1、成才之路 生物路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3 生态工程 专题五 专题概述自改革开放以来，我国以占世界约 7%的耕地养活着约占世界 21%的人口，的确取得了举世瞩目的成就。“十五”期间，中国经济发展更是上了一个新台阶，但我们为此也付出了惨痛的代价。随着近年来中国经济高速发展，资源瓶颈制约作用已逐步显现。据资料显示，在世界 144 个被排名统计的国家中，我国资源总量显得比较“地大物博”，但人均资源占有量非常落后，人均煤炭资源排在 50 位以后，淡水资源量排不到前 55位，土地、耕地、森林等资源远远排在 100 位以后。石油、天然气、铜和铝等重要矿产资源的人均储量，远远低于世界人均水平
2、。一方面资源紧张，一方面我们的发展又过于粗放，过于大手大脚。更让人揪心的是，对能源及资源的利用效率低下导致近年来中国环境急剧恶化。目前，我国温室气体排放已经居世界第二，单位GDP污染排放量是发达国家平均水平的十几倍，水土流失、土地沙化、草地退化在加剧 通过本专题的学习，你就会知道走生态环保和可持续发展之路是唯一的选择。本专题包括“科技探索之路生态工程的兴起”“生态工程的基本原理”“生态工程的实例和发展前景”和“实践活动调查沼气工程的实施情况”。本专题旨在使我们了解生态工程的建设需要系统学和工程学的知识，学会综合分析思考问题的能力。通过对中西方生态工程建设的比较，说明应根据我国国情走自己的生态工
3、程之路，生态工程在我国具有广阔的发展前景。随着现代生物技术的发展，人们已经将更多研究的成果应用于生态工程建设中，例如，通过基因工程制造的抗虫、抗病转基因植物的种植，减少了农药的使用，保护了生态环境等。细胞工程中组织培养技术的应用对城市环境的综合治理也起到了重要作用；酶工程的原理，可以帮助我们理解沼气工程中对菌群的控制。生态建设中同样存在伦理问题，即生态伦理问题。因此，可以说，本专题与专题4生物技术的安全性和伦理问题的内容有相通之处，同样需要我们学会站在不同的角度，全面分析问题。本专题内容所涉及的生态环境问题是我们关注的热点问题。与在必修模块中学习的生态系统的结构、生态系统的物质循环和能量流动的
4、基本规律和应用有密切的联系。保持生态平衡、防止环境污染及环境保护等都是当今世界各国政府非常关注的重大问题，有关这方面的题目在历年的高考题中有逐渐增多的趋势，要求学生能够运用所学生态学原理分析和解释类似的实际问题。生态工程是多学科交叉形成的新兴学科。进行生态工程建设时，会遇到各种错综复杂的问题，因此，既要遵循生态学原理，又要考虑社会、经济等各种因素，分析生态工程案例时只从生态学角度分析是片面的。教材中生态工程的原理和生态工程的实例内容比较丰富，给我们很大的空间。教材内容选择和呈现方式力求鼓励进行探究性学习，如实践活动、资料分析、讨论、设计和进展追踪等，应积极地进行自主探究、合作式的学习活动。第一
5、节 生态工程的基本原理专题五 目 标 定 位 1预 习 导 学 2要 点 精 析 3思 维 升 华 4知 识 构 建 5课 时 作 业 7应 用 探 究 6目 标 定 位 1简述生态工程的概念，关注生态工程建设。2简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容。(重点)3尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策。(难点)预 习 导 学 一、生态工程 生态工程建设的目的就是遵循自然界_的规律，充分发挥_的生产潜力，防止_，达到_效益和_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。二、生态经济 生态经济主要是通过实行_的原则，使一个系统产出的_，能够成为本系统或另一系统
6、的_，从而实现_资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是_。物质循环资源环境污染经济生态少消耗多效益可持续循环经济污染物生产原料废弃物生态工程 三、生态工程所遵循的基本原理 生态工程所遵循的基本原理有_原理、_原理、_原理、_原理和_原理。物质循环再生物种多样性协调与平衡整体性系统学和工程学 思维激活 1为什么说“污染物是放错地方的资源”？2樟子松林的松毛虫数量为什么会肆意增长，而珊瑚礁区却有很高的生物多样性？答案 1对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够回收和循环利用，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，因此说“污染物是放错地方的资源”。2纯樟
7、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其提供了丰富的食物来源，因而会导致树林的毁坏。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时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境，所以该区有很高的生物多样性。要 点 精 析 一、关注生态工程建设 1生态工程的概念 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，通过系统设计、调控和技术组装，对已破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。注意：生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续的工
