4.3 生态工程（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物选择性必修2 生物与环境（人教版2019）

第3节　生态工程 [课标要求]1.简述生态工程的概念，关注生态工程建设。　2.简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容。　3.举例说出我国生态工程建设成就，学会利用生态工程原理分析解决实际问题。4．说出生态工程的发展前景。 知识点1　关注生态工程建设 1.生态工程的概念 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．生态工程建设的目的 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．生态工程的特点 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。 知识点2　生态工程所遵循的基本原理生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循着__整体__、协调、循环、__自生__等生态学基本原理。 基本原理 内容 自生 自生是指生物组分产生的__自组织__、自我优化、自我调节、自我更新和维持；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；要维持系统的自生，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 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 协调 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__ 整体 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。其次，人类处在一个__社会—经济—自然__复合而成的巨大系统中，要考虑经济和社会等系统的影响力 知识点3　生态工程的实例1.农村综合发展型生态工程 (1)问题：__资源有限__，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：北京郊区某村实施的以__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)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。湿地的缩小会导致局部气候恶化、地下水位__下降__、生物多样性__降低__、迁飞鸟类绝迹等。 (2)对策：采用__工程学__和__生态学__措施相结合的方法，如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，以及动植物物种引进等，使受到干扰的湿地恢复其生态功能。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。 (3)案例：厦门筼筜湖生态恢复工程。 3．矿区废弃地的生态恢复工程 (1)问题：矿藏开采后往往造成矿区的山体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的__破坏__。尤其是规模巨大的采矿业，不仅对土地景观造成巨大的影响，还可能产生严重的__重金属__污染。 (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。 知识点4　我国生态工程的发展前景 1.我国生态工程的发展现状及解决方法 (1)发展现状：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)解决方法：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。 2．我国党和政府高度重视生态文明建设 (1)在党的十九大报告中，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。 (2)中华民族传承古老的__天人合一__理念，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。 1．基础判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)生态工程是一类少消耗、多效益、无污染、可持续的工程体系。(×) (2)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。