高中生物苏教版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第二节 我国禁止生殖性克隆人教学设计及反思

第二节　生态工程实例

1．关注我国生态工程的建设。

2．举例说出我国生态工程的实例。(重点)

3．生态工程建设的基本过程。(重、难点)

　我 国 生 态 工 程 建 设 的 实 例

1．我国生态工程建设

(1)我国生态工程不仅要保护环境和资源，更迫切的是要以有限的资源为基础，生产出更多的产品满足人口增长与社会发展的需要。

(2)我国生态工程所研究的对象，不仅是自然或人为构造的生态工程，更多是社会—经济—自然的复合生态系统。

2．我国生态工程建设的实例

(1)治污生态工程

①内容：包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊或水源地治理生态工程等。

②涉及方面：固体、液体和有机废弃物的处理，生物肥料的研制、湖区污染的治理、塑料的再生利用等。

③实例；“人工湿地”生态工程：人为建设的利用湿地净化污水的生态工程。

(2)生态恢复工程

①概念：对于受到不同程度干扰或破坏的生态系统的保护、修复和改善。

②首要步骤(第一步)：恢复植被。

③实例：

a．矿山废弃地生态恢复工程：在植被恢复的过程中，要注意选择生长快、抗逆性强的树种，优先选择固氮树种，尽量选择适应性强的乡土树种和先锋树种。

b．林业生态建设。

ⅰ.目标：维护环境与发展经济。

ⅱ.基础：优化土地利用。

ⅲ.依据：发挥水土资源和生物资源的生产潜力。

c．西部的生态治理：西部环境恶化的实质是水土流失。

(3)生态农业工程

①依据：生态学理论。

②前提：环境与经济的协调发展。

③特点：多层次、多功能的农业生产。

④目的：促进物质在系统内的循环和重复使用，以最少的投入获取最大的经济效益和生态效益。

⑤指导思想：保持系统内生态平衡。

⑥实例：留民营村生态农业。

下图为“四位一体”生态工程物质循环示意图，是近年来出现在我国北方农区的一种生态工程类型，它较好地解决了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等问题。

探讨：“四位一体”的运行原理是什么？

提示：日光温室的增温效应可使蔬菜等作物在冬天也能正常生长；同时也使猪、禽免受严寒而快速生长；温室内的植物为动物提供氧气，同时吸收二氧化碳；人、猪、禽的粪尿及蔬菜废弃物等物质投入沼气池产气，同时温室的高温也提高了沼气池在冬天的产气稳定性；沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于减少蔬菜的病虫害，提高蔬菜的产量和质量。

探讨：“四位一体”的意义是什么？

提示：“四位一体”充分应用了物质循环再生和物种多样性等原理，提高了单位土地面积的产出，同时减少了环境污染，大大提高了农业的综合效益。

探讨：你认为我国现在面临的生态危机主要表现在哪些方面？

提示：环境污染、人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等。

探讨：发达国家与我国的生态工程建设强调的重点有所不同，其原因是什么？

提示：发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等资源占有量较多，所以这些国家的生态工程往往注重生态恢复，而较少注重经济效益；而我国人口较多，人均土地、水资源和能源占有量少，所以在进行生态工程时，一定要注重生态效益、社会效益和经济效益的统一。

我国生态工程建设的实例

[易错提醒]

建设生态工程时应注意两点

(1)在进行生态工程建设时，应积极利用自然生态系统的强大自我恢复力，节省投资。

(2)生态恢复力有限，不能认为有了生态工程，就可以先污染、破坏，然后再治理。

1．下列生态工程模式与典型实例(或措施)对应有错误的一组是(　　)

A．农村综合发展型生态工程——北京窦店村物质多级循环利用工程

B．小流域综合治理生态工程——通过还林还草、筑坝等措施达到蓄水、降低土壤侵蚀的生态效果，同时考虑如何提高人们的生活水平

C．大区域生态系统恢复工程——“生物圈2号”生态工程

D．湿地生态系统恢复工程——鄱阳湖恢复工程“平堤行洪，退田还湖，移民建镇”