8、程体系。2生态经济的概念：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，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。注意：应从以下几个方面来理解本概念：原理：循环经济原理。目的：实现废弃物的资源化。3石油农业的理解(1)含义：是指大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。由于需要大量的石油、煤、天然气等作为原料或动力而得名。(2)优点：投入高、产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起了巨大作用。(3)缺点：它所产生的废弃物和有害物质的数量很庞大，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
9、品污染和环境污染。4生态工程建设的目的：遵循自然界物质循环的规律，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。5建设生态工程的原因：传统经济模式正在毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然资本，为了实现可持续发展，因而要建设生态工程。当前，我国农业的发展已由科技含量较低的传统农业向现代农业转变。现代农业虽然产量大大提高，但由于大量施用化肥、农药，造成了严重的环境污染，因此我国政府正大力推广经济效益、社会效益和生态效益相统一的生态农业。下列关于生态农业的叙述不正确的是()A生态农业系统中食物链和营养级越多，在能量流动中消耗的能量越少 B生态农业系统的抵抗力
10、稳定性比现代农业高 C生态农业系统设计的指导原则是实现生态系统的能量和物质的多级利用 D生态农业系统属于人工生态系统，人的作用非常突出 解析 能量的多级利用并不是食物链越长越好，还要考虑能量在传递过程中的生物呼吸所消耗的能量；生态农业实现了废物资源化，提高了能量的利用率。生态农业系统是遵循生态经济原理，在遵循“循环经济”的原则下，通过优化组合，使一个系统产出的污染物资源化，实现物质和能量的多级利用，同时防止了环境污染；在生态农业系统中人的作用非常突出，一旦失去人的作用，该系统将受到破坏，因而生态农业系统又属于人工生态系统。答案 A 下列有关生态工程的叙述，不正确的是()A为了实现可持续发展，经
11、济发展必须符合生态学规律，改变“人类能征服自然”的错误观念，走生态经济之路 B“无废弃物农业”所采用的肥料一般是用人畜粪便、枯枝落叶、残羹剩饭、河泥等通过堆肥和沤肥等方式转变成的有机肥，也可适量地使用化肥 C众多的生物通过食物链关系相互依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力 D珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，得益于珊瑚虫和藻类组成的高效的植物动物营养循环 答案 B 解析“无废弃物农业”不包括使用化肥。二、生态工程的类型及基本原理1生态工程的类型根据性质和设计目标的不同，生态工程可分为不同的类型：农业生态工程：具有农业生态保护性质并以农产 品生产为目的林业生
12、态工程：以生态环境保护为目的治污生态工程：以治理环境污染为目的 2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、经济学等多学科交叉而产生的新兴学科，遵循的基本原理很多，主要原理如下：原理理论基础内容意义实例物质循环再生原理物质循环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，分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响无废弃物农业原理理论基础内容意义实例生物多样性原理生态系统的稳定性物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。生物多样性程度高，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件。众多的生物通过食物链关系互相依
