1、第3节生态系统的物质循环1以碳循环为例分析生态系统的物质循环。(重点)2说明能量流动和物质循环的关系。(难点)3关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。碳 循 环1循环形式(1)在生物群落与无机环境间：主要以CO2的形式进行。(2)在生物群落内：以含碳有机物的形式进行。2过程图解填写图中各序号表示的生物或生理过程：光合作用，呼吸作用，分解者的分解作用，植物，动物。3特点：具有全球性、循环性。4温室效应(1)形成原因：化石燃料短时间内大量燃烧使大气中CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。(2)危害：气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
2、探讨：使用农药DDT(难降解)的只有一小部分地区，可是远在南极的动物体内也发现了DDT，这说明物质循环具有什么特点？提示：全球性。探讨：下图是自然界碳循环的简图，据图分析下列有关问题：(1)图中的甲、乙、丙分别是什么？、分别表示什么过程？提示：分解者、消费者、生产者。通过分解者、生产者、消费者的呼吸作用将生物群落内的有机物分解为CO2，返回大气中。(2)大气中CO2进入生物群落的主要途径是什么？(用图中代号表示)提示：探讨：碳循环都是双向的吗？提示：不都是。(1)CO2在生物群落和无机环境之间是双向循环的。(2)在生物群落内部，沿食物链(网)传递时，碳循环不是双向的，只能由低营养级向高营养级单
3、向传递。碳循环模式图中生态系统成分的判断(1)首先双向箭头的两端分别是生产者和大气中的CO2，因为只有生产者既能通过光合作用或化能合成作用从大气中吸收CO2，又能通过呼吸作用向大气中释放CO2，因此只有生产者与大气中的CO2之间具有双向箭头(如图1中的A与B、图2中的A与C、图3中的A与E、图4中的A与B)。(2)在此基础上，其他成分都有箭头指向的为大气中的CO2，因为生产者、消费者、分解者都可通过呼吸作用向大气中释放CO2(如图1中的B、图2中的C、图3中的A、图4中A)，双向箭头的另一端则为生产者(如图1中的A、图2中的A、图3中的E、图4中的B)。(3)除大气中的CO2外其他生物成分都有
4、箭头指向的为分解者，因为动植物的遗体遗物都要被分解者分解(如图1中的D、图2中的E、图3中的C、图4中D)，剩下的成分为消费者(如图1中的C、图2中的B、D，图3中的B、D、F，图4中的C)。1关于物质循环的叙述正确的是() 【导学号：67330034】A生产者与无机环境之间可以直接进行碳循环B消费者与无机环境之间可以直接进行碳循环C物质循环沿着食物链进行D不同的生态系统的物质循环在生态系统范围内独立地进行【解析】消费者体内的碳能通过呼吸作用进入无机环境，但无机环境中的碳不能直接进入消费者体内。【答案】A2生态系统中C、N等元素流动的特点是()单向的循环的逐级递减反复出现，由一种形式转化成另一
5、种形式ABCD【解析】生态系统中物质循环是指元素的循环，在生态系统中物质循环的特点是循环的，反复出现的，由一种形式转化成另一种形式。【答案】D3下图表示某生态系统中4种成分之间的关系。以下相关叙述中，正确的是()A1和2包含着所有种群构成的群落B3代表的生物一定是原核生物C代表光合作用，代表呼吸作用D4可以表示大气中的CO2【解析】从题图中可解读出如下信息：在该生态系统中，4代表非生物的物质和能量，1代表生产者，2代表消费者，3代表分解者。1、2、3包含的所有种群才构成群落。分解者可以是原核生物，如细菌，也可以是真核生物的真菌或小型的动物(蚯蚓)。代表摄食活动，可以代表呼吸作用。【答案】D物
