1、第3节 生态系统的物质循环【高考目标定位】生态系统中物质循环的基本规律及应用【考纲知识梳理】一、生态系统的物质循环1、概念（1）物质：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素。（2）循环：无机环境 生物群落。（3）范围：生物圈。2、实例碳循环（1）主要形式：CO2.（2）过程：（3）特点：具有全球性，因此又称生物地球化学循环。具有循环性。二、能量流动和物质循环的关系1、二者同时进行，彼此相互依存，不可分割，物质是能量的载体，能量是物质循环的动力。【要点名师精解】一、生态系统物质循环的实例碳循环1、大气中CO2的来源：一是分解者的分解作用；二是动植物的呼吸作用；三是化石燃料的燃烧。2、目前由于碳
2、循环平衡被打破，形成温室效应的分析（1）大气中CO2含量持续增加的原因：工厂、汽车、轮船等对化石燃料的大量使用，向大气中倾放大量的CO2。森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中CO2的调节能力。（2）危害：气候变暖会使冰川雪山融化，海平面上升，这样就使沿海城市和国家面临灭顶之灾。由于气候变化，也改变了降雨和蒸发机制，影响农业和粮食资源的生产。降雨量的变化使部分地区更加干旱或更加雨涝，并使病虫害增加。3、缓解措施：（1）植树造林，增加绿地面积。（2）减少化石燃料的燃烧。（3）开发清洁能源。【例1】如图为碳循环图解，请回答下列问题：（1）物质循环实质上是物质在圈与圈之间转移。请在下列表格
3、中填出各圈中碳素的贮存形式，用“十”或“”标明是否参与碳素交换过程。项目岩石圈大气圈水圈生物群落碳素贮存形式是否参与交换上述分析得知，碳循环带有_性。（2）碳主要以_形式循环的。（3）碳从无机环境进入生物群落的唯一途径是_；由绿色植物通过_传递到各级消费者。（4）碳从生物群落返回无机环境的途径表示_；表示_；表示_。【解析】本题考查碳循环有关知识。碳循环具有全球性。碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以二氧化碳的形式进行的。碳从无机环境进入生物群落的唯一途径是光合作用。绿色植物合成的含碳有机物通过食物链和食物网传递到各级消费者。碳从生物群落返回无机环境的途径有生产者、消费者的细胞呼吸，分解者的
4、分解作用和化石燃料的燃烧，应该说明的是，硝化细菌等的化能合成作用也参与碳循环。【答案】（1）无机盐CO2HCO有机物-+ +全球（2）CO2（3）光合作用食物链和食物网（4）细胞呼吸分解作用燃烧等利用二、物质循环与能量流动的关系项目能量流动物质循环形式以有机物为载体主要是无机物特点单向传递、逐级递减往复循环范围生物群落生物圈（全球性） 联系同时进行、相互依存，不可分割：能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解；物质是能量沿食物链（网）流动的载体； 能量是物质在生态系统中往复循环的动力图示 【例2】分析下面碳循环示意图并据图回答问题：（1）从微观上看，过程是在细胞内 中进行的；过程主
5、要是在细胞内 中进行的。（2）岩石圈中的碳以 形式储存，故不直接参与碳循环。水圈中碳的存在形式是 。（3）由图中可见，碳循环带有 性，属于气体型循环。（4）碳从无机环境中进入生物群落的途径是 ，除此之外，某些特殊的生态系统还可通过 进入生物群落；表示的是 关系，其内部之间还可存在 关系；表示 。（5）参与过程的生物的新陈代谢类型是 ，它们与同区域中的动植物共同构成了 。（6）如果大气层中的CO2增多，则产生 效应。（7）从上图可知，减缓温室效应的关键措施是： ； ； 。 （8）碳循环的进行伴随着 ，但由于生物体不能在代谢中利用 ，因而能量流动具有 的特点。【解析】（1）过程是绿色植物利用大气、
