新人教版学高中专题生态工程的实例和发展前景教案选修生物

学习目标：１．举例说出生态工程的实例。（重点）２．说出生态工程的局限性，举例说出我国生态工程的特点。（重、难点）３．尝试设计简单的生态工程。（难点）

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：北京窦店村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。

２．小流域综合治理生态工程

（１）问题：河流各级支流的集水区域，水土流失严重。

（２）对策

１生态工程原理：整体原理、协调与平衡原理以及工程学等原理。

２措施：通过保土蓄水、耕作措施、林草措施等工程和生物措施，层层设防来控制土壤侵蚀。

（３）案例：我国甘肃陇南地区“九子登科”的治理模式。

３．大区域生态系统恢复工程

（１）问题及原因。

１问题：土地荒漠化严重。

２原因：过度樵采（３２%），过度放牧（３0%），盲目开垦（２7%），不合理利用水资源（9．6%），其他（１．４%）。

（２）对策：森林或草原的植被恢复、水土保持等。

（３）案例：“三北”防护林生态工程。

４．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。

（２）问题：湿地的缩小和破坏问题。

（３）对策

１采用工程和生物措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复。

２在湿地周围建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。

（４）案例：鄱阳湖的生态恢复工程。

５．矿区废弃地的生态恢复工程

（１）问题：土体、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：我国赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。

6．城市环境生态工程

（１）问题：固体废弃物污染、大气污染、噪声污染等方面。

（２）对策：用生态工程的方法对城市环境进行综合治理。

１在城市规划和布局方面，要进行城市生态分区，合理分布工业区、居住区、生态绿地等。

２推广“环境友好技术”和低污染清洁生产工艺，以减少污染的产出。

３采用各种手段治理污染，进行废弃物的资源化利用。

４建立健全法制进行监督。

（３）案例：张家港、大连、厦门等环境保护模范城市。

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：制造一个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）失败原因：温度失调，以及“大气和海洋”比例与地球相差甚远，导致空气中CO２的含量猛增；O２量减少，不足以维持人及动物的生存。

（３）启示：使人们认识到与自然和谐共处的重要性，深化了对自然规律的认识，尽管科学技术已经很发达了，但人类仍然没有能力去完全模拟出自然生态系统。

２．对我国生态工程发展前景的分析与展望

（１）我国生态工程建设的特点：重视对生态环境的保护，注重与经济、社会效益的结合。

（２）我国生态工程存在的问题：

１难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。

２设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。

１．判断对错（正确的打“√”，错误的打“×”）

（１）生态农业建设时巧设、增设食物链可能使食物链延长，消耗能量的环节增多，降低能量利用率。

（）

（２）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。（）（３）退耕还林还草、植树造林等是小流域综合治理生态工程的主要对策。（）

（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落的重建。（）（５）依据协调与平衡原理，进行引种工程时，应考虑被引物种与环境的关系。（）（6）设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是追求经济效益的最大化。（）提示：（１）×生态农业建设时巧设、增设食物链使能量得以多级利用，从而提高了能量利用率。

（２）√

（３）×退耕还林还草，植树造林等是大区域生态系统恢复工程的主要对策。

（４）√（５）√

（6）×设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是充分考虑经济、社会和生态的综合效益。

２．下列关于生态工程建设的叙述正确的是（）

Ａ．窦店村综合发展型生态工程是一个样板，各地可以照搬

Ｂ．在进行生态工程建设时，应根据实际，因地制宜

Ｃ．不同的生态工程体现的原理完全相同

Ｄ．生态工程建设目的只在于恢复生态

B [生态工程建设时一定要根据实际，因地制宜，不能照搬一个模式；不同的生态工程应用的原理不一定相同；生态工程建设的目的除了恢复生态，还要实现经济效益、社会效益和生态效益的全面提高。]

３．如图为生态养猪模式。从图中可知该生态工程属于（）

Ａ．物质循环利用的生态工程

Ｂ．山区小流域综合治理与开发的生态工程

Ｃ．节水和废水处理与应用的生态工程

Ｄ．清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程

C [从题图中看出，该生态工程实现了废水的循环利用。]

生态工程的实例

[思考交流]