【解析】　京郊区窦店村的以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程是建立农村综合发展型生态工程的实例，A正确；应用生态工程的整体原理、协调与平衡原理，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，层层设防控制是小流域综合治理生态工程的对策，B正确；实施一系列森林或草原植被恢复的生态工程、水土保持的生态工程是大区域生态系统恢复工程的对策，“生物圈2号”生态工程以失败告终，C错；湿地生态系统恢复工程的对策是采用工程和生物措施相结合，如废水处理、污染控制、土地处理工程，植物物种的引进种植，及建立缓冲带等，使受干扰的湿地得以恢复，D正确。

【答案】　C

2．如图是我国南方比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请分析回答下列问题： 【导学号：10210086】

(1)在不考虑人工投入的情况下，流经该生态系统的总能量(总初级生产量)是_______________________________________________

_______________________________________________。

人们将蚕沙(蚕的粪便)投入鱼塘，被鱼等水生生物食用，蚕沙中所含的能量主要属于第________营养级。

(2)鱼等水生生物的排泄物及未被利用的有机物和底泥，其中一部分经过______________作用后可作为肥料，返回桑基，培育桑树。

(3)建立该人工生态系统的目的是实现对能量的__________________，提高能量的利用率。与种植单一作物的农田相比，该生态系统的自我调节能力____________。

(4)建立该生态系统遵循的原理主要是________________、__________________。

【解析】　(1)粪便中的能量是未被生物同化的能量，故某一营养级生物粪便中的能量是上一营养级同化的能量。即蚕沙中的能量是生产者同化的能量。(2)有机物经微生物的分解作用可转化为无机物，被植物利用。(3)人工生态系统可以实现对能量的多级利用，从而提高能量的利用率。自我调节能力的强弱取决于生态系统物种的丰富度，该生态系统的生物种类较作物单一的农田生态系统复杂，故该生态系统自我调节能力较强。

【答案】　(1)生产者(或桑树)通过光合作用固定的太阳能总量　一

(2)分解者(或微生物)的分解

(3)多级(或充分)利用　较强

(4)物质循环再生原理　物种多样性原理

1．在矿山废弃地生态恢复工程中，关键的措施是(　　)

A．人工制造表土 B．特殊隔离

C．土壤侵蚀控制 D．植被恢复

【解析】　任何生态系统的发展都离不开生产者，恢复生态系统，首要的是恢复植被。

【答案】　D

2．下列关于生态农业的叙述，不正确的是(　　)

A．生态学原理是其主要理论基础

B．实现了对能量和物质的循环多级利用

C．实现废物资源化，实现能量的多级利用，减少环境污染

D．对害虫进行生物防治有利于保护生物多样性，提高了农业生态系统的稳定性

【解析】　生态农业模式的建立，实现了物质的循环利用和能量的多级利用，不能实现能量的循环利用。

【答案】　B

3．下列措施不适合用于矿山生态环境恢复的是(　　)

A．机械法平整压实土地

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，增加农民收入

【解析】　矿山废弃地的土壤条件非常恶劣甚至有严重的重金属污染，不适宜种植农作物。

【答案】　D

4．在“人工湿地”生态系统中，对废水净化所起的作用不包括(　　) 【导学号：10210087】

A．微生物的分解作用

B．微生物的转化作用

C．物理沉淀

D．人工造氧

【解析】　“人工湿地”生态系统中对废水净化起主要作用的是微生物的分解、转化作用以及相关的物理、化学作用，包括沉淀、吸附、过滤等。

【答案】　D

5．下列不属于生态工程实例的是(　　)

A．“人工湿地”净化污水

B．矿山废弃地生态恢复工程

C．三北防护林体系建设工程

D．超级细菌

【解析】　“人工湿地”净化污水属于治污生态工程，矿山废弃地生态恢复工程和三北防护林体系建设工程属于生态恢复工程，而超级细菌属于基因工程的例子。

【答案】　D

课堂小结：

网络构建

生态工程实例

核心回扣

1.治污生态工程包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊或水源地治理生态工程等。

2.模拟自然湿地生态系统的自净功能，建立的“人工湿地”生态工程在防治和处理污水方面已取得了初步成效。

3.生态恢复是生态退化的逆转过程，其首要步骤是恢复植被。

4.生态农业是以生态学理论为依据，以环境与经济的协调发展为前提，在一定区域内，因地制宜地规划、组织和开展多层次、多功能的农业生产。

学业分层测评(十三)

