高中生物第1章生态工程第4节生态工程的综合运用同步备课教学案北师大选修3

第4节生态工程的综合运用
[目标导读] 1.结合教材P16～17图文，阐明物质能量的多层分级利用系统与水陆交换的物质循环系统。

2.分析教材P17内容，了解实现“废物”再生的环境调节系统与建立多功能污水自净系统。

3.阅读教材P18～19内容，熟悉构建多功能联合生产系统和生态工程的意义。

[重难点击] 1.生态工程在生产实践中的运用。

2.生态工程的意义。

通过前面的学习，我们了解了生态工程的基本原理和设计的原则，应用生态工程可以解决我国在发展过程中的诸多问题，那么生态工程的应用可以分为哪些主要类型，对社会、经济生活和生态环境又具有哪些深远的意义呢？
解决学生疑难点
一、物质能量的多层分级利用系统与水陆交换的物质循环系统
1．物质能量的多层分级利用系统——秸秆的多层分级利用
(1)分级利用
①一级利用：作物秸秆糖化处理成为家畜的饲料，输出家畜产品和粪屑。

②二级利用：粪屑接种食用菌，输出食用菌产品和菌床絮屑。

③三级利用：菌床絮屑接种蚯蚓，输出蚯蚓产品和排泄物杂屑。

(2)写出该生态系统中的分解者：食用菌、蚯蚓。

(3)一级利用的能量来自初级消费者，二、三级能量的利用来自分解者。

2．水陆交换的物质循环系统——桑基鱼塘
(1)具体流程：桑→蚕→鱼→桑。

(2)产品输出：鱼塘、丝厂和食品加工厂。

(3)写出该生态系统中的食物链：桑→蚕。

(4)鱼是该生态系统中的分解者。

设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，下图就是一种“加环”示意图，据图分析：
1．用玉米副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益，这属于秸秆的几级利用？
答案直接利用秸秆，属于一级利用。

2．用生产木糖醇的残渣来培育食用菌，这又属于几级利用？
答案二级利用。

3．给食物链“加环”的目的是什么？
答案构建物质能量的多层分级利用系统，增加经济效益。

4．有人说，图中的箭头既能表示物质循环又能表示能量流动，这种说法对吗？
答案不对。

能量是不能循环利用的。

1．一青年农民利用自己学习的生态学知识在自家庭院里搞了一个小型生态农业，使0.25亩的庭院创收达几万元。

其物质循环和能量流动如图所示，请找出下列对该系统叙述有误的一项( )
A．该系统中，人的因素非常关键，其中生产者是葡萄
B．该系统体现了物质、能量多级利用和高效转化
C．该系统内蚯蚓和甲烷菌等为分解者
D．猪在其中为三级消费者
答案 D
解析蚯蚓为分解者，不是食物链中的营养级，故猪为第二营养级(初级消费者)。

二、“废物”再生的环境调节系统与多功能污水自净系统
1．“废物”再生的环境调节系统
(1)植物的一部分可以作为畜禽的饲料发展养殖业。

(2)畜禽的粪便作为肥料肥田或培育防护林。

(3)农田或防护林吸收工厂排出的CO2等气体，净化空气。

(4)工厂余热作为温室能源，发展种植业和养殖业。

2．多功能污水自净系统——生物“氧化塘”
(1)水中的菌类、藻类以及一些高等水生植物：进行光合作用释放氧气，并吸收重金属离子，达到改良水质的目的。

(2)细菌等分解者：能够分解有机物，为其他植物提供营养物质。

(3)塘泥：作为制作沼气的原料。

(4)改良后的水体：进行水产养殖。

下图是利用多功能生物“氧化塘”净化污水的示意图，据图分析：
1．污水进入多功能生物“氧化塘”后，首先进入沉砂环节，处理的目的是什么？
答案让一些固体废弃物沉淀。

2．通常根据污水中有机物含量的高低选择不同的处理方式，你认为该如何选择？
答案若有机物含量高，采用流程Ⅰ处理污水，若含量低，采用流程Ⅲ或Ⅳ处理污水。

3．为什么要在出水前调控藻、菌的数量？
答案藻、菌互生环节就是一个促进污水净化的生物循环过程，出水前对藻、菌进行控制才能达到改善水质的目的。

4．这种处理污水的方式有什么优点？
答案不仅具有净化污水的作用，还可使污水资源化。

2．多功能生物氧化塘中含有的细菌类型为( )
A．好氧菌B．厌氧菌
C．兼性菌D．包括A、B、C三项
答案 D
知识拓展氧化塘中生物的类型、分布和作用
(1)好氧层：分布着藻类、水生植物和好氧菌，藻类、水生植物进行光合作用释放氧气，直接摄取废水中的小分子有机物；好氧菌降解废水中的有机物。

