1、第3节生态工程课标内容要求核心素养对接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。1生命观念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。2科学思维通过运用生态工程原理分析生态环境及解决对策。一、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。(2)进行生态工程建设的目的遵循生态学规律
2、，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)突出特点：少消耗、多效益、可持续。2生态工程所遵循的基本原理(1)自生原理概念：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。基础：生态系统的结构与功能，主要包括以下两个方面：a个体水平：生物个体能够进行新陈代谢、再生更新等；b系统水平：生物之间通过各种相互作用(特别是种间关系)进行自组织，实现系统结构与功能的协调，形成有序的整体。应用自生原理设计生态工程时遵循的原则a需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设。b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)循环原
3、理概念：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。应用循环原理设计生态工程时遵循的原则实现物质不断循环，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。意义：减少整个生产环节“废物”的产生。实例：无废弃物农业中的物质循环再生，无废弃物生产。(3)协调原理理论基础：生物与环境、生物与生物的协调与适应。应用协调原理设计生态工程时遵循的原则a生物与环境、生物与生物的协调与适应。b考虑环境容纳量，不能超过环境承载力的限度，否则会引起系统的失衡与破坏。意义：可避免系统的失衡和破坏。实例我国西北一些地区种植的防护林成了
4、残败的“灰色长城”。(4)整体原理应用整体原理设计生态工程时遵循的原则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。实例：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。二、生态工程的实例和发展前景1生态工程的实例(1)农村综合发展型生态工程问题：农村人口多，人多地少，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：北京郊区的某村以沼气工程为中心的物质多级循
5、环利用工程。(2)湿地生态恢复工程湿地作用：具有蓄洪防旱，调节区域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和其他多种动植物提供栖息地，以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。问题：湿地的缩小和破坏问题。对策a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。b在湿地周围建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。案例：厦门筼筜湖的生态恢复工程。(3)矿区废弃地的生态恢复工程问题：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
6、的重建。案例：我国赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。2生态工程的发展前景(1)我国生态工程存在的问题缺乏定量化模型的指导，难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。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的支持，缺乏理论性指导等。(2)我国面临的生态危机生态危机：不单纯是环境污染问题，而是与人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合在一起的“并发症”。解决措施：不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合，需要生态工程发挥作用。判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1生态工程是无消耗、多效益、可持续的工程体系。()2在建设高新农业时，沼气池的建立遵循了循环原理。()3
7、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。()4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。()提示：1生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。234生态工程的基本原理1生态工程建设的原因分析(1)传统农业的生产模式石油农业模式内容：大量使用化肥、农药、机械的农业生产模式。弊端：不注重生态环境的保护，没有考虑成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。(2)生态工程与传统农业的比较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2生态工程
8、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，并创造有利条件项目理论基础意义实例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项目理论基础意义实例协调生物与生物、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1“西部大开发”是国家为振兴西部提出的
