1、第4讲 生态工程,-2-,自主梳理,核心突破,考向感悟,生态工程及其原理 1.概念:生态工程是指人类应用 、 等学科的基本原理和方法,通过系统设计、调控和技术组装,_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、 和 同步发展的工程体系。 2.特点:少消耗、多效益、 。,生态学 系统学,修复或重建,生态效应 社会效益,可持续,-3-,自主梳理,核心突破,考向感悟,3.基本原理 (1)物质循环再生原理:物质不断地在各类生态系统中进行区域小循环和 ,实现物质的分层、分级利用。 (2)物种多样性原理:生态学中物种多样性与生态系统的稳定性关系的原理。 (3)协调与平衡原理
2、:生态学中生物与环境相适应的原理。 (4)整体性原理:生态学、 学和 学相统一的原理。 (5)系统学与工程学原理 系统的结构决定功能原理:生态工程需要通过该原理 系统的结构,达到 系统功能的目的。 系统的整体性原理:系统各组分之间要有适当的 ,实现物质、能量、信息等的转换和流通,可以使整体功能 各部分功能之和。,全球大循环,系统 经济,优化,改善,关系、比例,大于,-4-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理。( )(2)在建设高新农业时,沼气池的建立遵循的是物质循环再生原理。( ) (3)根据协调与平衡原理,一个生态系统中种群的数量不应超过环境容纳量。(
3、 ) (4)在建设生态工程时,既要考虑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。( ) (5)“在人工林中增加植被的层次”遵循的生态工程原理是“物种多样性原理”。( ),提示:无废弃物农业遵循的是“物质循环再生原理”。,-5-,自主梳理,核心突破,考向感悟,-6-,自主梳理,核心突破,考向感悟,-7-,自主梳理,核心突破,考向感悟,错混辨析对生态工程具体实例所遵循的原理辨析不清 (1)单一人工林比天然混合林稳定性低,易爆发虫害物种多样性原理。(2)草原确定合理载畜量,不能过度放牧平衡原理。(3)引种考虑适应环境协调原理。(4)林业生态工程建设,既考虑种树又考虑生活问题系统整体性原
4、理。(5)整体性原理和系统整体性原理的比较:整体性原理指社会、经济、自然三方面协调统一,保障整个系统的稳定与平衡,例如林业建设中自然系统、社会系统与经济系统的关系问题,即种树的同时考虑经济收入、粮食、燃料等问题。系统整体性原理指整体功能大于部分之和,即1+12。原因是系统保持很高的生产力,具体是指互利共生的生物体现系统整体性原理,如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中的藻类和真菌等。,-8-,自主梳理,核心突破,考向感悟,考向 生态工程及其原理 1.(2018山西高三第三次四校联考)柴静的纪录片穹顶之下引发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,
5、这再次将生态环境与生态经济推上舆论的焦点,生态工程的建设已经成为社会关注的热点,请回答下列问题。 (1)山西省为产煤大省,生态环境破坏严重,矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于 ,具体实施的措施有 (答两点)。 (2)某生态工程以沼气工程为中心,各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼,人、畜、禽粪便作为原料生产沼气,沼渣水返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘,主要体现了生态工程的 原理,该生态工程建设中,鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其 ,该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起,优化了系统结构,遵循 原理。,-9-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)在上述的生态工程中,种植不同
6、的农作物、果树,饲养多种畜禽,这体现了生态工程的 原理。 (4)一般来说,生态工程的主要任务是对 进行修复,对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力。 (5)在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时,需选择符合要求的植物,这遵循了生态工程的 原理。,-10-,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案 (1)植被恢复与土壤微生物群落的重建 人工制造表土、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等(任选两点) (2)物质循环再生 环境容纳量 系统的结构决定功能 (3)物种多样性 (4)已破坏的生态系统 (5)协调与平衡,-11-,自主梳理,核心突破,考向感悟,解析 (1)矿区废弃地的生态恢复工程