6、水中的CO2通过光合作用合成有机物，光合作用的场所是细胞内的叶绿体。过程通过动植物的细胞呼吸将碳返回到大气中去，细胞呼吸的主要场所是线粒体。（2）碳在岩石圈中以无机盐（碳酸盐）的形式贮存，不能被植物直接吸收利用，不能直接参与碳循环，水圈中的碳以HCO3-形式存在，因为CO2+H2OH2CO3H+HCO3-。（3）由图示可看出碳循环是全球性的，属于气体型循环。（4）由图解可看出碳从无机环境进入生物群落是通过绿色植物的光合作用实现的。极少数特殊生态系统中的碳进入生物群落是通过化能合成作用。表示生物群落中的捕食和竞争关系。图示中表示动植物尸体通过微生物的分解作用，把有机碳转化为无机碳返回无机环境中。
7、（5）参与过程的微生物的同化类型是异养型。异化作用类型为需氧型、厌氧型和兼性厌氧型。生活在同一区域内的各种生物的总和称为生物群落。（6）大气中CO2增多，则产生温室效应。（7）从图中看出，导致大气中CO2增多的因素可能是过程减弱或在一定程度上受阻，即绿色植物减少，也可能是过程增强，即化石燃料的大量燃烧。因此减少温室效应应从这两方面考虑。（8）生态系统中的能量最终以热能的形式散失，由于生物体在代谢过程中不能直接利用热能，因而能量流动的特点是逐渐递减、单向流动。【答案】（1）叶绿体 线粒体（2）无机盐（碳酸盐） HCO3- （3）全球（4）光合作用 化能合成作用 捕食 竞争 分解者的分解作用（5）
8、异养需氧型、异养厌氧型和异养兼性厌氧型 生物群落（6）温室（7）保护植被，大力植树造林，提高森林覆盖率严格控制化石燃料的燃烧，并提高能源利用率开发除化石燃料以外的诸如水能、核能、太阳能等新能源，切实减少CO2的排放量（8）能量流动 热能 单向流动、逐级递减【感悟高考真题】（2010广东高考） 26（16分气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为A、B两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。（1）生态系统碳的吸收主要是通过_作用实现的，碳的释放主要是通过_作用实现的。（2）表中_时期的生态系统处于稳定状态，原因是_。（3）由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的_,导致大气中_增加并引起
9、全球气候变化。（4）人们正在积极开发新能源以减少碳排放。如“叶绿素太阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特征而制造的，类囊体吸收光能的过程发生在光合作用的_阶段；又如经改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的_直接发酵转化为燃料乙醇。【解析】本题主要考查学生的理解能力和获取信息的能力。碳元素由无机环境进入生物群落主要依赖于绿色植物的光合作用，而由生物群落回归无机环境则主要依赖于各类生物的呼吸作用。在一个稳定状态的生态系统中，碳吸收量应该基本上等于碳释放量。过度的人工碳排放，破坏了生态系统的碳循环，导致大气中CO2增加并引起全球气温变暖。光能的吸收、传递和转换发生咋子光合作用的光反应阶段。【答案】（1）
10、光合 呼吸（2）A 碳吸收量应该基本上等于碳释放量（3）碳循环 CO2（4）光反应 有机物（2009重庆高考）5.题图5是某森林生态系统物质和能量流向示意图，h、i、j、k表示不同用途的有机物（j是未利用部分），方框大小表示使用量，下列叙述正确的是A. 进入该生态系统的量与各h产生的总量相等B. 生产者i的量大于被初级消费者同化有机物的量C. 流向分解者的k可悲生产这直接吸收利用D. 流经该生态系统的物质和能量可循环利用【解析】生态系统的量就是流经该生态系统的总能量，用a表示，h是生态系统中各成份的呼吸量，在生态系统的食物链中能量流动逐级递减（10%-20%），用x表示（x=10%-20%,假
