1、 学案45 生态系统的物质循环考纲要求生态系统物质循环的基本规律及应用()复习要求1.以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环2.了解土壤微生物的分解作用。3.说明能量流动和物质循环的关系。4.解释碳循环平衡失调与温室效应的关系。基础自查一、生态系统的物质循环范 围生物圈(全球)物质对象 形 式 动 力 重要生物类群 特 点 二、实例碳循环1无机环境中的存在形式： 生物群落中的主要存在形式：无机环境与生物群落之间的循环形式： 2循环过程3温室效应(1)形成原因： (2)影响： 三、能量流动与物质循环的关系及意义1与能量流动的关系： 2意义： 想一想：有人认为：“物质是能量的载体，物质是往复循环的
2、，能量自然也应该伴随着物质的循环而循环。”你认为这句话对吗？如果有错误，请指出原因。课堂深化探究一碳循环1循环特点： 2过程图解解读：(1)大气中的碳元素进入生物群落：(2)碳元素循环的主要形式：(3) 大气中CO2的主要来源3温室效应 (1)成因 (2)危害 (3) 缓解措施特别提醒有关碳循环示意图中生态系统成分的判断(1)首先判断双箭头的两端是生产者和大气中的CO2库，除双箭头外生产者(A)只有出发箭头，大气(B)只有接受箭头。(2)消费者(C)接受一个箭头而出发两个，分解者(D)则接受两个出发一个，两者之间物质流动方向是从消费者(C)到分解者(D)。二物质循环和能量流动的关系能量流动与物
3、质循环之间的关系图解解读： 解读:(1)从图中可以看出， 。(2)生产者主要是指绿色植物，它是消费者和分解者能量的源泉，也是生态系统存在和发展的基础，因此，生产者是生态系统的主要成分。(3)绿色植物同化的CO2等物质，大约90%需经分解者的分解作用返回无机环境，被生产者重新利用，因此，从物质循环角度看，分解者在生态系统中占有重要地位。(4) 二者同时进行，相互依存，不可分割，主要体现在 。特别提醒1能量流动具有单向流动、逐级递减的特点，能在各级生态系统中进行。物质循环是在生物群落与无机环境之间反复循环，不具递减性，具有全球性。2任何一个生态系统中，能量流动和物质循环都保持着相对的平衡，这是决定
4、一个生态系统相对稳定的重要保证。三 、探究土壤微生物的分解作用1实验原理 2实验流程案例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 对照组 自变量 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 BB1 B 结论分析 特别提醒1探究活动最好在实验室中进行，以便控制变量，避免环境中不可控制的因素的影响。2各地气候与环境等因素不同，微生物分解落叶的能力也不同，需要的时间也有差异，一般需要温暖、湿润的条件。对应训练1.下图为生态系统中碳循环的模式图。相关叙述正确的是()A1代表生产者，5可以代表化能合成作用B碳元素在1、2、3、4间以含碳有机物的形式传递
5、C在食物链中占有碳元素最多的营养级可能是1D1、2、3中含有的有机物可以作为动力来促进碳元素在群落和环境之间循环2.(2010广东理综，26)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。时期碳吸收量(kg Ca1)碳释放量(kg Ca1)A1.2010141.201014B1.2010141.261014(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_增加并引起全球气候变化。(4)人们正在积极开发新能源以
6、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性而制造的，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。3.图1是某生态系统碳循环示意图，其中A、B、C、D是生态系统内各生物成分，1、2、3、4、5表示有关的生理过程；图2为该生态系统中某一食物链及部分能量流动情况，请分析回答：(1)在图1中，B、C分别属于_。碳元素在生物群落内传递是沿_实现的。(2)图1中表示呼吸作用过程的是_(填序号)。A、C、D为B提供_。(3)若图1中的C产生60 mol氧气，则流入D的能量一般不超过相当于_mol葡萄糖的能量。如果A发生瘟疫
