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人教版（2019）高二生物选择性必修二导学案
第3节第1课时 生态工程的基本原理
学习目标：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：.生命观念、科学思维——简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容。
2．生命观念、科学思维——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。
关注生态工程建设和生态工程的基本原理
自主梳理
1．关注生态工程建设
(1)生态工程概念
①原理和方法：应用______和________等学科的基本原理和方法。
②任务：对人工生态系统进行_______，或对_____进行修复、重建。
③结果：提高生态系统的________或改善________，促进_______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________规律，充分发挥资源的生产潜力，防止________，达到经济效益和________的同步发展。
(3)生态工程的特点：生态工程是一类________、多效益、________的工程体系。
答案：(1)①生态学　系统学　②分析、设计和调控　已被破坏的生态环境　③生产力　生态环境　人类社会与自然环境　(2)生态学　环境污染　生态效益　(3)少消耗　可持续
2．生态工程遵循的基本原理
生态工程以生态系统的________功能为基础，遵循着______等生态学基本原理。
(1)自生
①含义：由生物组分而产生的________、自我优化、自我调节、_______就是系统的自生。
②条件
a．遵循自生原理，需要在生态工程中有效选择________并合理布设。一般而言，应尽量提高____________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。
b．要维持系统的自生，就需要创造有益于生物组分的________，以及它们形成________________的条件。
(2)循环
①含义：在生态工程中促进系统的物质________________，既保证各个环节的物质________，也保证主要物质或元素的________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________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：处理好生物与生物、________的协调与平衡。
②注意事项：需要考虑________。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________，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____________等系统的影响力。
答案：自组织、自我调节　整体、协调、循环、自生　(1)①自组织　自我更新和维持　②a.生物组分　生物多样性　b．生长、发育、繁殖　互利共存关系　(2)①迁移与转化　迁移顺畅　转化率　②废物　(3)①生物与环境　②环境容纳量　(4)①适当的比例　有序的结构　②经济和社会
[互动探究]
1．【生活情境】20世纪50年代以来，“石油农业”得到飞速发展。“石油农业”大量使用以石油产品为动力的农业机械，大量使用以石油制品为原料的化肥、农药等农用化学品。该模式提高了农业生产效率和农产品产量，但也曾因一度出现全球性的石油危机和生态环境的不断恶化而暴露出它在经济、技术、生态上均存在一定弊端或潜在威胁。
(1)分析“石油农业”的利与弊(社会责任)
①利： __________________________________________。
②弊： _______________________________________。
(2)生态农业与传统农业的比较(科学思维)
比较项目 生态工程 传统农业
基本原理 生态学、工程学 工程学
调节机制 人为辅助下的自我调节 人为调控
与环境的关系 协调 破坏环境
主要能源 太阳能 化学能
生物多样性 得到保护 减少
答案：(1)①其投入高，产出也高，对保障粮食安全和提高人民生活水平起到了巨大的作用。
②其生产的废弃物和有害物质的数量也很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等。
2．自生原理
【生活情境】湿地保护是生态文明建设的重要内容，事关国家生态安全，事关经济社会可持续发展，我国正在加快建立系统完善的湿地保护修复制度。到2020年，全国湿地面积不低于8亿亩，其中自然湿地面积不低于7亿亩。
(1)河流受到轻微污染时，能很快自我消除污染，河流中的生物种类和数量不会受到明显影响，说明生态系统具有什么能力？
(2)在湿地修复过程中，应该选择具有什么特点的多种水生植物？还应创造什么条件以改善水生生物的生存环境？
答案：(1)提示：自我调节能力。
(2)提示：应该选择污染物净化能力较强的多种水生植物。移除水体中富营养化沉积物和有毒物质，减少水体污染物，增加水体溶氧量。
3．循环原理
【图表情境】如图表示“无废弃物农业”的物质循环再生示意图，探究下列问题：
(1)通过分析“无废弃物农业”物质再生示意图，总结循环的含义是什么。
(2)图示无废弃物农业生态系统是怎样实现物质的循环利用的？
(3)如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？
答案：(1)提示：物质能够在各类生态系统中，进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复、分层分级别利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。
(2)提示：该生态系统的人粪尿、牲畜粪便、作物残留都再返回农田土壤里供生产者利用。