11、设为15），而各级呼吸量占各能量级的一部分，用Y（Y14据图）表示，则各成份呼吸量的总量为aY（Xx1/81/8x1/8 x）生产者呼吸量aY初级消费者呼吸量axY次级消费者及以上呼吸量axY）分解者的呼吸量（1/8a1/8ax1/8a x）Y生产者值为 1/8a (据图)初级消费者值为1/8ax次级消费者及以上值为1/8a x，可得出小于a；生产者i的量等于初级消费者的摄入量，除去粪便量才等于同化量；流向分解者的解者须经分解者分解才能被生产者；流经该生态系统的物质能循环利用，而能量逐级递减不能循环利用。要注意图形的识别与知识的联系。此题为中难题，理解分析类。【答案】B（2009北京高考）30
12、.（16分）为研究森林群落在生态系统物质循环中的作用，美国一研究小组在某无人居住的落叶林区进行了3年实验。实验区是两个毗邻的山谷（编号1、2），两个山谷各有一条小溪。1965年冬，研究人员将2号山谷中的树木全部砍倒留在原地。通过连续测定两条小溪下游的出水量和硝酸盐含量，发现2号山谷小溪出水量比树木砍倒前升高近40%。两条小溪中的硝酸盐含化如图所示。请回答问题：（1）大气中的N2进入该森林群落的两种途径有 。在森林群落中，能从环境中直接吸收含氮无机物的两大类生物是 。（2）氮元素以N2、NO3-和 的形式被生物吸收，进入细胞后主要用于合成 两类生物大分子。（3）图中显示，1号山谷溪水中的硝酸盐含
13、量出现季节性规律变化，其原因是不同季节生物 。（4）1966年5月后，2号山谷溪水中的硝酸盐含量急剧升高，主要的两个原因是 。（5）硝酸盐含量过高的水不宜饮用。在人体消化道中，硝酸盐可转变成亚硝酸盐。NO2-能使DNA中C-G碱基对中的“C”脱氨成为“U”。上述发生突变的碱基对经两次复制后，在该位点上产生的碱基对新类型是 、 。（6）氮元素从森林群落输出的两种途径是 。（7）该实验结果说明森林群落中植被的两个主要作用是 。【解析】（1）大气中N2进入生物群的主要途径是生物固氮,另外还有闪电固氮。能够固氮的生物有植物（如：大豆）和微生物（如：圆褐固氮菌和根瘤菌）。（2）氮元素以N2、NO3-和N
14、H4 的形式被生物吸收，并参与生物体内蛋白质和核酸这两类生物大分子的合成。生物体内的生物大分子有蛋白质、核酸、脂质、糖类，而N元素是核酸和蛋白质的重要组成元素。（3）据图分析可知，1号山谷溪水中的硝酸盐含量出现季节性规律变化，可能是不同季节生物对硝酸盐的利用量不同。（4）1966年5月后，2号山谷溪水中的硝酸盐含量急剧升高。从来源和去路上分析：一个是因为硝酸盐的去路减少，二是因为硝酸盐的来路增加。根据题意，1965年冬，2号山谷中的树木全部被砍倒留在原地，丧失了植物对硝酸盐的吸收；动植物遗体分解后，产生的硝酸盐进入小溪，导致小溪中硝酸盐的含量急剧升高。 （5） U-A U-A A-T(新类型)
15、C-G U-G G-C G-C C-G（6）通过细菌的作用将硝酸盐最终变为N2返回大气或雨水的冲刷，可以将N元素从森林群落中输出。（7）植物被砍倒，小溪中的硝酸盐含量增加说明植物可以同化无机环境中的N元素；将2号山谷中的树木全部砍倒，发现2号山谷小溪出水量比树木砍倒前升高近40%，说明植被还有涵养水源的作用。【答案】 （1）生物固氮 闪电固氮 植物和微生物 （2） 蛋白质，核酸（3）对硝酸盐的利用量不同（4）丧失了植被对硝酸盐的吸收动植物遗体分解后，产生的硝酸盐进入小溪（5）T-A U-A（6）通过细菌的作用将硝酸盐最终变成N2，返回大气，雨水的冲刷（7）涵养水源，同化无机环境中的氮元素（20
