浙江选考版高考生物一轮总复习第十单元现代生物科技专题第36讲生态工程学案.docx

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浙江选考版高考生物一轮总复习第十单元现代生物科技专题第36讲生态工程学案

第36讲　生态工程

考试标准

加试

考试标准

加试

1.生态工程的主要类型

a

3.活动：

庭院生态系统的经济效益分析

a

2.生态工程在农业中的应用

a

考点一　生态工程的主要类型和原理

1．生态工程的研究原理和研究对象

2．生态工程的主要类型

（1）物质循环利用的生态工程：

①城市生活垃圾进行减量化、无害化、资源化处理。

②农村地区发展养殖业，将农作物秸秆“过腹还田”等。

（2）节水和废水处理与应用的生态工程：

农业区域实施节水灌溉技术，城市、工业开发节水性质的生态系统；对废水、污水等实施减量、回收、再生和再循环的措施。

（3）山区小流域综合治理与开发的生态工程：

利用小流域自然资源，将治坡、治沟、修梯田与发展草业、牧业、林业结合起来。

（4）清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程：

生产沼气，开发利用太阳能、风能等清洁及可再生能源。

思考讨论

1．在我国，生态工程的发展特别迅速。

阅读教材，分析提供的日常实例，试归纳我国生态工程的主要类型及其有关规律。

实例一　城市生活垃圾减量化、无害化、资源化处理；农村发展养殖业。

实例二　在干旱半干旱地区，雨水和地表水收集，农业区节水灌溉；造糖厂用废弃的糖蜜制酒精；造纸厂利用废液回收钙粉、木质素等物质；屠宰场用废血生产凝血酶、血红蛋白等。

实例三　三北、长江中上游防护林生态工程；治坡、治沟、修梯田、发展林业。

实例四　利用农作物秸秆、生活垃圾发酵生产沼气；开发太阳能、风能。

（1）实例一为物质循环利用的生态工程。

其原理为物质循环再生；其优点为减少污染，废物资源化。

（2）实例二为节水和废水处理与应用的生态工程。

其原理为以节水为主；对工业废水、生活污水等实施减量、回收、再生、再循环的措施，寓废水处理于利用之中。

（3）实例三为山区小流域综合治理与开发的生态工程。

其原理为治理恢复小流域生态环境，可持续利用小流域自然资源，其优点为可持续利用小流域自然资源；将治坡、治沟、修梯田与发展草业、牧业、林业结合。

（4）实例四为清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程。

其原理为开发和利用清洁能源；其优点是为全社会提供能效高、对环境影响小、可持续的能源服务。

2．如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？

提示　对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但减少了环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。

例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。

因此说污染物是放错地方的资源。

题型一　生态工程的主要类型

1．（2017·余姚校级月考）下列措施，不属于物质循环利用的生态工程类型的是（　　）

A．利用蚯蚓等处理城市生活垃圾，蚓粪残渣作肥料

B．在干旱地区开展雨水和地表水的收集

C．把人畜粪便转化为复合肥

D．农作物秸秆的“过腹还田”

答案　B

解析　利用蚯蚓等处理城市生活垃圾，蚓粪残渣作肥料利用了物质循环再生原理，A项正确；在干旱地区开展雨水和地表水的收集不属于物质循环再生，B项错误；把人畜粪便转化为复合肥是利用了物质循环再生原理，C项正确；农作物秸秆的“过腹还田”利用了物质循环再生原理，D项正确。

2．（2017·温州校级期末）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

答案　C

解析　图示没有涉及废弃物的资源化，不是物质循环利用的生态工程，A项错误；图示没有造成污染，因此不可能是山区小流域综合治理与开发的生态工程，B项错误；根据图示可知，该生态工程是节水和废水处理与应用的生态工程，C项正确；图中没有提及能量问题，不可能是清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程，D项错误。

题型二　生态工程的原理

3．生态农业不仅指对于农作物中所含物质、能量的充分利用，还具有很多内涵。

人们越来越认识到根据不同地区的土地、光、水等各种自然资源，设计出适合本地的生态农业结构的重要意义。

下列措施中不符合生态学原理的是（　　）

A．作物“轮种”不仅能合理地利用各种矿质营养，还可避免某些害虫的大发生

B．以作物秸秆为燃料发电，可以做到对农作物中物质和能量的多级利用

C．充分利用各种生物固氮措施，尽量施用农家肥，减少化肥的施用

D．应用以虫治虫、以菌治虫的措施，尽量减少甚至不使用有害农药

答案　B

解析　作物“轮种”不仅能合理地利用各种矿质营养，还可避免某些害虫的大发生，符合生态学原理，A项正确；以作物秸秆作燃料发电，只能利用秸秆中极少量的能量，能量浪费严重，不能体现生态系统内物质和能量的多级利用，B项错误；充分利用各种生物固氮措施，尽量施用农家肥，减少化肥的施用，符合生态学原理，C项正确；应用以虫治虫、以菌治虫的措施，尽量减少甚至不使用有害农药，符合生态学原理，D项正确。