(√) (3)生物数量超过了环境容纳量会引起系统的失衡和破坏，违背了协调原理。(√) (4)适用于矿区生态环境恢复的措施是开发农田，增加农民收入。(×) (5)能够实现废物资源化是农村综合发展型生态工程的重要优点。(√) 2．教材习题改编小练(教材P103及P109“概念检测”改编) 下列与生态工程原理及实例相关的叙述，正确的是(　　) A．依据生态工程的循环原理，应该对垃圾进行焚烧处理 B．农村综合发展型生态工程实现了物质和能量的循环利用 C．在湿地生态恢复工程中建立缓冲带主要是为了减少人类的干扰 D．农村综合发展型生态工程的原理是一样的，各地均可按相同的模式建设 答案　C 解析　对垃圾焚烧处理不符合循环原理，应对垃圾进行分类处理，可实现部分废物的资源化，A项错误；农村综合发展型生态工程实现了物质循环再生，能量多级利用，并未实现能量循环利用，B项错误；不同地区环境条件不同，故农村综合发展型生态工程的模式应根据当地生态环境作出调整，D项错误。 请结合教材P102“思考·讨论”回答问题： 1．请分析桑基鱼塘应用了哪些生态工程的基本原理？ (1)蚕粪、蔗叶进入鱼塘，经分解者作用后被植物利用，主要为__循环__原理。 (2)池塘养鱼要考虑不同鱼种的关系和鱼的数量，主要为__协调__原理。 (3)桑基鱼塘在设计时要考虑栽种作物与养殖动物的比例，主要为__整体__原理。 (4)桑基鱼塘中的生物组分通过合理布设，互利共存，实现了系统结构与功能的协调，主要为__自生__原理。 探究点1　生态工程遵循的基本原理 如图为某农村综合发展型生态工程示意图，请据图思考并回答下列问题： (1)上述生态工程主要运用了哪些原理？这一生态系统的结构和功能有哪些特点？ 运用的原理包括循环、自生及整体原理，该生态系统中的各组分搭配合理，紧密联系，形成一个有序的整体，实现物质多级循环利用，能量多级利用，减少了废物排放与环境污染。 (2)单一的人工林比天然混合林的稳定性低，容易遭受害虫危害，这体现了生态工程的哪种原理？ 自生原理。 (3)生态工程建设的目的是什么？与传统的工程相比生态工程有何特点？ 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。少消耗、多效益、可持续。 生态工程原理的判断依据与正反实例分析 基本原理 判断依据 实例说明 自生 生态工程利用了“有效选择生物组分并合理布设”“生物之间相互作用关系”“创造有益于生物组分的条件”“提高生物多样性”等方式则符合自生原理 ①正例：移除河流中有毒物质，降低污染，改善生物生存环境； ②反例：将天然复合林改为人工林，降低生物多样性和生态系统自我调节能力 循环 生态工程通过系统设计，实现物质循环再生，能量多级利用，则符合循环原理 ①正例：“无废弃物农业”； ②反例：过度从土地索取导致土地退化、过度依赖化肥导致土壤板结 协调 生态工程建设时考虑到生物与环境、生物与生物的协调与平衡，同时考虑到环境容纳量，则符合协调原理 ①正例：引入适宜当地气候环境的物种； ②反例：过度放牧导致草原退化 整体 生态工程遵从自然生态系统规律，设计时注意“各组分比例适当，构成有序的结构”“考虑经济、社会因素”，则符合整体原理 ①正例：整体设计复杂有序的社会—经济—自然复合系统； ②反例：号召农民进行生态建设，不考虑农民收入问题，导致“前面造林，后面毁林” 【例1】 阅读分析以下材料，判断这些材料中主要依据的生态工程原理依次是(　　) 材料一　沼气工程，是我国政府为改善农村环境和发展农村经济大力推广的一种生态工程。 材料二　我国南方某些地区采用桑基鱼塘模式，能大大提高系统生产力。 材料三　居住在林区的农民，“靠山吃山”是他们生活的根本。当进行林业工程建设时，一方面号召农民种树，另一方面考虑林区农民的生活问题，将改善生态和发展经济结合起来，真正做到造林护林。 ①循环原理　②自生原理　③协调原理　④整体原理 A．①④④ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 答案　D 解析　实施沼气工程主要依据的生态工程原理是①循环原理，通过系统设计实现不断循环，使前一个环节产生的废物尽可能地被后一个环节利用，减少整个生产环节“废物”的产生；我国南方某些地区采用的桑基鱼塘模式，就是把很多单个生产系统通过优化组合，有机地整合在一起，成为一个新的高效生态系统，主要依据的生态工程原理是②自生原理；在进行植树造林时综合考虑生态、经济和社会问题，这主要依据的生态工程原理是④整体原理。 【例2】 (2024·黑吉辽)弗兰克氏菌能够与沙棘等非豆科木本植物形成根瘤，进行高效的共生固氮，促进植物根系生长，增强其对旱、寒等逆境的适应性。下列叙述错误的是(　　) A．沙棘可作为西北干旱地区的修复树种 B．