1、第3课时生态系统中的物质循环目标导读1.分析教材P98图411、P99图412，概述水循环、碳循环和氮循环的过程，并归纳物质循环的特点。2.阅读教材P99最后一段，比较能量流动和物质循环的过程和特点，归纳二者的区别和联系。重难点击 1.生态系统的物质循环过程和特点。2.物质循环与能量流动的关系。 如图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A、B、C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量值，单位为百万千焦(106 kJ)。已知该生态系统受到的太阳辐射为118 872106 kJ，但其中118 761106 kJ的能量未被利用。请回答：1请将流经该生态系统的总能量填写在图中的括号内，这部分能
2、量是生产者所固定的太阳能。2能量流动的渠道是食物链和食物网。3能量流动的特点是单向流动和逐级递减。4能量从第一营养级到第二营养级的传递效率约为13.5%，从第二营养级到第三营养级的传递效率为20%。5.次级消费者呼吸消耗的能量占其同化作用所得到能量的百分比是60%。6由图可知，下一个营养级不能得到上一个营养级的全部能量，原因有：(1)各营养级生物体内的大量能量被细胞呼吸消耗。(2)其次是上一个营养级的部分能量未被下一个营养级利用。(3)还有少数能量被分解者利用。课堂导入下图为美国耗资2亿美元建立的地球生物圈2号。它是透明的，为什么呢？生：需要输入光能。师：同时，它又是封闭的，难道它不需要外界提
3、供所需要的各种物质吗？学完这节“生态系统的物质循环”后，我相信同学们就能解释这个问题了。探究点一水的循环、碳的循环和氮的循环生态系统中的物质循环主要包括水的循环、碳的循环和氮的循环，请结合教材P9799内容分析它们的具体过程，并归纳其共同特点。1水的循环(1)分析图中数据：海洋蒸发量比降水量多出0.37，陆地的降水量比蒸发量多出0.37，这可以说明海洋中蒸发的水量大部分直接以降水的形式回到海洋，小部分降到了陆地上。而陆地上多出的这部分水量就以地表径流的形式归还到海洋中。(2)海洋和陆地的总蒸发量为5.2，总降水量为5.2，二者相等，说明水分可以循环往复的利用。(3)水的循环是局部性的，还是全球
4、性的？答案全球性的。2碳的循环(1)碳在自然界的储存库主要是水圈和大气圈，_CO2是碳循环中主要的形式。(2)自然界中的碳元素是以CO2的形式被生产者利用，通过光合作用或化能合成作用合成含碳有机物储存在体内，进入生物群落。(3)碳元素在生物群落中以含碳有机物的形式，沿着食物链和食物网往下传递，最终流向分解者。(4)动植物的呼吸作用和分解者的分解作用，以及化石燃料的燃烧都可以把有机物分解成无机物，以CO2的形式归还给环境。(5)如果人们不按生态规律办事，乱砍滥伐森林，对生态系统的碳循环有何影响？答案打破了碳循环平衡，使大气中CO2进入群落的过程受阻，大气中CO2的含量就会明显增多。(6)化石燃料
5、的大量燃烧，对生态系统的碳循环有何影响？又有什么危害？答案CO2在很短时间内释放出来，打破了碳循环平衡，使大气中CO2的含量增高，进而导致温室效应。危害：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。小贴士碳循环中各成分的确定方法图中与间为双箭头，故一个为生产者，另一个为大气中的CO2库；又因为其他各个成分都有箭头指向，所以为大气中的CO2库，为生产者。其他生物部分的箭头都指向，所以是分解者，剩余的为消费者。3氮的循环(1)氮的气体形式在空气中的含量高达79%，但不能被植物直接利用，要经过固氮菌(如根瘤菌)的固氮过程转化为硝酸盐和氨后，再供给植物利用。(2)
6、动植物遗体、排泄物等中的含氮有机物先经过氨化细菌的作用生成NH3，再经过亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌的作用生成硝酸盐，一部分硝酸盐可以被植物体再利用，另一部分硝酸盐被反硝化细菌还原成氮气归还到大气中去。(3)综上可见，氮循环的形式有N2、NH3、NO、含氮有机物等。(4)氮循环是否具有全球性的特点？答案是。小贴士根瘤菌通过固氮作用为大豆提供氮元素，大豆为异养型的根瘤菌提供有机物，二者共同生存、互利互惠，这种关系称为互利共生。4结合以上的实例，归纳物质循环的特点(1)循环再生、反复利用；(2)全球性。归纳提炼水的循环碳的循环氮的循环实质H、O元素的循环C元素的循环N元素的循环循环的形式水蒸气、液态水