(3)提示：对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用率，减少了资源的浪费。
4．协调原理
【生活情境】我国西北一些地区的年降水量小于450 mm。20世纪70年代，在冀西北坝上地区营造的大量杨树防护林，在防风固沙、保持水土、调节气候、保护农田生态系统等方面发挥着重要作用。但是，近年来，该地区的杨树防护林相继出现了明显的衰退现象，林木大面积枯死，防护功能明显下降。
(1)遵循协调原理，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪类植物？
(2)如果在该地区进行放牧，你认为应该注意什么问题？
答案：(1)提示：种植耐干旱的灌木和草本植物。
(2)提示：合理确定牲畜数量，不能超过环境容纳量。
5．整体原理
【图表情境】如图表示社会—经济—自然复合系统，探究下列问题：
(1)依据该系统分析，在进行林业工程建设时，应将生态与哪些方面结合起来，才能从根本上达到造林和护林的目的？
(2)遵循整体原理，进行生态工程建设时，更应该考虑哪个问题？
答案：(1)提示：社会、经济。
(2)提示：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。
核心归纳
1．传统农业与生态农业
(1)传统农业
①方式：大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。
②特点：不注重生态环境的保护，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
(2)生态农业
①方式：实现了原料—产品—原料—产品的生产体系，实现了废弃物资源化的循环经济。
②特点：少消耗、多效益、可持续。
2．生态工程的类型及其设计原则
(1)对生态工程概念的理解
①原理技术：应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法。
②操作提醒
a．对系统进行分析、设计和调控。
b．对已被破坏的生态环境进行修复、重建。
c．对造成环境污染的传统生产方式进行改善。
③结果
a．提高生态系统的生产力或改善生态环境。
b．促进人类社会与自然环境的和谐发展。
(2)生态工程的类型
①具有农业生态保护性质并以农产品生产为目标的农业生态工程。
②以环境保护为目标的林业生态工程，包括水土保持生态工程、防风固沙生态工程、水源涵养生态工程、城市绿化和园林生态工程等。
③以治理环境污染为目标的治污生态工程，包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊和水源地治理生态工程等。
(3)设计实施生态工程的原则
①首先肯定生态工程的作用，特别是对恢复和重建受损生态环境的重要作用。
②不忘大自然固有的强大的生态恢复能力，但也不能认为只要有了生态工程，就可以走“先污染、破坏，后治理”的老路。
(4)生态农业的概念：运用生态学原理，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生产体系。
3．生态工程所遵循的基本原理
(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遵循自生原理的措施与实例
措施 实例
在生态工程中有效选择生物组分并合理布设，这是该系统或工程能否形成自组织能力的基础 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。通过合理的人工设计，使这些物种形成互利共存的关系
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 在湿地生态工程中，通过移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质，降低水体污染物，增加水体溶氧量，可以改善水生生物的生存环境，从而有利于生态系统的自生
(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预期结果：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举例：我国古代先民依靠“无废弃物农业”保证了土壤的肥力，改善了土壤结构，培育了土壤微生物，实现了土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用，因此，几千年来，土地一直维持着生产能力。
(3)协调
①含义：在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举例：我国西北一些地区年降雨量小于450毫米，只适宜种植灌木和草本植物，但曾被硬性规定种植乔木类的杨树。由于环境不利于杨树的生长，一些地区种植的防护林成了残败的“灰色长城”。
③注意事项：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，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含义：自然生态系统是通过生物与环境、生物与生物之间的协同进化而形成的一个不可分割的有机整体。
②遵循整体原理的措施
a．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。
b．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。
c．举例：在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树；另一方面一定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。
随堂练习
1．运用生态学原理可以解决实际生产中的问题，下列说法正确的是( )
A．利用性引诱剂诱捕某害虫的雄性个体，主要是通过提高害虫的死亡率来降低该害虫的种群密度
B．海洋捕捞时，在鱼群数量为环境容纳量的一半时捕捞，能够保持鱼群数量在短时间内迅速恢复
