PAGE13-專題五生態工程〔趣味導學〕自改革開放以來，我國以占世界約7%的耕地養活著約占世界21%的人口，的確取得了舉世矚目的成就。“十五”期間，中國經濟發展更是上了一個新臺階，但我們為此也付出了慘痛的代價。隨著近年來中國經濟高速發展，資源瓶頸制約作用已逐步顯現。一方面資源驚慌，一方面我們的發展又過于粗放，過于大手大腳。更讓人揪心的是，對能源及資源的利用效率低下導致近年來中國環境急劇惡化。目前，我國溫室氣體排放已經居世界其次，單位GDP污染排放量是發達國家平均水平的十幾倍，水土流失、土地沙化、草地退化在加劇……通過本專題的學習，你就會知道走生態環保和可持續發展之路是唯一的選擇。〔專題概述〕本專題包括“科技探究之路——生態工程的興起”“生態工程的基本原理”“生態工程的實例和發展前景”和“實踐活動——調查沼氣工程的實施狀況”。本專題旨在使我們了解生態工程的建設須要系統學和工程學的學問，學會綜合分析思索問題的實力。通過對中西方生態工程建設的比較，說明應依據我國國情走自己的生態工程之路，生態工程在我國具有廣袤的發展前景。生態建設中同樣存在倫理問題，即生態倫理問題。因此，可以說，本專題與專題4《生物技術的平安性和倫理問題》的內容有相通之處，同樣須要我們學會站在不同的角度，全面分析問題。〔學法指導〕教材內容選擇和呈現方式力求激勵進行探究性學習，照實踐活動、資料分析、探討、設計和進展追蹤等，應主動地進行自主探究、合作式的學習活動。〔專題重點〕生態工程原理的內容；生態工程的實例。〔專題重點〕分析生態環境問題及解決對策；應用生態工程的原理，設計簡潔的生態工程。

第一節生態工程的基本原理學習目標課程標準1．簡述生態工程的概念，關注生態工程建設。2．簡述生態工程的原理，舉例說出各原理的內容。(重點)3．嘗試運用生態工程原理，分析生態環境問題及解決對策。(難點)1．關注生態工程的建設。2．簡述生態工程的原理。基礎學問·雙基夯實一、生態工程生態工程建設的目的就是遵循自然界①__物質循環__的規律，充分發揮②__資源__的生產潛力，防止③__環境污染__，達到④__經濟__效益和⑤__生態__效益的同步發展。與傳統的工程相比，生態工程是一類⑥__少消耗__、⑦__多效益__、⑧__可持續__的工程體系。二、生態經濟生態經濟主要是通過實行⑨__循環經濟__的原則，使一個系統產出的⑩__污染物__，能夠成為本系統或另一系統的?__生產原料__，從而實現?__廢棄物__資源化，而實現循環經濟最重要的手段之一就是?__生態工程__。三、生態工程所遵循的基本原理生態工程所遵循的基本原理有?__物質循環再生__原理、?__物種多樣性__原理、?__協調與平衡__原理、?__整體性__原理和?__系統學和工程學__原理。思索為什么說“污染物是放錯地方的資源”？提示：對環境造成危害的污染物，采納肯定的措施和技術，就能夠回收和循環利用，這樣不但能夠削減環境污染，而且提高了資源的利用率，削減了資源的奢侈，因此說“污染物是放錯地方的資源”。┃┃活學巧練__■推斷題1．“無廢棄物農業”遵循物種多樣性原理。(×)分析：“無廢棄物農業”遵循物質循環再生原理。2．在建設生態農業時，沼氣池建立是遵循物質循環再生原理。(√)3．依據協調與平衡原理，一個生態系統中生物種群的數量不應超過環境容納量。(√)4．“1＋1>2”體現了生態工程的整體性原理。(×)分析：“1＋1>2”體現了生態工程的系統學和工程學原理中的系統整體性原理。