(建议用时：45分钟)

[学业达标]

1．湿地生态系统具有较强的净化功能，被誉为“地球之肾”，下列对此有关的叙述错误的是(　　)

A．“人工湿地”是模拟自然湿地的人工生态系统

B．“人工湿地”是利用湿地净化污水的生态工程

C．“人工湿地”成本低、耗能少

D．“人工湿地”对污水的净化作用是通过不同类型的水生植物实现的

【解析】　“人工湿地”是利用湿地净化污水的人为建设的生态工程，成本低、耗能少。其净化作用是通过不同类型的水生植物和微生物的共同作用实现的。

【答案】　D

2．桑基鱼塘是将低洼稻田挖深作塘，塘内养鱼，塘基上种桑，用桑养蚕，蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕三丰收。这是哪一方面的例子(　　)

A．维持原有的生态平衡

B．根据人类的需要建立新的生态平衡

C．加速生态系统的物质循环

D．加速生态系统的能量流动

【解析】　保持生态平衡并不只是维护生态系统的原始稳定状态，人类还可以在遵循生态平衡规律的前提下，建立新的生态平衡，使生态系统朝着更有益于人类的方向发展。

【答案】　B

3．农村综合发展型生态工程的优点包括(　　)

①能量的多级利用　②物质循环再生　③废物资源化　④生物相互依存，体现了整体性　⑤做到了生态、经济和社会效益三结合

A．①② B．①②③

C．①②③④⑤ D．①②④⑤

【解析】　农村综合发展型生态工程主要运用了物质循环再生原理、整体性原理等，实现了能量的多级利用、废物的资源化，做到了生态、经济和社会效益三结合。

【答案】　C

4．下列关于湿地生态恢复工程的叙述，错误的是(　　)

A．该工程采用工程和生物措施相结合的方法

B．要建立缓冲带，尽量减少人类的干扰

C．对湿地的恢复只注意退耕还湿地或建立自然保护区就可以了

D．湿地的恢复除利用生物工程手段外，还要依靠自然演替机制恢复其生态功能

【解析】　湿地生态恢复工程就是采用工程与生物措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复。在湿地的周围，还应建立缓冲带，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，故只注意退耕还湿地或建立自然保护区的做法是不对的。

【答案】　C

5．(2016·湖北黄石期中)小流域治理已经从开始时的单纯造林和减水、减沙等工程，逐渐转移到生态经济型模式上，目标是(　　) 【导学号：10210088】

A．建立节约型生态系统，获得最大的生态和经济效益

B．建立原始和现代的复合系统，获得最大生态和经济效益

C．建立稳定、高效的复合系统，获得最大生态和经济效益

D．建立农村小流域综合系统，获得最大生态和经济效益

【解析】　小流域治理模式是应用生态工程的整体性原理、协调与平衡原理以及工程学原理等，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的。其目标是建立稳定、持久、高效的复合系统，获得最大生态和经济效益。

【答案】　C

6．云南久负盛名的滇池水质受到严重污染，若采用“人工湿地”可实现污水净化，“人工湿地”对污水净化是通过(　　)

A．不同类型的水生植物与微生物的共同作用实现的

B．不同类型浮游植物和动物共同作用实现的

C．不同类型水生植物的共同作用实现的

D．不同类型细菌的共同作用实现的

【解析】　“人工湿地”对污水的净化作用主要是通过多种水生植物和微生物共同作用实现的。

【答案】　A

7．为了控制和治理沙尘暴等异常气候，必须在内蒙古和黄土高原种草植树，下列有关此问题的说法，不正确的是(　　)

A．要选择一些耐干旱的树种和草种

B．选择经济林木和优良牧草栽种，这样既增加了植被的覆盖率又获得了较高的经济效益

C．注意林木和草种的多样性，以提高人造林和人工草原的生态稳定性

D．有水利条件的地方，要有计划地营造基本草场防护林，以林护草，草林结合

【解析】　内蒙古高原、黄土高原干旱缺水，环境条件恶劣，大面积种草植树，要选择耐旱草种和树种，同时要注意草种和林木的多样化，以提高人工草原和人造林的生态稳定性。在水利条件好的地方，要有计划地营造草场防护林，以林护草，草林结合，形成营养结构合理、抵抗力稳定性强的人工草原和人工林。

