高中生物人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》5.2 生态工程的实例和发展前景导学案

这是一份高中生物人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》5.2 生态工程的实例和发展前景导学案，共10页。学案主要包含了生态工程的实例，生态工程发展的前景等内容，欢迎下载使用。

1.农村综合发展型生态工程:
(1)问题:怎样实现农村中物质的多级循环利用,在资源有限的条件下有较多的产出,取得经济效益、社会效益和生态效益的全面提高。
(2)对策:建立农村综合发展型生态工程。
(3)案例:北京窦店村实施以沼气工程为中心的生态工程。
2.小流域综合治理生态工程:
(1)问题:小流域水土流失比较严重。
(2)对策:应用生态工程的整体原理、协调与平衡原理,以及工程学等原理,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。
(3)案例:甘肃陇南地区“九子登科”治理模式。
3.大区域生态系统恢复工程:
(1)问题:我国土地荒漠化严重。
(2)对策:实施森林或草原植被恢复、水土保持的生态工程等。
(3)案例:退耕还林还草生态工程、防沙治沙生态工程和“三北”防护林生态工程等。
4.湿地生态恢复工程:
(1)问题:人们对湿地进行排水和围垦。
(2)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:鄱阳湖的生态恢复工程。
5.矿区废弃地的生态恢复工程:
(1)问题:矿藏开采后会造成土体、土壤和植被乃至整个地区生态系统的破坏。
(2)对策:采取人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等措施。其中,关键在于植被恢复,以及为植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。
(3)案例: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:
(1)问题:随着城市化进程加快,我国环境污染严重,如大气污染、噪声污染等。
(2)对策:用生态工程的方法对城市环境进行综合治理。
(3)案例:张家港、大连、厦门等首批国家环境保护模范城市。
二、生态工程发展的前景
1.“生物圈2号”生态工程的实验及启示:
2.对我国生态工程发展前景的分析与展望:
(1)生态工程特点。
①重视对生态环境的保护。
②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,缺乏理论性指导等。
1.农村综合发展型生态工程实现了物质和能量的循环利用。(×)
【分析】能量流动是单向的、逐级递减的、不循环的。
2.我国在西部地区实行退耕还林还草工程,这一工程属于大区域生态系统恢复工程。(√)
3.依据协调与平衡原理,进行引种工程时,应考虑被引进物种与环境的关系。(√)
4.某草原牧区,在进行草场建设时,既注重不同牧草种类的搭配种植,又对单位面积内的放牧量做了一定控制,体现了遵循物种多样性和协调与平衡的原理。(√)
5.建立生态农业时巧设、增设食物链的目的是使食物链延长,消耗能量环节增多,系统总能量利用率降低。(×)
【分析】生态农业中巧设食物链,提高了生态系统的抵抗力稳定性,实现了能量的多级利用,使能量尽可能多地流向对人类有益的地方,系统总能量利用率并没有降低。
6.建立不同的生态工程要依据不同的原理,因地制宜,不能生搬硬套。(√)
7.“生物圈2号”生态工程失败的原因是温度失调以及“大气和海洋”比例与地球相差甚远,导致空气中CO2含量猛增,O2量减少。 (√)
一、生态工程的建设
1.生态工程的设计:
(1)技术设计:技术设计是整个生态工程建设的核心环节。即通过改变食物链(网)的方法,提高系统本身的迁移、转化、再生物质和利用能量的能力,充分利用原料、产品、副产品以及时间和营养生态位,提高整体的综合效益。
(2)常用方法。
①食物链(网)的“相接”。即连接平行的原本不相连接的种类,形成互利共生网络,提高效率,促进物质的良性循环。
②食物链(网)的“加环”。即在食物链(网)中增加一些环节,以充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量,促使物质循环和能量流动的路径畅通,发挥生产潜力,提高生态效益、经济效益和社会效益。
2.我国与西方发达国家生态工程建设比较:
我国和西方国家生态工程建设的差异
