高二生物生态工程的基本原理教案

高二生物生态工程的基本原理教案
一、教学目标
1．知识方面
简述生态工程的概念，关注生态工程的建设。

2．情感态度与价值观方面
3．能力方面
①简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容。

②尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策。

二、教学重点和难点
1.教学重点
生态工程的基本原理。

2.教学难点
生态工程的系统学和工程学原理。

三、教学方法
讲授法，对话法
四、教学课时
2
五、教学过程
〖板书〗一、关注生态工程建设
【“关注生态工程建设”资料分析1】
1.导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？
〖生思考讨论回答，师提示〗：⑴根本原因：长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。

⑵直接原因：1998年度的罕见降雨。

但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。

⑶解决长江洪水泛滥的措施有：我国政府提出的“积极营造长江中上游水源涵养林和水土保持林”计划，即以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。

在进行生态工程建设时，要考虑到怎样解决农村（尤其是湖区或山区的迁出人员）的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。

2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？
〖生思考讨论回答，师提示〗：传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。

【“关注生态工程建设”资料分析2】
1.你对“石油农业”是如何理解的？
〖生思考讨论回答，师提示〗：“石油农业”大量使用化肥、农药和机械的生产方式，因对石油等能源有高度的依赖性而得名。

它把农业生产这一复杂的生物过程，变成了简单的机械过程和化学过程。

由于其投入高，产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。

2.你能举出一些农业生产活动对人体健康以及环境造成危害的实例吗？
〖生思考讨论回答，师提示〗：除日常生活中能够发现的实例外，农业活动对环境和人类健康造成危害的实例中，世界上影响较大的有蓝婴病。

1973年，美国内布拉斯加州首次出现幼儿高铁血红蛋白症（蓝婴病）。

其原因是饮用水中硝酸盐含量超过10 mg/L，这时过多的硝酸盐会
与红细胞中的血色素结合，形成高铁血红蛋白。

高铁血红蛋白不能为细胞和组织运输足够的氧。

患儿的临床症状是在口、手或脚等部位出现时断时续的蓝色或淡紫色，呼吸困难、腹泻、呕吐、抽搐，严重的会失去知觉，甚至死亡。

硝酸盐来源于点源污染，如下水道、畜禽养殖场等，或非点源污染，如对农田、公园、草地等的施肥。

3.如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？
〖生思考讨论回答，师提示〗：对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。

例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。

因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。

4.石油农业的生产模式应当怎样改进？
〖生思考讨论回答，师提示〗：在不同的国家有不同的改进措施。

例如，在我国，人多地少，应该大力发展生态农业。

实施的具体措施包括：可以根据田间作物的需要适量施用高效、低毒、低残留的农药，多施有机肥，提高作物对水、肥等资源的利用效率，对作物秸秆和畜禽粪便进行再利用，实现物质的多级利用，等等。

一方面要不断提高土地的产出水平；另一方面要减少农业活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。

〖板书〗二、生态工程所遵循的基本原理
1．物质循环再生原理
2．物种多样性原理
【“物种多样性原理”资料分析】
1.为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性？
〖生思考讨论回答，师提示〗：纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而会导致了树林的毁坏。

珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。

例如，氮、磷等养分就能够在该区生物体间充分地循环利用而很少流出系统外。

2.从上面正面和反面的实例，你能得出怎样的结论？你认为生物多样性的破坏有人为因素吗？
〖生思考讨论回答，师提示〗：只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。

生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大。

3．协调与平衡原理
【“协调与平衡原理”资料分析】
“西部大开发”是国家为振兴西部而提出的宏观决策，其中很重要的一项内容就是生态工程建设。

从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪些树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？
〖讲授〗：几种西北地区特别适宜树种的介绍
（1）沙棘，俗称“酸柳”、“酸刺”、“黑刺”，属于胡颓子科，为落叶乔木或灌木。

