《生態(tài)工程的基本原理》 全省一等獎

生態(tài)工程的基本原理一方面資源緊張，一方面我們的發(fā)展又過于粗放，過于大手大腳。更讓人揪心的是，對能源及資源的利用效率低下導(dǎo)致近年來中國環(huán)境急劇惡化。目前，我國溫室氣體排放已經(jīng)居世界第二，單位GDP污染排放量是發(fā)達(dá)國家平均水平的十幾倍，水土流失、土地沙化、草地退化在加劇……通過本專題的學(xué)習(xí)，你就會知道走生態(tài)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展之路是唯一的選擇。本專題包括“科技探索之路——生態(tài)工程的興起”“生態(tài)工程的基本原理”“生態(tài)工程的實例和發(fā)展前景”和“實踐活動——調(diào)查沼氣工程的實施情況”。本專題旨在使我們了解生態(tài)工程的建設(shè)需要系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)的知識，學(xué)會綜合分析思考問題的能力。通過對中西方生態(tài)工程建設(shè)的比較，說明應(yīng)根據(jù)我國國情走自己的生態(tài)工程之路，生態(tài)工程在我國具有廣闊的發(fā)展前景。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)將更多研究的成果應(yīng)用于生態(tài)工程建設(shè)中，例如，通過基因工程制造的抗蟲、抗病轉(zhuǎn)基因植物的種植，減少了農(nóng)藥的使用，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境等。細(xì)胞工程中組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用對城市環(huán)境的綜合治理也起到了重要作用；酶工程的原理，可以幫助我們理解沼氣工程中對菌群的控制。生態(tài)建設(shè)中同樣存在倫理問題，即生態(tài)倫理問題。因此，可以說，本專題與專題4《生物技術(shù)的安全性和倫理問題》的內(nèi)容有相通之處，同樣需要我們學(xué)會站在不同的角度，全面分析問題。本專題內(nèi)容所涉及的生態(tài)環(huán)境問題是我們關(guān)注的熱點問題。與在必修模塊中學(xué)習(xí)的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動的基本規(guī)律和應(yīng)用有密切的聯(lián)系。保持生態(tài)平衡、防止環(huán)境污染及環(huán)境保護(hù)等都是當(dāng)今世界各國政府非常關(guān)注的重大問題，有關(guān)這方面的題目在歷年的高考題中有逐漸增多的趨勢，要求學(xué)生能夠運用所學(xué)生態(tài)學(xué)原理分析和解釋類似的實際問題。生態(tài)工程是多學(xué)科交叉形成的新興學(xué)科。進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時，會遇到各種錯綜復(fù)雜的問題，因此，既要遵循生態(tài)學(xué)原理，又要考慮社會、經(jīng)濟(jì)等各種因素，分析生態(tài)工程案例時只從生態(tài)學(xué)角度分析是片面的。教材中生態(tài)工程的原理和生態(tài)工程的實例內(nèi)容比較豐富，給我們很大的空間。教材內(nèi)容選擇和呈現(xiàn)方式力求鼓勵進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，如實踐活動、資料分析、討論、設(shè)計和進(jìn)展追蹤等，應(yīng)積極地進(jìn)行自主探究、合作式的學(xué)習(xí)活動。目標(biāo)定位1．簡述生態(tài)工程的概念，關(guān)注生態(tài)工程建設(shè)。2．簡述生態(tài)工程的原理，舉例說出各原理的內(nèi)容。(重點)3．嘗試運用生態(tài)工程原理，分析生態(tài)環(huán)境問題及解決對策。(難點)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)一、生態(tài)工程生態(tài)工程建設(shè)的目的就是遵循自然界①________的規(guī)律，充分發(fā)揮②________的生產(chǎn)潛力，防止③________，達(dá)到④________效益和⑤________效益的同步發(fā)展。與傳統(tǒng)的工程相比，生態(tài)工程是一類⑥________、⑦_(dá)_______、⑧________的工程體系。二、生態(tài)經(jīng)濟(jì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)主要是通過實行⑨________的原則，使一個系統(tǒng)產(chǎn)出的⑩________，能夠成為本系統(tǒng)或另一系統(tǒng)的?________，從而實現(xiàn)?________資源化，而實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)最重要的手段之一就是?________。物質(zhì)循環(huán)資源環(huán)境污染經(jīng)濟(jì)生態(tài)少消耗多效益可持續(xù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)污染物生產(chǎn)原料廢棄物生態(tài)工程三、生態(tài)工程所遵循的基本原理生態(tài)工程所遵循的基本原理有?_________________原理、?____________原理、?_____________原理、?_________原理和?___________________原理。物質(zhì)循環(huán)再生物種多樣性協(xié)調(diào)與平衡整體性系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)[思維激活]1．為什么說“污染物是放錯地方的資源”？2．樟子松林的松毛蟲數(shù)量為什么會肆意增長，而珊瑚礁區(qū)卻有很高的生物多樣性？[答案]

