2020版新一线高考生物（苏教版）一轮复习教学案：选修3第4讲　生态工程

  第4讲　生态工程

[考纲展示]　1.简述生态工程的原理(Ⅱ)　2.生态工程的实例(Ⅰ)

考点一| 生态工程的基本原理

1．生态工程的概念

(1)原理和方法：生态学、系统学等学科。

(2)途径：通过系统设计、调控和技术组装。

(3)目标：修复或重建已破坏的生态环境，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、生态效益和社会效益同步发展的工程体系。

(4)特点：是一类少消耗、高效益、可持续的工程体系。

2．生态工程的基本原理

(1)物质循环再生原理

①核心：生态学中的物质循环原理。

②含义：物质不断地在各类生态系统中进行区域小循环和全球大循环，实现物质的分层、分级利用。

(2)物种多样性原理

①核心：生态学中物种多样性与生态系统稳定性关系的原理。

②含义：物种多样性程度较高的生态系统抵抗力稳定性也较高。

(3)协调与平衡原理

①核心：生态学中生物与环境相适应的原理。

②含义：维持生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。如果超过环境承载力，就会引起系统的失衡和破坏。

(4)整体性原理

①核心：生态学、系统学和经济学相统一的原理。

②含义：生态工程是一个社会——经济——自然复合系统，只有统一协调各种关系，才能保障系统的平衡与稳定。

(5)系统学与工程学原理

①核心：系统学原理的核心是系统学中系统结构决定功能的原理，工程学原理的核心是系统整体性原理。

②含义：进行生态工程的设计时，要充分考虑人工生态系统内部不同成分之间的结构，通过优化这种结构，达到改善系统功能的目的。

[思考回答]

1．如图是“无废弃物农业”物质和能量流动图，简要分析该图所体现的主要生态工程原理是物质循环再生的原因？

提示：通过积极种植能够固氮的豆科植物，以及收集一切可能的有机物质，包括人畜粪便、枯枝落叶、炕土等以及农产品加工过程中的废弃物等，采用堆肥和沤肥等多种方式，把它们转变为有机肥料，施用到农田中，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。即该图所体现的主要生态工程原理是物质循环再生原理。

2．以下几种做法分别能体现的生态工程原理分别是什么？

①林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题；②单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害；③草原确定合理载畜量，不能过度放牧；引种考虑适应环境。

提示：整体性原理、物种多样性原理、协调与平衡原理。

“网络法”理解生态工程概念和相关原理

1．概念

2．原理

◎考法　考查生态工程的原理及应用

[解题指导]  生态工程在农业中的主要技术应用

1．物质的良性循环技术，实现了物质的良性循环和多途径利用，使能量更多地流向对人类有益的部分。

2．洁净可再生新能源的开发技术，废物资源化，以便提高能量转化效率，减少环境污染。

3．种植业和畜牧业合理优化技术，可调整产业结构，以求得最大化的经济效益和生态效应。

1．某地以前是个农业结构单一、生态环境恶劣的地方，现在已经改造成如下的农、林、牧、渔综合发展的农业生态村，据相关资料和所学知识回答下面的问题：

(1)该生态工程建设遵循了____________、____________等原理，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，实现了________效益和________效益的同步发展。

(2)与单一作物的农田相比，该生态系统的自我调节能力较________(“强”或“弱”)。

(3)桑园设计成立体农业，树上养蚕，地面养鸡，这是体现了群落的________结构。

(4)池塘内营养级最高的生物为________，其中鱼和虾的种间关系是________。

解析：(1)生态工程建设的目的就是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；其遵循的基本原理有物质循环再生原理、整体性原理、协调与平衡原理、物种多样性原理等。

(2)该农业生态工程实现了物质和能量的多级利用，其自我调节能力比单一的农业生态系统强。

(3)将桑园设计成立体农业，树上养蚕，地面养鸡，体现了群落的垂直结构。

(4)根据图中食物网分析，鱼和虾处于最高营养级，它们都可以以微藻为食，所以两者之间存在竞争关系，且鱼还可以以虾的幼体为食，说明两者之间还存在捕食关系。

答案：(1)物质循环再生　协调与平衡　经济　生态　(2)强　(3)空间(垂直；垂直结构和水平)　(4)虾、鱼　捕食和竞争

2．英国的一位生态学家曾指出，生态农业必须具备以下条件：①它必须是一个自我维持系统，一切副产品都要再循环，尽量减少损失，提倡使用固氮植物、作物轮作以及正确处理和使用农家肥料等方法来保持土壤肥力。②它必须实行多种经营，种植业用地与畜牧业用地的比例要恰当，这样才能使系统自我维持，并增加农业生态系统的稳定性和生产出最大的生物量。请回答下列问题：