5．只有保持生態系統較高的生物多樣性，才能保證生態系統的穩定和平衡。(√)6．在建設生態工程時，既要考慮自然生態系統的規律，還要考慮到經濟和社會等系統的影響力。(√)課內探究·名師點津學問點關注生態工程建設┃┃重難拓展__■1．生態工程的概念生態工程是指人類應用生態學和系統學等學科的基本原理和方法，通過系統設計、調控和技術組裝，對已破壞的生態環境進行修復、重建，對造成環境污染和破壞的傳統生產方式進行改善，并提高生態系統的生產力，從而促進人類社會和自然環境的和諧發展。留意：生態工程的特點是少消耗、多效益、可持續的工程體系。2．生態經濟的概念：生態經濟主要是通過實行“循環經濟”的原則，使一個系統產出的污染物，能夠成為本系統或者另一個系統的生產原料，從而實現廢棄物的資源化，而實現循環經濟最重要的手段之一就是生態工程。留意：應從以下幾個方面來理解本概念：①原理：循環經濟原理。②目的：實現廢棄物的資源化。3．生態工程與傳統農業的區分：生態工程傳統農業基本原理生態學、系統學工程學調整機制人為協助下的自我調整人為調控與環境的關系協調破壞環境主要能源太陽能化學能生物多樣性得到愛護削減4．生態工程建設的目的：遵循自然界物質循環的規律，充分發揮資源的生產潛力，防止環境污染，達到經濟效益和生態效益的同步發展。5．建設生態工程的緣由：傳統經濟模式正在毀壞水、大氣、土壤和生物資源，消耗地球贈給我們的自然資本，為了實現可持續發展，因而要建設生態工程。┃┃典例評析__■典例1當前，我國農業的發展已由科技含量較低的傳統農業向現代農業轉變。現代農業雖然產量大大提高，但由于大量施用化肥、農藥，造成了嚴峻的環境污染，因此我國政府正大力推廣經濟效益、社會效益和生態效益相統一的生態農業。下列關于生態農業的敘述不正確的是(A)A．生態農業系統中食物鏈和養分級越多，在能量流淌中消耗的能量越少B．生態農業系統的反抗力穩定性比現代農業高C．生態農業系統設計的指導原則是實現生態系統的能量和物質的多級利用D．生態農業系統屬于人工生態系統，人的作用特別突出解析：能量的多級利用并不是食物鏈越長越好，還要考慮能量在傳遞過程中的生物呼吸所消耗的能量；生態農業實現了廢物資源化，提高了能量的利用率。生態農業系統是遵循生態經濟原理，在遵循“循環經濟”的原則下，通過優化組合，使一個系統產出的污染物資源化，實現物質和能量的多級利用，同時防止了環境污染；在生態農業系統中人的作用特別突出，一旦失去人的作用，該系統將受到破壞，因而生態農業系統又屬于人工生態系統。┃┃變式訓練__■1．下列有關生態工程的敘述，不正確的是(B)A．為了實現可持續發展，經濟發展必需符合生態學規律，變更“人類能折服自然”的錯誤觀念，走生態經濟之路B．“無廢棄物農業”所采納的肥料一般是用人畜糞便、枯枝落葉、殘羹剩飯、河泥等通過堆肥和漚肥等方式轉變成的有機肥，也可適量地運用化肥C．眾多的生物通過食物鏈關系相互依存，就可以在有限的資源條件下，產生或容納更多的生物量，提高系統生產力D．珊瑚礁之所以能夠保持很高的系統生產力，得益于珊瑚蟲和藻類組成的高效的植物——動物養分循環解析：“無廢棄物農業”不包括運用化肥。學問點生態工程的類型及基本原理┃┃重難拓展__■1．生態工程的類型依據性質和設計目標的不同，生態工程可分為不同的類型：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(農業生態工程：具有農業生態愛護性質并以農產品生產為目的,林業生態工程：以生態環境愛護為目的,治污生態工程：以治理環境污染為目的))2．