植株表面具有棘刺，叶呈条形或条状被针形，两端趋尖，背面密被淡白色鳞片，叶柄极短。

沙棘花先于枝叶开放，雌雄异株；果实为肉质花被筒包围，近于球形，直径5～10 mm。

沙棘喜阳，粗壮的枝干抗风沙。

沙棘叶、皮、果实及种子在医药上有着广泛的应用价值。

沙棘的嫩枝、嫩叶是牛、羊的精饲料，被誉为“铁杆牧草”。

沙棘果维生素含量极高，营养保健价值高，有利于增加种植者的收入。

沙棘是半干旱黄土高原迅速绿化荒山、保持水土、调节生态平衡和促进农林牧业发展的良好树种。

内蒙古鄂尔多斯等地区，实施沙棘生态工程，大面积种植沙棘，有效地控制了沟道水土流失，每年可减少流入黄河泥沙2 100万吨。

（2）山杏，主要指西伯利亚杏，它抗寒、耐旱，适应性强，是我国北方最普遍的果树之一，是绿化荒山、水土保持、防治风沙的先锋树种。

山杏果仁营养丰富，含有大量维生素、微量元素和人体必需的氨基酸，是加工饮料的优质原料。

（3）刺槐，属落叶乔木，适应性强，在年降水量200 mm左右、年平均气温不低于3 ℃的地区都能生长。

它不仅生长快，且耐盐碱，有涵养水源和保持水土的作用。

刺槐泌蜜丰富，蜜质优良，是主要蜜源植物之一。

刺槐不仅可改善生态环境，还可用于发展畜牧业。

（4）锦鸡儿（又称拧条），豆科，多年生落叶灌木，根系发达，具根瘤，高1.5～3 m；耐干旱和寒冷，喜生沙地或半固定的沙丘上，不怕沙压和风蚀。

此种植物广泛分布于我国东北、内蒙古、河北、山西、陕西、宁夏等地，可用于防风固沙，保持水土。

枝条可用于编筐，其枝叶是牛、羊等冬春季节主要的饲料之一。

（5）杜梨，蔷薇科梨属落叶乔木，可高达10 m，原产于我国华北、西北及东北南部。

耐寒，耐干旱、瘠薄，能在含盐量0.5%（质量分数）的土壤中正常生长，且耐涝性也较强。

（6）沙枣，胡颓子科胡颓子属，落叶小乔木。

分布于华北及西北等地，耐盐碱力较强。

（7）合欢，豆科合欢属，落叶乔木，可高达20 m。

分布于华北、西北及黄河以南等地区。

耐盐碱力较强，但不耐水涝。

（8）臭椿，苦木科臭椿属，落叶乔木，可高达25 m。

原产于华南、华北、西北各地。

抗性强，生长快，耐盐碱力强。

西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不能超过草地的承载量。

针对公共草地的过度放牧问题，应该实行草地承包，调动个人的管理积极性，减少过度放牧现象；另外，可以在有条件的地方，人工种植牧草，增加牧草产量。

4．整体性原理
5．系统学和工程学原理
⑴系统的结构决定功能原理
⑵系统整体性原理
〖旁栏思考题〗你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗？
〖生思考讨论回答，师提示〗：豆科作物和固氮菌的共生就是一例。

固氮菌为豆科作物提供氮素，而豆科作物为其提供能量和其他营养，两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长；当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。

〖思考与探究〗3.桑基鱼塘分布在我国长江三角洲、珠江三角洲一带的水乡，是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程。

试分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。

〖生思考讨论回答，师提示〗：桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，能量的流动包含在物质的循环利用过程中，随着食物链的延伸逐级递减。

能量的多级利用和物质的循环利用：桑叶用于喂蚕，蚕可以生产蚕丝；桑树的凋落物和蚕沙（粪）落到鱼塘中，作为鱼的饲料，经过鱼塘内
的食物链过程，可以促进鱼的生长；甘蔗可以榨糖，
糖渣用来喂猪，猪的排泄物也进入鱼塘；鱼的排泄
物及其他未被利用的有机物和底泥经过微生物的
分解，又可以作为桑和甘蔗的有机肥料。

桑基鱼塘
巧妙地利用了很难利用的大片低湿地，发展了多种
经营，为农民创造了多种收入的门路，完全符合
“无废弃农业”的要求。

桑基鱼塘系统物质、能量
流动示意图见右图。

〖《实践活动》思考题〗
〖讲授〗1.北方地区的沼气池冬天是如何维持的？用什么方法能使沼气池中的菌类维持稳定的产气？
在冬季，可以通过加温方法（蒸汽、热水通入发酵池）；或将沼气池用塑料大棚封闭起来来增加产气。