在矿区废弃地选择种植沙棘，未遵循生态工程的协调原理 C．二者共生改良土壤条件，可为其他树种的生长创造良好环境 D．研究弗兰克氏菌的遗传多样性有利于沙棘在生态修复中的应用 答案　B 解析　结合题干，弗兰克氏菌能够与沙棘等非豆科木本植物形成根瘤，促进植物根系生长，增强其对旱、寒等逆境的适应性，故沙棘可作为西北干旱地区的修复树种，A项正确；在矿区废弃地选择种植沙棘，因地制宜，种植适合该地区生长的物种，遵循生态工程的协调原理，B项错误；弗兰克氏菌能够与沙棘等非豆科木本植物形成根瘤，进行高效的共生固氮，二者共生改良土壤条件，可为其他树种的生长创造良好环境，C项正确；弗兰克氏菌能够与沙棘等非豆科木本植物形成根瘤，利于固氮和增强植物的抗逆性，研究弗兰克氏菌的遗传多样性有利于沙棘在生态修复中的应用，D项正确。 探究点2　生态工程的建设及实例 “海绵城市”是一种城市生态工程模式，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，即下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用。如图为“海绵城市”模式图，思考并回答下列问题： (1)建设“海绵城市”的一个通常做法是做到雨水回收利用。城市蓄水池内不仅安装了现代化的雨水净化系统，还种植了许多水生植被辅助净化，这些植物的引种应注意什么？所遵循的原理是什么？ 植物的引种要注意种植适合当地气候条件的品种，以实现生物与环境的协调发展。遵循协调原理。 (2)建设“海绵城市”的目的之一是“扩大公共产品有效投资，提高新型城镇化质量，促进人与自然和谐发展”，体现了什么原理？ 该目的在于构建社会—经济—自然复合系统，体现了整体原理。 (3)城市中的垃圾经过降解可减少对环境的污染，能降解垃圾的微生物属于生态系统中的__分解者__(填成分)。根据生态工程方面的内容，请你列举出一种城市垃圾的处理办法：__改露天放置为掩埋处理，地表种植植物；燃烧发电等(答案合理即可)__。 1．生态工程的两类常见设计方法 方法Ⅰ：食物链(网)的“相接”，即巧接食物链(网)，如图所示。 在同一生态系统中，巧接食物链(网)，如由图甲变为图乙，可提高能量的利用率。 方法Ⅱ：食物链(网)的“加环”。 “加环”可为未被利用的残余物找到“出路”。例如，用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，其残余物用来栽培食用菌，食用菌的残余物再用来养殖蛆蛹，蛆蛹可作为家禽、家畜的饲料，家禽、家畜的粪便再作为有机肥还田等。 2．生态工程的实例分析 【例3】 (2022·6月浙江)下列关于生态工程的叙述，正确的是(　　) A．生物防治技术的理论基础是种群内个体的竞争 B．套种、间种和轮种体现了物质的良性循环技术 C．风能和潮汐能的开发技术不属于生态工程范畴 D．“过腹还田”可使农作物秸秆得到多途径的利用 答案　D 解析　生物防治技术的理论基础是种间的捕食关系和种间竞争关系，A项错误；套种、间种和轮种是合理使用资源，体现协调原理，无物质循环的体现，B项错误；风能和潮汐能的开发技术属于洁净可再生的新能源开发技术，体现整体原理，是生态工程范畴，C项错误；过腹还田是指将动物粪便施投到农田，实现了物质的良性循环和多途径利用，D项正确。 【例4】 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。综合所学知识，回答下列有关问题： (1)生态经济改变了人类能征服自然的错误观念，经济发展必须符合________规律。与传统的工程相比，生态工程的特点是______________________________ _____________。 (2)农村综合发展型生态工程依据的基本原理主要是________、________。(2点即可) (3)湿地生态恢复工程是采用工程学和________措施相结合的方法，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________等机制恢复其生态功能。 (4)矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的________的重建。植被恢复的措施是植树种草，而不是种植农作物，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析 (1)为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律。与传统的工程相比，生态工程具有少消耗、多效益、可持续的特点。(2)农村综合发展型生态工程布设多个物种，实现自组织、自我调节，符合自生原理。另外，一个环节的废物可以成为下一个环节的资源。