第4章 第3节 生态工程 讲义-(新教材)2019新人教版高中生物选择性必修二.doc
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1、1/13第第 3 节节生态工程生态工程课标内容要求课标内容要求核心素养对接核心素养对接举例说明根据生态学原理举例说明根据生态学原理、采用系统工采用系统工程的方法和技术程的方法和技术,达到资源多层次和循达到资源多层次和循环利用的目的环利用的目的,使特定区域中的人和自使特定区域中的人和自然环境均受益。然环境均受益。生命观念生命观念通过相关生物学概念的学通过相关生物学概念的学习建立生命观念。习建立生命观念。科学思维科学思维通过运用生态工程原理分通过运用生态工程原理分析生态环境及解决对策。析生态环境及解决对策。一、生态工程的基本原理一、生态工程的基本原理1关注生态工程建设关注生态工程建设(1)生态工程
2、的概念生态工程的概念人类应用人类应用生态学和系统学生态学和系统学等学科的基本原理和方法等学科的基本原理和方法, 对人工生态系统进行对人工生态系统进行分分析析、设计设计和调控和调控,或对已被破坏的或对已被破坏的生态环境生态环境进行修复进行修复、重建重建,从而提高生态系统从而提高生态系统的的生产力或改善生态环境生产力或改善生态环境, 促进人类社会和促进人类社会和自然环境自然环境和谐发展的系统工程技术或和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。综合工艺过程。(2)进行生态工程建设的进行生态工程建设的目的目的遵循遵循生态学生态学规律规律,充分发挥资源的生产潜力充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染防止环境污
3、染,达到达到经济效益经济效益和生态效益的同步发展。和生态效益的同步发展。(3)突出特点:少消耗、多效益、突出特点:少消耗、多效益、可持续可持续。2生态工程所遵循的基本原理生态工程所遵循的基本原理(1)自生原理自生原理概念概念:由由生物组分生物组分而产生的自组织而产生的自组织、自我优化自我优化、自我调节自我调节、自我更新和维自我更新和维持。持。注意事项注意事项a需要在生态工程中有效需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设选择生物组分并合理布设。b需要创造有益于需要创造有益于生物组分生物组分的生长的生长、发育发育、繁殖繁殖,以及它们形成以及它们形成互利共存互利共存关系的条件。关系的条件。(2)循
4、环原理循环原理概念概念: 在生态工程中促进系统的物质在生态工程中促进系统的物质迁移与转化迁移与转化, 既保证各个环节的既保证各个环节的物质物质迁移迁移顺畅顺畅,也保证主要物质或元素的也保证主要物质或元素的转化率转化率较高。较高。2/13意义:减少整个生产环节意义:减少整个生产环节“废物废物”的产生。的产生。实例:实例:无废弃物农业无废弃物农业。(3)协调原理协调原理理论基础:生物与理论基础:生物与环境环境、生物与、生物与生物生物的协调与适应。的协调与适应。注意事项:注意事项:a需考虑生物与环境的需考虑生物与环境的适应适应性。性。b需考虑环境容纳量。需考虑环境容纳量。意义:可避免系统的意义:可避
5、免系统的失衡和破坏失衡和破坏。(4)整体原理整体原理注意事项注意事项a要遵从自然生态系统的规律要遵从自然生态系统的规律,各组分之间要有适当的各组分之间要有适当的比例比例,不同组分之不同组分之间应构成间应构成有序的结构有序的结构,通过通过改变和优化结构改变和优化结构,达到达到改善系统功能改善系统功能的目的。的目的。b 不仅要考虑自然生态系统的规律不仅要考虑自然生态系统的规律、 更要考虑更要考虑经济和社会经济和社会等系统等系统的影响力的影响力。实例实例:在进行林业工程建设时在进行林业工程建设时,一方面要号召农民一方面要号召农民种树种树,另一方面一定要另一方面一定要考虑贫困地区农民的考虑贫困地区农民
6、的生活生活问题问题,如粮食、烧柴以及收入等问题。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二、生态工程的实例和发展前景1生态工程的实例生态工程的实例(1)农村综合发展型生态工程农村综合发展型生态工程问题:农村人口多问题:农村人口多,人多地少人多地少,产出不足。产出不足。对策:建立农村对策:建立农村综合发展型综合发展型生态工程生态工程,实现物质的实现物质的多级循环利用多级循环利用。案例:北京郊区的某村以沼气工程为中心的案例:北京郊区的某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用物质多级循环利用工程。工程。(2)湿地生态恢复工程湿地生态恢复工程湿地作用湿地作用: 具有蓄洪防旱具有蓄洪防旱,