生態工程所遵循的基本原理生態工程是生態學、工程學、系統學、經濟學等多學科交叉而產生的新興學科，遵循的基本原理許多，主要原理如下：原理理論基礎內容意義實例物質循環再生原理物質循環物質能夠在各類生態系統中，進行區域小循環和全球地質大循環，循環往復，分層分級利用，從而達到取之不盡、用之不竭的效果可避開環境污染及其對系統穩定和發展的影響無廢棄物農業物種多樣性原理生態系統的穩定性物種繁多而困難的生態系統具有較高的反抗力穩定性。生物多樣性程度高，可以為各類生物的生存供應多種機會和條件。眾多的生物通過食物鏈關系相互依存，就可以在有限的資源條件下，產生或容納更多的生物量，提高系統生產力避開系統結構或功能失衡“三北”防護林建設中的單純林問題、珊瑚礁生態系統的生物多樣性問題協調與平衡原理生物與環境的協調與平衡指生物與環境的協調與平衡，須要考慮環境承載力，即指某種環境所能養活的生物種群的數量避開系統的失衡和破壞太湖富養分化問題整體性原理社會、經濟、自然復合系統進行生態工程的建設時，不僅要考慮到自然生態系統的規律，還要考慮到經濟和社會等系統的影響力統一協調各種關系，保障系統的平衡與穩定林業建設中自然系統與社會、經濟的關系問題系統學和工程學原理系統的結構確定功能原理：分布式優于集中式和環式生態工程須要考慮系統內部不同組分之間的結構，通過改善和優化結構，達到改善系統功能的目的改善和優化系統的結構以改善功能桑基魚塘系統整體性原理：整體大于部分之和系統各組分之間要有適當的比例關系，只有這樣才能順當完成能量、物質、信息等的轉換和流通，并且實現總體功能大于各部分之和的效果保持系統很高的生產力珊瑚礁區藻類和珊瑚蟲的關系學問貼士①生物多樣性高，食物鏈困難，不同的生物占據不同的時間位、空間位和資源位，可充分利用生態系統的環境。②只有保持生態系統較高的生物多樣性，才能保證生態系統的穩定和平衡。③協調與平衡是指生物與環境的協調與平衡，協調主要指生物要適應環境，平衡是指某環境下生物種群的數量與環境的承載力要平衡，否則會引起系統的失衡與破壞。┃┃典例評析__■典例2下圖說明我國現有的生產模式嚴峻違反了什么生態工程原理(D)A．整體性原理B．協調與平衡原理C．系統的結構確定功能原理D．物質循環再生原理解析：從題圖中不難看出，綜合污染物與能源消耗呈逐年上升的趨勢，說明白生產活動產生的物質不能被充分利用，造成了能源的消耗過大。能量消耗多說明該生產模式沒有遵循物質循環再生原理。┃┃變式訓練__■2．下列措施與生態工程的原理不符合的一項是(C)A．森林的采伐量小于生產量B．人工魚塘生產者的能量小于消費者的能量C．農田通過農作物輸出的氮素多于補充的氮素D．向農田施用的無機氮肥多于生物固定的氮肥解析：森林的采伐量小于生產量，利于森林的發展；人工魚塘生產者的能量小于消費者的能量，可以通過人工補充能量來維持；農田通過農作物輸出的氮素多于補充的氮素，土壤就會越來越貧瘠，影響可持續發展；向農田施用的無機氮肥可以多于生物固定的氮肥。指引迷津·撥云見日1．整體性原理≠系統整體性原理。(1)整體性原理是指人類處在一個社會、經濟、自然復合而成的巨大系統中。建立在對系統成分的性質及相互關系充分了解基礎上的整體理論，是解決生態環境問題的必要基礎。(2)系統整體性原理屬于系統學和工程學原理之一。