4．据下图判断，下列叙述不符合生态学原理的是（　　）

A．物质经过多级利用，实现了良性循环

B．每一级生产环节都获得了产品，提高了生态经济效益

C．由于食物链延长，能量逐级损耗，系统总能量利用效率降低

D．由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染

答案　C

解析　选项A符合物质循环再生原理；选项B对物质循环再生进行了进一步阐述；选项C与能量多级利用提高了能量利用效率不符；选项D在物质循环再生基础上，阐述了“污染物是放错地方的原料”的含义。

考点二　生态工程在农业中的应用

1．传统农业措施

套种、间种、轮种。

2．生态工程在农业中的应用

（1）庭院生态工程：

进行物质和能量的多级利用。

（2）农业生态工程：

按照生态和经济规律，种养结合的优化设计。

3．农业生态工程的主要技术

主要技术

实例

物质的良性循环技术

庭院生态系统、桑基鱼塘生态工程、农作物秸秆“过腹还田”

洁净可再生的新能源开发技术

太阳能热水器直接利用太阳能、利用发酵技术产生沼气开发生物能、开发风能和潮汐能

种植业和畜牧业合理优化技术

“退耕还林”、“退耕还草”

套种、间种和轮种制度

小麦、玉米套种、桑园中种植大豆、北方果园中种植蔬菜

立体养殖技术

混养鱼塘

利用生物种间关系，发展生物防治技术

放养害虫的天敌青蛙等

4.生态农业两大经典实例分析

（1）桑基鱼塘模式

人工建立的高产稳产的农业生态系统，做到蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收，如图所示。

（2）沼气农田立体养殖模式

通过控制温室内的温度、光照、气体和水肥等因素，缩短生产周期，大幅度提高粮食、蔬菜和水果的产量和质量。

思考讨论

1．建立生态农业系统的最终目的是：

实现对能量的多级利用，提高能量的利用率，使能量尽可能多地流向对人类有益的部分。

2．某农业生态工程基地按照生态和经济规律，对种植业和养殖业进行了优化设计。

通过套种、间种和轮种等技术的应用，使种植的农作物为该生态系统组成成分中的消费者提供更多的食物。

在农业生产中尽量不施用农药，其目的是C。

A．减少水土流失B．减少土壤肥力

C．减少环境污染D．减少生物多样性

题型一　生态工程在农业中的应用

1．（2017·余姚校级月考）设计生态工程的常用方法之一是给食物链（网）“加环”，如图就是一种“加环”示意图，据图判断下列说法不正确的是（　　）

A．用蛆蛹粪便还田，运用了能量循环原理

B．用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质的多级利用

C．用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益

D．该生态工程的正常运转离不开人的管理

答案　A

解析　能量是单向流动、逐级递减的，不能循环利用，A项错误；用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质和能量的多级利用，B项正确；用玉米芯生产木糖醇，实现了物质的多级利用，可以增加经济效益，C项正确；该图属于生态农业，人的作用非常关键，D项正确。

2．“四位一体”生态农业是我国北方典型的生态农业模式，它以沼气为纽带，将沼气池、猪禽舍、蔬菜栽培与日光温室有机地组合在一起。

下列有关叙述不正确的是（　　）

A．将牛粪、猪粪直接施入沼气池，可以为沼气池中的微生物生长提供物质和能量

B．建立该系统遵循的主要原理有物质循环再生原理、物种多样性原理等

C．该系统的主要成分是蔬菜，人、牛、猪等均为消费者，它们构成食物网

D．由于废弃物的再利用，提高了该系统中各营养级之间的能量传递效率

答案　D

解析　将牛粪、猪粪直接施入沼气池，微生物可以将其中的有机物分解为无机物，有利于能量的多级利用可以为沼水池中的微生物生长提供物质和能量，A项正确；该生态系统将农业废弃物的转化、再生和资源化等综合起来，同时又增加了蔬菜的种植和猪、牛等家畜的饲养，遵循了能量的多级利用、物质循环再生、物种多样性等原理，B项正确；生产者是生态系统的主要成分，又是基本成分，人、猪和牛直接或间接取食于生产者（蔬菜），生产者和消费者构成了食物网或食物链，C项正确；不同结构的生态系统，能量传递效率是不会改变的，D项错误。