(1)上述条件①强调的是生态农业应遵循____________原理。这是借鉴了____________模式，这种模式的突出特点是___________________________

______________________________________________________________。

(2)上述条件②强调的是________原理和____________原理，这有利于

_________________________________________________________________

______________________________________________________________。

(3)生态农业设计是生态农业建设实施的前提和依据。某研究性课题小组在调查分析当地农业生产实际情况的基础上，设计了一个良性循环的农业生态系统。假如你是该小组的成员，你认为这个设计应包括哪些方面的内容？

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

______________________________________________________________。

解析：本题考查生态工程所遵循的原理以及生态农业的设计要领。(1)条件①通过农家肥料等改善土壤结构，培育土壤微生物，实现土壤养分的循环利用，体现了物质在生态系统中循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。(2)条件②中“多种经营”等体现了生态工程中的物种多样性原理，“种植业用地与畜牧业用地的比例要恰当”等体现了系统的结构决定功能原理。(3)生态农业的设计要考虑合理巧接食物链、物质的循环再生和能量的多级利用、增强生态系统的稳定性等方面。

答案：(1)物质循环再生　无废弃物农业　物质循环利用，无废弃物，无环境污染

(2)物种多样性　系统的结构决定功能　维持系统较高的抵抗力稳定性，优化结构，完善功能，增加生物量的产出

(3)①研究设计合理的食物链组成或合理巧接食物链；②实现生态系统中能量的多级利用；③实现生态系统中物质循环再生或实现可持续发展或实现“原料—产品—原料—产品”的无废弃物生产模式；④设计合理的生态系统营养结构或物质循环和能量流动，提高生态系统的抵抗力稳定性；⑤提高整个系统的总体功能和综合效益；⑥绘制出生态系统的结构模式图；⑦写出设计报告。

考点二| 生态工程的实例

1．我国的生态工程建设

(1)目的：不仅要保护环境和资源，更迫切的是要以有限的资源为基础，生产出更多的产品满足人口增长与社会发展的需要。

(2)研究对象：不仅是自然或人为构造的生态工程，更多是社会—经济—自然的复合生态系统。

2．我国生态工程建设的实例

(1)治污生态工程

①内容：包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊或水源地治理生态工程等。

②涉及方面：固体、液体和有机废弃物的处理，生物肥料的研制、湖区污染的治理、塑料的再生利用等。

③实例：“人工湿地”生态工程：人为建设的利用湿地净化污水的生态工程。

(2)生态恢复工程

①概念：对于受到不同程度干扰或破坏的生态系统的保护、修复和改善。

②首要步骤(第一步)：恢复植被。

③实例：

a．矿山废弃地生态恢复工程：在植被恢复的过程中，要注意选择生长快、抗逆性强的树种，优先选择固氮树种，尽量选择适应性强的乡土树种和先锋树种。

b．林业生态建设：

ⅰ.目标：维护环境与发展经济。

ⅱ.基础：优化土地利用。

ⅲ.依据：发挥水土资源和生物资源的生产潜力。

c．西部的生态治理：西部环境恶化的实质是水土流失。

(3)生态农业工程

①依据：生态学理论。

②前提：环境与经济的协调发展。

③特点：多层次、多功能的农业生产。

④目的：促进物质在系统内的循环和重复使用，以最少的投入获取最大的经济效益和生态效益。

⑤指导思想：保持系统内生态平衡。

⑥实例：留民营村生态农业。

[思考回答]

如图表示我国南方比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请据图回答下列问题：

(1)建立该人工生态系统的目的是什么？

提示：实现对能量的多级利用，提高能量的利用率。

(2)建立该生态系统所遵循的主要原理有哪些？

提示：物质循环再生原理、整体性原理。

农业生态系统的设计原则

1．应当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则。

2．应当能够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，从理论上看应当能够实现良性循环。

◎考向1　考查生态工程实例分析

1．随着“绿水青山就是金山银山”的提出，生态经济的重要性日益增显。综合所学知识，回答下列有关问题：

(1)“无废弃物农业”是我国古代传统农业的辉煌成就之一，这一成就遵循的基本原理是____________原理。生态经济改变了人类能征服自然的错误观念，其所遵循的主要原则是________，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。与传统的工程相比，生态工程的特点是

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(2)“三北防护林”被誉为“世界生态工程之最”，该工程依据的基本原理主要是________________________(答出2条即可)。