C．将农作物秸秆沤肥施给农作物，实现了物质和能量的循环利用
D．合理开发和利用野生资源可以起到保护生物多样性的作用
答案：D
解析：利用性引诱剂诱捕某害虫的雄性个体，主要是通过降低害虫的出生率来降低该害虫的种群密度，A错误；海洋捕捞时应该将剩余鱼的种群数量控制在环境容纳量的一半，这样能够使鱼群数量在短时间内迅速恢复，B错误；能量不能循环利用，C错误；合理开发和利用野生资源可以起到保护生物多样性的作用，D正确。
2．用经过处理后的鸡粪沼液来培养小球藻，以降低沼液中的氨氮，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
答案：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错误；此生态系统中，小球藻属于生产者，但不属于分解者，B错误；用鸡粪沼液培养小球藻符合生态工程的循环原理，C正确；小球藻制造有机物时所需要的能量来自光能，D错误。
3．“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。下列叙述错误的是(　　)
A．将牛粪、猪粪直接施入沼气池，可以为沼气池中的微生物生长提供物质和能量
B．该系统遵循了自生原理、循环原理等
C．该系统的主要成分是蔬菜，人、牛、猪等均为消费者，两者构成了食物网
D．由于废弃物的再利用，提高了该系统中各营养级之间的能量传递效率
答案：D
解析：将牛粪、猪粪直接施入沼气池，可以被微生物将其中的有机物分解为无机物，同时实现能量多级利用，A正确；该生态系统将农业废弃物的转化、再生和资源化等综合起来，同时又增加了蔬菜的种植和猪、牛等家畜的饲养，遵循了自生原理、循环原理等，B正确；生产者是生态系统的主要成分，又是基石，人、猪和牛直接或间接取食生产者(蔬菜)，生产者和消费者构成了食物链、食物网，C正确；废弃物的再利用提高了能量的利用率，但不能提高生态系统中各营养级之间的能量传递效率，D错误。
巩固提升
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环境问题
答案：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。
2．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，在于使各种生态系统的物质循环可以顺利进行，尽量减少产生废弃物
B．自生原理，是各种生物之间通过食物链的相互作用，使各种生物种群数量保持基本稳定
C．整体原理，只考虑自然生态系统的规律，所有的人类活动必须完全以生态系统的稳定为核心
D．协调原理，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
答案：C
解析：在进行生态工程建设时，既要考虑自然生态系统的规律，又要考虑自然、经济、社会的整体影响，C错误。
3．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
答案：B
4．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学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
答案：D
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错误；由图可知，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，重点体现的是循环原理，B错误；植物获得的能量来自太阳光能，C错误；分析图示可知，影响蚯蚓分解处理效率的因素有温度和含水量等，D正确。
5．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分成分之间的关系，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
答案：D
解析：生物氧化塘利用了生态工程的循环等原理，A正确；在该氧化塘中引进硝化细菌可将产生的NH3转变成NO，有利于对污水的彻底处理，B正确；B层中的藻类产生氧气提供给细菌，细菌将有机物分解成无机物为藻类提供原料，两者具有种间互助关系，C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错误。
6．南京古泉生态农场是生态农业的典范。该农场将养猪、养鱼、沼气工程、养鸭、种植农作物、养蘑菇、种桑养蚕、种植果树等多个生产过程有机结合成一种高效良性的循环，生态效益达到了良性发展。请就此生态农场的特点，完成下列问题：
(1)该生态农场充分体现了生态工程基本原理中的____________原理。
(2)该系统工程的核心之一是沼气池，沼气的制作如图1所示。
①在图1中标出箭头，表示生产过程中的物质循环。
②如果将图1中“无机物—农田”这一环节去掉，对生态农业系统有何影响？___________________________________。
(3)在该生态农场中存在如图2所示的物质循环过程，据图分析，下列叙述错误的是________(填编号)。
A．物质经过多级利用，实现了良性循环
B．每一级生产环节都获得产品，提高了生态经济效益
C．食用菌和蚯蚓等分解者的加入有利于实现系统的物质和能量的循环利用
D．由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染
(4)有人认为生态农业建设中，食物链越长越好。请你结合所学的有关生态工程原理，分析该结论是否正确，为什么？
答案：(1)循环、自生、整体
(2)①如图所示
②土壤中的无机物得不到补充，物质循环受到破坏，土壤肥力下降
(3)C
(4)不正确。因为食物链越长，营养级越多，各食物链中的生物数量难以达到一定规模，影响经济效益；同时由于能量是逐级递减的，所以高层次营养级生物获得的能量较少，该营养级生物数量也较少。

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