9、宏观决策，在我国西北地区进行防护林建设时，没有种植适应当地环境的树种，而是大量种植了不适应当地环境的杨树。这主要是违背了什么原理？提示：违背了协调原理。2我国的植树造林运动在世界上规模最大，因而人工林面积占世界首位，请对我国的植树造林运动提出建设性意见。提示：植树造林时，要根据自生原理和协调原理，树种绝不能单一，还要根据当地的气候、土壤等条件，因地制宜地植树。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循环原理是指在生态工程中促进系统的物质迁移和转化C协调原理不需要考虑环境的容纳量，但应处理好生物与环境的关系D遵循整体原理，要遵从自
10、然生态系统的规律C协调原理要考虑环境的容纳量，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。2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，选项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，
11、选项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，选项C正确。“传统经济”“生态经济”(1)传统经济是大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式，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)生态经济是指在生态系统的承载能力范围内，运用生态学原理和系统工程学方法改变生产和消费方式，发展一些经济发达、生态高效的产业，建设体制合理、社会和谐文化以及生态健康、景观适宜的环境。生态经济是实现经济发展与环境保护、物质文明与精神文明、自然生态与人类生态的高度统一和可持续发展的经济。生态工程的实例和发展前景1建立生态工程的原则生态工程
12、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。因此，不但要考虑生态学原理，而且要考虑经济和社会的实际状况，通过系统学、工程学的设计，在充分利用自然的基础上，考虑节省投资和维护成本，提供务实、可持续的解决方案。2生态工程实例的比较实例原理对策注意问题农村综合发展型生态工程自生原理、循环原理、协调原理、整体原理建立农村综合发展型生态工程(1)核心：沼气工程(2)优点：农、林、牧、副、渔业等全面发展，开发可以更新的资源，减少环境污染湿地生态恢复工程协调原理、整体原理控制污染、退耕还湖(1)主要措施：退耕还湖(2)主要困难：解决迁出湖区居民的生活和就业问题矿区废弃地
13、的生态恢复工程协调原理、整体原理修复土地、恢复植被(1)改良表土(2)种植耐旱的灌木、草和树(3)合理确定载畜量3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。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
14、生态效益、经济效益和社会效益。中国和西方国家生态工程建设的差异(1)西方国家的生态工程除了治理环境污染的目标之外，主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中于对破坏的生态系统进行生态恢复。(2)我国的生态工程建设不但重视对生态环境的保护，更注重与经济和社会效益的结合。1设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，如图就是一种“加环”示意图。下列叙述错误的是()A用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益B用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质的多级利用C图中的箭头可表示物质循环和能量流动D该生态工程的运转离不开人的管理C用玉米的副产品玉米芯产生木糖醇、残渣来培育食用菌和蛆
15、蛹实现了废弃物的资源化，实现了物质的多级循环利用，生态工程的正常运转离不开人的管理，将蛆蛹粪便还田，运用了循环原理，但是能量是不能循环利用的。2柴静的纪录片穹顶之上引起了全国人民对雾霾的关注和讨论，而天津港火灾爆炸事故遗址将在彻底清理后建设海港生态公园，这再次使人们关注生态环境与生态经济问题，生态工程的建设已经成为社会关注的热点。如图为某地一生态工程建设模式图，请据图回答有关问题：(1)从能量流动的意义分析，该生态工程实现了_。(2)该生态工程借鉴了“无废弃物农业”，其主要体现了生态工程的_原理，与此密切相关的主要生物类群在生态系统的组成成分中属于_。(3)在进行生态工程建设时，要根据当地的实
16、际条件，因地制宜地进行，在矿区废弃地的生态恢复工程中，恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？_。解析(1)该生态工程实现了物质和能量的多级利用。从能量流动的意义分析，该生态工程实现了能量的多级利用，提高了能量的利用率。(2)图中生态工程主要是借鉴了“无废弃物农业”，主要体现了生态工程循环原理，与此密切相关的生物为腐生细菌和真菌等分解者。(3)矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长，因此恢复植被的措施是植树和种草，而不是种植农作物。答案(1)能量的多级利用，提高了能量的利用率(2)循环分解者(3)矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长生态农业设计原则(1)应当体现生态学原理与现代农业技术
17、相结合的原则。(2)应当能构成一个合理的生产结构。(3)应当体现充分利用自然界的物质和能量资源的原则。(4)应当体现减少环境污染的原则。(5)应当充分考虑经济、社会和生态的综合效益。(6)所设计的农业生态系统，从理论上看应当能实现良性循环。下图为农村综合发展型生态工程示意图。由材料分析知，农村综合发展型生态工程中增加“环节”，使废弃物充分利用且提高了能量的利用率，这与生态工程的原理密切相关，由此形成了生命观念、科学思维和社会责任的学科素养。1从生态学角度分析，人们建立上图所示农业生态系统的主要目的是什么？该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了利用，这体现了生态工程的哪些原理？(生命观