7、的关键在于植被恢复与土壤微生物群落的重建,具体实施的措施有人工制造表土、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。 (2)该生态工程以沼气工程为中心,各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼,人、畜、禽粪便作为原料生产沼气,沼渣水返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘,体现了生态工程的物质循环再生原理。该生态工程建设中,鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其环境容纳量。该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起,优化了系统结构,遵循系统的结构决定功能原理。 (3)该生态工程种植不同的农作物、果树、饲养多种畜禽,这体现了生态工程的物种多样性原理。 (4)生态工程的主要任务是对已破坏的生态系统进行修复,对造
8、成环境污染和破坏的生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力。 (5)在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时,需选择符合要求的植物,这遵循了生态工程的协调与平衡原理。,-12-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.某城市在建设过程中,更加注重生态文明的建设。如利用人工建立的湿地公园对生活污水进行净化处理,形成藻菌共生的污水净化系统,还可以利用藻类蛋白养鱼、养鸭等获得良好的经济效益。下面是利用人工湿地净化生活污水的原理简图。请据图回答问题。,(1)输入人工湿地的能量为 。 (2)人工湿地中的芦苇属于挺水植物,绿藻属于浮游植物,黑藻属于沉水植物,这一现象体现了群落具有 结构。该人工湿地的建立体现了生
9、态工程的基本原理有 等。,-13-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)该人工湿地中的芦苇、藻类等植物生长迅速,其主要原因是 。 (4)细菌、真菌等微生物的分解作用是净化污水的重要途径,为了提高分解的效率,可采取的有效措施是 。 (5)用恰当的箭头和文字完成该人工湿地的碳循环图解。,(6)某生物兴趣小组在实地调查了该人工湿地后,在大力赞赏利用湿地对生活污水进行净化处理的同时,还向相关部门提出了应加强对重点污染源的控制这一合理的建议,其依据的生态学理由是 。,-14-,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)生产者固定的太阳能和污水中有机物中的化学能 (2)垂直 物质循环再生原理、协调与平衡原
10、理 (3)细菌、真菌等微生物分解污水中的有机物为植物生长提供了充足的氮、磷等矿质养料和光合作用所需的CO2 (4)向水体中适当通入空气 (5)见下图:(6)生态系统的自我调节能力是有限的,-15-,自主梳理,核心突破,考向感悟,3.粮桑渔畜农业生态系统是浙江平原水网地区典型的高效农业系统,下图表示这一农业生态系统的基本模式。试根据图示回答下列问题。,-16-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)粮桑渔畜生态系统的主要成分是 ,流入这一生态系统的总能量是 。 (2)建立这一生态系统依据的主要生态学原理有 等。 (3)该生态系统的“沼气池”中主要微生物(如甲烷杆菌)的新陈代谢类型是 ,因此,操作中
11、应特别注意采取的措施是 。 (4)实践证明这一生态系统取得了较高的经济效益,这是因为该生态系统实现了 。 (5)在实际生产中,农民在桑园下层养鸡,试谈谈这种做法的好处: 。,-17-,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)小麦、水稻、油菜、桑等 该生态系统中全部生产者固定的太阳能 (2)协调与平衡原理、系统学和工程学原理、物种多样性原理、物质循环再生原理(答出两点即可) (3)异养厌氧型 隔绝空气(密封沼气池) (4)物质、能量的多级利用,能量利用率高 (5)不仅可以充分利用空间,而且可以减少桑树的虫害,-18-,自主梳理,核心突破,考向感悟,解析:(1)生产者是生态系统的主要成分,生态系
12、统中全部生产者固定的太阳能总量是流入该生态系统的总能量。(2)建立该生态工程依据的主要生态学原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学与工程学原理等。(3)沼气池中的主要微生物(如甲烷杆菌)的代谢类型是异养厌氧型,因此在沼气发酵过程中应特别注意隔绝空气。(4)生态系统的经济效益好是由于有更多的产品输出,即该生态系统能够输出更多的物质和能量。(5)树下养鸡,不仅可以充分利用空间,而且能够利用“桑虫鸡”的食物链,减少桑树的虫害。,-19-,自主梳理,核心突破,考向感悟,生态工程的实例 1.治污生态工程包括 治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、 治理生态工程等。 2.