实现物质循环，符合循环原理。(3)湿地生态恢复工程是采用工程学和生态学措施相结合的方法。为减少人类干扰，在湿地的周围还应建立缓冲带，使被破坏的湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。(4)矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。矿区废弃土地的水分状况很差，土壤极其贫瘠，植被很难恢复，还有可能含有重金属，要想恢复植被，要先通过机械方法平整压实土地，人工制造表土，植树种草，不适合直接种植农作物。 答案 (1)生态学　少消耗、多效益、可持续　(2)自生原理　循环原理　(3)生态学　自然演替　(4)土壤微生物群落　矿区废弃土地的水分状况很差，土壤极其贫瘠，还有可能含有重金属，不适合种植农作物 核心知识小结 [要点回眸] [答题必备] 1.生态工程建设的目的就是遵循生态学规律，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。 2．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。 3．生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循着整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。 4．湿地的作用是蓄洪防旱、调节区域气候、控制土壤侵蚀、自然净化污水、为多种动植物提供栖息地等。 5．矿区废弃地的生态恢复工程关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。 1．在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。以上做法依据的生态工程原理是(　　) A．循环原理 B．协调原理 C．整体原理 D．以上都不是 答案　C 解析　在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题，说明生态工程建设要考虑自然、经济、社会的整体影响，因此以上做法依据的生态工程原理是整体原理，C项正确。 2．(2023·辽宁)人工防护林具有防风、固沙及保护农田等作用，对维护区域生态系统稳定具有重要意义。下列叙述正确的是(　　) A．防护林通过自组织、自我调节可实现自身结构与功能的协调 B．防护林建设应选择本地种，遵循了生态工程的循环原理 C．防护林建成后，若失去人类的维护将会发生初生演替 D．防护林的防风、固沙及保护农田的作用体现了生物多样性的直接价值 答案　A 解析　防护林通过自组织、自我调节可实现自身结构与功能的协调，A项正确；防护林建设应选择本地种，遵循了生态工程的协调原理，B项错误；防护林建成后，若失去人类的维护将会发生次生演替，C项错误；防护林的防风、固沙及保护农田的作用体现了生物多样性的间接价值，D项错误。 3．(2023·海南)党的二十大报告指出：我们要推进美丽中国建设，坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，统筹产业结构调整、污染治理、生态保护，应对气候变化，协同推进降碳、减污、扩绿、增长，推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展。下列叙述错误的是(　　) A．一体化保护有利于提高生态系统的抵抗力稳定性 B．一体化保护体现了生态系统的整体性和系统性 C．一体化保护和系统治理有助于协调生态足迹与生态承载力的关系 D．运用自生原理可以从根本上达到一体化保护和系统治理 答案　D 解析　生态系统的组分越多，食物链、食物网越复杂，自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高，所以一体化保护有利于提高生态系统的抵抗力稳定性，A项正确；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，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，且几乎每个复杂的生态工程建设都以整体观为指导，所以一体化保护体现了生态系统的整体性和系统性，B项正确；生态足迹又称生态占用，指在现有技术条件下，维持某一人口单位生存所需的生产资源和吸纳废物的土地及水域面积，生态承载力代表了地球提供资源的能力，一体化保护和系统治理有助于协调生态足迹与生态承载力的关系，C项正确；综合运用自生、整体、协调、循环等生态学基本原理可以从根本上达到一体化保护和系统治理，仅运用自生原理很难达到，D项错误。 4．