1．對環(huán)境造成危害的污染物，采用一定的措施和技術(shù)，就能夠回收和循環(huán)利用，這樣不但能夠減少環(huán)境污染，而且提高了資源的利用率，減少了資源的浪費，因此說“污染物是放錯地方的資源”。2．純樟子松林的生物多樣性低，食物鏈短而單調(diào)，缺少松毛蟲的天敵，而成片單一的林木又為其提供了豐富的食物來源，因而會導(dǎo)致樹林的毀壞。珊瑚礁區(qū)的生物多樣性高，食物鏈復(fù)雜，不同的生物占據(jù)了不同的時間位、空間位和資源位，因而充分利用了珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境，所以該區(qū)有很高的生物多樣性。要點精析一、關(guān)注生態(tài)工程建設(shè)1．生態(tài)工程的概念生態(tài)工程是指人類應(yīng)用生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)等學(xué)科的基本原理和方法，通過系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)控和技術(shù)組裝，對已破壞的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)、重建，對造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式進(jìn)行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，從而促進(jìn)人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展。注意：生態(tài)工程的特點是少消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。2．生態(tài)經(jīng)濟(jì)的概念：生態(tài)經(jīng)濟(jì)主要是通過實行“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的原則，使一個系統(tǒng)產(chǎn)出的污染物，能夠成為本系統(tǒng)或者另一個系統(tǒng)的生產(chǎn)原料，從而實現(xiàn)廢棄物的資源化，而實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)最重要的手段之一就是生態(tài)工程。注意：應(yīng)從以下幾個方面來理解本概念：①原理：循環(huán)經(jīng)濟(jì)原理。②目的：實現(xiàn)廢棄物的資源化。3．石油農(nóng)業(yè)的理解(1)含義：是指大量使用化肥、農(nóng)藥、機(jī)械的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。由于需要大量的石油、煤、天然氣等作為原料或動力而得名。(2)優(yōu)點：投入高、產(chǎn)出也高，對糧食安全保障和提高人民生活水平起了巨大作用。(3)缺點：它所產(chǎn)生的廢棄物和有害物質(zhì)的數(shù)量很龐大，大大削弱了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)生產(chǎn)力，并造成日益嚴(yán)重的農(nóng)產(chǎn)品污染和環(huán)境污染。4．生態(tài)工程建設(shè)的目的：遵循自然界物質(zhì)循環(huán)的規(guī)律，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境污染，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的同步發(fā)展。5．建設(shè)生態(tài)工程的原因：傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式正在毀壞水、大氣、土壤和生物資源，消耗地球贈給我們的自然資本，為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，因而要建設(shè)生態(tài)工程。

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展已由科技含量較低的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)雖然產(chǎn)量大大提高，但由于大量施用化肥、農(nóng)藥，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此我國政府正大力推廣經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益相統(tǒng)一的生態(tài)農(nóng)業(yè)。下列關(guān)于生態(tài)農(nóng)業(yè)的敘述不正確的是(

)A．生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中食物鏈和營養(yǎng)級越多，在能量流動中消耗的能量越少B．生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性比現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高C．生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計的指導(dǎo)原則是實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的能量和物質(zhì)的多級利用D．生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)屬于人工生態(tài)系統(tǒng)，人的作用非常突出[解析]

能量的多級利用并不是食物鏈越長越好，還要考慮能量在傳遞過程中的生物呼吸所消耗的能量；生態(tài)農(nóng)業(yè)實現(xiàn)了廢物資源化，提高了能量的利用率。生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是遵循生態(tài)經(jīng)濟(jì)原理，在遵循“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的原則下，通過優(yōu)化組合，使一個系統(tǒng)產(chǎn)出的污染物資源化，實現(xiàn)物質(zhì)和能量的多級利用，同時防止了環(huán)境污染；在生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中人的作用非常突出，一旦失去人的作用，該系統(tǒng)將受到破壞，因而生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)又屬于人工生態(tài)系統(tǒng)。[答案]