13、对于受到不同程度干扰或破坏的生态系统,需要进行环境与生态保护、修复和改善。这些系统的保护、修复和改善工作,即工程。生态恢复是生态退化的逆转过程,在逆转过程中不是靠纯粹的自然恢复,还要加入一定的 ,因而最终恢复的不仅仅是自然生态系统,还有许多人工建立的 。 3.生态农业是以 理论为依据,以环境与经济的为前提,在一定区域内,因地制宜地规划、组织和开展多层次、多功能的农业生产。,污水,湖泊或水源地,生态恢复,人为手段,新生态系统,生态学,协调发展,-20-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)“无锡太湖水体富营养化引起大面积水华”违反了生态工程的“协调与平衡原理”。( ) (2)湿地的恢复除利用生物
14、工程外,还要依靠自然演替机制恢复其生态功能。( ),-21-,自主梳理,核心突破,考向感悟,生态工程的实例分析,-22-,自主梳理,核心突破,考向感悟,-23-,自主梳理,核心突破,考向感悟,-24-,自主梳理,核心突破,考向感悟,-25-,自主梳理,核心突破,考向感悟,错混辨析污染物并不是不能利用的资源。对环境造成危害的污染物,采取一定的措施和技术,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效率,减少了资源的浪费。,-26-,自主梳理,核心突破,考向感悟,考向 生态工程的实例 1.在政府的大力支持下,部分村镇的农民率先建起了以沼气池为中心的生态工程。如图是某同学
15、绘制的一个庭院生态工程的示意图,分析并回答下列问题。(1)该生态系统的“基石”是 。沼气池中有产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物,其生态学作用主要是作为 。 (2)构建这种以沼气池为中心的生态模式所依据的最主要的生态学原理是 。在沼气发酵的过程中,有一种微生物有除臭作用,这种微生物是 ,它的除臭过程是 。,-27-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)某养殖户把自己的养鸡场、养猪场、鱼塘和桑园也纳入该生态工程,并把多个单个的生产系统通过优化组合有机地整合在一起,改善了系统的功能,这体现了生态工程中 原理。 (4)生态农业是一个在生态上能自我维持的农业生产系统,其特点是在保持和改善系统内的生态平衡、不
16、对其周围环境造成明显改变的情况下,求得最大生产力和可持续发展。下列关于生态农业的叙述,不正确的是 。 A.生态农业中食物链的营养级之间的能量传递效率大大提高了 B.生态农业比传统农业的抵抗力稳定性高 C.生态农业设计的指导原则是能量的多级利用和物质的循环再生 D.生态农业属于人工生态系统,对病虫害一般采用生物防治的方法,-28-,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案 (1)黄瓜、番茄等蔬菜 分解者 (2)物质循环再生原理 硝化细菌 将氨气转化为亚硝酸盐和硝酸盐 (3)系统的结构决定功能 (4)A 解析 (1)生产者是生态系统的“基石”,该生态系统中黄瓜、番茄等蔬菜是生产者。沼气池中的产甲烷菌和不
17、产甲烷菌等微生物是生态系统中的分解者。(2)该生态系统依据的主要原理是物质循环再生原理。沼气发酵过程中的臭气是氨气,常利用硝化细菌的硝化作用除去氨气。(3)把多个单个的生产系统通过优化组合有机地整合在一起,提高了生态系统的复杂性,从而改善了生态系统的功能,这体现了生态工程中系统的结构决定功能原理。(4)生态农业中食物链的营养级之间的能量传递效率不变,但生态系统的营养结构变复杂了。,-29-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象,研究者设计了一种循环水池塘养殖系统(如图)。请回答下列问题。,(1)与自然池塘相比,人工养殖池塘生态系
18、统恢复力稳定性 。人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高,会引起水体的富营养化;藻类等浮游生物大量繁殖,加之死亡后被微生物分解,引起水体的溶氧量下降,造成鱼类等死亡,进一步破坏了生态系统稳态,这种调节方式称为 。,-30-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(2)与传统养殖池塘相比,该养殖系统增加的生态工程设施有 。可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施,起到对水体的 ,有效减少水体中的N、P等含量。 (3)该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部,实现水层交换,其目的有 、 。 (4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多,因为 。 (5)保持池塘水体中适当的N、P含量是必要的,该养殖