系統整體性是指系統各組分之間要有適當的比例關系，只有這樣才能順當完成能量、物質和信息等的轉換和流通，并且實現總體功能大于各部分之和的效果。2．沼氣工程北方地區的沼氣池冬天的維持及使沼氣池中菌類維持穩定產氣的方法：在冬季，可以通過加溫(蒸氣、熱水通入發酵池)或將沼氣池用塑料大棚封閉起來增加產氣。沼氣池穩定產氣必需的條件：(1)沼氣池必需密閉。沼氣菌群是一類厭氧細菌，它在整個生命過程(生長、發育、繁殖、代謝等)中都不須要氧。(2)適當的水。發酵池中的料、水比例得當是正常產生沼氣的關鍵。如一個6m3的標準池，首次投料大約須要人畜糞便1500kg、雜草500kg，再加入2000kg(3)適當的溫度。一般8℃以上沼氣菌即可活動，產生微量沼氣；20℃～24℃活動正常；28℃～30℃活動最旺盛，產生沼氣率最高。(4)酸堿度。沼氣發酵相宜的pH范圍是6.5～7.5，最適pH是6.8～7.0。(5)攪拌。適當攪拌可以提高發酵池內產氣率，一般每周攪拌2次即可。(6)接種。增加沼氣菌種數量，盡快發酵產生沼氣。沼氣池正常產氣后，還需不斷地添加新料、清除舊料才能確保持續產氣。3．沼氣的成分及清理沼氣池時要防止中毒沼氣是一種多成分混合氣體，主要成分為甲烷和二氧化碳(甲烷的含量一般為60%～75%)，并含有少量的一氧化碳、氫、硫化氫和氮等。沼氣中氧氣濃度低，一氧化碳等有害氣體濃度高，人肯定要留意在通風充分、確保平安后才可進入，否則會引起中毒。4．大型養殖場廄糞和沼氣發電工程采納高溫(50℃左右)厭氧發酵，可使廄糞料的分解周期縮短到十幾小時并能夠穩定地產生大量沼氣，通過沼氣與燃油混燒的發電設備，使發出的電并到大電網上，出售商品電力，由此可以達到消退污染、獲得可再生能源和優質生物肥料等目的。典例3“1＋1＞2”體現生態工程的哪一基本原理(B)A．物種多樣性原理B．系統整體性原理C．協調與平衡原理D．物質循環再生原理解析：系統整體性原理是指系統各組分只有比例適當，才能實現總體功能大于各部分之和的效果，即“1＋1>2”。核心素養·技能培優案例一青年農夫利用自己學習的生態學學問，在自家庭院搞了一個小型生態農業。他在0.25畝的土地上，地面養蘑菇和密環菌，空中架箱養蚯蚓，頂上搭葡萄架，需光的采光，不需光的陰涼，各取所需，生活在各自的生態位置上，同時用蚯蚓喂雞，雞糞喂豬。豬糞匯合產沼氣，沼氣點燈做飯，沼渣做肥料，最大限度地利用了物質和能量，使0.25畝的土地產生了年產值幾萬元的收入。請分析回答：(1)此生態系統的生產者是__葡萄__，分解者是__蘑菇、密環菌、蚯蚓__。(2)設計該生態系統遵循了__物質循環再生__原理。(3)請你依據生態系統能量流淌的原理畫出此生態系統的能量流淌和利用圖(各種生物呼吸作用消耗和分解者耗能可不標出)。解析：本題考查生態農業的有關學問。此生態系統的生產者是綠色植物即葡萄，分解者是腐生的蘑菇、密環菌、蚯蚓；設計該生態系統遵循了物質循環再生的原理；生態系統的能量流淌是從生產者固定太陽能起先，沼氣池中產生的能量可以作為農戶生活能源，沼渣做肥料時植物從中獲得的是礦質元素，不是能量。答案：(3)探規尋律進行生態工程的實施設計時，首先應分析當地的生態現狀，明確要實現什么目的、解決什么問題，從而確定遵循生態工程的什么原理，運用系統思維，設計出符合可持續發展要求的方案。問題釋疑·探究升華教材P101正文中探討題【“關注生態工程建設”資料分析1】1．導致1998年長江洪水泛濫的主要緣由是什么？