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它把农业生产这一复杂的生物过程,变成了简单的机械和化学过程。
由于其投入高,产量也高,对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用。
但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大,而且大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力,并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。
7、生态工程所遵循的基本原理
(1)物质循环再生原理的理论基础是“物质循环”,实例:
我国古代的“无废弃物农业”。
(2)物种多样性原理的理论是生态系统稳定性,实例:
我国的“三北防护林”和“珊瑚礁生态系统的多样性”。
(3)协调与平衡原理的理论基础是“生物与环境的协调与平衡”,实例:
“太湖的富营养化问题”和“西北一些地区的防护林问题”。
(4)整体性原理的理论基础是“社会、经济、自然复合系统”,实例:
“林业建设中遇到的自然系统与经济、社会系统的关系问题”。
(5)系统学和工程学的原理中系统的结构决定功能原理是“分布式优于集中式和环式”,实例:
“桑基鱼塘”;
系统整体性原理的理论基础是“整体大于部分”,实例:
“珊瑚礁藻类和珊瑚虫的营养关系”。
【教师锦囊】在学习生态工程概念的基础上,结合有关实际,充分理解生态工程的原理及其应用。
交流对对碰
【例1】农业的发展对于我国这样一个农业大国来讲具有战略意义,理想的农业是()
A、传统农业B、石油农业
C、现代农业D、生态农业
【对话】我国是一个农业大国且人口众多,要解决粮食等问题必须发展农业,传统农业高投入低产出难以满足国民需要。
石油农业、现代农业虽然大大提高了农产品的产量,但也消耗了大量的资源和能源,并且会造成环境污染,难以持续发展。
【感悟】生态农业实现对能量和物质的多级利用,有极大的优越性,是理想的农业模式。
【答案】D
【例2】下图是“无废弃物农业”物质和能量流动图,该图所体现的主要生态工程原理是()
A、物种多样性原理B、整体性原理
C、物质循环再生原理D、协调与平衡原理
【对话】该图突出了“无废弃物农业”,实现了物质的区域小循环,做到了物质和能量的分层分级利用,因此主要体现了生态工程物质循环再生原理。
【感悟】地球以其有限的空间和资源,长久维持着众多生物的生存、繁衍和发展,其奥秘就在于物质能够在各级生态系统中进行区域系统循环和全球地质大循环、周而复始,从而达到取之不尽、用之不竭的效果。
【答案】C
【例3】在社会主义新农村建设中,四川某地通过新建沼气池和植树造林,构建了新型农业生态系统(如图所示),下列有关叙述不正确的是()
A、该生态系统中,处于和二营养级的生物有人和家禽家畜
B、该生态系统中人的作用非常关键,植物是主要万分
C、该生态系统的建立,提高了各营养级间的能量传递效率
D、沼气池的建造和植树造林,提高了该生态系统的稳定性
【对话】生态系统中食物链的上一营养级到下一营养级的能量传递效率一般在10%-20%而且是固定不变的。
【感悟】新型生态系统的建立,使物质和能量得到多级利用,提高了物质和能量的利用效率。
【答案】C
例5:
为合理开发和保护海鲜鱼类资源,可以采取的措施是()
①全面禁止捕捞
②实行休渔期、划分休渔区
③控制渔网网眼大小
④制定相应的法律法规
A、①②③B、①②④
C、①③④D、②③④
【对话】保护海洋鱼类资源并不意味着全面禁止捕捞,而是要合理开发资源。
可以采取的措施有:
实行休渔期,划分休渔区;
控制渔网网眼的大小,保护幼鱼;
制定相应的法律法规等。
探究尖尖角
在我国北方地区,由于冬天气温很低,会导致农作物不能生长,家畜生长缓慢,甚至停止,沼气池不能正常产气,而农民要解决蔬菜的不间断生产问题。
很显然,大量使用造价昂贵,并用燃料加热的玻璃温室是不符合我国国情的。
你能用所学知识,设计一种生态工程来较好地解决上述问题吗?
