避免发生“前面造林，后面砍林”的现象，从根本上达到造林护林的目的。这遵循的是生态工程的“________原理”。(6)我国南方水网地区的“桑基鱼塘”模式，把桑、蚕、鱼、稻等单个生产系统通过优化组合，有机地整合到一起，成为高效生态系统。此与生态工程建设所遵循的“________原理”有关。(7)生态工程对恢复和重建受损的生态环境有重要作用，但为什么不能走“先污染、破坏，后治理”的老路？_________________。[解析]　(1)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，而实现循环经济的最重要的手段之一就是生态工程。(2)“全面节约资源有效推进，能源资源消耗强度大幅下降”，其手段之一是实现废弃物的资源化，这在很大程度上与生态工程所遵循的“物质循环再生原理”有关。(3)生态系统中生物种类越多，营养结构越复杂，生态系统的稳定性越高。早期建设“三北防护林”的实例与生态工程所遵循的“物种多样性原理”不符，与该基本原理相对应的生态学理论基础是生态系统的稳定性。(4)系统整体性原理强调各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并实现“1＋1＞2”的效果。珊瑚虫与某些藻类共生组成的珊瑚礁区，众多的生物通过食物链关系互相依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高了系统生产力。珊瑚礁之所以能够保持如此高的生产力，得益于实现了“1＋1＞2”的“系统整体性原理”。(5)人类处在一个社会—经济—自然复合而成的系统中，进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是还要考虑到经济和社会等系统的影响力。如在植被贫瘠地区号召农民植树造林的同时，还应关注他们的生活问题，才能避免发生“前面造林，后面砍林”的现象，从根本上达到造林护林的目的。这遵循的是生态工程的“整体性原理”。(6)系统的结构决定功能原理是指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。我国南方水网地区的“桑基鱼塘”模式，把桑、蚕、鱼、稻等单个生产系统通过优化组合，有机地整合到一起，成为高效生态系统，大大提高了系统的生产力。此与生态工程建设所遵循的“系统的结构决定功能原理”有关。(7)生态工程对恢复和重建受损的生态环境有重要作用，但生态系统的恢复力稳定性是具有一定限度的，从而导致生态工程的局限性，因而生态工程不能解决所有的污染、破坏问题。所以生态工程中不能走“先污染、破坏，后治理”的老路。[答案]　(1)循环经济　(2)物质循环再生　(3)物种多样性　生态系统的稳定性　(4)系统整体性　(5)整体性　(6)系统的结构决定功能　(7)生态系统的恢复力稳定性是有一定限度的，导致了生态工程的局限性，使生态工程并不能解决所有的污染、破坏问题 生态工程的实例1．我国的生态工程建设(1)目的：不仅要保护环境和资源，更迫切的是要以有限的资源为基础，生产出更多的产品满足人口增长与社会发展的需要。(2)研究对象：不仅是自然或人为构造的生态工程，更多是社会—经济—自然的复合生态系统。2．我国生态工程建设的实例(1)治污生态工程①内容：包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊或水源地治理生态工程等。②涉及方面：固体、液体和有机废弃物的处理，生物肥料的研制、湖区污染的治理、塑料的再生利用等。③实例：“人工湿地”生态工程：人为建设的利用湿地净化污水的生态工程。(2)生态恢复工程①概念：对于受到不同程度干扰或破坏的生态系统的保护、修复和改善。②首要步骤(第一步)：恢复植被。③实例：a．矿山废弃地生态恢复工程：在植被恢复的过程中，要注意选择生长快、抗逆性强的树种，优先选择固氮树种，尽量选择适应性强的乡土树种和先锋树种。b．林业生态建设：ⅰ.目标：维护环境与发展经济。ⅱ.基础：优化土地利用。ⅲ.依据：发挥水土资源和生物资源的生产潜力。c．西部的生态治理：西部环境恶化的实质是水土流失。(3)生态农业工程①依据：生态学理论。②前提：环境与经济的协调发展。③特点：多层次、多功能的农业生产。④目的：促进物质在系统内的循环和重复使用，以最少的投入获取最大的经济效益和生态效益。⑤指导思想：保持系统内生态平衡。⑥实例：留民营村生态农业。生态工程设计的常用方法——食物链(网)的“相接”与“加环”(1)生态工程设计的常用方法之一是食物链(网)的“相接”。  例如，在稻田养鱼的农业生态工程中，鱼与稻原属于不同生态系统的食物链(网)，但在人为调控下，将一些草食性鱼、滤食性鱼和杂食性鱼(如草鱼、鲢鱼和罗非鱼等)的鱼苗放养在稻田中，使稻田生态系统的结构有所改变，物质循环和能量流动更为合理。(2)生态工程设计的常用方法之二是食物链(网)的“加环”。“加环”可为未被利用的能量部分找到出路。例如，用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇等，其残余物用来培养食用菌，栽培食用菌后的残余物再用来养殖蛆蛹，蛆蛹粪再作为优良有机肥还田等。1．“三北”防护林工程建设中应考虑哪些问题？(至少答出两点)[提示]　考虑树种生态适应性问题，种植适宜品种；考虑树种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策略。2．如图是某生态工程示意图，据图分析：(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？