沼气稳定产气的必须条件：
●沼气池必须密闭。

沼气菌群是一大类厌氧细菌，它的整个生命活动（生长、发育、繁殖、代谢等）中都不需要氧。

●适当的水。

发酵池中的料水比例得当是正常产生沼气的关键。

如一个6 m3的标准池，首次投料大约需要人畜粪便1 500 kg、杂草500 kg，加入2 000 kg的水。

料含水比例越高，外加水越少；反之，外加水则越多。

●适当的温度。

一般8 ℃以上，沼气菌即可活动，产生微量沼气；20～24 ℃，活动正常；28～30 ℃，最旺盛，产生沼气率最高。

●酸碱度。

沼气发酵适宜的pH为6.5～7.5，最适pH是6.8～7.0。

●搅拌。

适当搅拌，可以提高发酵池内产气率。

一般每周搅拌2次即可。

●接种。

增加沼气菌种数量，尽快发酵、产生沼气。

沼气池正常产气后，还需不断地添加新料，清除旧料，才能确保持续产气。

1.为什么我国要大力发展沼气工程？
〖生思考讨论回答，师提示〗： 21世纪是实现我国农业现代化的关键历史阶段，现代化的农业应该是高效的生态农业。

沼气工程把农业生产、农村经济发展和生态环境保护、资源高效利用融为一体，不仅较好地解决了农村的能源来源问题，而且实现了废弃物的再循环利用和资源化，创造了新的生态产业，如沼气设施的建设和维护，促进了以农牧结合为中心的多种经营，从而为农村剩余劳动力提供了就业机会，促进了农村的综合发展。

2.目前沼气工程还有哪些亟待解决的问题？
〖生思考讨论回答，师提示〗：目前沼气工程存在的问题有：北方地区沼气产气在冬天不稳定，需要加热；沼气的一次性投资较大，相当部分的农民财力有困难；对沼气的研究较薄弱，例如，对发酵过程中有关微生物及一些酶的研究。

应当加强这方面的研究，以促进沼气工程的推广。

『复习策略』
本节内容需重点掌握生态工程遵循的五项基本原理，应结合课本给出的案例，通过案例理解原理，通过原理分析讨论案例。

生态系统的基本原理，包括生态学、系统学和工程学的原理。

其中前四个原理可结合必修模块第五章《生态系统及其稳定性》中的内容来学习，而系统学和工程学原理，应计算机网络结构示意图，重在理解“结构决定功能”，“总体功能大于部分之和”。

『网络知识结构』
生态工程建设目的：遵循自然界的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止，达
到和的同步发展。

（少消耗、多效益、）
生态经济：主要是通过实行“”原则，使一个系统产生出的污染物，能够成为本系统或者另一个
系统的，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一是。

1）原理：物质能在生态系统中循环往复，
2）原理：物种繁多复杂的生态系统具有较高的
生态工程原理 3）原理：生态系统的生物数量不能超过（环境容纳量）的限度
4）原理：生态系统建设要考虑自然、、的整体影响
5）原理系统的结构决定原理：要通过改善和优化系统结构改善功能
系统整体性原理：系统各组分间要有适当的，使得能量、
物质、信息等的转换和流通顺利完成，并实现总
体功能大于各部分的效果，即“1+1>2”
答案：
物质循环环境污染经济效益生态效益可持续循环经济生产原料生态工程物质循环再生分层分级利用物种多样性抵抗力稳定性协调与平衡环境承载力整体性经济社会系统学和工程学功能比例关系之和
『例题剖析』
【例1】下列不属于生态工程建设项目的的是（）
A．对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善
B．防止环境污染
C．单纯追求粮食产量
D．促进人类社会和自然环境的和谐发展
【解析】根据生态工程的概念可知，防止环境污染，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，促进人类社会和自然环境的和谐发展都是生态工程建设的目的。

只有C项不正确，单纯追求粮食产量有可能影响整个生态系统的和谐发展。

【答案】C
【例2】我国在20世纪80年代兴起的桑基鱼塘生产模式，实现了“原料一产品一原料一产品”的循环生产模式，该模式不属于（）
A．生态经济 B．循环经济
C．生态工程 D．生态农业
【解析】本题原理是生态系统中物质循环再生产下产生的生态农业中物质的多级利用，本题强调的是生产模式，生态工程与该模式有一定关系，但不属于同一概念范畴。

