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一. 教学内容： 专题五 生态工程
二. 重点和难点 1. 教学重点 生态工程的基本原理，生态工程的实例。 2. 教学难点 生态工程的系统学和工程学原理。应用生态工程的原理，设计简单的生态工程。
三. 具体内容 5.1 生态工程的基本原理 1. 生态工程概念 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和谐发展的工程。 2. 生态工程建设目的： 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。 3. 生态工程的特点：少消耗、多效益、可持续 4. 生态经济： 主要是通过实行“循环经济”原则，使一个系统产生出的污染物，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是生态工程。 5. 生态工程建设的原因及分析 （1）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，达到经济效益和生态效益的同步发展。 （2）传统经济发展模式 ① 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 实例：1998年长江洪水泛滥，根本原因是长江上游乱砍滥伐森林，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；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。 （3）传统农业生产模式——石油农业 ① 石油农业：大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式，由于需要大量石油、煤、天然气等作为原料或动力而得名。 ②“石油农业”生产模式的改进措施 在不同的国家有不同的改进措施。例如，在我国，人多地少，应该大力发展生态农业。实施的具体措施包括：可以根据田间作物的需要适量施用高效、低毒、低残留的农药，多施有机肥，提高作物对水、肥等资源的利用效率，对作物秸秆和畜禽粪便进行再利用，实现物质的多级利用等。一方面要不断提高土地的产出水平；另一方面要减少农业活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。 6. 生态工程原理 ：
7. 相关问题释疑 分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。
桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，能量的流动包含在物质的循环利用过程中，随着食物链的延伸逐级递减。能量的多级利用和物质的循环利用：桑叶喂蚕，蚕产蚕丝；桑树的凋落物和蚕粪落到鱼塘中，作为鱼饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可促进鱼生长；甘蔗可榨糖，糖渣喂猪，猪的排泄物进入鱼塘；鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经微生物的分解，又可作为桑和甘蔗的有机肥料。桑基鱼塘巧妙地利用了很难利用的大片低湿地，发展了多种经营，为农民创造了多种收入的门路，完全符合“无废弃农业”的要求。 为什么我国要大力发展沼气工程？ 21世纪是实现我国农业现代化的关键历史阶段，现代化的农业应该是高效的生态农业。沼气工程把农业生产、农村经济发展和生态环境保护、资源高效利用融为一体，不仅较好地解决了农村的能源来源问题，而且实现了废弃物的再循环利用和资源化，创造了新的生态产业，如沼气设施的建设和维护，促进了以农牧结合为中心的多种经营，从而为农村剩余劳动力提供了就业机会，促进了农村的综合发展。目前沼气工程存在的问题有：北方地区沼气产气在冬天不稳定，需要加热；沼气的一次性投资较大，相当部分的农民财力有困难；对沼气的研究较薄弱，例如，对发酵过程中有关微生物及一些酶的研究。应当加强这方面的研究，以促进沼气工程的推广。 沼气稳定产气必须的条件： （1）沼气池必须密闭。沼气菌群是一大类厌氧细菌，它的整个生命活动（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6 m3的标准池，首次投料大约需要人畜粪便1 500 kg,杂草500 kg,加人2 000 kg的水。料含水比例越高，外加水越少；反之，外加水则越多。 （3）适当的温度、一般8℃以上，沼气菌即可活动，产生微量沼气；20℃-24℃，活动正常；28℃-30℃，最旺盛，产生沼气率最高。 （4）酸碱度。沼气发酵适宜的pH为6. 5-7. 5，最适pH是6.8-7.0. （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。 （5）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。