１．结合教材P１１8～１２0大区域生态系统恢复工程以及地理学知识，思考国家为什么投入巨大的人力和物力兴建“三北”防护林工程。

提示：“三北”防护林跨越我国１３个省５５１个县，对我国具有重要的意义：生态环境的质量关系到这一地区人们的生产和生活问题，对维护社会稳定具有重要意义；更重要的是，这一地区的生态环境关系到下游地区人们的生产、生活和经济发展，如黄河上游的水土流失容易导致下游地区的洪水泛滥，而危害巨大的沙尘暴的发生也与这一地区的土地沙漠化关系密切。

２．为什么说“退耕还湖”是一项巨大的系统工程？实施这一工程面临的主要困难是什么？

提示：退耕还湖不仅包括退耕地为湖区，还包括退耕后湖区上游以及湖区周围的生态环境保护工作；更重要的是原耕地上居民的迁移，解决迁出居民的生活和就业等问题，是退耕还湖工程面临的主要困难。

３．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？怎样合理地筹划养殖肉牛的数量？

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。合理地筹划养殖肉牛的数量，首先要考虑到牧草的产量，以草定畜；从外地调运饲料要考虑饲养成本；更重要

的是要考虑到土地对粪肥的承载力，以及对粪肥的加工或利用情况，要保持在承载力范围以内，以免养殖规模过大，粪肥数量巨大而造成新的污染。

[归纳总结]

１．实例

（１）农村综合发展型生态工程：核心是沼气工程，优点是开发可更新资源，减少环境污染。

（２）小流域综合治理生态工程：“综合”表明在同时考虑到生态效益和经济效益，不同气候带、不同自然条件和不同经济发展水平的地区，各具特色。

（３）大区域生态系统恢复工程：

１考虑树种生态适应性问题，种植适宜品种；２考虑树种多样性，保证防护林体系稳定性。

（４）湿地生态恢复工程：

１主要措施：退耕还湖；２主要困难：解决迁出湖区居民的生计问题。

（５）矿区废弃地的生态恢复工程：

１种植耐旱的灌木、草和树；２确定合理载牧量；３改良表土。

（6）城市环境生态工程：

１解决大气污染措施：禁止使用有铅汽油；２水污染：减少或禁止污水排放，进行污水净化。

特别提醒：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生态系统的恢复力有限，不能认为有了生态工程，就可以走发达国家“先污染、破坏，后治理”的老路。

１．农村综合发展型生态工程的优点包括（）

１物质和能量的多级利用２物质循环再生３废物资源化４生物相互依存，体现了整体性５做到了生态、经济和社会效益三结合

Ａ．１２３４Ｂ．２３４５

Ｃ．１２４５Ｄ．１２３４５

D [农村综合发展型生态工程是在怎样实现物质的多级循环利用，用有限资源，取得经济、社会、生态效益全面提高的背景下提出和发展出的生态工程，典型代表是北京郊区窦店村的以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程。农村综合发展型生态工程实现了物质和能量的综合利用，物质循环再生实现了废物的资源化，各种生物资源相互依存，把生态效益、经济效益和社会效益紧密地结合为一个整体。]２．柴静的纪录片《穹顶之上》引起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，这再次使人们关注生态环境与生态经济问题，生态工程的建设已经成为社会关注的热点。如图为某地一生态工程建设模式图，请据图回答有关问题：

（１）从能量流动的意义分析，该生态工程实现了___________

_____________________________________________________。

（２）该生态工程借鉴了“无废弃物农业”，其主要体现了生态工程的________________原理，与此密切相关的主要生物类群在生态系统的组成成分中属于________。

（３）在进行生态工程建设时，要根据当地的实际条件，因地制宜地进行，在矿区废弃地的生态恢复工程中，恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？__________________________ _____________________________________________________。

[解析] （１）该生态工程实现了物质和能量的多级利用。从能量流动的意义分析，该生态工程实现了能量的多级利用，提高了能量的利用率。（２）图中生态工程主要是借鉴了“无废弃物农业”，主要体现了生态工程物质循环再生原理，与此密切相关的生物为腐生细菌和真菌等分解者。（３）矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长，因此恢复植被的措施是植树和种草，而不是种植农作物。

[答案] （１）能量的多级利用，提高了能量的利用率（２）物质循环再生分解者（３）矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长

生态工程发展的背景

[思考交流]