【答案】C
『限时训练』
一、基础训练：
1．我国“三北防护林”，虽然取得了巨大的生态和经济效益，但由于没有完全按照自然生态规律办事，也产生了不少问题。

例如，辽宁西部的章古台地区，由于单一种植樟子松树，使松毛虫因为没有天敌而肆虐一时，使很多地方几乎成了不毛之地。

这个事实说明了（）A．樟子松树的抗虫能力很差 B．松毛虫的危害性很强，并专一性的侵害樟子松树
C．生物多样性对生态系统的重要性 D．由于植物种类达单一，导致松毛虫只能侵害樟子松树
2．实现循环经济的最重要的手段之一是（）
A．大力发展“石油农业” B．生态工程 C．清除污染物 D．禁止产出污染物
3．单一的人工林比天然混合林的稳定性低，容易遭受害虫危害，这体现了生态工程的什么原理（）
A．物质循环再生原理 B．协调与平衡原理 C．物种多样性原理 D．系统整理性原理
4．在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。

以上做法依据的生态工程原理是（）
A．系统整体性原理 B．整体性原理 C．系统结构决定功能原理 D．以上都不是5．在我国西部大开发的战略中，“保护天然林”和“退耕还林”是两项重要内容，采取这两项措施的首要目标是（）
A．开展生态旅游 B．发展畜牧业 C．增加木材产量 D．改善生态环境
6．下列哪项叙述完全符合生态经济（）
①建立“原料一产品一原料一产品”的无废料生产体系
②在资源不增加甚至减少的条件下实现经济增长
③在经济产出不变甚至增加的条件下，向环境排放的废弃物大大减少
④先生产后治理，提高经济效益
A．①② B．①②③ C．②③ D．②③④
7．我国西北土地沙化和盐渍化非常严重，原因有多种，其中一个主要原因是超载放牧，导致草地退化。

试分析上述事实主要违背了生态工程的什么原理（）
A．系统整体性原理 B．协调与平衡原理 C．物种多样性原理 D．整体性原理
8．实施可持续发展战略，我们不提倡（）
A．控制人口 B．节约资源 C．保护环境 D．先污染后治理
9．下列有关物种多样性的叙述错误的是（）
A．物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性
B．生物多样性程度高，各类生物的生存机会多
C．生物种类越繁多，引起病虫害的几率越大
D．生物种类繁多，可以在有限的资源条件下，提高系统的生产力
10．协调与平衡原理主要指（）
A．生物与环境的适应及环境对生物的承载力 B．系统各组分之间要有适当的比例关系C．自然系统、经济系统、社会系统协调统一 D．物质循环和能量流动协调统一
11．下列说法正确的是（）
A．系统学和工程学是生态学的一个分支
B．生态工程的整体性原理主要指生物与环境、生物与生物之间是不可分割的
C．生态工程的整体性原理主要指生物与环境、生物与生物之间是不可分割的
D．物种多样性原理要求引种的生物种类越多越好
12．在人类的生产活动中，为了不受大自然的惩罚，必须具备正确的观点是（） A．只有讲求生态效益，才能获得稳定的经济效益
B．遵循生态系统自身规律，大力扩展耕地面积
C．保护对人类有益的生物资源，消灭对人类不利的种群
D．优先考虑经济效益，充分开发、、利用自然资源
13．城市生活垃圾要做到分类、回收、利用，实现废物资源化利用。

与该做法关系最密切的生态工程原理是（）
A．物种多样性原理 B．整体性原理 C．物质循环再生原理 D．系统学原理
14．在松毛虫肆虐的时候，辽宁西部章古台地区的几十亿株杨树毁于一旦，这是由于违背了（） A．物种多样性原理 B．协调与平衡原理 C．整体性原理 D．物质循环再生原理15．对生态农业的原理中能量多级利用的理解正确的是（）
A．尽可能设计一条很长的食物链 B．使流向人类的能量最多
C．实现“原料一产品一原料一产品”的生产模式 D．通过生物防治减少能量损失16．设计良性循环的农业生态系统时应符合的原则是（）
A．充分利用自然界的能量和物质资源 B．使产出和输人的物质达到平衡
C．尽量减少生物种类 D．提高沼气池的转化效率
17．使用农药一般不会引起（）
A．土壤污染 B．水体污染 C．农产品污染 D．害虫产生抗药性18．在物质循环上是高度开放的生态系统是（）
A．湿地生态系统 B．农田生态系统 C．城市生态系统 D．农业生态系统19．某牧草的留种区，为了预防鸟啄食草籽，用网把留种区罩起来，后来发现，留种区草的叶子几乎被虫吃光了。