7、CO2、含碳有机物N2、NH3、NO、含氮有机物等主要过程蒸发、降水、动植物的吸收光合作用、细胞呼吸、分解作用、燃烧固氮作用、硝化作用、反硝化作用、燃烧、分解作用共同特点循环性、全球性活学活用1如图为生态系统中碳循环过程，其中甲、乙、丙、丁构成生态系统的生物群落，箭头表示物质循环方向。请判断下列说法的正误。(1)图中过程可以表示绿色植物的光合作用()(2)缺少类群甲则生态系统的物质循环不能正常进行()(3)类群丙无氧呼吸是产生大气中气体X的途径之一()(4)碳在乙、丙中以有机物的形式存在()(5)参与物质循环的对象是含碳的糖类、脂肪、蛋白质等有机物()(6)碳循环是在组成生态系统的生物群落的生
8、物体内的循环运动()(7)碳循环是碳元素在生物群落与无机环境之间的循环过程()问题导析(1)据图，气体X为CO2，与其具有双向箭头的乙为生产者，乙、丙、丁都指向甲，甲为分解者，丙为初级消费者，丁为次级消费者。(2) 碳在生物群落内的存在形式是含碳有机物。(3)碳循环是组成生物体的元素的循环，而不是化合物的循环。答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)解析由图可知，气体X为二氧化碳，类群乙为生产者，类群丙为消费者，其无氧呼吸不能产生二氧化碳。联系生物群落与无机环境的两种成分是生产者和分解者，图中甲为分解者，如果甲缺少，生态系统的物质循环将不能正常进行。参与循环的物质对象是组成生物体的C、H
9、、O、N、P、S等元素。生物地球化学循环指的是地球上最大的生态系统(生物圈)中的物质循环，在生物圈的生物群落与无机环境之间的循环运动。探究点二物质循环和能量流动的关系物质循环和能量流动是生态系统的两大主要功能，它们之间既有区别，又相互联系，结合下图分析二者的关系：1完成下表，归纳二者的区别项目物质循环能量流动特点反复利用、循环流动单向流动、逐级减少范围全球性生态系统的各营养级2.阅读教材，归纳二者的联系 (1)物质为能量的流动提供载体，使能量能够在食物链和食物网中进行传递。(2)能量的固定、贮存、转换、释放都伴随着物质的合成和分解过程。(3)能量的流动使得非生物环境和生物群落之间的物质不断循环
10、往复，所以说，能量是物质循环的动力。归纳提炼绘制物质循环和能量流动图解时应注意的问题(1)绘制物质循环图解时，注意物质是可以循环的，即物质循环的箭头可以是双向的。(2)能量流动是单向的，生产者的能量可流向消费者和分解者，但消费者与分解者中的能量不能流向生产者。(3)绘制能量流动图解时，只要存在有机物传递即伴随着能量的传递(如动植物遗体、残枝败叶沼气池；沼渣食用菌等，均既有物质传递，又有能量流动)。活学活用2如图为碳循环的主要途径，下列有关叙述错误的是()A图中B能实现光能化学能的转化B由BCD的林德曼效率是变化的CB、E是实现生物群落与非生物环境沟通的关键环节DB、C、D被E食用而处于第二、三
11、、四营养级答案D解析图中A表示无机环境，B表示生产者，C表示初级消费者，D表示次级消费者，E表示分解者。生产者能实现光能化学能的转化。不同营养级之间的林德曼效率约为10%20%，但不一定是某个固定值。连接生物群落和非生物环境的两大桥梁是生产者和分解者。图中的B、C、D分别处于第一、第二和第三营养级。1若甲代表生产者，乙代表消费者，丙代表分解者，丁代表大气中的CO2库，则图中能正确表示甲、乙、丙、丁在碳循环中的关系的是()答案B解析生产者从大气中吸收CO2进行光合作用或化能合成作用，合成的有机物一部分被消费者利用，一部分被分解者利用，一部分未被利用，还有一部分用于呼吸作用产生CO2释放到大气中；
12、消费者只能从生产者获得有机物，一部分用于呼吸作用产生CO2释放到大气中，一部分传递给分解者，一部分未被利用，还有一部分传递给下一级消费者(最高营养级除外)；分解者可以从生产者、消费者中获得有机物，最终通过呼吸作用产生CO2释放到大气中。2如图为某生态系统的部分物质循环简图，其中M表示非生物成分。下列叙述正确的是()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，则碳元素可在生物群落中反复循环利用D若M表示非生物环境中的能量，则的能量值为与对应的能量值之和答案A解析碳元素在生物群落中是以含碳有机物的形式传递的