13、存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力避免系统结构或功能失衡“三北”防护林建设中的单纯林问题、珊瑚礁生态系统的生物多样性问题原理理论基础内容意义实例协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡指生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力，即指某种环境所能养活的生物种群的数量避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题整体性原理社会、经济、自然复合系统进行生态工程的建设时，不仅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统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定林业建设中自然系统与社会、经济的关系问题原理理论基础内容意义实例系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理：分
14、布式优于集中式和环式生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改善和优化结构，达到改善系统功能的目的改善和优化系统的结构以改善功能桑基鱼塘系统整体性原理：整体大于部分之和系统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，并且实现总体功能大于各部分之和的效果保持系统很高的生产力珊瑚礁区藻类和珊瑚虫的关系 知识贴士：生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据不同的时间位、空间位和资源位，可充分利用生态系统的环境。只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。协调与平衡是指生物与环境的协调与平衡，协调主要指生物要适应环境，平衡是指某环境下生物
15、种群的数量与环境的承载力要平衡，否则会引起系统的失衡与破坏。下图说明我国现有的生产模式严重违反了什么生态工程原理()A整体性原理B协调与平衡原理 C系统的结构决定功能原理D物质循环再生原理 解析 从题图中不难看出，综合污染物与能源消耗呈逐年上升的趋势，说明了生产活动产生的物质不能被充分利用，造成了能源的消耗过大。答案 D 下列措施与生态工程的原理不符合的一项是()A森林的采伐量小于生产量 B人工鱼塘生产者的能量小于消费者的能量 C农田通过农作物输出的氮素多于补充的氮素 D向农田施用的无机氮肥多于生物固定的氮肥 答案 C 解析 森林的采伐量小于生产量，利于森林的发展；人工鱼塘生产者的能量小于消费
16、者的能量，可以通过人工补充能量来维持；农田通过农作物输出的氮素多于补充的氮素，土壤就会越来越贫瘠，影响可持续发展；向农田施用的无机氮肥可以多于生物固定的氮肥。思 维 升 华 沼气工程 1北方地区的沼气池冬天的维持及使沼气池中菌类维持稳定产气的方法 在冬季，可以通过加温(蒸气、热水通入发酵池)或将沼气池用塑料大棚封闭起来增加产气。沼气池稳定产气必须的条件：(1)沼气池必须密闭。沼气菌群是一类厌氧细菌，它在整个生命过程(生长、发育、繁殖、代谢等)中都不需要氧。(2)适当的水。发酵池中的料、水比例得当是正常产生沼气的关键。如一个6m3的标准池，首次投料大约需要人畜粪便1500kg、杂草500kg，再
17、加入2000kg的水。(3)适当的温度。一般8以上沼气菌即可活动，产生微量沼气；2024活动正常；2830活动最旺盛，产生沼气率最高。(4)酸碱度。沼气发酵适宜的pH范围是6.57.5，最适pH是6.87.0。(5)搅拌。适当搅拌可以提高发酵池内产气率，一般每周搅拌2次即可。(6)接种。增加沼气菌种数量，尽快发酵产生沼气。沼气池正常产气后，还需不断地添加新料、清除旧料才能确保持续产气。2沼气的成分及清理沼气池时要防止中毒 沼气是一种多成分混合气体，主要成分为甲烷和二氧化碳(甲烷的含量一般为60%75%)，并含有少量的一氧化碳、氢、硫化氢和氮等。沼气中氧气浓度低，一氧化碳等有害气体浓度高，人一定
18、要注意在通风充分、确保安全后才可进入，否则会引起中毒。3大型养殖场厩粪和沼气发电工程 采用高温(50左右)厌氧发酵，可使厩粪料的分解周期缩短到十几小时并能够稳定地产生大量沼气，通过沼气与燃油混烧的发电设备，使发出的电并到大电网上，出售商品电力，由此可以达到消除污染、获得可再生能源和优质生物肥料等目的。知 识 构 建应 用 探 究 一青年农民利用自己学习的生态学知识，在自家庭院搞了一个小型生态农业。他在0.25亩的土地上，地面养蘑菇和密环菌，空中架箱养蚯蚓，顶上搭葡萄架，需光的采光，不需光的阴凉，各取所需，生活在各自的生态位置上，同时用蚯蚓喂鸡，鸡粪喂猪。猪粪汇集产沼气，沼气点灯做饭，沼渣做肥料
19、，最大限度地利用了物质和能量，使0.25亩的土地产生了年产值几万元的收入。请分析回答：(1)此生态系统的生产者是_，分解者是_。(2)设计该生态系统遵循了_原理。(3)请你根据生态系统能量流动的原理画出此生态系统的能量流动和利用图(各种生物呼吸作用消耗和分解者耗能可不标出)。解析 本题考查生态农业的有关知识。此生态系统的生产者是绿色植物即葡萄，分解者是腐生的蘑菇、密环菌、蚯蚓；设计该生态系统遵循了物质循环再生的原理；生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始，沼气池中产生的能量可以作为农户生活能源，沼渣做肥料时植物从中获得的是矿质元素，不是能量。答案(1)葡萄 蘑菇、密环菌、蚯蚓(2)物质循环再生(3)