7、 调节区域气候调节区域气候, 控制土壤侵蚀控制土壤侵蚀, 自然净化污水自然净化污水,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以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。功能。问题:湿地的问题:湿地的缩小和破坏缩小和破坏问题。问题。对策对策a采用采用工程学和生态学工程学和生态学措施相结合的方法措施相结合的方法,使受到干扰的湿地得以恢复。使受到干扰的湿地得以恢复。b在湿地周围建立在湿地周围建立缓冲带缓冲带,以尽量减少人类的干扰以尽量减少人类的干扰,使湿地依靠使湿地依靠自然演替自然演替等机制恢复其生态功能。等机制恢复其生态功能。3/13案
8、例:厦门筼筜湖的生态恢复工程。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矿区废弃地的生态恢复工程问题:问题:山体山体、土壤和植被、土壤和植被,乃至整个地区乃至整个地区生态系统生态系统的破坏。的破坏。对策对策:人工制造表土人工制造表土、多层覆盖多层覆盖、特殊隔离特殊隔离、土壤侵蚀控制土壤侵蚀控制、植被恢复工植被恢复工程等程等。 其中其中, 关键在于关键在于植被恢复植被恢复, 以及植被恢复所必需的以及植被恢复所必需的土壤微生物土壤微生物群落的重建群落的重建。案例:我国赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。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生态工程的发展前景(1
9、)我国生态工程存在的问题:我国生态工程存在的问题:缺乏定量化模型的指导缺乏定量化模型的指导,难以设计出难以设计出标准化标准化、易操作的生态工程样板。、易操作的生态工程样板。设计缺乏设计缺乏高科技含量高科技含量,生态系统的调控缺乏及时准确的生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术监测技术的支持的支持,缺乏缺乏理论性理论性指导等。指导等。(2)我国面临的生态危机我国面临的生态危机生态危机:不单纯是生态危机:不单纯是环境污染环境污染问题问题,而是与人口激增、环境与资源破坏而是与人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合在一起的能源短缺等问题结合在一起的“并发症并发症”。解决措施解决措施:不但要重视对不
10、但要重视对生态环境生态环境的保护的保护,更要注重与更要注重与经济经济、社会效益社会效益的的结合结合,需要生态工程发挥作用。需要生态工程发挥作用。判断对错判断对错(正确的打正确的打“”“”,错误的打错误的打“”“”)1生态工程是无消耗、多效益、可持续的工程体系。生态工程是无消耗、多效益、可持续的工程体系。()2在建设高新农在建设高新农业时,沼气池的建立遵循了循环原理。业时,沼气池的建立遵循了循环原理。()3湿地的恢复除利用生物工程手段外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还要依靠自然演替机制恢复其生态功能。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
11、落的重建。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。()提示提示:1.生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。23.4.生态工程的基本原理生态工程的基本原理1生态工程建设的原因分析生态工程建设的原因分析4/13(1)传统农业的生产模式传统农业的生产模式石油农业石油农业模式内容:大量使用化肥、农药、机械的农业生产模式。模式内容:大量使用化肥、农药、机械的农业生产模式。弊端弊端:不注重生态环境的保护不注重生态环境的保护,没有考虑成本没有考虑成本,经济的发展以巨大的生态经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。环境破坏为代价。(