A下列有關(guān)生態(tài)工程的敘述，不正確的是(

)A．為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須符合生態(tài)學(xué)規(guī)律，改變“人類能征服自然”的錯誤觀念，走生態(tài)經(jīng)濟(jì)之路B．“無廢棄物農(nóng)業(yè)”所采用的肥料一般是用人畜糞便、枯枝落葉、殘羹剩飯、河泥等通過堆肥和漚肥等方式轉(zhuǎn)變成的有機(jī)肥，也可適量地使用化肥C．眾多的生物通過食物鏈關(guān)系相互依存，就可以在有限的資源條件下，產(chǎn)生或容納更多的生物量，提高系統(tǒng)生產(chǎn)力D．珊瑚礁之所以能夠保持很高的系統(tǒng)生產(chǎn)力，得益于珊瑚蟲和藻類組成的高效的植物——動物營養(yǎng)循環(huán)[答案]

B[解析]

“無廢棄物農(nóng)業(yè)”不包括使用化肥。2．生態(tài)工程所遵循的基本原理生態(tài)工程是生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科交叉而產(chǎn)生的新興學(xué)科，遵循的基本原理很多，主要原理如下：原理理論基礎(chǔ)內(nèi)容意義實例物質(zhì)循環(huán)再生原理物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)能夠在各類生態(tài)系統(tǒng)中，進(jìn)行區(qū)域小循環(huán)和全球地質(zhì)大循環(huán)，循環(huán)往復(fù)，分層分級利用，從而達(dá)到取之不盡、用之不竭的效果可避免環(huán)境污染及其對系統(tǒng)穩(wěn)定和發(fā)展的影響無廢棄物農(nóng)業(yè)原理理論基礎(chǔ)內(nèi)容意義實例生物多樣性原理生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性物種繁多而復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)具有較高的抵抗力穩(wěn)定性。生物多樣性程度高，可以為各類生物的生存提供多種機(jī)會和條件。眾多的生物通過食物鏈關(guān)系互相依存，就可以在有限的資源條件下，產(chǎn)生或容納更多的生物量，提高系統(tǒng)生產(chǎn)力避免系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或功能失衡“三北”防護(hù)林建設(shè)中的單純林問題、珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性問題原理理論基礎(chǔ)內(nèi)容意義實例協(xié)調(diào)與平衡原理生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡指生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡，需要考慮環(huán)境承載力，即指某種環(huán)境所能養(yǎng)活的生物種群的數(shù)量避免系統(tǒng)的失衡和破壞太湖富營養(yǎng)化問題整體性原理社會、經(jīng)濟(jì)、自然復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)工程的建設(shè)時，不僅要考慮到自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，還要考慮到經(jīng)濟(jì)和社會等系統(tǒng)的影響力統(tǒng)一協(xié)調(diào)各種關(guān)系，保障系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定林業(yè)建設(shè)中自然系統(tǒng)與社會、經(jīng)濟(jì)的關(guān)系問題原理理論基礎(chǔ)內(nèi)容意義實例系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理①系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定功能原理：分布式優(yōu)于集中式和環(huán)式生態(tài)工程需要考慮系統(tǒng)內(nèi)部不同組分之間的結(jié)構(gòu)，通過改善和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，達(dá)到改善系統(tǒng)功能的目的①改善和優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以改善功能?；~塘②系統(tǒng)整體性原理：整體大于部分之和系統(tǒng)各組分之間要有適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系，只有這樣才能順利完成能量、物質(zhì)、信息等的轉(zhuǎn)換和流通，并且實現(xiàn)總體功能大于各部分之和的效果②保持系統(tǒng)很高的生產(chǎn)力珊瑚礁區(qū)藻類和珊瑚蟲的關(guān)系知識貼士：①生物多樣性高，食物鏈復(fù)雜，不同的生物占據(jù)不同的時間位、空間位和資源位，可充分利用生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境。②只有保持生態(tài)系統(tǒng)較高的生物多樣性，才能保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡。③協(xié)調(diào)與平衡是指生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡，協(xié)調(diào)主要指生物要適應(yīng)環(huán)境，平衡是指某環(huán)境下生物種群的數(shù)量與環(huán)境的承載力要平衡，否則會引起系統(tǒng)的失衡與破壞。