19、系统可以通过 、 进行调控。,-31-,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)高 正反馈 (2)生态塘和潜流湿地 净化作用 (3)增加水中的溶氧量 提高饵料的利用率 (4)后面池塘水体中的N和P含量(浓度)越来越高 (5)补水和排水 水泵控制水的流量(循环频次),-32-,自主梳理,核心突破,考向感悟,3.请据图回答与生态工程相关的问题。,图一,图二,-33-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)图一为窦店村综合发展生态工程示意图,该工程主要运用了哪些生态工程的基本原理? (至少答两项)。此生态系统中的生产者有 ,生命活动所需的能量归根到底都来自 ,燃烧沼气为鸡舍增加照明时间,可以增加产蛋
20、量,这属于 信息传递。 (2)图二为矿区废弃地的生态恢复工程流程图,该恢复工程中,是指 措施。该生态工程所遵循的主要原理是 。 (3)澳大利亚的大堡礁,生物多样性非常高,珊瑚虫和藻类组成了高效的植物动物营养循环,因此珊瑚礁能够保持很高的系统生产力。此生态系统体现了生态工程的基本原理是 。,-34-,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案: (1)物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理 谷物、蓝绿萍 太阳能 物理 (2)人工制造表土、压实 系统学和工程学原理 (3)系统整体性原理 解析: (1)图一为农村综合发展型生态工程,依据的原理包括物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理等。此生态系
21、统中的生产者有谷物、蓝绿萍,生命活动需要的能量最终来自太阳能。光照为物理信息。(2)图二为矿区废弃地的生态恢复工程。该恢复工程中首先要人工制造表土、压实,由于刚恢复的土壤条件较差,不宜种植作物,适宜植树、种草,这体现了系统学和工程学原理。(3)珊瑚礁生态系统体现了系统整体性原理。,-35-,自主梳理,核心突破,考向感悟,5.世界著名高产土壤东北黑土地,由于掠夺式的经营方式,水土流失严重,土壤生产能力呈严重下降趋势。黑土层平均厚度下降,成为我国商品粮基地中水土流失最严重的地区之一。 (1)黑土地水土流失严重现象说明,当地人在生产和生活中严重违背了生态工程的 和 原理。 (2)近年来黑龙江也有沙尘
22、暴频发现象,沙尘暴的发生必须具有风和沙源两个条件,退耕还林、还草是生态建设的一项紧迫任务。从治理沙尘暴的角度思考,“还林”“还草”的作用是 。 (3)控制荒漠化的发展和水土流失,改善生态环境,我国在华北北部、东北大部和西北大部实施了 工程。,-36-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(4)下列结构示意图最能体现系统学和工程学原理的是 ( )(5)育种工作者拟将鱼的抗冻基因转移到某种双子叶植物体内,使其具有抗寒特性,以适应东北的低温环境。在获取抗冻基因后,需要构建 ,将其导入该双子叶植物细胞常用的方法是 ;经检测目的基因已经插入染色体DNA中,还要检测目的基因是否转录出了相应的mRNA,操作时从受
23、体细胞提取mRNA,用 作探针,检测是否显示杂交带;如果要在个体生物学水平鉴定该抗寒植物是否有抗寒性状,请简述鉴定思路。,-37-,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案 (1)物质循环再生原理 协调与平衡原理 (2)防风、固沙 (3)三北防护林生态(工程) (4)D (5)目的基因表达载体 农杆菌转化法 荧光标记的目的基因 鉴定思路:取等量健康的转基因植株和非转基因植株,在低温环境中培养一段时间,观察两组植株的生长发育情况 解析 (1)当地人严重违背了物质循环再生原理、协调与平衡原理,使得黑土地水土流失严重。 (2)沙尘暴的发生必须具有风和沙源两个条件,则“还林”“还草”的作用是防风、固沙。 (
24、3)我国在华北北部、东北大部和西北大部实施了“三北防护林”,能控制荒漠化的发展和水土流失,改善生态环境。 (4)示意图中A是集中式,B和C是环式,D是分布式,其中分布式优于集中式和环式,最能体现系统学和工程学的原理。,-38-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(5)基因工程中在获取目的基因后,需要构建基因表达载体,将其导入双子叶植物细胞常用的方法是农杆菌转化法;检测目的基因是否转录出了相应的mRNA,方法是用荧光标记的目的基因作探针,进行分子杂交;在个体生物学水平鉴定该抗寒植物是否有抗寒性状,可设计一组对照实验:取材,可取等量健康的转基因植株和非转基因植株;作处理,在低温环境中培养一段时间;观察实验结果,观察两组植株的生长发育情况。,