如图是某农户家庭种、养系统示意图。下列有关叙述错误的是(　　) A．该生态农业充分体现了生态工程的循环原理 B．作物作为该生态系统的生产者为其他生物提供物质和能量来源 C．塘泥、粪等通过土壤微生物的分解作用为作物的生长提供营养 D．该生态系统中生物种类相对较少，难以实现能量的多级利用 答案　D 解析　该生态农业实现了物质的循环利用，充分体现了生态工程的循环原理，A项正确；作物是该生态系统的生产者，可为其他生物提供物质和能量来源，B项正确；通过土壤微生物的分解作用，可将塘泥、粪中的有机物分解成无机物，如水和二氧化碳等，为作物的生长提供营养，C项正确；该生态工程实现了物质的循环利用和能量的多级利用，D项错误。 5．(2024·甘肃)沙漠化防治一直是困扰人类的难题。为了固定流沙、保障包兰铁路的运行，我国人民探索出将麦草插入沙丘防止沙流动的“草方格”固沙技术。流沙固定后，“草方格”内原有沙生植物种子萌发、生长，群落逐渐形成，沙漠化得到治理。在“草方格”内种植沙生植物，可加速治沙进程。甘肃古浪八步沙林场等地利用该技术，成功阻挡了沙漠的侵袭，生态效益显著，成为沙漠化治理的典范。关于“草方格”技术，下列叙述错误的是(　　) A．采用“草方格”技术进行流沙固定、植被恢复遵循了生态工程的自生原理 B．在“草方格”内种植沙拐枣、梭梭等沙生植物遵循了生态工程的协调原理 C．在未经人工种植的“草方格”内，植物定植、群落形成过程属于初生演替 D．实施“草方格”生态工程促进了生态系统防风固沙、水土保持功能的实现 答案　C 解析　采用“草方格”技术进行流沙固定，创造有益于生物组分生长、发育、繁殖，使植被逐渐恢复，该过程遵循了生态工程的自生原理，A项正确；在“草方格”内种植沙拐枣、梭梭等沙生植物时考虑了生物与环境、生物与生物的协调与适应，遵循了生态工程的协调原理，B项正确；初生演替是指一个从来没有被植物覆盖的地面，或者是原来存在过植被，但是被彻底消灭了的地方发生的演替，而次生演替指原来有的植被虽然已经不存在，但是原来有的土壤基本保留，甚至还保留有植物的种子和其他繁殖体的地方发生的演替，“草方格”内保留有原有沙生植物种子，故该群落形成过程属于次生演替，C项错误；“草方格”固沙技术能防止沙子流动，有利于植被恢复，促进了生态系统防风固沙、水土保持功能的实现，D项正确。 6．(2022·辽宁)碳达峰和碳中和目标的提出是构建人类命运共同体的时代要求，增加碳存储是实现碳中和的重要举措。被海洋捕获的碳称为蓝碳，滨海湿地是海岸带蓝碳生态系统的主体。回答下列问题： (1)碳存储离不开碳循环。生态系统碳循环是指组成生物体的碳元素在________和________之间循环往复的过程。 (2)滨海湿地单位面积的碳埋藏速率是陆地生态系统的15倍，主要原因是湿地中饱和水环境使土壤微生物处于________条件，导致土壤有机质分解速率________。 (3)为促进受损湿地的次生演替，提高湿地蓝碳储量，辽宁省实施“退养还湿”生态修复工程(如图1)。该工程应遵循________(答出2点即可)生态学基本原理，根据物种在湿地群落中的________差异，适时补种适宜的物种，以加快群落演替速度。 (4)测定盐沼湿地不同植物群落的碳储量，发现翅碱蓬阶段为180.5 kg·hm－2、芦苇阶段为3 367.2 kg·hm－2，说明在________的不同阶段，盐沼湿地植被的碳储量差异很大。 (5)图2是盐沼湿地中两种主要植物翅碱蓬、芦苇的示意图。据图分析可知，对促进海岸滩涂淤积，增加盐沼湿地面积贡献度高的植物是________，原因是________。 解析 (1)生态系统碳循环是指组成生物体的碳元素在生物群落和无机环境之间循环往复的过程。(2)由于湿地大部分时间处于静水水淹状态，即湿地中饱和水环境使土壤微生物处于无氧条件，导致土壤有机质分解速率慢，所以滨海湿地单位面积的碳埋藏速率是陆地生态系统的15倍，(3)在湿地修复过程中，应遵循自生、整体、协调、循环生态学基本原理，选择污染物净化能力较强的多种水生植物，还需要考虑这些植物各自的生态位差异，以及它们之间的种间关系，适时补种适宜的物种，以加快群落演替速度。(4)湿地发生的演替是次生演替，测定盐沼湿地不同植物群落的碳储量，发现翅碱蓬阶段为180.5 kg·hm－2、芦苇阶段为3 367.2 kg·hm－2，说明在次生演替(群落演替)的不同阶段，盐沼湿地植被的碳储量差异很大。(5)分析图2可知，与翅碱蓬相比，芦苇的根系发达，利于在滩涂环境下立地扎根，快速蔓延，所以芦苇是增加盐沼湿地面积贡献度高的植物。 答案 (1)生物群落　无机环境　(2)无氧/缺氧 低　(3)自生、整体、协调、循环(答出2点即可)　生态位　(4)群落演替　(5)芦苇　与翅碱蓬相比，芦苇的根系发达，利于在滩涂环境下立地扎根，快速蔓延 学科网（北京）股份有限公司 $$