山东省2022高考生物现代生物科技专题第4讲生态工程导学案含解析新人教版选修3

第4讲　生态工程李仕才考纲要求全国卷五年考情1.简述生态工程的原理(Ⅱ)无考题2.生态工程的实例(Ⅰ)无考题考点一|生态工程的基本原理(对应学生用书第262页)[识记—基础梳理]1．生态工程(1)目的：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。(2)特点：少消耗、多效益、可持续。2．生态经济(1)原则：循环经济。(2)结果：使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料。(3)目的：实现废弃物的资源化。(4)重要手段：生态工程。3．生态工程的基本原理(1)物质循环再生原理：物质在生态系统中循环往复、分层分级利用。如无废弃物农业。(2)物种多样性原理：物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。如“三北”防护林建设中的问题。(3)协调与平衡原理：生物与环境的协调与平衡问题；环境承载力问题。如过度放牧等。(4)整体性原理：综合考虑社会—经济—自然复合系统。(5)系统学和工程学原理：①系统的结构决定功能原理：通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。②系统整体性原理：系统各组分之间要有适当的比例关系，完成能量、物质、信息等的转换和流通，实现总体功能大于各部分之和的效果。[教材边角知识]　选修3　P109根据“‘无废弃物农业’物质和能量流动图”分析：把牲畜粪便、人粪尿和作物残留施用到农田中，有什么好处？【提示】　改善土壤结构；培育土壤微生物；实现土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用。[运用—考向对练]7\n考向　考查生态工程的基本原理及应用柴静的纪录片《穹顶之下》引发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，这再次将生态环境与生态经济推上舆论的焦点，生态工程的建设已经成为社会关注的热点，请回答下列问题：(1)山西省为产煤大省，生态环境破坏严重，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______________________(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，主要体现了生态工程的____________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__________，该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循___________原理。(3)在上述的生态工程中，种植不同的农作物、果树，饲养多种畜禽，这体现了生态工程的____________原理。(4)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。(5)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。[解析]　(1)矿区废弃地的生态恢复工程的关键在于植被恢复与土壤微生物群落的重建，具体实施的措施有人工制造表土、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。(2)该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，体现了生态工程的物质循环再生原理。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环境容纳量。该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循系统的结构决定功能原理。(3)该生态工程种植不同的农作物、果树、饲养多种畜禽，这体现了生态工程的物种多样性原理。(4)生态工程的主要任务是对已破坏的生态系统进行修复，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。(5)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协调与平衡原理。[答案]　(1)植被恢复与土壤微生物群落的重建　人工制造表土、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等(任选两点)　(2)物质循环再生　环境容纳量　系统的结构决定功能　(3)物种多样性　(4)已破坏的生态系统　(5)协调与平衡1．单一人工林比天然混交林稳定性低，易爆发虫害——物种多样性原理。2．草原确定合理载畜量，不能过度放牧——协调与平衡原理。7\n3．引种考虑适应环境——协调与平衡原理。4．林业生态工程建设，既考虑种树又考虑人类的生活问题——整体性原理。北京郊区的窦店村实施了以沼气工程为中心的农村综合发展性生态工程。据图回答问题：(1)沼气池的建立在有效地解决农村燃料问题的同时，还可以节省林木、保护植被、减轻____________。