4-3 生态工程【教学设计】生物选择性必修2 生物与环境

生物选择性必修2 生物与环境【教学设计】
第3节　生态工程
[学习目标]
1.举例说明根据生态学原理、采用系统工程的方法和技术,达到资源多层次和循环利用的目的,使特定区域中的人和自然环境均受益。
2.形成“环境保护需要从我做起”的意识。
3.通过对生态农业、生态修复的分析,树立物质与能量的生命观念,形成保护环境、人与环境和谐相处的社会责任感。
【课件自主预习】
一、生态工程的基本原理
1.生态工程
(1)概念:是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法,对人工生态系统进行分析、设计和调控,或对已被破坏的生态环境进行修复、重建,从而提高生态系统的生产力或改善生态环境,促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。
(2)目的:遵循生态学规律,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)优点:与传统的工程相比,生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。
2.生态工程所遵循的基本原理
(1)自生
①由生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持就是系统的自生。
②遵循自生原理,需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设。一般而言,应尽量提高生物多样性程度,利用种群之间互利共存关系,构建复合的群落,这样即便某个种群消亡,其他种群也能弥补上来,从而有助于生态系统维持自生能力。
③要维持系统的自生,就需要创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖,以及它们形成互利共存关系的条件。
(2)循环
循环是指在生态工程中促进系统的物质迁移与转化,既保证各个环节的物质迁移顺畅,也保证主要物质或元素的转化率较高。
(3)协调
在进行生态工程建设时,需要考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡,需要考虑环境容纳量。
(4)整体
①几乎每个生态工程都是具有多组分、复杂结构及综合功能的系统,这样的复杂系统建设必须以整体观为指导。自然生态系统是通过生物与环境、生物与生物之间的协同进化而形成的一个不可分割的有机整体。
②遵循整体原理,首先要遵从自然生态系统的规律,各组分之间要有适当的比例,不同组分之间应构成有序的结构,通过改变和优化结构,达到改善系统功能的目的。
③人类处在一个社会—经济—自然复合而成的巨大系统中。进行生态工程建设时,不仅要考虑自然生态系统的规律,更要考虑经济和社会等系统的影响力。
④社会习惯、法律制度等也对生态工程建设有着重要影响。
二、生态工程的实例和发展前景
(一)生态工程的实例
1.农村综合发展型生态工程
(1)问题:农村人口多,人多地少,产出不足。
(2)对策:建立农村综合发展型生态工程,实现物质的多级循环利用。
(3)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
工程。
2.湿地生态恢复工程
(1)湿地作用:具有蓄洪防旱,调节区域气候,控制土壤侵蚀,自然净化污水,为迁飞鸟类和多种动植物提供栖息地,为人们提供休闲娱乐的环境等功能。
(2)问题:人们对湿地进行排水和围垦已经破坏了地球上80%的湿地
资源。
(3)对策
①采用工程学和生态学措施相结合的方法,使受到干扰的湿地得以恢复。
②在湿地周围建立缓冲带,以减少人类的干扰,使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。
(4)案例:厦门筼筜湖生态恢复。
3.矿区废弃地的生态恢复工程
(1)问题:矿藏开采后,往往会造成山体、土壤和植被乃至整个地区生态系统的破坏。
(2)对策:人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等,其中关键在于植被恢复,以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。
(3)案例:赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。
(二)生态工程的发展前景
1.在肯定生态工程的作用,特别是看到它在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时,不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量,更不能误认为只要有了生态工程,就可以走“先污染、破坏,后治理”的老路。
2.我国的生态工程还有一些不足之处,如缺乏定量化模型的指导,难以像“精确农业”那样设计出标准化、易操作的生态工程样板。此外,有些设计缺乏高科技含量,生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持,缺乏理论性指导等。