13、；能量在生态系统中沿食物链单向流动，而不能循环利用；碳元素是在非生物环境和生物群落之间反复循环利用的，而不是在生物群落的内部；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。3某种甲虫以土壤中的落叶为主要食物，假如没有这些甲虫，落叶层将严重堆积，最终导致落叶林生长不良。以下分析正确的是()A这种甲虫与落叶树之间为捕食关系B这种甲虫属于次级消费者C这种甲虫对落叶林的物质循环有促进作用D这种甲虫在能量金字塔中位于底部答案C解析该种甲虫以土壤中的落叶为主要食物，说明甲虫是分解者，故A、B、D均错误。4图1表示某生态系统中碳循环的示意图，甲、乙、丙、丁代表生
14、态系统的4种成分。图2表示能量流经第二营养级的示意图，A表示该营养级的摄入量。(1)图1中，表示的生理作用主要是_，此过程中碳传递的形式主要是_。过程中碳传递的形式是_。表示的生理作用是_。(2)图2中，B、D、E依次表示的能量为_、_、_。要确保该生物的能量需求，其生存领地的相关植物所固定的能量至少应达到B的_倍。答案(1)光合作用CO2有机物微生物的呼吸作用(2)同化量呼吸作用散失的能量流向分解者的能量5解析(1)据图可知甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者，丁为大气中的CO2。过程为生产者的光合作用，为生产者的呼吸作用。在生产者和大气之间()，碳以CO2的形式循环。在生产者和消费者之间碳是
15、以有机物的形式传递的。表示微生物的呼吸作用。(2)某一营养级同化的能量，其中的一部分通过呼吸作用以热能的形式散失了，另一部分用于生长、发育和繁殖等生命活动。后者中，一部分被下一营养级利用，一部分被分解者分解。基础过关知识点一物质循环的实例1下图是地球上各种水体相互转化的示意图。请从生态系统的角度考虑，指出该图体现的生态系统功能是()A能量流动 B物质循环C信息传递 D物质更新答案B解析生态系统的主要功能是物质循环和能量流动。该图表示水的全球循环过程，能体现的是物质循环。2在碳循环中，CO2通过哪些生理过程进入生物群落()光合作用细胞呼吸分解作用燃烧作用化能合成作用蒸腾作用A BC D答案C解析
16、非生物环境中的CO2绝大部分是通过绿色植物的光合作用合成有机物进入生物群落的，还有很小的一部分则通过其他自养型生物的化能合成作用合成有机物进入生物群落。3如图是自然界碳循环的简图，图中甲、乙、丙各代表()A甲为生产者、乙为分解者、丙为消费者B甲为消费者、乙为分解者、丙为生产者C甲为分解者、乙为生产者、丙为消费者D甲为生产者、乙为消费者、丙为分解者答案A解析碳在生物群落和非生物环境之间是以二氧化碳的形式进行循环的。首先通过绿色植物的光合作用，被合成有机物进入植物体内，再通过食物链(网)流到各级消费者体内，最后再流到分解者，被分解成二氧化碳再释放到大气中，同时各种生物的呼吸作用也产生二氧化碳，直接
17、回到大气中。4在生态系统中，对碳循环起决定作用的关键环节是()A微生物的分解作用B绿色植物的光合作用和微生物的分解作用C动物的呼吸作用D煤和石油的燃烧答案B解析生态系统中的碳在生物群落和非生物环境之间主要以CO2的形式循环，而非生物环境中的CO2必须通过生产者的光合作用或化能合成作用转化为有机物，才能被消费者利用。生产者和消费者中的有机物一部分可以通过自身的呼吸作用将碳回归到非生物环境中。还必须通过微生物的分解作用，将动植物遗体、排出物和残落物中的有机物分解成CO2，返回非生物环境。因此选B。5如图是生态系统中某元素循环的模式图，下列对该图的说明正确的是()A这是碳元素的循环BA与B两种生物是
18、生态系统不可缺少的成分C图中缺少化石燃料的燃烧D该物质循环只在某生态系统内进行答案A解析此图为碳元素的循环，X代表C元素；图中B是消费者，不是生态系统必不可少的成分；物质循环是在生物圈范围内进行的；煤和石油属于化石燃料。知识点二能量流动与物质循环的关系6下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，不正确的是()A生态系统中能量的输入、传递、转化和输出的整个过程为生态系统中的能量流动B生产者通过光合作用合成有机物，能量就从非生物环境流入生物群落C物质是能量流动的载体，生态系统的能量是伴随物质而循环利用的D碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的答案C解析生态系统中能量只能是单