12、2)生态工程与传统农业的比较生态工程与传统农业的比较比较项目比较项目生态工程生态工程传统农业传统农业基本原理基本原理生态学、工程学生态学、工程学工程学工程学调节机制调节机制人为辅助下的自我调节人为辅助下的自我调节人为调控人为调控与环境的关系与环境的关系协调协调破坏环境破坏环境主要能源主要能源太阳能太阳能化学能化学能生物多样性生物多样性得到保护得到保护减少减少2.生态工程概念的理解生态工程概念的理解(1)涉及的学科知识:生态学和系统学等。涉及的学科知识:生态学和系统学等。(2)面临的任务:对人工生态系统进行分析、设计和调控面临的任务:对人工生态系统进行分析、设计和调控,或对已破坏的生或对已破坏的
13、生态系统进行修复和重建态系统进行修复和重建,从而提高从而提高生态系统的生产力或改善生态环境。生态系统的生产力或改善生态环境。(3)最终目的是促进人类社会和自然环境的和谐发展。最终目的是促进人类社会和自然环境的和谐发展。(4)生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续。生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续。(1)“无废弃物农业无废弃物农业”不同于不同于“石油农业石油农业”;“无废弃物农业无废弃物农业”的优点是追求物质循环利用的优点是追求物质循环利用,没有废弃物没有废弃物,很少对环境和资源造成破坏很少对环境和资源造成破坏,但生产但生产效率低效率低;“石油农业石油农业”是指大量使用化肥是指大量使用化肥
14、、农药和机械的农业生产方式农药和机械的农业生产方式。虽然生虽然生产效率得到提高产效率得到提高,但是对环境资源造成了破坏。但是对环境资源造成了破坏。(2)有了生态工程也有了生态工程也不可以先污染后治理:生态恢复力有限不可以先污染后治理:生态恢复力有限,不能认为有了不能认为有了生态工程生态工程,就可以先污染后治理。就可以先污染后治理。3判断生态工程原理的方法判断生态工程原理的方法(1)如果强调有效选择生物组分并合理布设如果强调有效选择生物组分并合理布设,则为自生原理。则为自生原理。(2)如果强调充分利用废弃物如果强调充分利用废弃物,则为循环原理。则为循环原理。(3)如果强调生物与环境、生物与生物的
15、协调与适应如果强调生物与环境、生物与生物的协调与适应,则为协调原理。则为协调原理。生活联系生活联系:1.“西部大开发西部大开发”是国家为振兴西部提出的宏观决策是国家为振兴西部提出的宏观决策,在我国西在我国西5/13北地区进行防护林建设时北地区进行防护林建设时, 没有种植适应当地环境的树种没有种植适应当地环境的树种, 而是大量种植了不适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?应当地环境的杨树。这主要是违背了什么原理?提示:提示:违背了协调原理。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因而人工林面积占世界首
16、位,请对我国的植树造林运动提出建设性意见。请对我国的植树造林运动提出建设性意见。提示提示:植树造林时植树造林时,要根据自生原理和协调原理要根据自生原理和协调原理,树种绝不能单一树种绝不能单一,还要根还要根据当地的气候、土壤等条件据当地的气候、土壤等条件,因地制宜地植树。因地制宜地植树。3背景材料背景材料:1998 年夏季年夏季,长江洪水泛滥长江洪水泛滥,根本原因是长江上游乱砍滥伐根本原因是长江上游乱砍滥伐森林森林,水源涵养和水土保持功能急剧降低水源涵养和水土保持功能急剧降低,造成大量泥沙淤积河道造成大量泥沙淤积河道;中游围湖造中游围湖造田、乱占河道田、乱占河道,造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减
17、小。造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减小。阅读教材资料阅读教材资料,回答相关问题。回答相关问题。(1)导致导致 1998 年长江洪水泛滥的根本原因是什么?年长江洪水泛滥的根本原因是什么?(2)怎样解决长江洪水泛滥问题?怎样解决长江洪水泛滥问题?提示:提示:(1)长江洪水泛滥的根本原因是长江上游乱砍滥伐森林长江洪水泛滥的根本原因是长江上游乱砍滥伐森林,水源涵养和水源涵养和水土保持功能急剧降低水土保持功能急剧降低,造成大量泥沙淤积河道造成大量泥沙淤积河道;中游围湖造田中游围湖造田、乱占河道乱占河道,造造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减小。成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减小。(2)积极营造长江中上游水源涵