5.2 生态工程的实例和发展前景 一. 生态工程的实例
二. 生态工程发展的前景 1.“生物圈2号”生态工程的实验及启示 （1）设计目的：制造人工模拟的生命支持系统，以验证人类在离开地球的情况下，利用人工生态工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生存。 （2）组成：密闭的钢架构型＋7种模拟的生态群落区＋两个大气扩张器＋阳光。 （3）失败的原因：温度失调；空气中CO2的含量猛增；O2量减少，不足以维持人及动物的生存。 （4）给人类的启示：认识到人与自然和谐共处的重要性，深化了对自然规律的认识；人类仍然没有能力完全模拟出自然系统。 2. 对我国生态工程发展前景的分析与展望 （1）西方国家发达工程的特点：目的是治理环境污染，集中对破坏的生态系统进行生态恢复，应用范围小，不太强调经济效益。 （2）我国生态工程的特点：不但重视生态环境的保护，更注重与经济、社会效益的结合。 （3）我国生态工程存在的问题：缺乏定量化的指导，难以设计出标准化、易操作的生态工程样板，缺乏理论性指导等。 （4）发展前景：符合国情，有政府支持，得到广泛的应用，随着我国社会、经济的发展，以及可持续发展战略的实施，我国的生态工程一定会展现出广阔的发展前景。
三. 相关问题释疑 1. 什么叫湿地？湿地的作用有哪些？ 目前国际上公认的湿地定义是《湿地公约》做出的，即：湿地系指不问其为天然或人工、长久或暂时之沼泽地、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者包括低潮时水深不超过6米的水域。湿地包括多种类型，沼泽、泥炭地、湿草甸、湖泊、河流及洪泛平原、河口三角洲、滩涂、珊瑚礁、红树林、水库、池塘、水稻田等都属于湿地。湿地被誉为地球的“肾脏”，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。湿地缩小会导致局部气候恶劣、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等。 2. 什么是“四位一体”农业生态工程？ “四位”指沼气池、猪禽舍、厕所及日光温室四部分，是庭院经济与生态农业相结合的一种生产模式。它的运行原理为：日光温室的增温效应可使蔬菜等作物在冬天也能正常生长；同时也使猪禽免受严寒而快速生长；温室内的植物为动物提供氧气，同时吸收二氧化碳；人、猪、禽的粪尿及蔬菜废弃物和秸秆等物质投入沼气池产气，同时温室的高温也提高了沼气在冬天的产气稳定性；沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于减少蔬菜的病虫害，提高蔬菜的产量和质量。“四位一体”充分应用了物质循环和生物多样性等原理，提高了单位土地面积的产出，同时减少了环境污染，大大提高了农业的综合效益。“四位一体”的物质循环见下图。
【典型例题】 [例1] 下列不属于生态工程建设目的的是（ ） A. 对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善 B. 防止环境污染 C. 单纯追求粮食产量 D. 促进人类社会和自然环境的和谐发展 答案：C 解析：根据生态工程的概念可知，防止环境污染，时造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，促进人类社会和自然环境的和谐发展都是生态工程建设的目的。只有C项不正确，单纯追求旅食产童有可能影响整个生态系统的和谐发展。