19、方向流动，不能循环。7如图为生态系统中碳循环的部分示意图，下列说法不正确的是()A物质循环伴随着能量的流动B能完成该循环的生物一定含有叶绿体和线粒体Ca、b所示的物质循环具有全球性D进行a过程的生物是自养型生物答案B解析物质循环和能量流动是同时进行的，能量是物质循环的动力，物质是能量流动的载体。能完成b过程的生物能进行呼吸作用，但不一定具有线粒体；能进行a过程将CO2转化成有机物的生物是自养型生物，但不一定有叶绿体。物质循环具有全球性。8分析以下生态系统的能量流动和物质循环的关系简图，不能得到的结论是()A物质作为能量流动的载体，使能量沿着食物链(网)流动B能量作为动力，使物质能够不断地在生物
20、群落和非生物环境之间循环往返C能量的总和便是生产者所固定的太阳能总量D碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的答案C解析生产者所固定的太阳能总量是指生产者总的同化量，的总和小于生产者所固定的太阳能总量。生态系统的物质循环与能量流动紧密联系、缺一不可，物质作为载体，能量作为动力。能力提升9. 火灾常给森林带来较大危害，但是在某些国家，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，来对森林进行资源管理。这种人工火烧的主要目的是()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答案C解析寒带地区温度低，微生物的代谢活动弱，对有机物的分解能力
21、低，致使残枝落叶大量积累，而不能及时分解，使生态系统的物质循环出现了障碍。对残枝落叶进行有限度的人工火烧，既能保证微生物有足够的食物，又可以加速残枝落叶的分解，促进了生态系统的物质循环。10图中a、b、c、d表示某生态系统的四种成分，箭头表示各成分之间的关系，下列有关叙述正确的是()Aa和c所包含的所有种群构成群落Bc1的同化量越大，流向c2的能量就越少Cd不一定是原核生物Db的含量增加将减缓温室效应答案C解析已经知道a、b、c、d表示某生态系统的四种成分，根据箭头的指向可以确定：a为生产者，b为非生物环境，因为a和b有箭头相互指向，非生物环境的物质进入生物群落是通过生产者实现的，而生产者代谢
22、产生的物质也会进入非生物环境。非生物环境只有一个箭头指向生产者，而a、c、d的箭头都指向非生物环境，即生产者、消费者、分解者代谢产物都会进入非生物环境。生物群落包括生产者a、消费者c、分解者d。根据能量流动特点，c1的同化量越大，流向c2的能量就越大。d一般是细菌和真菌，其中真菌就是真核生物。b是生态系统的无机物，它的含量增加只会加重温室效应而不会减缓温室效应。11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答案B解析因为研究对象为碳循环，所以要考虑生物及非生物成
23、分，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。12下图是生态系统中碳循环示意图，其中“”表示碳的流动方向。下列叙述不正确的是()A在碳循环过程中，同时伴随着能量流动B由于某种原因造成图中E生物数量大量减少，推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生的变化是D增多，F减少C该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、BDAC过程中碳主要以CO2的形式进行循环，FB以含碳有机物的形式进行流动答案C解析分析图形，A、B、D、E、F均有箭头指向C，则C是无机环境中的二氧化碳库。A、C之间为双向箭头，A为生产者
24、。A、D、E、F均有箭头指向B，则B为分解者，D、E、F为消费者。图示中包含的食物链为ADEF，故E减少，短时间内D增多，F减少。碳在生物群落与非生物环境之间主要以CO2的形式循环，在生物群落内部是以含碳有机物的形式流动。13下图为生态系统碳循环示意图，其中甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分。请据图回答：(1)生态系统的碳循环是指碳元素在_之间不断循环的过程。(2)X与甲中图示生物类群的能量来源不同，X代表的生物为_；Y的细胞结构与丙中图示生物不同，Y的细胞结构最主要的特点是_。(3)大气中的CO2在甲中图示的_处(在ad中选择)合成有机物；含碳有机物在甲中图示的_处(在ad中选择)可以分解为