生态工程设计的常用方法

（1）生态工程设计的常用方法之一是食物链（网）的“相接”。

例如，在稻田养鱼的农业生态工程中，鱼与稻原属于不同生态系统的食物链（网），但在人为调控下，将一些草食性鱼、滤食性鱼和杂食性鱼（如草鱼、鲢鱼和罗非鱼等）的鱼苗放养在稻田中，使稻田生态系统的结构有所改变，物质循环和能量流动更为合理。

这表现在鱼类摄食杂草，减少了杂草在阳光、养分方面与水稻的竞争；鱼粪中含有丰富的氮、磷，增加了水稻的肥源；滤食性和杂食性鱼能摄食稻田中的浮游生物、底栖动物等。

（2）生态工程设计的常用方法之二是食物链（网）的“加环”。

“加环”可为未被利用的部分找到出路。

例如，用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇等，其残余物用来培养食用菌，栽培食用菌后的残余物用来养殖蛆蛹，蛆蛹粪作为优良有机肥还田等。

题型二　庭院生态系统的经济效益分析

3．下面为一庭院生态系统各成分的组成和相互关系的示意图，下列关于该生态系统的分析中，正确的是（　　）

A．建立该生态系统的目的是实现物质和能量的循环利用，提高经济效益

B．若在果树间间种绿肥类杂草，能导致该系统中生物多样性增加，可能有效控制果园中某些害虫的数量从而减少对果树的危害

C．在庭院中饲养鸡鸭能提高生态系统中物质的利用效率，增加产量，但由于食物链延长，生态系统中能量传递效率会降低

D．在庭院中建沼气池处理垃圾、粪便和植物枝叶，目的是尽可能减少分解者获得的能量，从而使能量流向对人有益的部分

答案　B

解析　生态系统中的能量不能循环利用；增加生物的多样性，可提高生态系统的稳定性；能量沿食物链传递的效率与食物链的长短无关。

4．一青年农民利用自己学习的生态学知识，在自家庭院里建了一个小型生态农业，年创收入上万元。

如图是该家庭生态工程的模式图，请据图分析回答问题：

（1）从图中可知，人类生活中所需的能源来自于太阳能、沼气等。

利用这些能源与利用煤炭相比，突出的优点是__________________________________________________________。

（2）该生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是_________________________

________________________________________________________________________。

（3）生态工程建设的目的就是遵循自然界____________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。

与传统工程相比较，生态工程具有____________________________的特点。

（4）据生态工程中的物种多样性这一原理，有人认为生态农业建设中，应使食物链和营养级越长越多越好，你是否支持这一观点？

________。

答案　

（1）减少了燃烧煤炭所产生的污染　

（2）充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用　（3）物质循环　少消耗、多效益、可持续　（4）否

解析　

（1）该生态农业减少了燃烧煤炭所产生的污染。

（2）该生态工程充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用，使能量能够更多地被人类利用。

（3）生态工程建设的目的就是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。

生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续。

（4）食物链越长，营养级越多，则能量损耗越多。

模拟演练

1．下列措施与生态工程的原理不符合的一项是（　　）

A．森林的采伐量小于生产量

B．人工鱼塘生产者的能量小于消费者的能量

C．农田通过农作物输出的氮元素多于补充的氮元素

D．向农田施用的无机氮肥多于生物固定的氮肥

答案　C

解析　森林的采伐量小于生产量，利于森林的发展；人工鱼塘生产者的能量小于消费者的能量，可以通过人工补充能量来维持；农田通过农作物输出的氮元素多于补充的氮元素，土壤会越来越贫瘠，影响可持续发展；在农田中，农作物对氮肥的需要量要远远大于生物固定的氮肥。

2．退耕还林还草的措施，主要利用的农业生态工程技术是（　　）

A．洁净可再生的新能源开发技术

B．间种、套种和轮种技术

C．物质的良性循环技术

D．种植业和畜牧业合理优化技术

答案　D

解析　退耕还林还草是从生态、社会、经济条件等实际出发，将不适合农耕的土地转为林地和草地的措施。

3．下列叙述完全符合生态经济的是（　　）

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

答案　B

解析　生态经济的原则是“循环经济”，实现废弃物的资源化，一个系统产出的污染物能够成为本系统或另一系统的生产原料。

“先污染，后治理”，则不讲求生态效益，一味追求经济效益，违背了生态学的基本原理。

4．（2017·台州一次统练）下图是我国南京古泉生态农场的以沼气为纽带，联动农作物种植、蚯蚓养殖、养鱼、养鸡、养鸭等产业的物质循环利用示意图，请据图回答下列问题：