________________________________________________________________________________________________________(2)从环境保护的角度分析，该生态工程能生产出无公害大米的原因是什么？________________________________________________________________________________________________________(3)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]　(1)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物质循环再生原理。(2)减少了化肥和农药的使用量，减少了环境污染。(3)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。考查生态工程的实例分析(2019·长沙市高三统考)如图为长沙郊区某农村生态农业系统的结构模式图，请回答下列问题：(1)该生态农业系统实施了以________为中心的物质多级循环利用工程。(2)在这个案例中，秸秆的多级利用充分体现了生态工程的________原理，在一定限度上减轻了燃烧秸秆造成的________效应。(3)在发酵装置里的B过程中起重要作用的微生物分解葡萄糖的过程中________(填“需要”或“不需要”)氧气。(4)沼气液可以通入养鱼池，用于_____________，沼液和沼渣还可作为________________。(5)在农业生产上蘑菇房与蔬菜大棚相通可以提高蔬菜产量。试分析增产原因是__________________________________________。[解析]　(1)实施沼气工程是生态农业系统的中心工程，在多个生产和生活环节产生的废物被充分利用。(2)秸秆的多级利用充分体现了生态工程的物质循环再生原理，实现了物质的循环利用。若秸秆直接燃烧，会释放大量CO2，导致温室效应，所以秸秆的多级利用减少了温室效应。(3)B为乳酸发酵，发酵装置应为无氧环境。(4)沼气液里面含有较全面的养分和丰富的有机质，可促进浮游生物生长，是养鱼池极好的饵料。(5)蘑菇在该生态系统中的成分属于分解者，通过蘑菇分解有机物，放出二氧化碳，提高了大棚中CO2浓度，为蔬菜的光合作用提供原料，并抑制其呼吸作用，故有机物积累增加从而增产。[答案]　(1)沼气池　(2)物质循环再生　温室　(3)不需要　(4)促进浮游生物生长，增加鱼的饵料　优良的作物肥料　(5)蘑菇细胞呼吸放出的二氧化碳可以促进蔬菜的光合作用并抑制其呼吸作用，故有机物积累增加从而增产真题体验| 感悟高考　淬炼考能1．(多选)(2019·江苏高考)如图为一富营养化河流生态修复工程的示意图，下列叙述正确的是(　　)A．曝气可增加厌氧微生物降解有机污染物的能力B．吸附基质增加了微生物附着的表面积，提高了净化效果C．植物浮床有吸收水体氮、磷的能力，可减少富营养化D．增加水体透明度，恢复水草生长是该修复工程的目标之一BCD　[结合图形分析，曝气孔通入的是空气，空气中的氧气会降低厌氧微生物的分解能力，A错误；图中吸附基质由多个碎块堆叠而成，会增加微生物附着的表面积，增大微生物的附着量，从而提高对河水的净化能力，B正确；植物能够利用水体中的含氮、磷的无机盐进行生长，从而降低了水体的富营养化，C正确；该修复工程通过微生物对河水中有机物的降解功能、植物对无机盐的吸收功能，降低了水体的富营养化，防止了浮游藻类的生长，从而增加了水体的透明度，有利于水中的水草等进行光合作用，D正确。]2．(2016·浙江自选)某农户建立了小型的“蔬菜—鸡、猪—沼气”系统。请回答：(1)这一系统属于人工干预下的________生态系统，其生物组成成分包括生产者、消费者和________，在分析该生态系统的经济效益时，除了考虑这三者的投入与产出外，还要考虑________的投入。(2)在该生态系统中，利用发酵技术产生沼气开发生物能属于________的生态工程。A．生物多样性保护和持续利用    B．节水和废水处理与利用C．山区小流域综合治理与开发D．洁净及可再生能源系统组合利用[解析]　(1)该小型人工系统属于庭院生态系统，其生物组成成分包括生产者、消费者和分解者，在分析该系统的经济效益时，需要综合考虑这三者的投入和产出及劳动者的投入。(2)该生态系统中。利用发酵技术产生沼气开发生物能属于洁净及可再生能源系统组合利用的生态工程。[答案]　(1)庭院　分解者　劳动者　(2)D3．(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图所示。t0→t1，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；t1→t3，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)t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的分解者分解成无机物，使土壤条件得到改善。改造的废弃采石场中的土壤中存在一些种子或其他繁殖体，所以在群落演替过程中植物物种数会增加。t1→t3，由于人工林中的植物物种数增加，所以人工林的自我调节能力逐渐增强，导致人工林的抵抗力稳定性也逐渐增加。在一个群落中，植物之间因光照、土壤中的水分和无机盐等因素而具有竞争关系。(2)生态工程的整体性原理是指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，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。[答案]　(1)分解者　种子或繁殖体　增强　竞争(2)整体性(系统论)