阅读教材有关“生物圈２号”生态工程的实验内容，思考下列问题。

１．请解释一下“生物圈２号”的名称由来。

提示：因为地球本身被称作“生物圈１号”而得名。

２．建造“生物圈２号”目的是什么？

提示：制造一个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。

３．“生物圈２号”与外界有何联系？

提示：（１）物质上：与外界隔绝；（２）信息上：可以通过电力传输、电信和计算机同外界相连；（３）能量上：只允许太阳能通过玻璃射入。

４．“生物圈２号”失败的原因是什么？

主要是温度失调，以及“大气和海洋”比例与地球相差甚远，导致空气中CO２的含量猛增，O２量减少，不足以维持人及动物的生存。

５．我国目前的生态危机有哪些？

提示：我国的生态危机不是单纯的环境污染问题，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”。

6．我国生态工程发展目前还有哪些不足之处？

提示：（１）难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。（２）设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导。

[归纳总结]

１．“生物圈２号”生态工程的实验及启示

（１）设计目的：制造一个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）性质：是一座微型的人工生态循环系统。

（３）与外界的联系：通过电力传输、电信和计算机同外界联系，太阳光通过玻璃不断地射入。

（４）实验结果及原因：实验以失败而告终。其主要原因是温度失调；“大气和海洋”的比例与地球相差甚远，生物呼吸释放的CO２超过了植物和海洋的固定能力，导致空气中CO２的含量猛增；O２量减少，不足以维持人及动物的生存。

（５）启示：使人们认识到与自然和谐共处的重要性，深化了人们对自然规律的认识，即自然界给人类提供的生命支持服务是无价之宝。迄今为止，尽管科学技术已经如此发达了，但是人类仍没有能力去完全模拟出自然生态系统。

２．对我国生态工程发展前景的分析与展望

（１）西方国家的生态工程除了治理环境污染的目标之外，主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中于对破坏的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行生态恢复。总体来看，发达国家的生态工程的应用范围比我国的小，也不那么强调经济效益。

（２）我国生态工程发展分析

１现状：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”。

２解决办法：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。

３我国农业生态工程的优点：遵循“整体、协调、再生、循环”的基本原理，吸收了传统农业的精华，适合中国农业和农村的特点，具有强大的生命力。

４我国的生态工程的缺点：缺乏定量化模型的指导，设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。

５我国的生态工程的前景：随着我国社会、经济的发展，以及可持续发展战略的实施，发展前景广阔。

特别提醒：中国和西方国家生态工程建设的差异

（１）西方国家的生态工程除了治理环境污染的目标之外，主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中于对破坏的生态系统进行生态恢复。

（２）我国的生态工程建设不但重视对生态环境的保护，更注重与经济和社会效益的结合。

１．“生物圈２号”生态工程的失败给人类带来了深刻的经验教训，下列说法错误的是（）A．使人们认识到与自然和谐共处的重要性

B．使人们认识到自然界给人类提供的生命支持服务是无价之宝

C．随着科技的发展进步，人类已经可以完全模拟出自然生态系统

D．人类目前还没有能力去完全模拟出自然生态系统

C [“生物圈２号”生态工程的失败，使人们认识到与自然和谐共处的重要性，自然界给人类提供的生命支持服务是无价之宝。迄今为止，人们仍然没有能力去完全模拟出自然生态系统。]２．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的小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．１２３Ｂ．２Ｃ．３Ｄ．２３

D [西方国家的生态工程与我国的生态工程强调的重点不同。西方国家的生态工程除了治理环境污染的目标外，主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中于对破坏的生态系统进行生态恢复；我国的生态工程走有中国特色的道路，即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。总体来看，西方国家的生态工程的应用范围比我国的小，不太强调经济效益。不过，目前我国的生态工程还有一些不足之处，如缺乏定量化模型指导，难以设计出标准化、易操作的生态工程样板等。] [课堂小结]

