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人教版高中生物选修三《生态工程的基本原理》ppt课件


专题 5

生态工程

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5.1

生态工程的基本原理

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课前预习导学
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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。 理。 难点:生态工程的系统学和工程 学原理。 重点:生态工程的基本原 重点难点

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预习导引
一、关注生态工程建设
1.生态工程的建设目的: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.生态工程的特点:生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工 程体系。 3.生态经济:主要是通过实行“循环经济”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生态工程。

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二、生态工程所遵循的基本原理
1.物质循环再生原理:物质能在生态系统中循环往复,分层分级利 用。 2.物种多样性原理:一般而言,物种繁多而复杂的生态系统具有较 高的抵抗力稳定性。 3.协调与平衡原理:生态系统的生物数量不能超过环境承载力(环 境容纳量)的限度。 4.整体性原理:生态系统建设要考虑自然、 经济、 社会的整体影响。 5.系统学和工程学原理:(1)系统的结构决定功能原理,要通过改善 和优化系统结构改善功能;(2)系统整体性原理,系统各组分之间要有适 当的比例关系,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之和的效果,即“1+1>2”。
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预习交流
“西部大开发”是国家为振兴西部提出的宏观决策,在我国西北地区 进行防护林建设时,在一片防护林中种植的植物不是越多越好,而是要 有一定限度。 1.它遵循生态工程的什么原理? 提示:协调与平衡原理。 2.生态工程除上述原理外,还有哪些原理? 提示:物质循环再生原理、物种多样性原理、整体性原理、系统学 和工程学原理。

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课堂合作探究
问题导学

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一、关注生态工程建设
活动与探究 1.导致 1998 年长江洪水泛滥的原因有哪些?应采取哪些措施? 提示:根本原因:长江上游乱砍滥伐森林,中游围湖造田、乱占河道; 直接原因:1998 年的罕见降雨。 措施: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。 2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题? 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。

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迁移与应用 根据以下材料完成问题。 据国家林业局发布的一项调查表明,我国已经成为受荒漠化危害 最为严重的国家之一。 目前,全国四分之一以上的田地荒漠化,每年因荒 漠化造成的直接经济损失达 540 亿元。因此在实施西部大开发过程中, 要切实搞好生态环境的保护和建设,大力开展植树种草、治理水土流失、 防治沙漠化等活动。 (1)从生态因素分析,改善西部地区生态环境必须首先解决的非生 物因素是 。 , 。 (2)“退耕还林(还草)”所依据的主要生态工程原理是 其目的是提高生态系统的 (3)保护环境、保持生态系统稳定性的关键是保护森林。近年来, 首都北京等地频繁出现了“沙尘暴”,源头主要是黄土高原和内蒙古地区。 这说明森林等植被在 树造林方面依据生态工程的 于单一。 等方面起重要作用;另外,我国在西北植 原理,要注意树种不要过
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解析:本题考查了必修教材内容中决定生物的生态因素之一 :非生 物因素——水;联系西北地区特定的地理条件得出。还考查了生态工程 建设中物种多样性原理的应用,“退耕还林(还草)”提高了物种多样性的 同时,植被具有的特殊生态功能:防风固沙、保持水土、涵养水源等功能 随之体现,改善了西北气候,进而形成良性循环。 答案:(1)水 物种多样性 (2)物种多样性原理 自动调节能力 (3)防风固沙

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“石油农业”指大量使用化肥、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。

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二、实行可持续发展的必要性和措施
活动与探究 1.传统农业生产模式有哪些不足? 提示:(1)大量使用化肥、农药、机械,不考虑生产成本,不注重生态 环境保护,造成资源浪费、破坏和农业环境污染,水域富营养化。 (2)传统经济模式正在毁坏水、大气、土壤等资源,经济的发展以巨 大的生态环境破坏为代价。 2.什么是生态经济?其意义是什么? 提示:生态经济主要是通过实行“循环经济”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。其意义是: (1)实现自然资源的可持续发展,符合生态学规律。 (2)保护了生物多样性,做到了生物与环境,经济发展与生态保护的 协调平衡。
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迁移与应用 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 解析:生态工程遵循自然界物质循环的规律,充分发挥资源的生产 潜力,消除环境污染,达到经济效益和生态效益同步发展,与传统的过程 相比,生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。 答案:C )。