发生这种现象的根本原因是（）
A．害虫过度繁殖 B．干旱缺水引起虫害
C．食物链被破坏 D．害虫产生变异新类型
20．据报导2000年5月在舟山群岛海域发生的“赤潮”，大批鱼类及海产动物死亡，形成“赤潮”的根本原因是（）
A．海水综合治理差 B．海洋浮游生物突发性繁殖
C．海水受生活垃圾污染 D．水土严重流失，大量红壤流入海水
21．（多选）我们的祖先实施的“无废弃物农业”，使我国的土壤维持了几千年的肥力，其实这种模式就是生态工程最早和最生动的模式，这种模式的诀窍在于( ) A．积极种植能够固氮的豆科植物
B．收集一切可能的有机物
C．采集某种特殊植物，将其根茎叶加水一起捣碎榨汁，作为肥料
D．采用堆肥和沤肥等多种方法，把有机物转变为有机肥料
22．（多选）生态工程体系的特点是（）
A．少消耗 B．多效益 C．可持续 D．多投资
23．（多选）下列属于以生态环境保护为目标而建立的林业生态工程的是（）
A．水土保持生态工程 B．防风固沙生态工程
C．水源涵养生态工程 D．城市垃圾处理生态工程
24．（多选）下列各项中属于世界公认的三大环境问题的是（）
A．酸雨 B．臭氧层衰竭 C．人口急剧增长 D．温室效应
二、能力提高：
1．生态工程建设的目的就是遵循__________________________的规律，达到
________________和__________________同步发展，与传统工程相比，生态工程是一类少
___________、多_________、可_______________的工程体系。

生态经济主要是通过实行
________________的原则，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，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是_______________。

2．(8分）某地农民大量焚烧农作物的秸秆，造成环境污染，影响了航班起降。

(1)秸秆的大量焚烧，使当地雨水pH发生变化，变化趋势是_____________________。

(2）秸秆焚烧后所剩的灰分，是植物的__________________，在焚烧过程中，以气体形式散失的是__________________、__________________等。

(3）从生态系统的物质循环分析，焚烧秸秆对农田生态系统的影响是
___________________。

(4)该地农民的做法主要破坏了生态工程的哪一原理？_______________________。

3.某地区的农民充分利用自然条件建立了特有的蔗基鱼塘和桑基鱼塘。

如右图，请根据此图回答（9分）：
（1）这种人工生态系统最基本的生物因素是______；要使它长期稳定发展，除了有稳定的能量，各类生物还要__________________________________________。

（2）建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量_________；其能量利用率高的原因是其在营养结构上具有_________的特点。

（3）蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过_______的作用又被桑和蔗所利用。

蚕粪中的氨经过________的作用，形成_______被植物吸收。

（4）概括地说，生态系统功能的维持取决于它的_______________________。

三、创新设计：
1．阅读以下资料，回答下列问题：
自2000年10月开展“南京莫愁湖物理生态示范实验研究”开始，相继引种了浮水植物、沉水植物共计10余种，在围隔区内已经形成了以沉水植物为优势的水生植物群落。

试验区内营养盐的浓度得到有效控制，如试验区内氨氮和总氮仅分别为试验区外的1/13和1/5，有效地改善了水质。

（1）此项生态工程依据的生态学原理有______________________、______________________、_______________________、________________________和_____________________________。

（2）生态工程的调控机制是_________________________，主要利用的能源是____________。

（3）一些发达国家的生态工程建设主要依据生态系统的_______________________，达到了以________________为主，________________为辅的程度。

而在我国的生态工程建设中，
______________仍起着较大作用，强调按预期目标，因地制宜地调整复合生态系统的结构和功能。

（4）生态工程的主要目的在于__________________________________________________。