(3)湿地生态恢复工程是采用工程和________相结合的方法，使受到干扰的湿地恢复，在湿地的周围还应建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠________机制恢复其生态功能。

解析：(1)“无废弃物农业”实现了土壤中主要元素N、P、K等的循环利用，因此该成就遵循的基本原理是物质循环再生。生态经济所遵循的主要原则是循环经济。实现循环经济最重要的手段之一是生态工程。生态工程建设的目的就是要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，生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续。

(2)在西北、华北、东北风沙危害、水土流失严重的地区，建设大型防护林工程，即带、片、网相结合的“绿色万里长城”。即“三北防护林”，  该工程依据的基本原理主要是物种多样性原理、整体性原理、协调与平衡原理等。

(3)湿地生态恢复工程就是采用工程和生物措施相结合的方法，如退耕还湿地、建立自然保护区，废水处理、土地处理工程，以及植物物种的引进种植。在湿地的周围还应建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，因此恢复其生态功能主要依靠自然演替。

答案：(1)物质循环再生　循环经济　少消耗、多效益、可持续　(2)物种多样性原理、整体性原理、协调与平衡原理(答出两点即可)　(3)生物措施　自然演替

2．(2019·海淀区模拟)如图是我国南方比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请分析回答下列问题：

(1)在不考虑人工投入的情况下，  流经该生态系统的总能量(总初级生产量)是________________________。人们将蚕沙(蚕的粪便)投入鱼塘，被鱼等水生生物食用，蚕沙中所含的能量主要属于第________营养级。

(2)鱼等水生生物的排泄物及未被利用的有机物和底泥，其中一部分经过______________作用后可作为肥料，返回桑基，培育桑树。

(3)建立该人工生态系统的目的是实现对能量的________，提高能量的利用率。与种植单一作物的农田相比。该生态系统的自我调节能力________。

(4)建立该生态系统遵循的原理主要是________________、________________。

解析：(1)粪便中的能量是未被同化的能量，故某一营养级生物粪便中的能量是上一营养级同化的能量。即蚕沙中的能量是生产者同化的能量。(2)有机物经微生物的分解作用可转化为无机物，被植物利用。(3)人工生态系统可以实现对能量的多级利用，从而提高能量的利用率。自我调节能力的强弱取决于生态系统物种的丰富度，该生态系统的生物种类较作物单一的农田生态系统复杂，故该生态系统自我调节能力较强。

答案：(1)生产者(或桑树)通过光合作用固定的太阳能总量　一　(2)分解者(或微生物)的分解　(3)多级(或充分)利用　较强　(4)物质循环再生原理　物种多样性原理

[技法总结]  建设生态工程时应注意两点

1．在进行生态工程建设时，应积极利用自然生态系统的强大自我恢复力，节省投资。

2．生态恢复力有限，不能认为有了生态工程，就可以先污染、破坏，然后再治理。

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2016·浙江自选)某农户建立了小型的“蔬菜—鸡、猪—沼气”系统。请回答：

(1)这一系统属于人工干预下的________生态系统，其生物组成成分包括生产者、消费者和________，在分析该生态系统的经济效益时，除了考虑这三者的投入与产出外，还要考虑________的投入。

(2)在该生态系统中，利用发酵技术产生沼气开发生物能属于________的生态工程。

A．生物多样性保护和持续利用   

B．节水和废水处理与利用

C．山区小流域综合治理与开发

D．洁净及可再生能源系统组合利用

解析：(1)该小型人工系统属于庭院生态系统，其生物组成成分包括生产者、消费者和分解者，在分析该系统的经济效益时，需要综合考虑这三者的投入和产出及劳动者的投入。(2)该生态系统中。利用发酵技术产生沼气开发生物能属于洁净及可再生能源系统组合利用的生态工程。

答案：(1)庭院　分解者　劳动者　(2)D

2．(2014·重庆高考)为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行了公园化建设。

(1)对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如图所示。t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的________转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在________，导致群落中植物物种数增加；t1→t3，人工林抵抗力稳定性的变化是________；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间________加剧。

(2)通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的________________原理。

解析：(1)t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的分解者分解成无机物，使土壤条件得到改善。改造的废弃采石场中的土壤中存在一些种子或其他繁殖体，所以在群落演替过程中植物物种数会增加。t1→t3，由于人工林中的植物物种数增加，所以人工林的自我调节能力逐渐增强，导致人工林的抵抗力稳定性也逐渐增加。在一个群落中，植物之间因光照、土壤中的水分和无机盐等因素而具有竞争关系。(2)生态工程的整体性原理是指进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。

答案：(1)分解者　种子或繁殖体　增强　竞争

(2)整体性(系统论)