请在画出其物质和能量结构图的基础上,说明你所依据的生态工程原理。
【对话】生态农业是基于中国传统农业的精华——无废弃物农业,同时又加入了符合农村实际需求的农业生态工程。
在派生产业、增加劳动力的就业机会、降低环境污染、促进农村综合发展等方面发挥了巨大作用。
【感悟】自然生态系统的生产实际上是零废物生产,任何物质都得以循环利用,只有将这一原理应用人类生产、生活中,才能做到无污染物排放。
【答案】生态工程物质循环见图
体验步步高
基础巩固
1、埃及的阿斯旺大坝建成后,尽管改善了电力和灌溉条件,取得了明显的经济效益,但巨大的水库沿岸水草丛生,使血吸虫发病率高达80%-100%,尼罗河下游农田失去了肥源等,这说明该工程(B)
A、经济效益和生态效益良好
B、在一定程序上破坏了生态平衡
C、维持了原来的生态平衡
D、使生态系统的结构变得复杂
2、下列不属于生态工程建设项目的是(C)
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
3、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(B)
A、系统整体性原理B、整体性原理
C、系统结构决定功能原理D、以上都不是
4、某海滩黄泥螺种群现存量约3000吨。
正常状况下,每年该种群最多可增加300吨,为充分利用黄泥螺资源,又不影响可持续发展,理论上每年最多捕捞黄泥螺的量为(D)
A、3000吨B、1650吨
C、1500吨D、不超过300吨
5、我国西部大开发的战略中,“保护天然林”和“退耕还林(草)”是两项重要内容,采取这两项措施的首要目标是(D)
A、开展生态旅游B、发展蓄牧业
C、增加木材产量D、改善生态环境
6、下列哪项叙述完全符合生态经济(B)
①建立“原料—产品—原料—产品”的无废料生产体系
②在资源不增加甚至减少的条件下实现经济增长
③在经济产出不变甚至增加的条件下,向环境排放的废弃物大大减少
④先生产后治理,提高经济效益
A、①②B、①②③
C、②③D、②③④
7、在我国珠江三角洲地区,桑基鱼塘模式有良好的经济效益和生态效益。
它遵循的是系统学中结构决定功能的原理,这种原理的突出特点是(A)
A、优化结构,改善系统的功能
B、重视调整系统内各组分之间的比例关系
C、为农作物和牲畜营造良好的生活条件
D、设计成自然—社会—经济复合系统
能力提高
8、江苏某县地处水乡,畜禽养殖和栽桑养蚕是当地农业的两大支柱产业。
在生产总量不断扩张的同时,该县坚持在发展中解决环境问题,优化生态环境,实现了资源的最大化利用。
请分析该县农业生态系统结构(部分)示意图,回答问题。
(1)该农业生态系统的能量流动从开始,图中属于消费者的生物有。
(2)与传统农业生态系统相比,该农业生态系统更能净化环境,主要原因是。
(3)该农业生态系统为何能提高经济效益?
。
(4)从生态系统稳定性看,该农业生态系统比简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是
,请说出两种根据生物学原理防治害虫的方法:
【答案】
(1)桑等生产者固定太阳能蚕、禽、畜
(2)粪便等“废弃物”被及时利用
(3)实现了物质和能量的多级利用,提高了农产品的产量;
减少了化肥、农药的使用(降低农业投入)
(4)抵抗力稳定性较高(营养结构较复杂,自动调节能力较强)天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物
9、下图为“秸秆的多级利用”农业生态系统能量流动和物质循环示意图。
请回答下列问题:
(1)“秸秆的多级利用”充分体现了生态工程基本原理的原理,最大限度地实现了物质的循环,减轻了燃烧秸秆造成的效益。
(2)图中属于生产者的是,消费者是,分解者是。
(3)在该农业生态系统中,物质经多次重复使用,提高了。
(4)农村大量燃烧秸秆柴草,会产生什么问题?