(2)兼性层：分布有多种好氧菌和厌氧菌，通过好氧或厌氧反应，分解废水中的有机物。

(3)厌氧层：分布有硫酸盐还原细菌和甲烷细菌等厌氧菌，通过厌氧反应分解废水中的有机
物。

三、构建多功能联合生产系统和生态工程的意义
1．构建多功能联合生产系统——农、林、牧、渔一体化
(1)构建原理：结构与功能相统一。

(2)优点
①种植、养殖和加工配套结合。

②实现对一定区域内产业结构的调整。

③农、林、牧、渔合理规划，全面发展。

2．生态工程的意义
(1)有助于从根本上解决全球性的生态环境问题：
生态工程以预防为主，开发和采用“清洁工艺”，开辟污染预防的新途径，把清洁生产作为经济和环境协调发展的一项战略措施。

(2)有助于实现全世界“可持续发展”的共同目标，并最终实现“社会经济与生态环境同步发展”的最终目标。

下面表示北京郊区某生态农业的多功能联合生产系统示意图。

请据图回答：
1．该系统建设所遵循的主要生态工程理论有哪些？
答案系统论、生物多样性理论、食物链理论等。

2．鸡和猪在该生态系统中属于哪种成分？它们在物质循环中有什么积极作用？
答案鸡和猪在该生态系统中属于消费者，在物质循环中的作用是加快了生态系统的物质循环。

3．上述生态系统中的各种生物所需的能量都依赖于哪个过程？
答案生态系统中的各种生物所需要的有机物都直接或间接地来源于生产者的光合作用，能量的最终来源为太阳能。

4．该生态工程有哪些积极的意义？
答案实现了无废弃物污染，降低了环境污染，提高了经济效益。

3．下列关于生态工程意义的叙述，不正确的是( )
A．西方发达国家生态环境是先污染后治理
B．防治工业污染应完全依靠对受污染环境的治理
C．可持续发展是国家社会的共同目标
D．生态工程的最终目标是实现社会经济与生态环境的同步发展
答案 B
解析防治工业污染不能只依靠对受污染环境的治理，要从根本上解决工业污染问题，必须以“预防为主”，将污染物消除在生产过程之中，实行工业生产全过程控制。

1．下列有关秸秆的多层分级利用的叙述中，不合理的是( )
A．利用糖化技术把秸秆变成家畜的饲料
B．牛粪便中的能量是牛同化的能量
C．食用菌和蚯蚓在生态系统中的成分属于分解者
D．秸秆的多层分级利用提高了产品的输出量
答案 B
2．根据生态系统的结构和功能，下列叙述不正确的是( )
A．水产养殖中，为充分利用生产者所固定的能量，应以营养级高的鱼类为养殖对象B．“桑基鱼塘”是人工建立的良性循环系统
C．为保护草原，应做到适当放牧
D．在我国西部大开发中应采取“退耕还林”的措施
答案 A
解析水产养殖中，为充分利用生产者固定的能量，应选食物链最短的鱼类为养殖对象。

3．下图表示利用自然生态系统净化污水的一种大面积、敞开式污水处理池塘(即氧化塘)，请据图分析，下列叙述错误的是( )
A．由图示看，氧化塘净化污水途径有物理沉降和生物分解
B．图中A表示的物质是氧气和有机物，B表示的物质是二氧化碳和矿物质等
C．随着距水面深度的不断增加，不同水层微生物的新陈代谢类型也在发生着变化，其中它们的异化作用类型的变化是需氧型→兼性厌氧型→厌氧型
D．氧化塘实现净化污水的原理主要是利用细菌和藻类寄生关系来分解有机污染物
答案 D
4．生态农业是运用生态学原理建立的综合农业生产体系，它不具备的特点是( )
A．多层次B．多功能
C．少污染D．无病虫害
答案 D
解析生态农业是以生态学理论为依据，以环境与经济协调发展为前提，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。