提示：根本緣由：長江上游亂砍濫伐森林，水源涵養和水土保持功能急劇降低，造成大量泥沙淤積河道；中游圍湖造田、亂占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面積急劇削減。干脆緣由：1998年度的罕見降雨。但這也與全球溫室氣體排放量增加而導致的溫度上升、氣候異樣有關。解決長江洪水泛濫的措施有：我國政府提出的“主動營造長江中上游水源涵養林和水土保持林”安排，即以生物措施為主，結合工程措施，提高森林覆蓋率；“退耕還湖”和改革不合理耕作方式等。在進行生態工程建設時，要考慮到怎樣解決農村(尤其是湖區或山區的遷出人員)的能源來源問題以及如何提高農夫的經濟收入。2．洪災的發生反映出經濟發展模式存在什么問題？提示：傳統的經濟發展模式不留意生態環境的愛護，沒有考慮生態成本，經濟的發展以巨大的生態環境破壞為代價。【“關注生態工程建設”資料分析2】1．你對“石油農業”是如何理解的？提示：“石油農業”大量運用化肥、農藥和機械的生產方式，因對石油等能源有高度的依靠性而得名。它把農業生產這一困難的生物過程，變成了簡潔的機械過程和化學過程。由于其投入高，產出也高，對糧食平安保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同時它所產生的廢棄物和有害物質的數量也很浩大，大大減弱了農業生態系統的穩定性和持續生產力，并造成日益嚴峻的農產品污染和環境污染等問題。2．你能舉出一些農業生產活動對人體健康以及環境造成危害的實例嗎？提示：除日常生活中能夠發覺的實例外，農業活動對環境和人類健康造成危害的實例中，世界上影響較大的有藍嬰病。1973年，美國內布拉斯加州首次出現幼兒高鐵血紅蛋白癥(藍嬰病)。其緣由是飲用水中硝酸鹽含量超過10mg/L，這時過多的硝酸鹽會與紅細胞中的血色素結合，形成高鐵血紅蛋白。高鐵血紅蛋白不能為細胞和組織運輸足夠的氧。患兒的臨床癥狀是在口、手或腳等部位出現時斷時續的藍色或淡紫色，呼吸困難、腹瀉、嘔吐、抽搐，嚴峻的會失去知覺，甚至死亡。硝酸鹽來源于點源污染，如下水道、畜禽養殖場等，或非點源污染，如對農田、公園、草地等的施肥。3．如何理解“污染物是放錯地方的資源”這句話？提示：對環境造成危害的污染物，采納肯定的措施和技術，就能夠進行回收和循環利用，這樣不但能夠削減環境污染，而且提高了資源的利用效率，削減了資源的奢侈。例如，對廢污水中的重金屬或氮、磷等養分就可以進行回收再利用。因此說污染物是放錯了地方沒有被利用的資源。4．石油農業的生產模式應當怎樣改進？提示：在不同的國家有不同的改進措施。例如，在我國，人多地少，應當大力發展生態農業。實施的詳細措施包括：可以依據田間作物的須要適量施用高效、低毒、低殘留的農藥，多施有機肥，提高作物對水、肥等資源的利用效率，對作物秸稈和畜禽糞便進行再利用，實現物質的多級利用，等等。一方面要不斷提高土地的產出水平；另一方面要削減農業活動對環境的污染，促進社會的可持續發展。教材P104【“物種多樣性原理”資料分析】1．為什么樟子松林的松毛蟲會肆虐，幾十億株楊樹會毀于一旦？而珊瑚礁區卻能夠在養分稀有的深海中，保持著很高的生物多樣性？提示：純樟子松林、楊樹林的生物多樣性低，食物鏈短而單調，缺少松毛蟲、天牛的天敵，而成片單一的林木又為其供應了豐富的食物來源，因而會導致了樹林的毀壞。珊瑚礁區的生物多樣性高，食物鏈困難，不同的生物占據了不同的時間位、空間位和資源位，因而充分利用了珊瑚礁生態系統的環境，所以該區有很高的生物多樣性。