同时，沼渣用作畜禽饲料和农作物肥料，体现了生态工程的____________原理。(2)从生态系统的组成成分看，蓝绿萍属于____________。除了生态系统的组成成分，生态系统的结构还包括____________。鱼等消费者通过自身代谢，将有机物转化为无机物，加快了生态系统的____________。(3)进行生态工程建设时，要处理好生态与环境的协调与平衡，需要考虑____________，若超过相应的限度，会引起系统的失衡与破坏。(4)与农业生态系统相比较，自然生态系统的抵抗力稳定性通常较高，主要原因是____________________________________。生态系统稳定性的基础是生态系统普遍存在的____________机制。[解析]　(1)沼气池的建立在有效地解决农村燃料问题的同时，还可以节省林木、保护植被、减轻环境污染。同时，沼渣用作畜禽饲料和农作物肥料，体现了生态工程的物质循环再生原理。(2)蓝绿萍是植物，在生态系统的组成成分中，属于生产者。除了生态系统的组成成分，生态系统的结构还包括营养结构(食物链和食物网)。鱼等消费者通过自身代谢，将有机物转化为无机物，加快了生态系统的物质循环。(3)进行生态工程建设时，要处理好生态与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力，若超过相应的限度，会引起系统的失衡与破坏。7\n(4)与农业生态系统相比较，自然生态系统的抵抗力稳定性通常较高，主要原因是生态系统组分多，食物网复杂，自我调节能力强。生态系统稳定性的基础是生态系统普遍存在的负反馈调节机制。[答案]　(1)环境污染　物质循环再生　(2)生产者　食物链和食物网　物质循环　(3)环境承载力　(4)生态系统组分多，食物网复杂，自我调节能力强　负反馈调节考点二|生态工程的实例分析及发展前景(对应学生用书第263页)[识记—基础梳理]1．生态工程的实例(连线)类型　　　　　　　　　　实例①农村综合发展a．“三北”防护林，退型生态工程　　　　耕还林还草②小流域综合治b．窦店村以沼气工程为中心理生态工程的物质多级循环利用工程③大区域生态系c．甘肃陇南“九子登科”统恢复工程治理模式④湿地生态d．张家港、大连等国家恢复工程环境保护模范城市⑤矿区废弃地的生态恢复工程e．鄱阳湖综合治理⑥城市环境f．赤峰市元宝山矿区生态工程生态恢复工程【提示】　①－b　②－c　③－a　④－e　⑤－f　⑥－d2．生态工程的发展前景(1)“生物圈2号”生态工程实验的启示：使我们认识到人与自然和谐共处的重要性，深化了我们对自然规律的认识。(2)发展前景：我们需要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。[运用—考向对练]考向　生态工程实例的分析在我国，生物氧化塘是实施城市生活污水资源化利用的有效方法，是我国着力推广的一项生态工程技术。该技术利用细菌和真菌等微生物对进入氧化塘的有机物进行处理，同时塘中种植水生植物，进行水产和水禽养殖，既实现了对生活污水的有效地处理，又能获得经济效益。请分析回答：【导学号：67110100】(1)该技术的应用属于____________生态工程的实例。7\n(2)流入氧化塘生态系统的总能量是__________________________；该生态系统利用种植水生植物、养鱼、鸭、鹅等能形成多条食物链，体现了生态工程的____________原理。(3)在氧化塘的建设中，每种生物的种植或投放量都不宜超过____________，各种生物间还要有适当的____________关系，这遵循了生态工程的____________和____________原理。(4)流出氧化塘的水与流入污水相比，明显减少的元素主要有____________；氧化塘每天处理污水的量是一定的，说明生态系统的____________是有限的。(5)氧化塘技术在处理污水的同时，能使人们获取经济效益，原因是____________；该技术是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶，它体现了研究自然生态系统结构与功能具有_______________________________________________的意义。[解析]　(1)据题干信息“生物氧化塘是实施城市生活污水资源化利用的有效方法”可知，该技术的应用属于城市环境生态工程的实例。(2)流经该生态系统的总能量是生活污水中有机物含有的能量和植物固定的太阳能。该生态系统利用种植水生植物、养鱼、鸭、鹅等能形成多条食物链，体现了生态工程的物种多样性原理。(3)协调与平衡原理是指生态系统的生物数量不能超过环境承载力(环境容纳量)的限度，每种生物的种植或投放量都会考虑自然、经济、社会的整体影响，即遵循了整体性原理。(4)氧化塘净化污水的途径有物理沉降、微生物的分解、化学分解和藻类植物的光合作用进行的。细菌和藻类生活在一起彼此有利，细菌通过分解有机物，为藻类生长提供二氧化碳，N、P矿物质等；藻类的光合作用为细菌的分解作用提供氧气和有机物，生态系统的自我调节能力是有限的。