[例2] 根据以下材料回答问题： 据国家林业局发布的一项调查表明，我国已经成为受荒漠化危害最为严重的国家之一。目前，全国四分之一以上的田地荒漠化，每年因荒漠化造成的直接经济损失达540亿元，因此在实施西部大开发过程中，要切实搞好生态环境的保护和建设，大力开展植树种草、治理水土流失、防治沙漠化等活动。 （1）从生态因素分析，改善西部地区生态环境必须首先解决的非生物因素是 （2）“退耕还林（还草）”所依据的主要生态工程原理是 ；其目的是提高生态系统的 。 （3）保护环境、保持生态系统稳定性的关键是保护森林.近年来，首都北京等地频繁出现了“沙尘攀”，源头主要来自黄土高原和内蒙古地区。这说明森林等植被在 等方面起重要作用；另外我国在西北植树造林方面依据生态工程的 原理，要注意树种不要过于单一。 答案：（1）水（2）物种多样性原理 自动调节能力 （3）防风固沙、保持水土、涵养水源 生态适应性 解析：本题考查了决定生物的生态因素之一：非生物因素—水；联系西北地区特定的地理条件得出。还考查了生态工程建设中物种多样性原理的应用，“退耕还林（还草）”提高了物种多样性的同时，植被具有的特殊生态功能：防风固沙、保持水土、涵养水源等功能随之体现，改善了西北气候，进而形成良性循环。
[例3] 窦店农村综合发展生态工程作为我国农村生态工程的样板在全国推广，这是由于该生态工程（ ） A. 以实施沼气工程为中心 B. 建立了良好的物质多级循环利用程序 C. 创造了较多的劳动力就业机会 D. 最早推出“无公害蔬菜” 解析：窦店村的生态工程建设，既有专家指导，又有传统农业的影响和农民的创新，它适合当地经济发展的实际，不是空中楼阁。实施沼气工程是整个生态工程的中心工程，使多个生产和生活环节产生的废物被充分利用，实现物质的多级循环利用，效益好又无污染。因此，实施沼气工程是手段，实现物质多级循环利用是目标，有良好的经济效益、社会效益和生态效益是必然结果。作为样板推广，选个生态工程有科学的操作原理是根本。 答案：B
[例4] 下列关于湿地生态恢复工程的叙述错误的是（ ） A. 该工程采用工程和生物措施相结合的方法 B. 要建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰 C. 对湿地的恢复，只注意退耕还湿地或建立自然保护区就可以 D. 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 答案：C 解析：湿地生态恢复工程也是一个综合性的工程，需要多种措施相结合，如控制污染、引进动植物物种、建立缓冲带等。还要依靠自然演替机制恢复其生态功能，不是简单地依靠生物工程手段，如退耕还湿地或建立自然保护区就可以的。
[例5] “生物圈2号”实验失败的直接原因主要是（ ） ① 温度失调 ② CO2含量增高 ③ O2含量减少 ④ 生物群落不全 A. ①② B. ②③ C. ①②③ D. ①②③④ 答案：C 解析：审题时注意题目所说的是“直接原因”。“生物圈2号”失败的直接原因有温度失调、大气和海洋比例失调CO2含量猛增、O2含量减少、多种动物灭绝等。
[例6] 下列关于我国生态工程与西方国家生态工程的比较，正确的是（ ） ① 西方国家的生态工程以治理环境污染和恢复破坏的生态系统为主要目标，我国的生态工程则以经济和社会效益为主要目标 ② 西方国家的生态工程应用范围比我国小 ③ 我国的生态工程难以像西方那样，设计出标准化、易操作的生态工程样板 A. ①②③ B. ② C. ③ D. ②③ 答案：D 解析：发达国家的生态工程重点在恢复，不那么强调经济效益。我国不但要重视经济、社会效益，也要注意对生态环境的保护。
【模拟试题】 1. 据农业部最新统计，目前入侵我国的外来物种已达400多种，全球100种最有威胁的外来生物中，我国已有50余种，成为遭受外来入侵生物危害最严重的国家之一。下列关于生物入侵的叙述中，不正确的是（ ） ① 生物入侵使我国生物多样性受到严重威胁 ② 生物入侵是生态系统成分和营养结构复杂，抵抗力稳定性增强 ③ 生物入侵会打破生态系统生物间的制约关系，破坏生态系统的稳态 ④ 生物入侵加剧了生存斗争，有利于生物进化 A. ①③ B. ②④ C. ①④ D. ②③ 2. 中国政府的态度是禁止生殖性克隆人不接受任何生殖性克隆人的实验，原因是（ ） A. 大多数人对克隆人的研究持否定态度 B. 克隆人不是正常的个体 C. 克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念 D. 克隆人的技术性问题无法得到解决 3. 下列哪项是反对克隆人的生物学家的观点（ ） A. 克隆技术尚不成熟，克隆人很可能孕育出有严重生理缺陷的孩子 B. 可以通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法弥补技术的不足 C. 克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念 D. 