学案1：5.1 生态工程的基本原理

5.1 生态工程的基本原理
【课题概述】
《生态工程的基本原理》是人教版高中生物选修三专题五《生态工程》的教学内容，主要学习生态工程的建设、生态工程所遵循的基本原理，使学生理解生态工程的建设的目的及应遵循的原理。

并尝试利用生态工程的原理来构建人工生态系统及解决生态中所面临的问题。

【学习目标】
1. 简述生态工程的概念，关注生态工程的建设。

2. 简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容。

3. 尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策。

课前预习案
【自主学习】
具体要求①阅读教材p107-p113②在自习课完成教给老师检查③准备上课前10分钟展示。

一、生态工程的建设
1.目的
遵循自然界的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到
和的同步发展。

2．特点
与传统工程相比，生态工程是一类、多效益、的工程体系。

3．产生原因
传统经济模式毁坏水、、土壤和，消耗地球赠给我们的自然资本。

4．生态经济
(1)原则：“”。

(2)特点：一个系统产出的，能够成为本系统或另一个系统的，从而实现废弃物的资源化。

(3)手段：。

二、生态工程所遵循的基本原理
1．物质循环再生原理
(1)概念：物质能够在各类生态系统中进行和，循环往复，
，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。

(2)理论基础：生态系统的。

(3)实例——无废弃物农业。

2．物种多样性原理
(1)内容：物种繁多而复杂的生态系统具有较高的，可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的，提高系统生产力。

(2)理论基础：生态系统的。

(3)实例：
①反面：辽宁西部章古台地区的樟子松林，由于没有一条昆虫与其天敌相生相克的食物链，松毛虫肆虐一时。

②正面：由珊瑚虫和某些藻类共生组成的珊瑚礁区，物种繁多，系统稳定。

3．协调与平衡原理
(1)理论基础：生物与环境的。

(2)处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑，又称环境容纳量，它是指某种环境所能养活的生物种群的数量。

4．整体性原理
(1)理论基础：系统复合体。

(如下图)
(2)合理应用：在进行生态工程建设时，不但要考虑的规律，更重要的是，还要考虑到等系统的影响力。

(3)意义：只有应用整体性原理，才能统一协调、、之间的关系，保障生态系统的平衡和稳定。

5．系统学和工程学原理
(1)系统的结构决定功能原理：
①理论基础：优于集中式和环式。

②合理应用：生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和，达到改善系统功能的目的。

在的结构中，一般局部故障，不至于造成整个网络的瘫痪。

(2)系统整体性原理：
①理论基础：整体功能大于部分之和。

②合理应用：系统的各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的，并且实现的效果，即“1＋1>2”。

课堂探究案
探究点一：生态工程的建设
1．阅读教材P107资料1分析：导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？
2．阅读教材P108资料2思考：
(1)你对“石油农业”是如何理解的？分析“石油农业”的利与弊。

(2)如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？
(3)对“石油农业”的生产模式应当怎样改进？
探究二、生态工程所遵循的基本原理
1．阅读我国古代“无废弃物农业”的物质和能量流动图，分析下列问题：
(1)这是一个生态系统吗？生产者、消费者、分解者分别是什么？
(2)该生态系统是怎样实现物质的循环利用的？物质是以什么形式循环的？
2．我国的植树造林运动在世界上规模最大，因而人工林面积占世界首位，请你对我国的植树造林提出建设性意见。

3．你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗？
【整合提升】
具体要求①构建本节课的知识体系②理解熟记基本知识点③不明白的问题及时请教老师。

课堂练习案
【目标检测】
1．下列观点不符合生态农业建设思路的是()
A．调整产业结构，开发多种经营
B．保持生态系统内的生态平衡
C．以高能量获得农业的高产量
D．循环利用农业有机废弃物
2．下列叙述违背生态工程中生态学原理的是()
A．充分考虑环境因子对生物的影响
B．尽可能减少种间竞争所产生的耗损
C．实现生态系统的良性循环
D．以单一种群获得经济效益的最大化
3．下图是“无废弃物农业”物质和能量流动图，该图所体现的主要生态工程原理是()
A．物种多样性原理B．整体性原理
C．物质循环再生原理D．协调与平衡原理
4．现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝气池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。