至少列举两种现象。
①;
②。
(1)物质循环再生;
温室
(2)作家;
家畜、食用菌、蚯蚓
(3)物质能量利用率
(4)①农村燃烧秸秆和柴草的热量利用效率低②使用秸秆不能作有机肥料还田,土壤的有机质得不到补充,土壤的有机质得不到补充,土壤与农作物之间物质循环遭到破坏,以致土壤肥力下降,农作物产量不能迅速提高③导致滥伐林木、乱铲草皮,植被受到严重损毁,进而造成水土流失、土壤沙化,农业生态环境恶化④燃烧秸秆和柴草,会产生大量的烟尘,污染大气,降低大气的能见度,影响人们的身体健康和交通安全等⑤温室效应,空气中二氧化碳浓度提高,土壤沙漠化(答任意两点即可)
10、水葫芦,又名凤眼蓝、凤眼莲,为水生飘浮草本植物。
太湖中,由于近年周边城市、工业和农田的排水中含氨、磷较高,而水葫芦在含氨、磷浓度较高的水体中,繁殖速度极快,能覆盖水面,耗尽水中溶解的氧,使许多水生动物死亡,且植物体死后,
分解过程中产生的大量生物性毒素,进一步危害鱼类等动物,最终导致水体发黑发臭,造成严重的“死水体”,并影响到人类的健康。
(1)水葫芦是生态系统成分中的,它与蓝藻在细胞结构上的主要区别是
(2)太湖地区的全部水葫芦构成,其同化作用的代谢类型是,异化作用的代谢类型是。
(3)在太湖地区治理水葫芦污染时,主要遵循的生态工程基本原理是:
原理。
(1)生产者、有无成形的细胞核
(2)种群、自养型、需氧型
(3)协调与平衡
第二节生态工程的实例和发展前景
“衔远山,吞长江,浩浩汤汤,横开际涯”宋代名相范仲淹笔下的壮丽景色,在今日洞庭湖已难再现!
同学们,你们是否知晓?
是谁将八百里洞庭美景毁于“一旦”呢?
一、生态工程实例
1、农村综合发展型生态工程
(1)问题:
人多地少、资源有限,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。
(3)案例:
北京窦店村以沼气工程为中心的物质多级利用工程。
2、小流域综合治理生态工程
河流各级支流的集水区域,水土流失严重。
应用生态工程的整体原理、协调与平
衡原理以及工程原理,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。
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%)。
森林或草原的植被恢复、水土保持等。
“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,以减少人类的干扰,使湿地依靠自然替等机制恢复其生态功能。
5、矿区废弃池的生态恢复工程
矿藏开采后造成土体和土壤植被乃至整个地区生态系统的破坏。
人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复等,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。
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
大气污染、水体污染、噪声污染等方面。
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加强监管。
张家港、大连、厦门等环境保护模范城市。
二、“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;
“大气和海洋”比例与地球相差甚远,导致空气中空气中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,尽管科学技术已很发达了,但人类仍没有能力模拟出自然生态系统。
三、我国生态工程发展前景的分析与展望
1、生态工程特点:
重视对生态环境的保护,注重与经济、社会效益的结合。
2、存在问题
(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。
【教师锦囊】:
学习本节内容,关键在于了解当地的实际情况,分析生态工程建设所面临的问题,寻找获得最佳经济效益、社会效益和生态效益的有效途径。
【例1】:
有位农民在自家庭院里搞了一个小生态农业,0.25亩的庭院创收达几万元。
其物质和能量流动如图所示,下列对该系统的叙述中不正确的是()
A、该系统中,人的因素非常关键,其中生产者是葡萄
B、该系统体现了物质、能量多级利用和高效转化
C、该系统内蚯蚓和甲烷杆菌为分解者
D、猪在其中为三级消费者
【对话】从生态系统的角度看,一个家庭庭院也是一个人工生态系统,在这个生态系统中有生产乾、消费者和分解者,并且人的作用非常突出,该生态系统属于一个种小型的农业生态工程。
该系统体现了物质和能量的多级利用。
猪以鸡粪为食,猪从鸡中获得的能量为零,猪不属于三级消费者。
【感悟】蚯蚓为分解者,不包括在捕食链中,所以,猪并非第三级消费者。
【例2】某山区小镇,近10余年来,先后建立了多种乡镇企业,随着外来人口的增加,小镇污水的排放量增加。
据环保部门测定:
小镇街道的声响为90分贝,降水PH为6.5,河水中含氧量为2mg/mL。
请回答:
(1)该镇受到的污染有。
(2)为调查污染源,从某厂取得排放水水样,放置一天后,加入经保温1h时,水样仍为蓝色,则该厂排放水是否为污染源?