(5)生物氧化塘是以太阳能为初始能量，通过在塘中种植水生植物，进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统，在太阳能(日光辐射提供能量)作为初始能量的推动下，通过生物氧化塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中污水的有机污染物进行降解和转化，最后不仅去除了污染物，而且以水生植物和水产、水禽的形式作为资源回收，净化的污水也可作为再生资源予以回收再用，使污水处理与利用结合起来，实现污水处理资源化，生物氧化塘具有能充分利用地形，结构简单，建设费用低；可实现污水资源化和污水回收及再用，实现水循环，既节省了水资源，又获得了经济收益；处理能耗低，运行维护方便，成本低；美化环境，形成生态景观、污泥产量少等优点。[答案]　(1)城市环境(2)植物同化的太阳能总量及有机物中的能量　物种多样性(3)环境承载力(环境容纳量)　比例　协调与平衡　整体性(4)N、P等　自我调节能力7\n(5)提高了能量利用率(废物资源化)　帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用1．应当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则。2．应当能够构成一个合理的生产结构。3．应当体现充分利用自然界的物质和能量资源的原则。4．应当体现减少环境污染的原则。5．应当充分考虑经济、社会和生态的综合效益。6．所设计的农业生态系统，从理论上看应当能够实现良性循环。真题验收|感悟高考　淬炼考能(对应学生用书第264页)1．(2022·广东高考)污水处理厂的污泥富含有机质和无机成分，可用作肥料，但其多环芳烃(PAHs)等有机污染物含量通常较高，施入土壤会带来二次污染。生物质炭是由作物废弃秸秆等炭化而成。将污泥、含7%生物质炭的污泥均堆放一段时间后用于盆栽实验，研究它们对黑麦草生长及PAHs迁移的影响，结果见下表。测定项目红壤红壤＋污泥红壤＋含7%生物质炭的污泥土壤PAHs含量(μg/kg)5271079765黑麦草叶绿素含量(mg/g)2.02.12.3黑麦草每盆干重(g)1.72.32.7黑麦草PAHs含量(μg/kg)401651428(1)生物质炭孔隙结构发达，能改善土壤的通气状况，使根系细胞________加强，________合成增加，从而促进根系对土壤养分的吸收。(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥________________________，从而促进黑麦草生长；污泥的施用使土壤和黑麦草的PAHs含量________，但生物质炭的输入____________________，从而降低PAHs污染的风险。由此可见，生物质炭有望用作污泥改良剂，促进污泥的推广应用。污泥的应用符合生态工程的________原理。[解析]　(1)生物质炭能改善土壤的通气状况，增加土壤中的氧气量，使根系细胞的有氧呼吸加强，ATP的产生量增加，为根系主动运输吸收养分提供能量。(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥时，黑麦草叶绿素含量增加，从而促进黑麦草的生长。与只施用污泥相比，施用含生物质炭的污泥能降低土壤和黑麦草中PAHs的含量，说明生物质炭的输入能降低污泥中PAHs的含量，从而降低PAHs污染的风险。污泥中含有大量的有机质和无机成分，施用污泥的目的是使其中的养分直接或间接地被植物吸收利用，因此利用了物质循环再生的生态工程原理。[答案]7\n　(1)有氧呼吸　ATP　(2)能增加黑麦草叶绿素含量　升高　能降低污泥中PAHs的含量　物质循环再生2．(2022·重庆高考节选)为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行了公园化建设。(1)对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如图所示。t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的________转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在________，导致群落中植物物种数增加；t1→t3，人工林抵抗力稳定性的变化是________；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间________加剧。(2)通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的________________原理。[解析]　(1)t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的分解者分解成无机物，使土壤条件得到改善。改造的废弃采石场中的土壤中存在一些种子或其他繁殖体，所以在群落演替过程中植物物种数会增加。t1→t3，由于人工林中的植物物种数增加，所以人工林的自我调节能力逐渐增强，导致人工林的抵抗力稳定性也逐渐增加。在一个群落中，植物之间因光照、土壤中的水分和无机盐等因素而具有竞争关系。(2)生态工程的整体性原理是指进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。[答案]　(1)分解者　种子或繁殖体　增强　竞争　(2)整体性7