6、质 循 环 和 能 量 流 动 的 关 系1物质循环(1)概念物质：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素。循环途径：无机环境生物群落。范围：生物圈。(2)特点具有循环性，物质可以被生物群落反复利用。具有全球性，因此又叫生物地球化学循环。2能量流动和物质循环的关系(1)区别物质循环具有全球性和循环性的特点。能量流动是逐级递减的，是单方向的。(2)联系二者同时进行，相互依存，不可分割。物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力。探讨：既然氮元素在生物群落和无机环境之间也是不断循环的，为什么还要往农田中不断地施加氮肥？提示：物质循环是指在生物圈范围内物质是循环的。农田中不断有粮食产出，基本元素不
7、断地被输出，所以要不断地施加氮肥。探讨：下图是某生态系统的结构模式图，该图中只表示物质流向的箭头是哪些？可表示能量流动的箭头有哪些？(用图中的数字标号表示)提示：和；、和。能量流动和物质循环的关系项目能量流动物质循环形式光能化学能热能化学元素(无机物有机物无机物)特点单向流动、逐级递减往复循环范围生态系统各营养级生物圈(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4下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述中，不正确的是() 【导学号：67330035】A生态系统中能
8、量的输入、传递、转化和散失的过程称为生态系统的能量流动B生产者通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入生物群落C物质是能量的载体，生态系统的能量是伴随物质而循环利用的D物质是能量的载体，能量是物质循环的动力，两者同时存在，不可分割【解析】物质是能量的载体，能量流动则伴随着物质循环，能量流动又是物质循环的动力，但能量流动是单向的，不能循环利用。【答案】C5下面为某生态系统的部分物质循环简图，其中M表示非生物的物质和能量。相关叙述正确的是 ()A若M表示大气中的CO2，则碳元素在图中过程中是以有机物形式传递的B从图中我们可以看出能量伴随着物质循环而循环C若M表示大气中的CO2，则碳元素可在生物
9、群落中反复循环利用D若M表示无机环境中的能量，则的能量值为与对应的能量值之和【解析】碳元素在生物群落中是以含碳有机物的形式传递的，A项正确；能量在生态系统中沿食物链单向流动，而不能循环利用，B项错误；碳循环是在无机环境和生物群落之间反复循环利用，而不是在生物群落的内部，C项错误；代表的是生态系统中固定的总能量，它不仅包括，还包括消费者通过呼吸作用散失到无机环境中的能量，D项错误。【答案】A探 究 土 壤 生 物 的 分 解 作 用1原理(1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为分解者。(2)分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，其分解速度与环境中的温度、
10、水分等生态因子相关。2过程案例1案例2实验假设微生物能分解落叶使之腐烂微生物能分解淀粉实验设计实验组对土壤高温处理A杯中加入30 mL土壤浸出液对照组对土壤不做任何处理B杯中加入30_mL蒸馏水自变量土壤中是否含有微生物是否含有微生物实验现象在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组AA1不变蓝A2产生砖红色沉淀BB1变蓝B2无砖红色沉淀结论分析微生物对落叶有分解作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉探讨：案例1中实验组应当如何处理？提示：实验组的土壤要进行处理，以尽可能排除土壤微生物的作用，同时要尽可能避免土壤理化性质的改变，例如，将土壤用塑料袋包好，放在60 恒温箱中1 h灭菌。探讨：案例2中鉴