(3)治理小镇环境污染最根本的措施是
【对话】从材料看该镇受到的污染是噪音污染和水污染,;
为调查污染源,从某厂取得排放水水样,放置一天后,加入亚甲基蓝溶液,保温1h后,水样仍为蓝色,说明该厂的排放水不是污染源。
治理小镇污染最根本的措施是严格控制污染源。
【感悟】经济的发展不能以牺牲环境为代价,我国经济发展绝不能走西方“先发展、后治理”的老路。
(1)噪音污染、水污染
(2)亚甲基溶液;
不是(3)严格控制污染源
【例3】下列措施不适合用于矿区生态环境恢复的是()
A、机械法整平压实土地
B、人工制造表土,植树种草
C、排石整地,改良优化土壤
D、开发农田,广种农作物、增加农民收
【对话】废弃矿区生态环境受到严重破坏,植被恢复是关键环节,因此应选择抗逆性强的树木。
作物等不适宜在此种植。
【例4】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
【对话】迄今为止,尽管科学技术已经非常发达了,但是人类仍然没有能力去完全模拟出自然生态系统。
【感悟】地球是目前探知到的唯一适合人类居住的天体。
我们应倍加珍爱她并学会自然和谐共处。
【例5】鄱阳湖的吞吐水量可以占到长江总水量的15%,它南承五条河流的来水,北经湖口入长江。
1954年长江流域发生特大洪水时,该湖的最大来水量为4.85×
104m3/s。
最大出湖流量仅为2.24×
由于长期的围湖造田,鄱阳湖的面积在40年间减少了1200km2,当1998年遭遇特大洪水时,数十万公顷良田被淹,150多万人的家园被毁。
(1)上述资料能说明湖泊具有什么功能?
除此以外还有哪些功能?
(2)比较围湖造田所得到的利益和遭遇洪水所蒙受的损失,可得到哪些启示?
(3)恢复湿地应怎样操作,要注意哪些问题?
【对话】湖泊作为一种重要的湿地,具有其他生态系统所不能替代的功能,它具有蓄洪防旱、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。
围湖造田能够得到一时的经济效益,但却破坏了原有的生态环境,不仅蓄洪能力降低,而且使局部气候变得恶劣,生物多样化降低,洪涝灾害频繁发生,由此而造成的损失是巨大的,甚至是难以估量的。
因此围湖造田违背了自然规律,破坏了这一地区原有的生态系统稳定性,应当停止错误的做法,恢复湿地的本来状态。
实施恢复工程时应采用工程和生物措施相结合的方法,如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程以及植物物种的引进种植等,使受到干扰的湿地得以恢复。
同时还应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。
(1)具有蓄洪防旱的功能。
除此之外还具有调节区域气候、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人们提供休闲娱乐的环境等功能。
(2)围湖造田违背了自然规律,破坏了这一地区原有的生态系统稳定性,应当停止错误的做法,恢复湿地的本来状态。
(3)实施恢复工程时应采用工程和生物措施相结合的方法,同时还应在湿地周围建立缓冲带,以尽量减少人类的干扰,让湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。
“绿色城市”的含义除了包括城市绿化、绿色生活方式与消费理念外,还应包括尊重自然、珍惜生命,追求天人合一的生态伦理道德等。
“绿色城市”需要从我做起,从身边的小事做起。
(1)近年来城市的绿地总面积和人均绿地面积在逐年上升。
你认为大量引进非本地树种、草种,可能会产生的后果是。
作为一名中学生,你能为保护生物多样性做些什么?