3.我国目前面临的生态危机,已经不单纯是环境污染问题,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“并发症”。解决这些问题,不但要重视对生态环境的保护,更要注重与经济、社会效益的结合,需要生态工程发挥作用。
4.党的十九大报告中,首次把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标,对生态文明建设提出了一系列新思想、新目标、新要求和新部署,为建设美丽中国提供了指导方针和行动指南。
【预习检测】
1.判断下面有关生态工程的基本原理说法的正误。
(1)“无废弃物农业”遵循的是协调原理。(　×　)
提示:“无废弃物农业”遵循的是循环的原理。
(2)在建设高新农业时,沼气池的建立遵循循环原理。(　√　)
(3)根据协调原理,一个生态系统中种群的数量不应超过环境容纳量。(　√　)
2.判断下面有关生态工程的实例和发展前景说法的正误。
(1)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。(　√　)
(2)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。(　√　)
(3)退耕还林还草、植树造林等是农村综合发展型生态工程的主要对策。(　×　)
提示:实现物质的多级循环利用是农村综合发展型生态工程的主要对策。
(4)有了生态工程,就可以走发达国家“先污染、破坏,后治理”的老路。(　×　)
提示:即使有了生态工程的运用,也不能走“先污染、破坏,后治理”的老路。
【课堂互动探究】
探究点一　生态工程的基本原理
[情境] 珠江三角洲的农民充分利用自然条件,建立了当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。
[思考] (1)建立这一生态系统的目的是什么
提示:使生产者固定的能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
(2)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,由此可见,该生态系统遵循的主要生态原理是什么
提示:协调原理和整体原理。
(3)一般来说,生态工程的主要任务是什么
提示:对人工生态系统进行分析、设计和调控,或对已被破坏的生态环境进行修复、重建,从而提高生态系统的生产力或改善生态环境,促进人类社会与自然环境和谐发展。
(4)与农业生态系统相比较,自然生态系统的抵抗力稳定性通常较高,主要原因是什么
提示:自然生态系统组分多,食物网复杂,自我调节能力强,抵抗力稳定性通常较高。
(5)当桑叶价格高,卖桑叶比卖鱼更合算时,当地农民会将蚕沙用作桑树的肥料,而不是喂鱼。由此可以看出,生态工程除了考虑生态学、工程学原理,还需要关注什么
提示:生态工程需要根据工程的目的,以及当地自然、社会和经济的情况,从系统的不同角度综合考虑问题。因此,不但要考虑生态学原理,而且要考虑经济和社会的实际状况,通过系统学、工程学的设计,在充分利用自然的基础上,考虑节省投资和维护成本,提供务实、可持续的解决方案。
[深度思考] 如何科学规划和管理桑基鱼塘
提示:应研究生态系统的物质循环、能量流动以及信息传递,按照规律调整各种生物的比例,获得最佳经济效益。
[应用] 生态系统内即使某个物种由于某种原因而死亡,也会很快有其他物种占据它原来的生态位置,从而避免了系统结构或功能的失衡。这体现了生态工程的原理是(　B　)
A.循环原理 B.自生原理
C.协调原理 D.整体原理
解析:生态系统内即使某个物种由于某种原因而死亡,也会很快有其他物种占据它原来的生态位置,从而避免了系统结构或功能的失衡。可见,物种繁多复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性,体现了生态工程的自生原理。A、C、D错误,B正确。
探究点二　生态工程的实例
[情境] 建设社会主义新农村的关键是构建和谐社会,发展生态农业,走可持续发展之路。下图为某地一生态工程建设模式图。
[思考] (1)该生态工程遵循了循环原理,请以沼气站为例说明生态工程的意义。
提示:沼气站的建立在有效地解决农村燃料问题的同时,还可以节省林木、保护植被、减轻环境污染。此外,沼渣可用作畜禽饲料和农作物肥料。
(2)该生态工程模式的最大优点是什么
提示:实现能量和物质的分层次多级利用(或提高物质和能量的利用率),减少环境污染。
(3)该生态工程中,处于第二营养级的生物有哪些 在生态系统中有什么作用
提示:鸡、奶牛、鱼、猪、人。加快了生态系统的物质循环。
(4)进行生态工程建设时,要处理好生态与环境的协调与平衡,需要考虑生态承载力,这是为什么
提示:若超过生态系统相应的限度,会引起系统的失衡与破坏。
(5)从环境保护的角度分析,该生态工程能生产出无公害蔬菜的原因是什么 如果养鸡场与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量,请从细胞代谢的角度分析,其原因是什么