11、定不同糖类用到的试剂分别是什么？使用时有什么注意事项？提示：鉴定淀粉需用碘液，碘液不可滴加过多，通常滴加12滴即可。鉴定淀粉分解产生的还原糖可用斐林试剂，通常需要5065 水浴加热2 min。探讨：实验中应注意控制哪些无关变量？提示：如温度、湿度、pH、处理时间、埋藏深度等都属于无关变量，实验组与对照组的无关变量都应该是相同的。实验组、对照组的确定(1)验证实验中二者的确定：根据题意首先弄清实验研究的自变量是什么，然后找到进行自变量处理的组即为实验组，没进行自变量处理，仅为排除无关变量干扰而设置的组为对照组。(2)探究实验中二者的确定：接受自变量处理的结果是未知的组为实验组；未接受自变量处理的
12、结果是已知的为对照组。6某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5 cm左右)为实验材料，研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用，对土壤处理情况见下表。下列有关叙述不正确的是()1组2组3组4组土壤处理灭菌不灭菌灭菌不灭菌湿润湿润较干燥较干燥A.该实验能探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用B为了控制实验中的无关变量，作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理C该实验的自变量为土壤是否灭菌的处理，实验中的对照组是1和3组D预期结论是1、3组的落叶不被分解，2、4组中的落叶被不同程度地分解【解析】该实验中1、2组是湿润土壤，3、4组是较干燥土壤，1、2组与3、4组对照，可以探究不同土壤湿度条件下
13、，土壤微生物对落叶的分解作用；该实验中对土壤采取了灭菌和不灭菌的处理，这是对自变量的处理，落叶上存在的微生物属于无关变量，为了避免无关变量对实验的干扰，应将各组的落叶进行灭菌处理；该实验的自变量为土壤是否灭菌处理及土壤的湿度，实验中的对照组是1和2组。【答案】C1生态系统中的物质循环中的物质，一般指的是组成生物体的()A各种化合物B各种有机物C各种无机物D各种化学元素【解析】本题考查对物质循环概念的理解。生态系统内的物质循环是以组成生物体的各种化学元素的形式进行的。各种化学元素在无机环境与生物群落内的具体存在形式在不断变化，如无机物与有机物的转化、不同有机物间的转化，因此物质循环不是以某种具体
14、化合物的形式进行的，而是以元素的形式进行的。【答案】D2在生态系统物质循环和能量流动过程中，连接生物群落与无机环境的重要的生理作用和重要环节分别是()蒸腾作用 光合作用 呼吸作用 生产者消费者 分解者A、和、 B、和、C、和、 D、和、【解析】连接生物群落与无机环境的重要生理作用是光合作用和呼吸作用，两个重要环节是生产者和分解者。【答案】B3“哥本哈根气候变化大会”引起了人们对温室气体排放的关注，大会所倡导的低碳生活获得普遍认同。根据下图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，正确的是 ()A生物群落内部进行碳循环的物质形式是CO2B参与过程的生物只有消费者和分解者C不能通过增强过程减少大气中CO
15、2的含量D开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对过程的依赖【解析】生物群落内部碳元素以有机物的形式循环；过程指的是生物群落内部生产者、消费者、分解者通过细胞呼吸作用释放CO2；可以通过增强过程减少空气中CO2的含量；开发新能源能减少人类对化石燃料的使用。【答案】D4某同学完成了土壤微生物的分解作用的对照实验，对照组是 ()A土壤不做处理，自然状态B土壤进行处理C排除土壤微生物的作用D尽可能避免改变土壤理化性质【解析】实验组和对照组的单一变量是土壤中是否含有微生物。所以对照组应为不做处理的自然土壤，而实验组应将土壤进行灭菌处理，尽可能排除土壤微生物的作用。【答案】A5如图为我国北方处于稳定