2．從上面正面和反面的實例，你能得出怎樣的結論？你認為生物多樣性的破壞有人為因素嗎？提示：只有保持生態系統較高的生物多樣性，才能保證生態系統的穩定和平衡。生物多樣性的破壞有人為因素，而且往往作用巨大。教材P105【“協調與平衡原理”資料分析】“西部大開發”是國家為振興西部而提出的宏觀決策，其中很重要的一項內容就是生態工程建設。從協調與平衡原理動身，想一想，在我國西北地區進行防護林建設時，應選擇哪些樹種？假如在該地區發展畜牧養殖業，你認為應當留意什么問題？提示：幾種西北地區特殊相宜樹種的介紹(1)沙棘，俗稱“酸柳”“酸刺”“黑刺”，屬于胡頹子科，為落葉喬木或灌木。植株表面具有棘刺，葉呈條形或條狀被針形，兩端趨尖，背面密被淡白色鱗片，葉柄極短。沙棘花先于枝葉開放，雌雄異株；果實為肉質花被筒包圍，近于球形，直徑5～10mm。沙棘喜陽，粗大的枝干抗風沙。沙棘葉、皮、果實及種子在醫藥上有著廣泛的應用價值。沙棘的嫩枝、嫩葉是牛、羊的精飼料，被譽為“鐵桿牧草”。沙棘果維生素含量極高，養分保健價值高，有利于增加種植者的收入。沙棘是半干旱黃土高原快速綠化荒山、保持水土、調整生態平衡和促進農林牧業發展的良好樹種。內蒙古鄂爾多斯等地區，實施沙棘生態工程，大面積種植沙棘，有效地限制了溝道水土流失，每年可削減流入黃河泥沙2100萬噸。(2)山杏，主要指西伯利亞杏，它抗寒、耐旱，適應性強，是我國北方最普遍的果樹之一，是綠化荒山、水土保持、防治風沙的先鋒樹種。山杏果仁養分豐富，含有大量維生素、微量元素和人體必需的氨基酸，是加工飲料的優質原料。(3)刺槐，屬落葉喬木，適應性強，在年降水量200mm左右、年平均氣溫不低于3℃的地區都能生長。它不僅生長快，且耐鹽堿，有涵養水源和保持水土的作用。刺槐泌蜜豐富，蜜質優良，是主要蜜源植物之一。刺槐不僅可改善生態環境，還可用于發展畜牧業。(4)錦雞兒(又稱擰條)，豆科，多年生落葉灌木，根系發達，具根瘤，高1.5～3m；耐干旱和寒冷，喜生沙地或半固定的沙丘上，不怕沙壓和風蝕。此種植物廣泛分布于我國東北、內蒙古、河北、山西、陜西、寧夏等地，可用于防風固沙，保持水土。枝條可用于編筐，其枝葉是牛、羊等冬春季節主要的飼料之一。(5)杜梨，薔薇科梨屬落葉喬木，可高達10m，原產于我國華北、西北及東北南部。耐寒，耐干旱、瘠薄，能在含鹽量0.5%(質量分數)的土壤中正常生長，且耐澇性也較強。(6)沙棗，胡頹子科胡頹子屬，落葉小喬木。分布于華北及西北等地，耐鹽堿力較強。(7)合歡，豆科合歡屬，落葉喬木，可高達20m。分布于華北、西北及黃河以南等地區。耐鹽堿力較強，但不耐水澇。(8)臭椿，苦木科臭椿屬，落葉喬木，可高達25m。原產于華南、華北、西北各地。抗性強，生長快，耐鹽堿力強。西北畜牧養殖應當留意牲畜數量不能超過草地的承載量。針對公共草地的過度放牧問題，應當實行草地承包，調動個人的管理主動性，削減過度放牧現象；另外，可以在有條件的地方，人工種植牧草，增加牧草產量。教材P107旁欄思索題你能舉出系統整體功能大于部分之和的例子嗎？提示：豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌為豆科作物供應氮素，而豆科作物為其供應能量和其他養分，兩者的共生使豆科作物能夠在氮素缺乏的土地上生長；當把它們分開時，兩者的生長都要受到損害。教材P107思索與