生态农业还不能做到无病虫害。

5．城市污水处理可以用氧化塘法，即利用水塘中的微生物和藻类对污水和有机废水进行生物处理，是一个藻菌共生的污水净化系统。

还可以利用废水中的有机物在生物氧化过程中转化成的藻类蛋白养鱼、养鸭等，获得良好的经济效益。

请根据下面的氧化塘污水净化功能模式图回答有关问题。

(1)输入氧化塘的能量包括______________________________________________。

(2)氧化塘底泥可以用做有机肥料生产绿色蔬菜，施加底泥可以促进植物生长，原理是：
①________________________________；②________________________________。

(3)排入氧化塘的污水中的有机物可以被细菌等微生物分解，分解的方式是____________________，为了提高分解的效率，可以采取的措施是______________________。

答案(1)光能和有机物中的化学能(2)①氧化塘底泥中含有大量矿质元素②氧化塘底泥中微生物呼吸为植物光合作用提供CO2(3)有氧呼吸和无氧呼吸向氧化塘内通入空气
课时作业
[基础过关]
1．生态农业是一个自我维持的农业生产系统，其特点是在保持和改善系统内的生态平衡，不对其周围环境造成明显改变的情况下，求得最大生产力和可持续发展。

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．作物轮作、套作
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 C
2．生物氧化塘法治理环境污染利用的主要生物是( )
A．藻类和浮游动物B．细菌和浮游动物
C．藻类和细菌D．浮游动物和鱼类
答案 C
3．下列不属于影响人类可持续发展的是( )
A．人口急剧增长B．生态农业
C．能源短缺D．环境污染严重
答案 B
解析生态农业充分利用了物质循环再生原理，使废物资源化，有利于人类可持续发展。

4．实现可持续发展，需要下列哪些措施( )
A．从现在起，严禁砍伐森林
B．大量开采矿产资源，发展工业生产，提高综合国力
C．保护与人类共存的各种生物
D．各国独立处理酸雨、气候变暖等环境问题
答案 C
解析保护与人类共存的各种生物，维护生物圈物种的多样性和抵抗力稳定性，是实现社会效益、经济效益增长以及生态效益提高的重要措施。

5．要实现人与自然的和谐发展，下列措施最合理的是( )
A．通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源
B．使用化学农药防治病虫害，保证粮食稳产
C．发展生态农业，实现物质和能量的多级利用
D．大力开垦湿地，扩大粮食种植面积
答案 C
解析要实现人与自然的和谐发展，就要发展生态农业，实现物质和能量的多级利用。

转化淀粉生产可再生能源，能量利用率不高。

使用化学农药防治病虫害，容易导致环境污染。

大力开垦湿地，容易导致生态系统被破坏。

6．下列关于生态工程的叙述中，错误的是( )
A．生态工程是生态学与系统工程学的结合
B．生态工程追求经济与生态的双赢
C．生态工程是无消耗、多效益的工程
D．生态工程促进人类社会和自然环境的和谐发展
答案 C
解析生态工程是按照生态学、经济学和工程学的原理，运用现代科学技术成果、现代管理手段和专业技术经验组装起来的，以期获得较高的经济、社会、生态效益的现代生产工艺系统。

该工程是在有消耗的基础上获得多效益的工程。

[能力提升]
7．“粮桑渔畜”农业生态系统是江浙平原水网地区典型的高效农业系统，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；该生态农业通过调整食物链实现了物质的循环利用，提高了能量利用率，没有改变能量传递效率。

8．生态农业是指运用生态学原理，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生态体系。

下图为桑基鱼塘生态系统，它是我国南
方各省农村比较常见且行之有效的生态系统。

下列有关说法错误的是( )
A．该生态系统实现了光合产物的分层多级利用
B．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
C．该系统具有结构协调，资源高效利用，内部良性循环，稳定持续发展的特点
D．该体系中获得蚕丝、食品、鱼类和沼气等，在经济和保护农业生态环境上大有好处
答案 B
解析生态农业可以利用物质的良性循环原理，实现物质的循环利用，但能量不可能重复利用。

9．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( )
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，必须杜绝兴建大量排污的工业
D．可以采取措施减少或避免生产过程中的环境污染问题
答案 D
解析吸取西方发达国家发展过程中的一些经验教训，我们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物处理。