16、状态的某森林生态系统中碳循环示意图，图中A、B、C、D分别代表生态系统的组成成分，代表碳元素的传递过程。请据图回答问题。(1)写出字母或标号代表的生态系统的组成成分或碳循环过程B_；C_；_；_。(2)碳元素是通过_由无机环境进入生物群落的，而在生物群落中是以_的形式沿_传递的。(3)生物群落中的碳元素归还到无机环境中主要依靠各类生物的_，而另一部分碳元素则以_的形式储藏于地层中。(4)从碳循环的过程可知生态系统的物质循环的特点是_和_；与碳元素的循环过程相比，能量流动的特点是_和_。(5)人类大量开采并燃烧由古代动植物遗体形成的煤和石油等，使地层中经过千百万年积存的碳元素在短期内大量释放，对
17、环境产生的影响主要是_。【解析】据图可判断，B代表生产者，C代表消费者，表示光合作用，表示分解者的分解作用。无机环境中的碳主要通过光合作用进入生物群落，在生物群落中以有机物的形式沿食物链(网)传递。生物群落中的碳元素主要依靠生物的呼吸作用回到无机环境中，另一部分则以化石燃料的形式储藏于地层中。生态系统物质循环的特点是全球性和往复循环，能量流动的特点是单向流动和逐级递减。碳元素在短期内大量释放会造成大气中二氧化碳增多，引发温室效应。【答案】(1)生产者 消费者 光合作用 分解作用 (2) 光合作用有机物 食物链(和食物网) (3)呼吸作用 化石燃料 (4)全球性往复循环 单向流动 逐级递减 (5
18、)产生温室效应(或大气中二氧化碳增多)课堂小结：网络构建核心回扣1.生态系统的物质循环是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，不断地进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的过程。2.物质循环具有全球性和循环性的特点。3.温室效应形成的原因是化石燃料短时间内大量燃烧使大气中CO2含量迅速增加，打破了生物圈碳循环的平衡。4.物质作为能量的载体，使能量沿食物链流动；能量作为动力，使物质不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。学业分层测评(十七) (建议用时：45分钟) 学业达标1生态系统物质循环中的“物质”是指组成生物体的()A碳元素B有机物C无机物D元素【解析】生态系统物质循环中
19、的“物质”是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等各种元素。【答案】D2在生态系统中，碳循环始终是与下列哪项结合在一起的()A光合作用B呼吸作用C水循环D能量流动【解析】物质循环和能量流动始终是结合在一起的。物质作为能量的载体，使能量沿食物链流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落与无机环境之间循环往返。【答案】D3在一般情况下，关于生态系统中碳循环的主要渠道的正确图解是()【解析】碳循环发生在生物群落与无机环境之间，无机环境中的碳元素通过生产者进入生物群落，生物群落内有机物中的碳元素经生产者、消费者和分解者的呼吸作用重新返回无机环境。【答案】D4下面是某营养元素循环简图，下列哪一组合能
20、代表X、Y、Z三种生物()A分解者、消费者、生产者B消费者、分解者、生产者C生产者、消费者、分解者D生产者、分解者、消费者【解析】能利用矿物质的是生产者，分解有机物、产生矿物质的是分解者。【答案】C5在自然生态系统中，物质与能量的关系正确的是()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能量金字塔和生物数量金字塔均可倒置【解析】物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力，物质可循环利用，但能量是单向流动的；能量除了在食物链中流动外，还可以在生物群落与无机环境之间流动；能量金字塔不可倒置，生物数量金字塔可以倒置。【答案】A6如图表示生物圈中碳元素的循环过程，其中A、B