18、养林和水土保持林积极营造长江中上游水源涵养林和水土保持林,提高森林覆盖率;提高森林覆盖率;“退退耕还湖耕还湖”和改革不合理耕作方式等。和改革不合理耕作方式等。1(不定项不定项)下列关于生态工程的叙述下列关于生态工程的叙述,正确的是正确的是()A当人类赖以生存的生态系统出现严重问题时当人类赖以生存的生态系统出现严重问题时,生态工程应运而生生态工程应运而生B生态工程能减少环境污染生态工程能减少环境污染C生态工程以牺牲环境和资源为前提生态工程以牺牲环境和资源为前提,生产出更多的产品生产出更多的产品D生态工程力求达到生态效益、经济效益和社会效益的协调统一生态工程力求达到生态效益、经济效益和社会效益的协
19、调统一ABD本题考查对生态工程概念的理解。本题考查对生态工程概念的理解。A 项为生态工程生产的背景项为生态工程生产的背景,B项为生态工程的意义项为生态工程的意义,D 项为生态工程的目的。项为生态工程的目的。2如图是我国南如图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图,它利用雏鸭旺盛的方尝试的农业生态系统的结构模式图,它利用雏鸭旺盛的杂食性杂食性,吃掉稻田里的杂草和害虫吃掉稻田里的杂草和害虫,利用鸭利用鸭不间断地活动产生中耕浑水效果不间断地活动产生中耕浑水效果,刺刺激水稻生长激水稻生长,用作物养猪用作物养猪、养鸭养鸭,用稻秆培育蘑菇用稻秆培育蘑菇、生产沼气生产沼气,猪猪、鸭粪鸭粪、沼渣沼渣肥田肥田
20、,生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答下列问题:生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答下列问题:6/13(1)从生态学角度分析从生态学角度分析,人们建立图示的农业生态系统的主要目的是人们建立图示的农业生态系统的主要目的是_。该系统将植物秸秆该系统将植物秸秆、 动物粪动物粪便等废弃物合理地进行了应用便等废弃物合理地进行了应用,体现了生态工程的体现了生态工程的_原理。原理。(2)该系统将多个生态系统通过优化组合该系统将多个生态系统通过优化组合,有机整合在一起有机整合在一起,提高了系统生提高了系统生产力产力,体现了生态工程中的体现了生态工程中的_原理。生产的大米无公害的原因是原理。生产的大米无公害
21、的原因是_(3)在发酵装置里的在发酵装置里的 B 过程中起重要作用的微生物过程中起重要作用的微生物,其细胞结构与水稻细胞其细胞结构与水稻细胞最主要的区别是最主要的区别是_(4)将蘑菇房与蔬菜大棚相通将蘑菇房与蔬菜大棚相通,可提高蔬菜产量可提高蔬菜产量,试分析其增产的原因:试分析其增产的原因:_蘑菇房与蔬菜大棚相通蘑菇房与蔬菜大棚相通, 比单比单纯种植蔬菜和单纯培育蘑菇带来的效益之和还纯种植蔬菜和单纯培育蘑菇带来的效益之和还要高,体现了生态工程中的要高,体现了生态工程中的_原理。原理。解析解析(1)图示农业生态系统通过建立沼气池图示农业生态系统通过建立沼气池, 实现了废物资源化和能量的实现了废物
22、资源化和能量的多级利用多级利用,遵循的是循环原理。遵循的是循环原理。(2)图中生态农业施用的都是有机肥图中生态农业施用的都是有机肥,减少了化肥和农药的使用量减少了化肥和农药的使用量,因此生因此生产的大米无公害。产的大米无公害。(3)发酵装置中的微生物主要是乳酸菌发酵装置中的微生物主要是乳酸菌,为原核生物为原核生物,无以核膜为界限的细无以核膜为界限的细胞核。胞核。(4)蘑菇为分解者蘑菇为分解者,可将有机物分解为可将有机物分解为 CO2等无机物等无机物,使蔬菜进行光合作用使蔬菜进行光合作用。答案答案(1)实现物质的循环再生和能量的多级利用实现物质的循环再生和能量的多级利用循环循环7/13(2)自生
23、自生减少了化肥和农药的使用量减少了化肥和农药的使用量,减少了对水的污染减少了对水的污染(3)无以核膜为界限的细胞核无以核膜为界限的细胞核(无成形的细胞核无成形的细胞核)(4)蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用,使其光合作用增强使其光合作用增强整体整体生态工程的实例生态工程的实例1建立生态工程的原则建立生态工程的原则生态工生态工程需要根据工程的目的程需要根据工程的目的,以及当地自然以及当地自然、社会和经济的情况社会和经济的情况,从系统从系统的不同角度综合考虑问题的不同角度综合考虑问题。因此因此,不但要考虑生态学原理不但要考虑生态学原理,而且要
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