知识网络构建核心语句归纳

１．农村综合发展型生态工程所遵循的原理主要是物

质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理、系

统学和工程学原理等。

２．小流域综合治理生态工程所遵循的主要原理是协

调与平衡原理、整体性原理以及工程学原理等。

３．大区域生态系统恢复工程所遵循的主要原理是物

种多样性原理、整体性原理和协调平衡原理。

４．湿地生态恢复工程所遵循的原理主要是物种多样

性原理、协调与平衡原理及整体性原理等。

５．矿区废弃地的生态恢复工程所遵循的原理主要是

协调与平衡原理、整体性原理及系统学和工程学原理。

6．城市环境生态工程所遵循的主要原理是物质循环再

生原理、整体性原理等。

１．下列实例与主要体现的生态工程基本原理，匹配最恰当的是（）

Ａ．中国传统农业——物种多样性原理

Ｂ．在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁——物质循环再生原理

Ｃ．太湖中水葫芦泛滥——协调与平衡原理

Ｄ．水乡的桑基鱼塘——整体性原理

C [中国传统农业主要体现了物质循环再生原理，A项错误；在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁，主要体现了物种多样性原理，B项错误；太湖中水葫芦泛滥主要体现了协调与平衡原理，C项正确；水乡的桑基鱼塘主要体现了物质循环再生原理，D项错误。]

２．“生物圈２号”实验失败的直接原因主要是（）

１温度失调２CO２含量增高

３O２含量减少４生物群落不全

Ａ．１２Ｂ．２３

Ｃ．１２３Ｄ．１２３４

C [审题时注意题目所说的是“直接原因”。“生物圈２号”实验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。]

３．下列生态系统对于蓄洪防旱、自然净化污水具有非常重要的作用的是（）

Ａ．小流域综合治理生态工程

Ｂ．湿地生态系统

Ｃ．草原生态系统

Ｄ．森林生态系统

B [湿地被誉为地球的“肾脏”，具有蓄洪防旱、调节气候、控制土壤侵蚀、自然净化污水等功能，其他生态系统在本题所叙述的两方面作用较小。]

４．我国南方某地环保部门向遭受严重污染的南湖中引入苦草、黑藻等沉水植物和螺蛳等底栖动物来修复该生态系统。如图所示为该生态系统修复后的部分生物的营养关系，请据图回答问题：

（１）在修复该生态系统时要控制污水流入的速率，除有利于有机污染物被充分分解外，还有利于植

物对________的充分吸收，防止水体富营养化。该生态系统修复后物种丰富度逐渐增加，其群落演替类型是________。

（２）调查野鸭的种群密度常用________法。当螺蛳数量增加时，草鱼和罗非鱼数量也会增多，这样，螺蛳种群的增长就会受到抑制，这是生物群落内部________的结果。

（３）苦草等沉水植物大量繁殖后，部分浮游植物的生物量下降，大型底栖动物的数量有所增加，这是在____________________水平上研究的结果。沉水植物通过一定的信息传递吸引浮游动物栖息于其叶表面，从而抚育出高密度的浮游动物群落。浮游动物能够大量捕食浮游藻类，也间接地控制了藻类的数量。这体现出信息传递的作用是能调节生物的______，以维持生态系统的稳定。

（４）该修复工程可将有机污染物充分地分解利用，这主要符合生态工程的____________原理。若在此基础上，进一步建立一个集污水净化、休闲、养鱼为一体的新型人工生态系统，其主要目的是设法调整能量流动关系，使能量持续高效地流向____________。

[解析] （１）在生态系统修复时，调节污水流入的速率，既有利于微生物对有机污染物的充分分解，又有利于水生植物对无机盐（如N、P等）的充分吸收，防止水体富营养化。该生态系统修复后发生的群落演替类型属于次生演替。（２）对于活动能力强、活动范围大的动物，调查其种群密度常采用标志重捕法。当螺蛳数量增加时，草鱼和罗非鱼由于食物丰富，数量也会增多，这样，螺蛳种群的增长就会受到抑制，这是生物群落内部负反馈调节的结果。负反馈调节在生态系统中普遍存在，是生态系统自我调节能力的基础。（３）沉水植物大量繁殖后，会与浮游植物竞争营养物质和阳光，从而抑制浮游植物的生长，大型底栖动物由于食物丰富而数量增加，这是在群落水平上研究种间关系的问题。沉水植物通过信息传递吸引浮游动物并借助于浮游动物的捕食作用间接控制藻类的数量，这体现了信息传递能够调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。（４）该生态修复工程主要利用了生态工程的物质循环再生原理。若在此基础上进一步建立一个集污水净化、休闲、养鱼为一体的新型多功能人工生态系统，其主要目的是设法调整能量流动的关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。

[答案] （１）无机盐次生演替（２）标志重捕负反馈调节（３）群落种间关系（４）物质循环再生对人类最有益的部分