21、、C表示生态系统的不同成分，下列有关叙述正确的是()A过程代表绿色植物的光合作用BA、B分别代表消费者和生产者C是温室效应的主要原因D疏松土壤可以加快过程【解析】由图可知：A代表分解者，B代表生产者，C代表消费者；化石燃料的燃烧是形成温室效应的主要原因。【答案】D7如图是农业生态系统的一种结构模式，下列有关分析中正确的是()A农作物和人是该生态系统的主要成分B人和畜禽所处的营养级肯定是不同的C分解者的有效利用，提高了该生态系统的能量利用率D物质的良性循环，确保了能量的循环利用，减少了废物的积累【解析】农作物是农业生态系统的主要成分，A错误。人和畜禽都可以农作物为食，可处在同一营养级，B错误。食
22、用真菌的栽培及沼气池发酵，使能量更多地流向对人类有益的部分，提高了能量利用率，C正确。能量流动是单向、不循环的，D错误。【答案】C8某生物兴趣小组的同学为证明某细菌对树叶的分解作用，分别提出三种实验方案。其共同之处是：将同一种树的落叶分成甲、乙两等份，实验过程保持树叶湿润，其他实验条件和步骤如下表所示。哪种实验方案能达到目的()序号实验处理甲乙方案一无菌条件自然条件方案二先灭菌，再放于适宜条件下自然条件方法三先灭菌，再放于适宜条件下先灭菌，然后接种某种细菌，最后置于适宜条件下A.方案一B方案二C方案三D三个方案都不能达到【解析】欲证明树叶的分解是由“某种细菌”所引起的，应先将树叶灭菌，排除其他
23、微生物对实验结果的干扰，同时应将灭菌后的树叶分成两组，一组接种该细菌，另一组不接种，两组均置于适宜条件下培养，以便对比分析得出结论。【答案】C9下图为碳元素在生态系统中循环的模式图，图中甲、乙、丙表示生态系统的生物成分，箭头表示生理过程。下列相关叙述中，不正确的是()Ad过程代表光合作用，b过程代表呼吸作用B甲所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多C碳元素在甲、乙、丙之间以有机物的形式传递D碳元素可在无机环境和生物群落之间反复利用【解析】丁为无机环境，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者；d过程为呼吸作用，b过程为光合作用；碳元素在生物群落内部主要以有机物的形式进行传递，在无机环境与生物群落间主
24、要以二氧化碳的形式进行传递。【答案】A10下图甲表示生态系统中碳循环的示意图，图乙表示两个不同的生态系统中积累在植物和土壤中的有机物的比例，据图分析并回答问题。甲乙(1)甲图中的a在生态系统的成分中指的是_。碳元素在生物群落中主要以_形式存在。(2)碳元素从无机环境进入生物群落的途径表示的是_过程，除此之外，还可以通过硝化细菌等生物的_过程。过程表示_。(3)现今全世界都倡导的“低碳生活”措施是为了减缓主要由图甲中_(填数字)产生的温室效应现象。(4)乙图中表示热带雨林的是_，原因是_。【解析】(1)甲图中a表示分解者，碳在生物群落中主要以有机物的形式存在。(2)表示无机环境中的碳进入生物群落
25、的过程，为光合作用。硝化细菌的化能合成作用也能固定碳，表示呼吸作用。(3)“低碳生活”是为了减缓化石燃料的燃烧。(4)热带雨林温度高，分解者活动旺盛，土壤中有机物少。【答案】(1)分解者有机物(2)光合作用化能合成作用呼吸作用(3)(4)B热带雨林温度高，分解者活动旺盛能力提升11如图表示生物圈中碳循环的部分示意图。甲、乙、丙、丁构成生物群落，箭头表示循环过程。下列有关说法正确的是()A大气中的气体X是指CO2和COB完成过程的能量主要是由过程提供的C丁经、过程获得的能量占甲、乙、丙总能量的10%20%D丙处在第三营养级【解析】生物群落与无机环境之间的碳循环是以CO2的形式进行的，故图中大气中
26、的气体X代表CO2；图中甲为生产者，乙为初级消费者(第二营养级)，丙为次级消费者(第三营养级)；完成过程的能量主要由太阳能提供；捕食链中相邻营养级间的能量传递效率为10%20%。【答案】D12大气中CO2过多与碳循环失衡有关。根据下图所做出的判断不正确的是 ()A增加自养生物的种类和数量有利于降低大气中的CO2含量B大气中CO2的增加主要与异养生物的数量增加有关C该生态系统中的自养生物与所有异养生物构成了生物群落D该图能表示物质循环过程，不能准确表示能量流动的方向【解析】自养生物可通过光合作用吸收CO2，因此增加自养生物的种类和数量有利于降低大气中CO2含量。该图不能说明生物之间的关系，不能准