(答出一点即可)。
(2)垃圾其实是被人们放错了地方的资源,实现垃圾的“减量化、资源化和无害化”是绿色城市的重要标志之一。
下图是垃圾资源化、无害化处理的一种方案,此方案中①、②过程需要每一位市民的参与,具体做法是。
④、⑤过程利用的生物属于生态系统的何种成分?
从对资源的充分利用角度看,④、⑤途径优于③途径的原因是
(3)下表是五个种群在一个相对稳定的水域生态系统中所含有的总能量和污染物X的平均浓度。
已知水中X的质量浓度为0.003mg/L,请分析说明:
甲
乙
丙
丁
戊
能量(kJ)
1.6×
109
1.2×
1.3×
108
9.1×
107
2.9×
X含量(mg/L)
0.037
0.036
0.35
0.39
3.4
①处于本生态系统第一营养级的生物种群是。
②若每一种生物都可被相邻的下一个营养级的所有生物捕食,请你绘出这个生态系统最简单的营养结构。
【对话】
(1)生物多样性丧失的原因有4个方面,其中包括生物入侵。
保护生物多样性的措施有就地保护、迁地保护、加强法制和教育。
对于学生来讲,保护生物多样性的方式可以有:
宣传保护生物多样性的重要性、宣传相关的法律、以身作则遵纪守法(禁止食用野生动物等)。
(2)借助物理模型考查环境污染和物质循环的相关知识,从①、②过程中可以看出,绿色城市中每一位市民的参与是可行的,具体做法就是将生活垃圾分类处理。
发酵利用的是微生物的分解作用,蚯蚓和苍蝇属于异养动物,它们都属于生态系统的分解者。
④、⑤利用并加强了自然界物质循环的过程;
③在物质循环中会带来环境污染问题。
(3)根据能量流动的原理和污染物的富集效应可以判断各种群在食物链中所处的营养级别。
(1.6×
109+1.2×
109)→(1.3×
108+107)→2.9×
107即2.8×
109→2.21×
108→2.9×
107,符合能量的传递效率。
(1)本地物种的生存受到威胁(或答生物多样性受到威胁)宣传保护生物多样性的重要性或从我做起,保护生物多样性(其他合理答案亦可)
(2)将生活垃圾分类处理分解者除利用了有机垃圾中的能量外,还充分地分层次多级利用了垃圾中的物质,减少了环境污染(或答④、⑤得用并加强了自然界物质循环的过程,③在物质循环中会带来环境污染问题)
(3)①甲和乙②如图
1、小流域治理模式应用了生态工程多种原理,下面哪项不包括其中(D)
A、整体性原理B、协调与平衡原理
C、工程学原理D、物质循环再生原理
2、以沼气工程为中心的农村综合发展生态工程有多种效益,下列哪项不是这种生态工程的效益(C)
A、物质多级循环利用B、减少环境污染
C、增加劳动力就业机会D、增加农民收入
3、下列关于自然保护区和可持续发展的说法,不正确的是(A)
A、禁止对自然资源的开发是可持续发展的必然要求
B、迁地保护行为将灭绝的生物提供生存的最后机会
C、自然保护区要立法、执法和宣传教育并举
D、建立自然保护区是自然保护的办法
4、据报载,进入20世纪后,几乎每年都至少有
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