(1)西方国家的生态工程除了治理环境污染的目标之外,主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径,集中于对破坏的生态系统进行生态恢复。
(2)我国的生态工程建设不但重视对生态环境的保护,更注重与经济和社会效益的结合。
林业生态工程是指依据生态工程学和森林生态学的基本原理,设计和建造的以木本植物为主体、协调人与自然关系的一种生产工艺系统。请回答下列问题:
(1)在建设林业生态系统时,必须走生态经济之路,生态经济所遵循的主要原则和实现手段分别是____________和______________。
(2)林业生态系统的设计过程中,各组分之间必须具有适当的比例关系,以便使系统顺利完成能量、物质、信息、价值的转换和流通,这体现了生态工程的________________________原理,并且还要综合考虑林业生态系统的经济效益、生态效益和社会效益,这主要体现了生态工程的__________________原理。
(3)建设林业生态系统时要归还林业的本来面目,不能将如中草药、食用菌、野生花卉、香料植物甚至果树都拒之门外,从生态系统稳定性的角度分析,原因是
______________________________。
其中食用菌在林业生态系统中属于______________________。
(4)林业生态系统具有涵养水源、保持水土、防风固沙、维持生态平衡、减少自然灾害等作用,这体现了生物多样性的____________价值。
【解析】(1)生态经济遵循的主要原则是循环经济,利用的手段是生态工程。(2)根据题意分析,在林业生态系统的设计过程中,各组分之间必须具有适当的比例关系,以便使系统顺利完成能量、物质、信息、价值的转换和流通,并实现总体功能大于各部分之和的效果,这体现了生态系统的系统整体性原理;还要综合考虑林业生态系统的经济效益、生态效益和社会效益,即要考虑自然、经济、社会的整体影响,这体现了生态系统的整体性原理。(3)生态系统的物种丰富度越大,生态系统的营养结构就越复杂,其抵抗力稳定性就越高,因此在建设林业生态系统时要归还林业的本来面目,不能将如中草药、食用菌、野生花卉、香料植物甚至果树都拒之门外。(4)林业生态系统具有涵养水源、保持水土、防风固沙、维持生态平衡、减少自然灾害等作用,都属于生态系统的生态功能,体现了生物多样性具有间接价值。
答案:(1)循环经济 生态工程 (2)系统整体性 整体性 (3)物种丰富度越大,生态系统的营养结构越复杂,其抵抗力稳定性越高 分解者 (4)间接
(2021·北京高二检测)某生态工程的设计过程中,四位工程师依次表达了自己的设计理念。
甲:进行生态工程建设时,不仅要考虑自然生态系统的规律,更要考虑经济和社会等系统的影响力。
乙:进行生态工程建设时,需要处理好生物与生物、生物与环境的平衡与适应,需要考虑环境容纳量。
丙:生态工程建设时,应尽量提高生物多样性的程度,构建复合群落,有效选择生物组分并合理布设。
丁:通过系统设计,使前一环节产生的废物尽可能被后一环节利用,以减少整个生产环节中废物的产生。
请问甲、乙、丙、丁四位工程师分别从哪个原理提出自己的理念( )
A.整体性原理、协调与平衡原理、物种多样性原理、物质循环再生原理
B.整体性原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理
C.物质循环再生原理、协调与平衡原理、物种多样性原理、整体性原理
D.物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理
【解析】选A。甲考虑了自然生态规律的同时,也考虑经济和社会等的影响力,体现了生态工程的整体性原理;乙考虑了生物与生物、生物与环境的平衡与适应,考虑了环境容纳量,体现了生态工程的协调原理;丙考虑了有效选择生物组分并合理布设,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,体现了生态工程的物种多样性原理;丁考虑了物质循环再生,体现了生态工程的物质循环再生原理。
二、生态工程的实例比较
走出生态工程的误区
(1)生态工程对恢复和重建受损生态环境起到了十分重要的作用,但是不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量。
(2)不能误认为只要有了生态工程,就可以走发达国家“先污染、破坏,后治理”的老路。
【选修对接必修】 对接必修3
(1)从生态学角度分析,人们建立图示的农业生态系统的主要目的是什么?废弃物合理利用能体现生态工程的什么原理?
提示:目的是实现物质的循环再生和能量的多级利用;废弃物的合理利用能体现生态工程的物质循环再生原理。
(2)从环境保护的角度分析,生态工程能生产出无公害大米的原因是什么?