污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。

回答问题：
(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。

在这个过程中，微生物通过______________呼吸将有机物分解。

(2)植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了________(填“生态系统”“群落”或“种群”)。

在植物池的食物网中，植物位于第________营养级。

植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于______所固定的________能。

(3)生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、________________和________________等原理。

(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。

参考答案
预习导学案答案：
一、生态工程的建设
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
与传统工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。

3．产生原因
传统经济模式毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然资本。

4．生态经济
(1)原则：“循环经济”。

(2)特点：一个系统产出的污染物，能够成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化。

(3)手段：生态工程。

二、生态工程所遵循的基本原理
1．物质循环再生原理
(1)概念：物质能够在各类生态系统中进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。

(2)理论基础：生态系统的物质循环。

(3)实例——无废弃物农业。

2．物种多样性原理
(1)内容：物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性，可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力。

(2)理论基础：生态系统的抵抗力稳定性。

(3)实例：
①反面：辽宁西部章古台地区的樟子松林，由于没有一条昆虫与其天敌相生相克的食物链，松毛虫肆虐一时。

②正面：由珊瑚虫和某些藻类共生组成的珊瑚礁区，物种繁多，系统稳定。

3．协调与平衡原理
(1)理论基础：生物与环境的协调与平衡。

(2)处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力，又称环境容纳量，它是指某种环境所能养活的生物种群的最大数量。

4．整体性原理
(1)理论基础：社会—经济—自然系统复合体。

(如下图)
(2)合理应用：在进行生态工程建设时，不但要考虑自然系统的规律，更重要的是，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。

(3)意义：只有应用整体性原理，才能统一协调当前与长远、局部与整体、开发与环境建设之间的关系，保障生态系统的平衡和稳定。

5．系统学和工程学原理
(1)系统的结构决定功能原理：
①理论基础：分布式优于集中式和环式。

②合理应用：生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。

在分布式的结构中，一般局部故障，不至于造成整个网络的瘫痪。

(2)系统整体性原理：
①理论基础：整体功能大于部分之和。

②合理应用：系统的各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1＋1>2”。

探究案答案：
一、生态工程的建设
1．阅读教材P107资料1分析：导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？
提示：(1)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。

(2)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气温升高、气候异常有关。

(3)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。

2．阅读教材P108资料2思考：
(1)你对“石油农业”是如何理解的？分析“石油农业”的利与弊。

提示：“石油农业”是大量使用化肥、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)如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？
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”。

(3)对“石油农业”的生产模式应当怎样改进？
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。

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。

二、生态工程所遵循的基本原理
1．阅读我国古代“无废弃物农业”的物质和能量流动图，分析下列问题：
(1)这是一个生态系统吗？生产者、消费者、分解者分别是什么？
提示：这是一个生态系统。

生产者是作物，消费者是牛、羊、猪等家畜和人，分解者是土壤中的细菌、真菌等微生物。

(2)该生态系统是怎样实现物质的循环利用的？物质是以什么形式循环的？
提示：该生态系统的人粪尿、牲畜粪便、作物残留物都再返回到农田土壤里通过分解者的作用再供生产者利用，物质循环是以元素形式循环的。

2．我国的植树造林运动在世界上规模最大，因而人工林面积占世界首位，请你对我国的植树造林提出建设性意见。

提示：植树造林时，要根据生物多样性原理和协调与平衡原理，树种绝不能单一，还要根据当地的气候、土壤等条件，因地制宜地植树。

3．你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗？
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
课堂练习案答案
1．C 2．D 3．C
4．答案：(1)无氧和有氧(或细胞)
(2)群落一生产者太阳
(3)物质循环再生物种多样性
(4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)。