【答案】　B

8．塔式蚯蚓污水处理系统(如图所示)采用人造湿地原理，利用植物根系和蚯蚓，通过泥、沙、小石、大石四层过滤，这样重复几次后可实现农村生活污水的达标排放。下列有关分析正确的是(　　)

A．该生态系统的群落由植物和蚯蚓构成

B．该生态系统选用蚯蚓等生物，体现了协调与平衡原理

C．该生态系统的群落有垂直结构，不存在水平结构

D．输入该生态系统的总能量是其植物所固定的太阳能

【解析】　该生态系统中的生物除了植物和蚯蚓之外，还包括泥、沙、小石、大石中的微生物；该生态系统的群落既有垂直结构，还存在水平结构；该生态系统是人工生态系统，输入该生态系统的总能量除了其植物所固定的太阳能之外，还应包括生活污水中的化学能。

【答案】　B

9．(多选)由于国情不同，我国的生态工程建设需走中国特色的道路，以下观点正确的是(　　)

A．重视生态环境保护与经济效益结合

B．重视生态环境保护与社会效益结合

C．加大投资力度，把生态建设工程放在首位

D．我国还属于发展中国家，应把经济效益放在首位

【解析】　我国的生态工程建设不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益结合，我国农业生态工程要遵循“整体、协调、循环、再生”的基本原理。

【答案】　AB

10．下图为矿区废弃地生态恢复工程流程图，请据图回答：

(1)该恢复工程中，①②分别指______________________________________________措施。

(2)恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？_______________________________________________。

(3)该生态工程所遵循的主要原理是____________。

【解析】　(1)由于矿山废弃地水分状况很差，养分贫瘠，因此在植树、种草以前需进行有机物化学改良、无污染土覆盖。

(2)矿山废弃地土壤条件太恶劣，不适宜农作物生长。

(3)该生态工程建设时，要考虑生物适应性问题即协调与平衡原理，还要考虑生态效益与经济效益等相结合，即整体性原理。

【答案】　(1)有机物化学改良、无污染土覆盖

(2)矿山废弃地土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长

(3)整体性原理、协调与平衡原理

[能力提升]

11．(2016·厦门一中考试)下列有关生态工程的说法，不正确的是(　　)

A．超载放牧导致草地退化，主要违背协调与平衡原理

B．矿区生态环境的恢复工程中，关键的措施是植被恢复

C．对湿地的恢复，只要注意退耕还湿地和建立自然保护区就可以

D．城市生活垃圾实现废物资源化利用依据的是物质循环再生原理

【解析】　湿地的恢复，要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，同时还应建立缓冲带，尽量减少人类的干扰，故湿地的恢复并不仅仅是简单的退耕还湿地和建立自然保护区就能奏效的。

【答案】　C

12．会仙湿地是目前广西湖泊类型湿地中最大的一片湿地，也是广西热带、亚热带岩溶峰林地貌中最具研究价值的典型喀斯特岩溶湿地，但是，随着水葫芦、福寿螺等外来物种的入侵，会仙湿地的生物多样性锐减和环境退化严重，加上周边村民不断围垦以及全球气候变暖，湿地退化严重，引起环保专家对会仙自然环境的关注。下列有关叙述正确的是(　　)

A．湿地的破坏不会影响该生态系统中生物多样性的间接价值

B．负反馈调节是湿地生态系统自我调节能力的基础

C．会仙湿地群落的物种丰富度会长时间保持不变

D．会仙湿地生态系统如果遭受严重破坏，物种会大量减少，恢复力稳定性降低

【解析】　生态系统的间接价值是指对生态系统起调节功能的价值，题干所述的现象影响生态系统多样性的间接价值；负反馈调节在生态系统中普遍存在，是生态系统自我调节能力的基础；群落中物种数量的多少称为物种丰富度，水葫芦、福寿螺等外来物种的入侵，导致会仙湿地的生物多样性锐减，物种丰富度下降；恢复力稳定性与生态系统的组分、食物网的复杂程度有关，生态系统的组分和食物网越复杂，恢复力稳定性越小，反之生态系统的恢复力稳定性越高。