提示:不使用化肥和农药等对人体有害的物质,减轻了环境污染。呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用,提高光合作用强度。
(6)有同学认为该模式图能大大提高能量传递效率,这种认识对吗 为什么
提示:不对。该设计通过“沼气站”这一环节大大提
高了能量利用率,而不是提高了能量传递效率。
[深度思考] 在矿区废弃地的生态恢复工程案例中,恢复植被的措施是植树和种草,为什么不是种植农作物
提示:矿区土壤条件恶劣,不适宜农作物的生长,因此代之以适应性强,耐旱的灌木、草和树等。
[应用] 随着“绿水青山就是金山银山”理念的提出,生态经济的重要性日益增显。下列有关叙述错误的是(　B　)
A.生态经济所遵循的主要原则是循环经济
B.生态工程的特点是少消耗、低效益、可持续
C.“无废弃物农业”遵循的基本原理是循环原理
D.在湿地的周围建立缓冲带可使湿地依靠自然演替机制恢复其生态功能
解析:生态经济的主要原则是循环经济;生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系;“无废弃物农业”主要是变废为宝,基本原理是物质循环再生;湿地周围的缓冲带有利于其恢复生态功能。
课堂小结
完善概念图 记忆节节清
1.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,对人工生态系统进行分析、设计和调控,或对已被破坏的生态环境进行修复、重建,从而提高生态系统的生产力或改善生态环境,促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。 2.原理:自生、循环、协调、整体。 3.生态工程发展的前景:党的十九大报告中首次把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标,对生态文明建设提出了一系列新思想、新目标、新要求和新部署。
随堂反馈
1.判断下列关于生态工程的说法是否正确。
(1)生态工程以充分利用环境和资源为前提,生产出更多的产品。(　×　)
(2)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。(　√　)
(3)排石整地,改良优化土壤适合用于矿区生态环境恢复。(　√　)
(4)我国还属于发展中国家,在与生态工程建设发生冲突时,应把经济建设放在首位。(　×　)
2.下列生态工程案例与最主要运用的原理对应正确的是(　A　)
A.“无废弃物农业”——循环原理
B.“前面造林,后面砍林”——自生原理
C.“农作物间种、套种”——整体原理
D.“太湖富营养化”——协调原理
解析:“无废弃物农业”使物质能在生态系统中循环往复,分层分级利用,遵循了循环原理;“前面造林,后面砍林”是没有利用整体原理的后果;“农作物的间种、套种”遵循了自生原理;“太湖富营养化”是违反了协调原理的结果。
3.如图是桑基鱼塘生产模式图,下列有关桑基鱼塘的说法中正确的是(　C　)
A.实现了物质和能量的良性循环
B.提高了营养级之间的能量传递效率
C.需要不断得到外部的能量补给
D.其中鱼的摄入量来自蚕和猪的同化量
解析:生态系统的能量流动是单向的,即能量不能循环利用;桑基鱼塘提高了能量的利用率,但是不能提高营养级之间的能量传递效率;能量流动是单向流动、逐级递减的,所以需要不断得到外部的能量补给;鱼的摄入量来自蚕和猪的粪便,而粪便不属于蚕和猪的同化量,均为生产者同化量的一部分。
4.(不定项选择)如图所示为某人工生态系统,下列相关叙述正确的是(　BCD　)
A.该生态系统由于饲养猪、鸡延长了食物链,最终使人获得的能量
减少
B.蝇蛆和蚯蚓是该生态系统的分解者,可促进该生态系统中物质循环
C.合理使用农家肥在提高土壤肥力的同时增加大气中CO2浓度,利于葡萄和蔬菜增产
D.该生态系统遵循了循环原理
解析:饲养猪、鸡延长了食物链,但能将葡萄、蔬菜中人未利用的部分能量再利用,提高了能量的利用率,人获得的能量增多。
5.回答下列与生态工程有关的问题。
(1)一般来说,生态工程的重要任务是对　　　　　　　　　　进行修复、重建,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。
(2)生态工程所遵循的基本原理有循环、协调、　　　　　　、　　　　　　等。人畜粪便用于农作物的生产主要符合　　　　　　原理。
(3)“猪—沼—果”是我国一种常见的生态农业模式,以沼气为纽带,带动畜牧业、林果业等相关农业产业共同发展。该生态农业中的所有生物共同组成了　　　　　　(填“生态系统”“群落”或“种群”);该生态农业模式能实现能量的　　　　　　　　　。
解析:(2)生态工程所遵循的基本原理有整体、协调、循环、自生等。(3)群落是同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合,生态农业中所有的生物共同组成了群落,该农业模式对废弃物再利用,实现了能量的多级利用。
答案:(1)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)
(2)整体　自生　循环　(3)群落　多级利用