提示:减少了化肥和农药的使用量,减少了环境污染。
(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量,请从细胞代谢的角度分析,其原因是什么?
提示:蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用,使其光合作用增强。
(4)在稻田养鱼的农业生态工程中,鱼与水稻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的鱼苗放养在稻田中,生态工程中将食物链(网)相“相接”的优点是什么?
提示: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。
(2021·郑州高二检测)为实现可持续发展,经济发展必须符合生态学规律,改变“人类能征服自然”的错误观念,走生态经济之路,同时要构建“生命共同体”。根据相关资料请回答下列问题。
(1)人类要实现可持续发展,必须走生态经济之路,生态经济所遵循的主要原则和实现的重要手段分别是______________和______________。
(2)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,这些植物的引种需遵循____________原理;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__________原理。
(3)“无废城市”的工作重点之一是践行绿色生活方式,推动生活垃圾源头减量和资源化利用。生活垃圾包括城市居民日常生活丢弃的家庭生活垃圾与餐厨垃圾、环卫部门道路清扫物及部分建筑垃圾。你能为“无废城市”做些什么?__________________________。
(4)人类活动带来的生物多样性危机,已经将人类置身于“第六次生物灭绝”的危险中。生物多样性不仅对人类有食用、药用、科学研究等直接价值,更重要的是其对____________________的间接价值。生物技术在生物多样性保护上可以发挥重要的作用,我国科学家成功应用核移植技术获得两只克隆猴——“中中”和“华华”,核移植技术是指______________________。通过该方法获得的克隆猴__________(填“一定”或“不一定”)是母猴。利用克隆技术可以繁殖濒危动物,但能增加生物多样性吗?请说明你的理由:________________________________。
【解析】(1)生态经济所遵循的主要原则是循环经济,实现的重要手段是生态工程。
(2)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,这些植物的引种需遵循协调与平衡原理。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,这体现了整体性原理。
(3)为建立“无废城市”,我们可以将垃圾分类,减少固体废弃物的量,做好回收利用、二次利用等。
(4)生物多样性对生态系统起到重要调节功能,这属于间接价值,且间接价值大于直接价值。核移植技术是指将动物的一个细胞核,移入一个去核的卵母细胞。通过核移植获得的克隆猴与提供细胞核的猴的性别相同,故不一定是母猴。利用克隆技术可以繁殖濒危动物,但克隆技术是无性繁殖技术,是对某一动物的复制,不能够增加生物的多样性。
答案:(1)循环经济 生态工程
(2)协调与平衡 整体性
(3)垃圾分类,减少固体废弃物的量,做好回收利用、二次利用
(4)生态系统起到重要调节功能 将动物的一个细胞核,移入一个去核的卵母细胞 不一定 克隆技术是无性繁殖技术,是对某一动物的复制,不能够增加生物的多样性
1.(2021·南宁高二检测)目前我国在矿产资源开发中,坚持“谁污染、谁治理”“谁破坏、谁恢复”的原则,建立健全矿区生态环境恢复治理的责任机制。下列关于矿区废弃地生态恢复的叙述合理的是( )
A.矿区废弃地生态恢复的关键是尽可能依靠自然演替恢复其生态功能
B.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
C.恢复矿区生态环境,需首先通过机械方法平整压实土地,人工制造表土
D.矿石的开采只是破坏生态环境,不会产生其他危害
【解析】选C。矿区废弃地生态修复的关键是植被恢复及其所必需的土壤微生物群落的重建,A错误;矿区废弃地的土地条件极端恶劣,甚至有严重的重金属污染,植被难以恢复而农作物更难以生长,大力发展农田,收效难以保证,B错误;恢复矿区生态环境,需首先通过机械方法平整压实土地,人工制造表土,C正确;矿石的开采不仅是破坏生态环境,也会产生其他危害,如地表塌陷等,D错误。