25、CO2。(4)化石燃料除燃烧外，还可以通过_途径产生CO2。答案(1)生物群落与非生物环境(2)化能自养细菌(或硝化细菌等)有核被膜包围的典型的细胞核(3)ca和b(4)微生物的分解解析绿色植物的光合作用或某些化能自养型生物的合成作用(常见的有硝化细菌等)，把大气中的二氧化碳和水合成为糖类等有机物。生产者合成的含碳有机物被各级消费者所利用。生产者和消费者在生命活动过程中，通过呼吸作用，又把二氧化碳释放到大气中。生产者和消费者的遗体被分解者所利用，分解后产生的二氧化碳也返回到大气中。另外，由古代动植物遗体变成的煤和石油等，被人们开采出来后，通过燃烧把大量的二氧化碳排放到大气中，也加入到生态系统的
26、碳循环中。由此可见，碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的。在植物细胞中，二氧化碳在叶绿体中被利用，又可通过呼吸作用在胞质溶胶和线粒体中产生。14下图是自然界中氮循环示意图，请据图回答下列问题：(1)大气中的氮主要通过_进入生物群落，其次通过_、_等途径也可少量供给植物氮素。(2)图中A物质代表_，可被土壤中的微生物分解形成B物质。B物质在土壤中_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，其新陈代谢的类型属于_。(4)在_的情况下，一些细菌可将C物质最终转化成_返回到大气中，由此可见，土壤中这些微生物在包括氮循环在内的自然界中的_中起着重要作用
27、。(5)目前，全世界每年施用的氮素化肥大约有8107t，这样做对环境可能带来的负面影响是_。据你所学的知识，提出一种既不会影响环境，又能满足农作物对氮素需求的方案或设想：_。答案(1)生物固氮光电固氮工业固氮(2)尿素及动植物遗体硝化硝酸盐(3)自养需氧型(4)氧气不足氮气物质循环(5)水体的富营养化将固氮微生物的固氮基因分离出或人工合成后导入农作物中，并使之表达解析(1)大气中的氮主要通过生物固氮进入生物群落，其次是光电固氮和工业固氮。(2)图中A物质来自动植物，它代表的是动物体内的一部分蛋白质在分解中产生的尿素等含氮物质，以及动植物遗体中的含氮物质。它们被土壤中的微生物分解后形成B物质氨，
28、氨经过土壤中硝化细菌的作用，最终转化成C物质硝酸盐。(3)硝化细菌能利用氨氧化成硝酸盐过程中释放的化学能，将CO2和H2O合成有机物，因此从同化角度看，它属于自养型。硝化细菌需在有O2条件下生存，因此从异化角度看，它属于需氧型。(4)在氧气不足的情况下，土壤中的另一些细菌(反硝化细菌)可以将硝酸盐转化成亚硝酸盐并最终转化成氮气返回大气中。氮循环属于自然界中的物质循环。(5)大量施用氮肥，容易引起水体的富营养化。要减少氮素进入水体，又要满足植物对氮素的需求，可借助基因工程，将固氮基因导入农作物中。个性拓展15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
29、的能量流动情况调查结果；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：(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表示生物体内贮存的能量，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调整生态系统中的_关系。答案(1)微生物的分解作用化石燃料的燃烧(2)大气中的二氧化碳库光合作用(3)生态系统中各生物成分的呼吸量870.7(4)能量流动解析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；能直接利用二氧化碳的只有生产者；各营养级生物所同化的总能量除了在自身体内贮存外，还用于呼吸作用、传递给下一营养级和分解者，但最终都通过呼吸作用散失；生产者固定太阳能的总量是流经该生态系统的总能量；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。