18、念、科学思维)提示：实现物质的循环再生和能量的多级利用；体现了生态工程的循环原理和自生原理。2该生态工程能生产出无公害大米的原因是什么？(科学思维、社会责任)提示：减少了化肥和农药的使用量，减少了环境污染。3为什么将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量？(生命观念、科学思维)提示：原因是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。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 背 诵1生态工程建设的目的是遵循生态学的规律，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。2生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。3运用生态工程可对已被破坏的生态环境
19、进行修复和重建，促进人类社会和自然环境和谐发展。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。5在进行生态工程建设时，应当根据当地的实际条件，因地制宜地进行。6湿地生态恢复工程是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；而矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。1下列关于生态工程的叙述，不正确的是()A生态工程研究的对象是社会经济自然复合生态系统B“退耕还林”“退耕还草”属于生态工程的内容C生态工程应遵循“整体、协调、循环、自生”的原则D生态工程的目的是环境保护D生态工程研究的对
20、象是社会经济自然复合生态系统，其目的不单纯是环境保护，而是要实现社会、经济、自然的协调发展，共同进步。2某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定控制。这种做法体现了()A实行“循环经济”的原则B低消耗，多效益原则C遵循自生和协调原理D建立社会经济自然复合系统C自生原理和协调原理都是生态工程建设中应当遵循的。进行牧区草场建设时，既要考虑系统结构和功能的复杂性，又要考虑生物与环境的协调平衡，才能保证生态系统的稳定。3下列做法依据的生态工程原理依次是()在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题我国古代的“无废弃
21、物农业”在西北降水量少的地区种植灌木和草湿地生态工程建设时既要有效选择生物成分，进行合理布设，又要创造有利的条件a自生原理b协调原理c循环原理d整体原理Aa、b、c、d Bd、c、b、aCd、c、a、b Db、c、d、aB林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，依据的是整体原理，从而实现社会自然经济复合系统的平衡和稳定，d符合；我国古代的“无废弃物农业”依据的是循环原理，从而避免了环境的污染，有利于系统的稳定和发展，c符合；在西北降水量少的地区种植灌木和草，依据的是协调原理，b符合；湿地生态工程建设时既要有效选择生物成分，进行合理布设，又要创造有利的条件，依
22、据的是自生原理，a符合。4下列生态系统对于蓄洪防旱、自然净化污水具有非常重要的作用的是()A矿区废弃地生态系统 B湿地生态系统C草原生态系统 D森林生态系统B湿地被誉为地球的“肾脏”，具有蓄洪防旱、调节气候、控制土壤侵蚀、自然净化污水等功能，其他生态系统在本题所叙述的两方面作用较小。5我国南方某地环保部门向遭受严重污染的南湖中引入苦草、黑藻等沉水植物和螺蛳等底栖动物来修复该生态系统。如图所示为该生态系统修复后的部分生物的营养关系，请据图回答问题：(1)在修复该生态系统时要控制污水流入的速率，除有利于有机污染物被充分分解外，还有利于植物对_的充分吸收，防止水体富营养化。该生态系统修复后物种丰富度
23、逐渐增加，其群落演替类型是_。(2)调查野鸭的种群密度常用_法。当螺蛳数量增加时，草鱼和罗非鱼数量也会增多，螺蛳种群的增长就会受到抑制，这是生物群落内部_的结果。(3)苦草等沉水植物大量繁殖后，部分浮游植物的生物量下降，大型底栖动物的数量有所增加，这是在_水平上研究的结果。沉水植物通过一定的信息传递吸引浮游动物栖息于其叶表面，从而抚育出高密度的浮游动物群落。浮游动物能够大量捕食浮游藻类，也间接地控制了藻类的数量。这体现出信息传递的作用是能调节生物的_，以维持生态系统的稳定。(4)该生态修复工程可将有机污染物充分地分解利用，这主要符合生态工程的_原理。若在此基础上，进一步建立一个集污水净化、休闲
24、、养鱼为一体的新型多功能人工生态系统，其主要目的是设法调整能量流动关系，使能量持续高效地流向_。解析(1)在生态系统修复时，调节污水流入的速率，既有利于微生物对有机污染物的充分分解，又有利于水生植物对无机盐(如N、P等)的充分吸收，防止水体富营养化。该生态系统修复后发生的群落演替类型属于次生演替。(2)对于活动能力强、活动范围大的动物，调查其种群密度常采用标记重捕法。当螺蛳数量增加时，草鱼和罗非鱼由于食物丰富，数量也会增多，这样，螺蛳种群的增长就会受到抑制，这是生物群落内部负反馈调节的结果。负反馈调节在生态系统中普遍存在，是生态系统自我调节能力的基础。(3)沉水植物大量繁殖后，会与浮游植物竞争营养物质和阳光，从而抑制浮游植物的生长，大型底栖动物由于食物丰富而数量增加，这是在群落水平上研究种间关系的问题。沉水植物通过信息传递吸引浮游动物并借助于浮游动物的捕食作用间接控制藻类的数量，这体现了信息传递能够调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。(4)该生态修复工程主要利用了生态工程的循环原理。若在此基础上进一步建立一个集污水净化、休闲、养鱼为一体的新型多功能人工生态系统，其主要目的是设法调整能量流动的关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。答案(1)无机盐次生演替(2)标记重捕负反馈调节(3)群落种间关系(4)循环对人类最有益的部分