下圖說明我國現(xiàn)有的生產(chǎn)模式嚴(yán)重違反了什么生態(tài)工程原理(

)A．整體性原理 B．協(xié)調(diào)與平衡原理C．系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定功能原理 D．物質(zhì)循環(huán)再生原理[解析]

從題圖中不難看出，綜合污染物與能源消耗呈逐年上升的趨勢，說明了生產(chǎn)活動產(chǎn)生的物質(zhì)不能被充分利用，造成了能源的消耗過大。[答案]

D下列措施與生態(tài)工程的原理不符合的一項是(

)A．森林的采伐量小于生產(chǎn)量B．人工魚塘生產(chǎn)者的能量小于消費者的能量C．農(nóng)田通過農(nóng)作物輸出的氮素多于補充的氮素D．向農(nóng)田施用的無機(jī)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產(chǎn)量，利于森林的發(fā)展；人工魚塘生產(chǎn)者的能量小于消費者的能量，可以通過人工補充能量來維持；農(nóng)田通過農(nóng)作物輸出的氮素多于補充的氮素，土壤就會越來越貧瘠，影響可持續(xù)發(fā)展；向農(nóng)田施用的無機(jī)氮肥可以多于生物固定的氮肥。思維升華沼氣工程1．北方地區(qū)的沼氣池冬天的維持及使沼氣池中菌類維持穩(wěn)定產(chǎn)氣的方法在冬季，可以通過加溫(蒸氣、熱水通入發(fā)酵池)或?qū)⒄託獬赜盟芰洗笈锓忾]起來增加產(chǎn)氣。沼氣池穩(wěn)定產(chǎn)氣必須的條件：(1)沼氣池必須密閉。沼氣菌群是一類厭氧細(xì)菌，它在整個生命過程(生長、發(fā)育、繁殖、代謝等)中都不需要氧。(2)適當(dāng)?shù)乃?。發(fā)酵池中的料、水比例得當(dāng)是正常產(chǎn)生沼氣的關(guān)鍵。如一個6m3的標(biāo)準(zhǔn)池，首次投料大約需要人畜糞便1500kg、雜草500kg，再加入2000kg的水。(3)適當(dāng)?shù)臏囟?。一?℃以上沼氣菌即可活動，產(chǎn)生微量沼氣；20℃～24℃活動正常；28℃～30℃活動最旺盛，產(chǎn)生沼氣率最高。(4)酸堿度。沼氣發(fā)酵適宜的pH范圍是6.5～7.5，最適pH是6.8～7.0。(5)攪拌。適當(dāng)攪拌可以提高發(fā)酵池內(nèi)產(chǎn)氣率，一般每周攪拌2次即可。(6)接種。增加沼氣菌種數(shù)量，盡快發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。沼氣池正常產(chǎn)氣后，還需不斷地添加新料、清除舊料才能確保持續(xù)產(chǎn)氣。2．沼氣的成分及清理沼氣池時要防止中毒沼氣是一種多成分混合氣體，主要成分為甲烷和二氧化碳(甲烷的含量一般為60%～75%)，并含有少量的一氧化碳、氫、硫化氫和氮等。沼氣中氧氣濃度低，一氧化碳等有害氣體濃度高，人一定要注意在通風(fēng)充分、確保安全后才可進(jìn)入，否則會引起中毒。3．大型養(yǎng)殖場廄糞和沼氣發(fā)電工程采用高溫(50℃左右)厭氧發(fā)酵，可使廄糞料的分解周期縮短到十幾小時并能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生大量沼氣，通過沼氣與燃油混燒的發(fā)電設(shè)備，使發(fā)出的電并到大電網(wǎng)上，出售商品電力，由此可以達(dá)到消除污染、獲得可再生能源和優(yōu)質(zhì)生物肥料等目的。應(yīng)用探究一青年農(nóng)民利用自己學(xué)習(xí)的生態(tài)學(xué)知識，在自家庭院搞了一個小型生態(tài)農(nóng)業(yè)。他在0.25畝的土地上，地面養(yǎng)蘑菇和密環(huán)菌，空中架箱養(yǎng)蚯蚓，頂上搭葡萄架，需光的采光，不需光的陰涼，各取所需，生活在各自的生態(tài)位置上，同時用蚯蚓喂雞，雞糞喂豬。豬糞匯集產(chǎn)沼氣，沼氣點燈做飯，沼渣做肥料，最大限度地利用了物質(zhì)和能量，使0.25畝的土地