16、08江苏高考）26（8分）江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如下图所示，请据图回答下列问题。（1）牛棚内产生的_可扩散进入蔬菜大棚，提高蔬菜大棚，提高蔬菜的光合效率；蔬菜光合作用产生的_可扩散进入牛棚。（2）秸杆除了作为牛的饲料外，还可与牛粪混合堆入进行_，腐熟的产物肥效提高，这是因为 。这种肥料用于蔬菜栽培可以提高蔬菜产量。（3）在牛的品系、饲料品种和用量不变的条件下，采用这种养殖模式，牛的生长速率明显提高，其主要原因是 。（4）牛棚保温所需的热能来源于牛身散热、地热、_和_。（5）从生态系统主要功能的角度分析，这种种植养殖模式较好地实现了 。【解析】物质的循环利用和能量的多级利用是生态
17、农业的突出特色。（1）牛的呼吸为蔬菜提高光合作用的原料，蔬菜产生的氧气为牛棚更新空气；（2）秸秆和牛粪经微生物的分解，才能被植物吸收利用。（3）外界温度与牛体温相差越少，牛维持体温消耗的能量就较少；（4）太阳光能是牛棚内热能的主要来源，另外微生物发酵也产热；（5）生态农业的优越性体现：物质的循环利用和能量的多级利用（高效利用）。【点评】本题以生态农业为切入点，以生态模式图为图解信息，考查了图文转换能力，信息处理能力，以及综合运用知识解决问题的能力。【答案】（1）二氧化碳 氧气 （2）发酵 微生物将有机物分解为无机物 （3）牛棚内温度较高因而牛维持体温消耗的能量较少 （4）太阳光能 发酵产热 （
18、5）物质的循环利用和能量的高效利用。【考点精题精练】1. 在生态系统碳循环过程中把CO2释放到大气中有多种形式，其中起主导作用的是（A）A植物和动物的呼吸作用B化石燃料的燃烧作用C分解者对有机物的分解作用D化工厂对碳酸盐的分解作用2. （2010安徽省巢湖市高三一模）在自然生态系统中，物质是能量的载体。下列叙述正确的是 A A能量可驱动物质循环 B物质和能量可循环利用C能量只能在食物链中流动 D能量和生物数量金字塔均可倒置 3. 右图表示a、b、c三个地区森林土壤有机物的分解状况，则分解者的作用由弱到强依次是（ B ）AabcBcbaCbacDacb 4. 细菌和真菌在生态系统中物质循环不可缺
19、少是因为 BA食物链中重要一环 B能把有机物分解为无机物，归还到无机环境中C与人类关系非常密切 D与生产者、消费者都有关系5. 在生态系统中是生产者，从细胞结构来看属于原核生物，在生态系统碳循环中起重要作用的是（ A）A蓝藻B细菌 C水稻 D病毒6. 生产者和消费者的遗体被分解者分解（ C）A只有物质循环过程 B只有能量利用过程C既有物质循环又有能量利用过程 D无法确定7. 下图是某生态系统的部分物质循环简图,下列叙述正确的是 A若M为空气中的SO2，造成酸雨的主要原因是和过程加剧B若M为空气中的CO2，则C元素在图中过程中循环形式是CO2C若M为空气中的N2，则过程可表示固氮蓝藻的固氮作用；
20、过程一般不存在 D若M为环境中的NH3，则过程可表示硝化细菌的化能合成作用；过程表示另一些厌氧型细菌作用答案C8. （2010山东省临沂市高三一模）关于生态系统物质循环的叙述中，错误的是（ B ） A碳在生物群落与无机环境之间的主要循环形式是CO2 B物质循环和能量流动是两个相对独立的过程 C物质循环发生在生物群落和无机环境之间 D无机环境中的物质可以被生物群落反复利用9. 研究表明：固氮酶对氧极端敏感，一旦遇氧就很快导致不可逆失活。如图为生态系统中碳循环和氮循环的一部分，A、B、C三类微生物参与其中，下列说法错误的是（ B ）AA类细菌是自养需氧型，B类细菌是异养厌氧型BC类微生物只能是异养