10．农业的发展已由传统农业向现代农业转变，现代农业虽然产量大大提高，但又造成了严重的环境污染，因此我国现在在农村大力推广生态农业，下列关于生态农业的叙述中不正确的是( )
A．生态农业中食物链和营养级越多越好
B．生态农业的抵抗力稳定性比现代农业高
C．生态农业设计的指导原则是能量的多级利用和物质的循环再生
D．生态农业属于人工生态系统，人的作用非常突出
答案 A
解析食物链一般不超过5个营养级，并非越多越好，生态农业属人工生态系统，人的作用非常突出，在设计时，遵循的原则为物质的循环再生和能量的多级利用，相对于现代农业生态系统来说，物种种类繁多，抵抗力稳定性较高。

11．如图是一个庭院生态工程的模式图。

请据图分析回答：
(1)该生态系统中处于第二营养级的生物有________________。

(2)该生态系统中人类活动所需的能量最终来自于________。

(3)沼气池中的硝化细菌有除臭作用，这种臭味物质主要是________，经硝化细菌的________作用形成____________从而被植物吸收。

(4)该生态工程涉及的主要技术有________________、________________________。

答案(1)人、鸡、鸭、猪(2)太阳能(3)氨气(NH3)
硝化硝酸根离子(NO－3) (4)物质良性循环技术资源综合开发技术
解析由模式图可知，黄瓜、番茄等蔬菜是生产者，处于第一营养级，鸡、鸭、猪、人是初级消费者，处于第二营养级。

流经生态系统中的能量来自于生产者固定的太阳能，硝化细菌经硝化作用把氨气转化为NO－3，从而被植物吸收，该庭院生态工程主要利用了物质良性循环技术和资源综合开发技术。

12．利用人工湿地可对污水进行净化处理，其基本原理是：在一定的基质(由土壤、沙石等组成)上种美人蕉、芦苇等湿地植物，将污水投放到人工建造的类似于沼泽的湿地中。

当污水流过人工湿地时，由于系统中的物理沉降、化学分解和生物净化作用，使污水得到净化。

如图是利用人工湿地去除污水中氮的生物脱氮原理简图：
请分析回答：
(1)与植物吸收a物质有密切联系的生理过程是____________。

(2)植物吸收a物质用于合成的有机成分是________和________等。

(3)在此生态系统中对废水净化起主要作用的生物是________________。

(4)上述对污水处理属于__________________________类型的生态工程。

答案(1)呼吸作用(2)蛋白质核酸(3)硝化细菌等微生物(4)节水和废水处理与应
用
13．20世纪以来农业的快速发展，大量化肥农药的使用，在粮食产量大幅度提高的同时，也使食品的质量安全持续下降，于是生态农业成了世界共同关注的焦点。

下图表示一种“甘薯＋奶牛＋沼气＋花木＋龙虾＋食用菌”生态农业模式，试据图回答有关问题：
(1)图中所示生态系统的主要成分是______________，属于该生态系统分解者的有________________________________________________________。

(2)图中可以组成的捕食食物链是________________。

(3)该生态系统的设计遵循了______________________________等生态学理论，从而大大提高了能量利用率。

(4)甘薯藤青贮的主要操作是：甘薯藤切段→填压进入青贮窖中→密封一段时间。

其目的在于________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

答案(1)甘薯、花木等生产者沼气微生物、食用菌、底泥中的腐生微生物等(2)甘薯→奶牛(3)食物链理论、生物多样性理论、协调与平衡理论(4)通过微生物厌氧发酵，初步分解甘薯藤中的有机物，有利于奶牛的消化吸收
[真题体验]
14．(2013·浙江自选模块，18节选)下面是关于生物净化的问题。

请回答：
(1)生物净化技术的主要原理是通过人为地放大和强化生态系统的__________能力，以达到有效治理环境污染的目的。

(2)在污水生物净化过程中，当污水流入水体后，好氧微生物首先大量____________，并以水中的____________作为营养来源。

随着水体的不断净化，水中的溶氧量有一个明显的__________过程。

(3)下列关于活性污泥法的叙述，错误的是( )
A．活性污泥是一种微生物共生体
B．活性污泥使用后不能重复利用
C．污水中的有机污染物在曝气池中得到净化
D．活性污泥的处理过程可用计算机进行自动化监控
答案(1)自我调节(2)繁殖有机污染物下降(3)B。