【答案】　B

13．如图显示了经济发展与环境质量之间的关系，根据这种关系，发展中国家应认识到(　　)

 【导学号：10210089】

A．环境污染不可避免，只能采取“先污染，后治理”的策略

B．后工业化阶段环境问题会自行解决

C．保护至关重要，必须杜绝兴建排污的工业

D．可以采取措施减少或避免生产过程中的环境污染问题

【解析】　吸取西方发达国家发展过程中的一些经验教训，发展中国家就应少走弯路，避免出现“先污染，后治理”的现象，应提前采取相应措施，对必须建设的污染企业要进行污染物处理。

【答案】　D

14．如图是某一农业生态系统的结构模式图，请据图回答问题。

(1)该农业生态系统是根据生态系统的_______________________________________________

原理来设计的，从生态学角度分析，人们建立如上图所示的农业生态系统的主要目的是__________________________________________。

(2)蘑菇在该生态系统中的成分中属于_______________________________________________。

如上图所示，在农业生产上，将蘑菇房与蔬菜棚相通，可提高蔬菜产量，试分析增产的原因是___________________________________________________________________________。

(3)在冬天，沼气池产气量减少，有的甚至不能产气，已知发酵原料是充足的，则最可能的原因是________________________________________________________。

(4)四川省安岳县发现3例猪链球菌病均发生在未建沼气池的农户中，由此可以推测链球菌的代谢类型是__________。

【解析】　农业生态系统是根据物质循环再生原理来设计的，其目的是实现物质循环和能量的多级利用，通过调整生态系统的能量流动，最终使能量较多地流向对人有益的部分。沼气是产甲烷杆菌分解有机物而产生的，甲烷杆菌属于分解者。蘑菇分解有机物产生二氧化碳、无机盐等，为蔬菜提供了光合作用的原料和无机盐，促进了植物的生长。冬季温度太低，微生物的代谢变慢，故沼气产量低。

【答案】　(1)物质循环再生　实现生态系统内能量和物质的多级利用，提高农产品的产量，防止环境污染(调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分)　(2)分解者　蘑菇分解有机物产生CO2，提高了大棚中CO2浓度，为蔬菜的光合作用提供原料　(3)温度过低，微生物的代谢被抑制　(4)异养需氧型

15．(2016·广东阳江期中)研究性学习小组参观某市市郊建立的以沼气为中心，以保护生态环境为目标的“猪－沼－鱼－肥－果蔬”生态模式时绘出了如下模式图，请分析回答：

(1)构建以沼气为中心的“猪－沼－鱼－肥－果蔬”生态模式时，基本无废弃物排放，所依据的生态学原理是__________________，另外，该生态系统把很多单个生产系统通过优化组合有机地整合在一起，这体现了________________________________原理。

(2)该生态系统的“基石”是__________________，能量的最终来源是________________。

(3)氮元素能在生物群落和无机环境中不断循环，为什么还要往农田中不断施加氮肥呢？_______________________________________________

_______________________________________________。

(4)若农田内有害虫发生，采用何种措施既能保护环境又能有效防治害虫？_______________________________________________

_______________________________________________。

【解析】　(1)构建以沼气为中心的“猪－沼－鱼－肥－果蔬”生态模式时，基本无废弃物排放，即一个系统产生的废弃物成了另一个系统的资源，其所依据的生态学原理是物质循环再生；该生态系统把很多单个生产系统通过优化组合有机地整合在一起，这体现了系统学和工程学原理(或系统的结构决定功能原理)。

(2)生产者是生态系统的基石，故该生态系统的“基石”是水稻和大豆。输入生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，因此能量的最终来源是太阳能。

(3)氮元素能在生物群落和无机环境中不断循环，而且氮素不断通过产品输出该生态系统，因此还要往农田中不断施加氮肥。

(4)若农田内有害虫发生，需要引入害虫天敌防治、激素防治、转基因培育抗害虫农作物等，这样既能保护环境又能有效防治害虫。

【答案】　(1)生态系统的物质循环再生　系统学和工程学(或系统的结构决定功能原理)

(2)水稻和大豆　太阳能

(3)氮素不断通过产品输出该生态系统

(4)引入害虫天敌防治、激素防治、转基因培育抗害虫农作物等