（1）图中蘑菇房中的蘑菇属于生态系统成分中的________________。

（2）某同学据图写出一条捕食食物链：

果树―→蚯蚓―→鸡，该食物链______（填“正确”或“不正确”）。

（3）此生态农业与传统农业相比，明显的优势是____________和________________________。

（4）假设下图是建成生态农场前的部分物质循环示意图，请画出与该图对应的能量流动图解。

答案　

（1）分解者　

（2）不正确　（3）能量多级利用　减少了对环境的污染（或实现了废物资源化等）（顺序可颠倒，答出两点即可）

（4）如图所示

课时训练

一、选择题

1．“菇—菜”立体栽培（如图）是充分利用温室大棚等设施的光、温度环境优势，按照空间层次分布，形成优势互补和资源高效利用的生态农业模式之一。

下列有关叙述不正确的是（　　）

A．图中X可代表CO2，Y可代表O2

B．该生态系统中食用菌属于分解者

C．菌渣作为有机肥为蔬菜提供了能量

D．该模式遵循了物质循环再生等生态工程原理

答案　C

解析　蔬菜光合作用产生的O2可用于食用菌的呼吸作用，同时食用菌呼吸作用产生的CO2可被蔬菜的光合作用利用，故题图中X可代表CO2，Y可代表O2；食用菌分解有机物，属于分解者；菌渣作为有机肥，通过微生物的分解作用只能为蔬菜提供CO2和无机盐，蔬菜不能从有机肥中直接获取能量；该生态农业充分利用了菌渣等废弃物，遵循了物质循环再生等生态工程原理。

2．如图为桑基鱼塘生态系统，有关说法错误的是（　　）

A．该体系中人的作用非常关键

B．该生态系统实现了光合产物的分层多级利用

C．桑树的凋落物、蚕沙撒入鱼塘中，经池塘内食物链的作用实现了能量的重复利用

D．该系统具有结构协调、资源高效利用、内部良性循环并能稳定持续发展的特点

答案　C

解析　桑基鱼塘生态系统属于人工生态系统，人的作用非常关键；由图可知，该生态系统实现了光合产物的分层多级利用；能量只能被多级利用，不能重复利用；该人工生态系统结构协调、资源利用效率高、内部循环优良、并能稳定持续发展。

3．“粮桑鱼畜”农业生态系统是江浙平原水网地区典型的高效农业生态系统，下图表示这一农业生态系统的基本模式。

据图示判断下列说法错误的是（　　）

A．沼气池的建立既充分发挥资源的生产潜力，又防止了环境污染

B．通过巧接食物链使原本流向分解者的能量更多地流向了人，提高了能量的传递效率

C．这一生态工程模式主要适用于江浙平原而不适用于我国西北地区，这是因为在建立生态工程时还需要遵循“整体、协调、循环、再生”的原理

D．上述生态农业系统可通过改善和优化系统的结构达到改善系统功能的效果

答案　B

解析　沼气池的建立使物质得以充分利用，实现了能量的多级利用，同时减少了环境污染；该生态农业调整食物链实现了物质的循环利用，提高了能量利用率，但能量的传递效率不会改变。

4．（2017·温州校级期末）如图所示是一个庭院生态工程的模式图，对该生态系统的分析，正确的是（　　）

A．该生态工程的目的是实现物质的循环利用，提高经济效益

B．该生态工程遵循了物质与能量多级循环利用等原理

C．饲养鸡、鸭能提高生态系统中物质的利用效率，增加产量，但由于食物链延长，生态系统中能量传递效率会降低

D．建沼气池和制作生态缸需要考虑的因素是一样的

答案　A

解析　该生态工程的目的是实现物质的循环利用，提高经济效益，A项正确；能量只能单向流动、逐级递减，不能循环利用，B项错误；食物链延长不能改变能量的传递效率，C项错误；建沼气池和制作生态缸需要考虑的因素不完全一样，如沼气池不需要光照，而生态缸需要光照等，D项错误。