2.(2021·长沙高二检测)为了实现养殖“零排放”,某养殖场采用“水泡粪养猪技术”工程处理猪的排泄物,其大体流程如图所示,请回答下列问题:
(1)该“水泡粪养猪技术”工程体现了__________________(答出2点即可)等生态工程的基本原理。沼气池中的微生物通过________(填生理过程)将有机物分解。从物质和能量的角度分析,该生态系统实现了______________________________。
(2)为获得抗虫农作物(如抗虫玉米),将抗虫基因导入受体细胞后,可通过____________________技术得到植株。从个体生物学水平鉴定该植株能否抗虫时采用的方法是________________________。
(3)为大量繁殖优良种猪,可先给优良种母猪注射____________________,使其超数排卵,并进行体外受精,将受精卵培育成早期胚胎后移植到本地母猪体内。受体母猪对移入子宫的外来胚胎基本上不会发生______________反应,为胚胎在受体内的存活提供了可能。
【解析】(1)该“水泡粪养猪技术”工程体现了物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理等生态工程的基本原理;沼气池中的微生物通过呼吸作用将有机物分解;从物质和能量的角度分析,该生态系统实现了物质的循环使用和能量的多级利用。
(2)为获得抗虫农作物(如抗虫玉米),将抗虫基因导入受体细胞后,可通过植物组织培养技术得到植株;从个体生物学水平鉴定该植株能否抗虫时,采用的方法是进行抗虫接种实验。
(3)为大量繁殖优良种猪,可先给优良种母猪注射促性腺激素,使其超数排卵,并进行体外受精,将受精卵培育成早期胚胎后移植到本地母猪体内;受体母猪对移入子宫的外来胚胎基本上不会发生免疫排斥反应,为胚胎在受体内的存活提供了可能。
答案:(1)物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理 呼吸作用[补充:分解作用,细胞呼吸] 物质的循环使用和能量的多级利用 (2)植物组织培养 进行抗虫接种实验[补充:将害虫接种到该植株上,观察害虫的生存情况] (3)促性腺激素 免疫排斥
【方法规律】建立生态工程的规律
(1)生态工程建设的基本过程包括拟定目标与实施调查、系统分析、可行性评价与决策和技术设计等,其中技术设计是生态工程建设的核心环节。
(2)建立不同的生态工程时要依据不同的原理,因地制宜,不能相互照搬。
(3)生态工程是针对传统经济模式而言的,这样可以减少环境污染,实现社会与自然的和谐发展。
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
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CO2的含量猛增,O2量减少,不足以维持人及动物的生存
启示
使人们认识到人与自然和谐共处的重要性,深化了人们对自然规律的认识
项目
类别
我 国
西方发达国家
目标和
理想
“整体、协调、再生、循环”“天人合一”
治理环境污染
背景
条件
人多地少,人均资源占有量少
经济发展水平高,人均土地、水资源占有量多
建设
重点
生态环境与经济、社会效益相结合
集中于对破坏的生态系统进行生态恢复
缺点
缺乏定量化模型指导,难以设计出标准化、易操作的生态工程样板
应用范围小,不那么强调经济效益
实 例
原 理
对 策
注意问题
农村综合发展型生态工程
物质循环再生原理、 整体性原理、物种多样性原理
建立农村综合发展型生态工程
(1)核心:沼气工程
(2)优点:农林牧副渔全面发展,开发可更新资源,减少环境污染
小流域综合治理生态工程
整体原理、协调与平衡原理以及工程学等原理
运用多种原理,应用多种措施综合治理
(1)“综合”表现在同时考虑生态效益和经济效益
(2)不同气候、不同自然条件和不同经济发展水平的地区,生态工程模式应各具特色
大区域生态系统恢复工程
协调与平衡原理、整体性原理、物种多样性原理
退耕还林还草、植树造林等
“三北”防护林建设中应注意的问题:
(1)考虑树种生态适应性;
(2)考虑树种多样性
湿地生态恢复工程
协调与平衡原理、整体性原理
控制污
染、退田
还湖
(1)主要措施:退耕还湖
(2)主要困难:解决迁出湖区居民的生活和就业问题
矿区废弃地生态恢复工程
系统学和工程学原理
修复土地、
恢复植被
(1)改良表土
(2)种植耐旱的灌木、草和树
(3)合理确定载畜量
城市环境生态工程
协调与平衡原理、 整体性原理等
城市绿化、
污水净化、
废弃物处
理、合理
布局等
(1)防止大气污染:禁止使用含铅汽油
(2)防止水污染:进行污水净化,减少或禁止污水排放