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(1)理解“污染物是放错地方的资源”这句话 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。 (2)改进石油农业的生产模式 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。
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三、生态工程所遵循的基本原理
活动与探究 1.中国农民几千年来实施的“无废弃物农业”是怎样实现物质循环 再生的? 提示:通过积极种植能够固氮的豆科植物,以及收集一切可能的有 机物质,包括人畜粪便、枯枝落叶、残羹剩饭、河泥、炕土、老墙土以 及农产品加工过程中的废弃物等,采用堆肥和沤肥等多种方式,把它们 转变为有机肥料,施用到农田中,改善了土壤结构;培育了土壤微生物;实 现了土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用。

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2.为什么樟子松林的松毛虫会肆虐,几十亿株杨树因天牛会毁于一 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? 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。

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3.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? 提示:(1)沙棘,俗称“酸柳”“酸刺”“黑刺”,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。 (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。 (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。 (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。 还包括杜梨、沙枣、合欢、臭椿等。 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。
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4.如何理解整体性原理? 提示:所谓生态工程的整体性原理是指人类所处的自然系统、经济 系统和社会系统所构成的巨大的复合系统,三者相互影响而形成的统 一整体。它既包括自然系统的生物与环境、生物与生物之间的相互影 响,又包括经济和社会等系统的影响力,只有把生态与经济和社会有机 地结合起来,才能从根本上达到建设生态工程的目的。 5.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。

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迁移与应用 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 解析:生态工程建设时不仅要考虑自然生态系统的规律 ,还要考虑 经济和社会等系统的影响力。 答案:B )。

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1.生态工程五大基本原理的比较
原理 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 物质循环 理论基础 意义 可避免环境污染及其对系 统稳定和发展的影响 生物多样性程度可提高系 统的抵抗力稳定性,提高 系统的生产力 生态系统的生物数量不能 超过环境承载力,可避免 系统的失衡与破坏 统一协调各种关系,保障 系统的协调与稳定 林业建设中自然系统 与社会、经济系统的 关系问题 实例 无废弃物农业

生态系统的稳 定性 生物与环境协 调与平衡 社会、经济、 自然构成复合 系统

“三北”防护林建设中 的问题

过度放牧

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续表 原理 系统学和 工程学原 理 理论基础 系统的结构决定功能原 理:分布式优于集中式和 环式 系统整体性原理:整体大 于部分 意义 改善和优化系统 结构以改善功能 保持系统很高的 生产力 实例 桑基鱼塘 珊瑚礁、藻类和 珊瑚虫的关系

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2.桑基鱼塘 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。 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 见下图。
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桑基鱼塘系统物质循环和能量流动示意图

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当堂检测

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1.“猪—沼—茶”是华南山地丘陵地区常见的生态农业模式,由种植(茶 树)、养殖(猪)、农户(人)和沼气生产(微生物)四个子系统构成。该生态 农业模式( )。 A.是由茶树、猪、人和微生物组成的生态系统 B.实现了物质和能量在系统中的多级循环利用 C.使整个生产过程进入了废物资源化的良性循环 D.注重系统内部的自身调节作用,不需要外部投入 解析:生态系统是由无机环境与生物群落共同构成的;物质是可以循环 利用的,但能量不能循环利用;该生态系统需要外部投入。 答案:C

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2.“1+1>2”是生态工程基本原理中的哪一个?( A.物种多样性原理 B.系统整体性原理 C.协调与平衡原理 D.物质循环再生原理 答案:B

)

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3.下列有关生态工程的原理和事例中,错误的是(
选项 A B C D 有关事例 无废弃物农业 在人工林中增加植被的 层次 无锡太湖水体富营养化 引起大面积水华 前面造林,后面砍林

)。

相关的生态工程原理 遵循物质循环再生原理 遵循物种多样性原理 违反协调与平衡原理 违反系统学和工程学原理

解析:本题着重考查生态工程遵循物质循环再生原理、物种多样性原理、 协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理,D 项中讲的是在 追求生态效益时必须考虑到社会效益、经济效益,这明显是整体性原理。 答案:D
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4.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,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.樟子松的抗虫能力很差 B.松毛虫的危害性很强,并专一性地侵害樟子松 C.生物多样性对生态系统的重要性 D.由于植物种类单一,导致松毛虫只能侵害樟子松 解析:单一种植樟子松降低了该生态系统的生物多样性 ,使松毛虫因为 没有天敌而肆虐,使该生态系统遭到破坏。 答案:C )。

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5.下列关于生态工程的说法正确的是( A.系统学和工程学是生态学的一个分支

)。

B.生态工程主要运用了系统学中的系统结构决定功能的原理 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 解析:系统学和工程学不是生态学的分支,而是独立的一门科学;生态工 程的整体性原理是指自然生态系统是通过生物与环境、生物与生物之 间的协同进化而形成的一个不可分割的有机整体 ;外来物种可能导致 当地生态平衡遭到破坏。 答案:B

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