27、确表示能量流动的方向。大气中CO2的增加主要与化石燃料的大量燃烧有关，B错误。【答案】B13如图为生态系统碳循环模式图，下列分析错误的是()Af表示大气中的二氧化碳库B该图中有三条食物链C图中的a一定是自养生物，b、c、d、e一定是异养生物D碳以有机物的形式由a传到b【解析】因为研究对象为碳循环，所以要考虑生物及非生物的物质和能量，只有生产者才能吸收二氧化碳，生产者、消费者和分解者都要产生二氧化碳，所以a为生产者，b为分解者，f为无机环境，图中只有一条食物链，B项错误。【答案】B14如图甲为一个长期处于稳定状态的生态系统的物质循环示意图；表乙是对图甲中生态系统各组成成分的能量流动情况调查结果；
28、图丙是该生态系统中人类对物质与能量的利用情况部分示意图。请据图回答问题：甲丙(单位：102 kJm2a1)PgPnRX870.7369.4501.3Y211.520.1191.4Z141.061.979.1乙(1)大气中二氧化碳的来源有三个，分别是动植物的呼吸作用、_、_。若图甲中的“”仅表示二氧化碳的流动方向，则不会存在的过程有_。(2)若图甲表示碳循环示意图，则D指的是生态系统中的_，过程表示的是_。(3)表乙中的Pg表示同化作用固定的总能量，Pn表示生物体内储存的能量，则R表示的生物学含义是_。每平方米每年流经该生态系统的总能量为_102 kJ。(4)图丙表示人类在草原上放养牲畜的目的是
29、调整生态系统中的_关系。【解析】(1)大气中二氧化碳的来源有三个：动植物的呼吸作用，微生物的分解作用和化石燃料的燃烧。读图甲知A为生产者，B为消费者，C为分解者，D为非生物的物质和能量，“”(仅代表CO2的流动方向)不会存在的过程有、。(2)甲图表示碳循环时，则D为大气中的CO2库，表示光合作用。(3)由能量流动过程中能量的去向可知R表示生态系统中各生物成分中的呼吸量。表中的数据870.7102 kJ表示流经该生态系统的总能量。(4)人工生态系统的特点是使能量流向对人类最有益的部分，提高能量的利用率。【答案】(1)微生物的分解作用化石燃料的燃烧(2)非生物的物质(或大气中的二氧化碳库)光合作用
30、(3)生态系统中各生物成分的呼吸量870.7(4)能量流动15图甲是某生态系统碳循环的示意图，图乙表示该生态系统部分种群的食物关系。请据图分析回答下列问题：图甲 图乙(1)图甲中属于生物群落的是_(填字母)。碳在生物群落内部则主要是以_的形式进行流动。(2)图乙中d和c的种间关系是_。若a固定的能量不变，d减少，则b可利用的能量_。假设e种群中的能量是5.8109 kJ；b种群中的能量为1.3108 kJ。若能量的传递效率为10%20%，则a种群中的能量至少是_kJ。(3)图乙中a同化的能量除呼吸消耗外，其余的能量用于自身的_。(4)据图提出两项实现“低碳”、缓减温室效应的关键措施：_；_。【
31、解析】(1)由图甲可推知，A为生产者，B为分解者，C、D为消费者，E为无机环境，所以属于生物群落的有A、B、C、D；碳在生物群落和无机环境之间以CO2的形式进行循环，而在生物群落中以有机碳的形式进行流动。(2)图乙中，d和c都以e为食，属于竞争关系；a以d、c为食，若a固定的能量不变，d减少，必然要从c获取更多的能量，从而使b的竞争者减少，可利用的能量增加；a是较高营养级，能量最少应以最长食物链，最低传递效率10%计算，则a种群中的能量至少为(5.81091.310810)10%10%4.5107。(3)a同化的能量用于自身的呼吸作用和自身的生长、发育和繁殖。(4)一方面通过减少化石燃料的燃烧、开发新能源来减少向大气中排放二氧化碳，另一方面可通过增加植被来增强对二氧化碳的吸收，从而缓解温室效应，实现“低碳”生活。【答案】(1)A、B、C、D有机物(碳)(2)竞争增加4.5107(3)生长、发育和繁殖(4)减少化石燃料的使用植树造林，增加植被(或开发水能、太阳能等新能源)(答案合理即可)