二、非选择题

5．下图为某农场的农业生态工程简图。

请据图回答下列问题：

（1）在评价养殖效益时，除了人工投入等成本外，往往采用单位时间内饲料投入量和体重净增长量（可采用相关参数转换成干物质量）作为评价指标。

其中体重净增长量为__________生产量，该值的大小取决于饲料到饲养动物的能量____________________。

（2）该生态工程的核心技术是__________。

若在果园中同时种植蔬菜，属于________________技术。

图中的沼气工程是在沼气池的基础上增添了脱硫塔等设施，更加优化了___________的新能源开发技术。

（3）在无人为因素干预下，养殖鱼类种群呈逻辑斯谛增长，若养鱼场中迁入捕食养殖鱼类幼体的乌鳢鱼，将使“S”形曲线中的________下降。

通过生态系统的______调节，乌鳢鱼和养殖鱼类的数量将趋于相对平衡。

答案　

（1）次级　传递效率　

（2）物质的良性循环技术　间种　洁净可再生　（3）K值　自我（或负反馈）

解析　

（1）饲养动物在生态系统中属于消费者，消费者属于次级生产者，其体重净增长量（转换为干物质量）等于同化量减去呼吸消耗量，即为次级生产量；饲养动物的能量均来自饲料，因此其体重净增长量的大小取决于二者之间的能量传递效率。

（2）该生态工程实现了对废物的充分利用，加快了物质的循环，因此其核心技术是物质的良性循环技术；在一块土地上同时期按一定行数的比例间隔种植两种以上的作物，这种栽培方式叫作间种；脱硫塔的使用使沼气中易造成污染的成分被去除使能源更清洁，优化了洁净可再生新能源。

（3）乌鳢鱼的迁入增大了养殖鱼类的环境阻力，会使K值下降；生态系统具有一定的自我调节能力，在受到一定限度的外力干扰时，可通过负反馈调节维持自身的稳态。

6．生态农业建设是建设社会主义新农村的重要内容之一。

下面是两种生态农业模式：

模式1　鸡—猪—鱼立体养殖模式：

一亩鱼塘配6～8头猪，100～120只鸡，鱼塘中各种鱼的比例大致为：

花白鲢占20%，草鱼占40%，鲤鱼、鳙鱼占40%，每亩鱼塘投放鱼苗4500尾。

每天从鸡舍中收集新鲜的鸡粪晒干，经初步发酵后混入一定量饲料喂猪，猪粪喂鱼。

模式2　“四位一体”生态模式：

以太阳能为动力，以沼气为纽带，将日光温室、沼气池、蔬菜种植和温室养猪相结合的一种新的农业生产模式。

请分析回答有关问题：

（1）在模式1中，必须注意某种鱼的投入数量，不宜超过该鱼在生态系统中的___________。

鱼塘中不同鱼类生活在不同水层，体现了生物群落的__________结构。

（2）模式2中，沼气池中的产甲烷杆菌在生态系统中属于________（填生态系统的组成成分）。

（3）下列不属于生态农业生产方式的是________。

A．病虫害的生物防治

B．作物轮种、套种

C．使用化肥提高作物产量

D．秸秆等农业废弃物的资源化利用

答案　

（1）环境容纳量　垂直　

（2）分解者　（3）C

解析　

（1）投入生物时不能超过该生物在生态系统中的环境容纳量，否则会破坏该生态系统的稳定性。

不同鱼类生活在不同的水层体现的是群落的垂直结构。

（2）沼气池中的产甲烷杆菌可将有机物分解为无机物，属于分解者。

（3）使用化肥提高作物产量不属于生态农业生产方式，因为会污染环境。

7．雾霾引发了全国人民的关注和讨论。

天津港火灾爆炸事故遗址已彻底清理并建设海港生态公园，生态环境保护已经成为社会关注的热点。

请回答下列问题：

（1）陕西榆林为产煤大市，矿区生态破坏严重，矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于___________________，具体实施的措施有______________、__________（任答两点）。

（2）某生态工程以沼气工程为中心，各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼，人、畜、禽粪便作为原料生产沼气，沼渣水返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘，体现了生态工程的_________原理。

该生态工程建设中，鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其________。

（3）一般来说，生态工程的主要任务是对______________进行修复，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。

在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时，需选择符合要求的植物，这遵循了生态工程的________________原理。

答案　

（1）植被恢复与土壤微生物群落的重建　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　

（2）物质循环再生　环境容纳量　（3）已破坏的生态系统　协调与平衡

8．如图为“秸秆的多级利用”农业生态系统中能量流动和物质循环示意图。

请据图回答下列问题：

（1）“秸秆的多级利用”充分体现了生态工程的____________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__________效应。

（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，物质经多次重复利用，提高了________________________。

（4）农村大量燃烧秸秆和柴草会产生什么问题？

至少列举三种现象。

①________________________________________________________________________。

②______________________________________________________________。

③___________________________________________