不能迁就于人的道德观念，道德观念是可以改变的 4. 为解决不孕夫妇的生育问题而诞生的试管婴儿与“设计试管婴儿”的区别是（ ） A. 根据愿望设计婴儿性别 B. 根据愿望生育一个婴儿 C. 根据需要取用婴儿的造血干细胞 D. 根据需要取用婴儿的器官 5. 肉毒杆菌毒素能作用于人体神经系统而使肌肉麻痹，甚至使人死亡。这种毒素的具体作用是（ ） A. 阻滞神经末梢释放乙酰胆碱 B. 促进神经末梢释放过量的乙酰胆碱 C. 直接作用于肌细胞，破坏细胞结构 D. 影响肌细胞的呼吸，引起供能不足 6. 蜡状杆菌可以被改造成像炭疽杆菌一样的致病菌，通常用的方法是（ ） A. 转基因技术 B. 克隆技术 C. 细胞杂交 D. 分子杂交 7. 某些地区出现“前面造林，后面砍林”的现象，是因为发展中哪一原理失调造成的（ ） A. 协调与平衡原理 B. 整体性原理 C. 系统结构决定功能原理 D. 系统整体性原理 8. 生物数量超过了环境的承载力后，就会破坏生态工程的哪一原理（ ） A. 整体性原理 B. 系统性原理 C. 协调与平衡原理 D. 工程学原理 9. 协调平衡原理主要是指（ ） A. 生物与环境的适应及环境对生物的承载力 B. 系统各组分之间要有适当的比例关系 C. 自然系统、经济系统、社会系统协调统一 D. 物质循环和能量流动协调统一 10. 下列关于小流域综合治理生态工程的叙述，错误的是（ ） A. 该工程的主要目的是治理小流域的水土流失问题 B. 该生态工程运用了整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理以及工程学原理 C. 该生态工程针对不同的地形采取不同的措施 D. 该生态工程做到了经济效益与生态效益的统一 11. 在矿区生态环境的恢复工程中，关键的措施是（ ） A. 人工制造表土 B. 特殊隔离 C. 土壤侵蚀控制 D. 植被恢复 12. 下列关于“生物圈2号”实验的叙述错误的是（ ） A. 建立“生物圈2号”的目的是制造一个人工模拟的生命支持系统 B. “生物圈2号”中设置了生产者、消费者、分解者三大功能类群 C. “生物圈2号”完全模拟地球条件 D. “生物圈2号”实验的失败，使人们认识到与自然和谐共处的重要性 13. 珠江三角洲的农民充分利用自然条件，建立该地特有的农业生态系统的良性循环模式：蔗基、鱼塘和桑基、鱼塘。下图是蔗基、鱼塘和桑基、鱼塘的模式图，据图回答下列问题：
（1）这种人工生态系统最基本的生物因素是_________。要使它长期稳定发展，除了有稳定的_________来源，各类生物要 。 （2）建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量 ； （3）蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过 的作用，释放出_________被植物利用。 （4）概括地说，该生态系统功能的维持取决于 。 （5）该生态系统把桑基鱼塘与蔗基鱼塘有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循 原理。 14. 冬季的温室大棚蔬菜因长期与外界隔绝，会因为CO2缺乏而造成生长缓慢。在大棚中适量增加CO2浓度，既可以保温，又可以促进植物生长和高产。因此CO2被称为气体肥料。下列是某科技人员利用植物秸秆（废弃的根、茎、叶）加入人畜粪尿发酵，不使用化肥，设计出的一个使CO2循环应用于大棚的种植系统。据图回答下列问题：
（1）请在系统中的空白方框内填入适当的内容。 ① ，② ，③ 。 （2）在密闭发酵前，必须将植物秸秆与粪尿充分混合。用于产生沼气的甲烷杆菌直接来自 （也可人为加入菌种）。甲烷杆菌的代谢类型是 。 （3）白天适当提高棚温有利于光合作用 反应的进行。 （4）在该生态系统中，没有采用燃烧的方法来处理植物秸秆，这样做有哪两方面的意义。 ① ；② 。
 【试题答案】 1—5 BCABA 6—10 ABCBB 11—12 DC 13.（1）生产者和分解者 能量 保持相对稳定 （2）流向对人类最有益的部分 （3）分解者 矿质离子 （4）生产者、消费者和分解者之间的物质循环和能量流动在较长时间保持动态平衡（5）系统的结构决定功能的原理 14.（1）CO2 甲烷 气体肥料（2）土壤和粪便 异养厌氧（3）暗 （4）①使生态系统中的能量尽量多地流向对人类有益的部分；②减轻对环境的污染 |
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