21、厌氧型的，否则只能得到氮氧化物C进行C过程的微生物，有的是自生的，有的是共生的DA和C的活动可增加土壤肥力，而B的活动导致土壤氮素丧失10. 题图是某森林生态系统物质和能量流向示意图，h、i、j、k表示不同用途的有机物(j是未利用部分)，方框大小表示使用量，下列叙述正确的是（ B ） A进入该生态系统的CO2总量与所有h产生的CO2总量相等 B生产者i的量大于被初级消费者同化有机物的量 C流向分解者的k可被生产者直接吸收利用 D流经该生态系统的物质和能量可循环利用11. 下图表示某农田生态系统一年中CO2的释放和消耗状况。有关叙述正确的是 ( A )二氧化碳量注： 生产者呼吸释放量 分解者呼吸
22、释放量 消费者呼吸释放量 生产者光合作用消耗量 A流经该农田生态系统的总能量可用表示B的量越小，说明该农田生态系统施用的有机肥料越多C消费者同化作用的大小可用表示D该农田生态系统一年中CO2的释放最与消费量相等12. 在自然生态系统中，物质是能量的载体。下列叙述正确的是 ( A )A.能量可驱动物质循环 B.物质和能量可循环利用C.能量只能在食物链中流动 D.能量和生物数量金字塔均可倒置13. “落红不是无情物，化作春泥更护花”，对其所涉及的生物学知识描述正确的是 （ A ） A.残枝落叶中的有机物通过微生物的分解产生的物质可提高土壤肥力B.土壤中的微生物如硝化细菌、圆褐固氮菌、反硝化细菌等都
23、是需氧型生物C.“中耕松土”有利于土壤中各种微生物的活动D.土壤中的微生物在生态系统中的地位都是分解者14. 右图是氮循环以及氮在生物体内的转化过程示意图，下列说法错误的是C A完成、过程的生物在生态系统的成分中属于分解者 B完成过程的生物有利于氮循环，但不利于土壤肥力保持 C完成过程的生物的新陈代谢类型与根瘤菌相同 D生物完成、过程需要消耗能量15. 火灾常给森林带来较大危害，但是某些国家有时对寒带地区森林中的残枝落叶等进行有限度的人工火烧，以对森林进行资源管理，这种人工火烧的主要目的是（ C ）A、消灭森林病虫害B、刺激树木种子萌发C、加速生态系统的分解过程D、提高森林的蓄水能力16. 下
24、图为自然界中氮循环示意图，根据图回答：（11分）（1）大气中的氮主要通过进入生物群落（2）图中的A物质代表尿素及动植物遗体，可被土壤中的微生物分解，形成B物质，则这些微生物在生态系统成分中属于 。B物质在土壤中，在细菌的作用下形成C。C物质代表。（3）将B物质转化成C物质的细菌，其同化类型属于型，在生态系统成分中属于 。（4）在条件下，另一些细菌可将C物质最终转化为，返回到大气中，因此，这些细菌的代谢类型属于 。答案（1）1生物固氮 （2）分解者；硝化；硝酸（3）自养；生产者 （4）缺氧；氮气；异养厌氧型17. （2010苏北四市高三第二次凋考）2009年12月718日在丹麦首都哥本哈根召开世
25、界气候大会，中国政府作出了降低国内单位生产总值二氧化碳排放量的承诺，到2020年中国国内单位生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40一50，低碳经济与绿色生活方式引起人们重视。根据下图回答问题： (1)碳从无机环境中进入生物群落的途径表示的是 过程，生物群落中的碳返回无机环境 的途径为图中的 (填数字序号)。(2)垃圾资源化、无害化是绿色城市的重要标志之一，可将回收后无法直接利用的有机废物进行发酵处理，该过程所利用的生物属于生态系统的 成分。(3)煤是“高碳”能源，通过燃烧。碳主要以 的形式进入大气圈。根据上图提出一项实现“低碳”承诺、减少温室效应的关键措施 。(4)若上图虚线框中的种群及相互间的关系如右图所示，假设E种群中的能量是58109kJ；B种群中的能量为1.3108kJ。若能量的传递效率为1020，则A种群中的能量至少是 kJ。答案：（1）光合作用 （2）分解者 （3）CO2 保护植被，大力植树造林，提高森林覆盖率；控制化石燃料的燃烧，减少CO2的排放量，提高能源利用率；开发水能、太阳能等新能源（答案合理即可） （4）4.5107高考资源网w w 高 考 资源 网