7、，D发生的变化是_。(4)在图2的食物链中，/的比值代表_(生物之间)的能量传递效率，和分别属于_和_(生物)间的同化量的一部分。4.(2011泰州联考)同学们在课外活动中发现植物的落叶在土壤里会逐渐腐烂，形成腐殖质。他们猜测落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，不同生态系统的土壤微生物分解能力不同，并设计了实验进行验证。(1)实验设计首先要遵循的是_原则和_原则。(2)以带有同种落叶的土壤为实验材料，均分为A和B两组。实验时A组不做处理(自然状态)；B组用塑料袋包好，放在60的恒温箱中灭菌1小时。B组处理的目的是_。(3)(2)中实验的自变量是_，因变量是_，无关变量是_(至少写出两点)。(4)
8、如果同学们的猜测是正确的，若干天后(2)中B组的落叶_。(5)如果同学们用带有相同量同种植物落叶的冻土苔原和热带雨林的等量土壤为实验材料，分别模拟原生态系统的无机环境条件进行C组和D组的实验，定期抽样检测样品土壤中未腐烂的落叶的含量，请根据预测结果在右图中绘出相应的曲线。5.如图是热带雨林和极地针叶林两个生态系统中腐殖质总量随时间的变化情况，则图中生态系统A是_，B是_。实验探究同学们在课外活动中发现植物的落叶在土壤里会逐渐腐烂，形成腐殖质。他们猜测落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，不同生态系统的土壤微生物分解能力不同，并设计了实验进行验证。(1)实验设计首先要遵循的是_原则和_原则。(2)以
9、带有同种落叶的土壤为实验材料，均分为A和B。实验时A不做处理(自然状态)；B用塑料袋包好，放在60 的恒温箱中灭菌1小时。B处理的目的是_。(3)(2)中实验的自变量是_，因变量是_，无关变量是_(至少写出两点)。(4)如果同学们的猜测是正确的，若干天后(2)中B组的落叶_。(5) 如果同学们用带有相同量同种植物落叶的冻土苔原和热带雨林的等量土壤为实验材料，分别模拟原生态系统的无机环境条件进行C组和D组的实验，定期抽样检测样品土壤中未腐烂的落叶的含量，请根据预期结果在如图中绘出相应的曲线。限时训练题组一碳循环的过程及特点1.(2012青岛模拟)下图表示生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙述中正
10、确的是()A过程代表绿色植物的光合作用B图中A、B分别代表消费者和生产者C温室效应主要是由过程造成的D农业生产中的松土可以增大过程2. (2012济南二模)下图为生态系统中碳循环示意图，箭头表示循环方向。下列相关叙述正确的是()A.图中甲、乙、丙构成了该生态系统的生物群落B图中b、c、d过程均可表示不同生物的细胞呼吸C缺少类群丙则生态系统的物质循环不能正常进行D由于细胞呼吸的消耗，乙对食物的同化量远小于摄入量3下图表示生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙述不正确的是()A过程代表绿色植物的光合作用B图中A、B分别代表消费者和生产者C温室效应主要是由过程造成的D农业生产中的中耕松土可以增大过程4
11、图甲、乙分别表示人体体液中物质交换、生态系统碳循环的模型图，以下说法正确的是()A甲图中O2浓度最高的是BB乙图中的D是生态系统中的主要成分C人体发生过敏反应时，甲图中的A增多导致组织水肿D因捕食关系而建立的食物链中，能量最少的是乙图中的B所处的营养级题组二能量流动和物质循环的关系5(2012大同模拟)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6下列与生态系统功能相关的描述中，错误的是()A碳循环
12、过程需要能量的驱动B物质与能量在生物与环境之间循环流动，信息的流动只在生物之间发生C植物的光合作用和生物的死亡分解是碳循环的一部分D全球气候变暖与地球上大气中碳的收支不平衡有关题组三土壤微生物的分解作用7下图表示a、b、c三地区森林土壤有机物分解状况，则分解者的作用强弱是()Aabc BcbaCcba Dacb8现提供桂花和月季的落叶若干，同种且大小和生理状态相同的蚯蚓若干。以蚯蚓的日排粪便量为实验因变量，来探究温度与蚯蚓分解落叶速率的关系。完成下列实验：(1)取同样大小的玻璃缸标记为A、B、C，并控制A、B、C的温度分别为5、15、25。(2)取_的落叶足量，再加入数量相等的蚯蚓，在适宜的条
13、件下培养。(3)每天取出A、B、C中的蚯蚓粪便并_。(4)一周后分别求出A、B、C中蚯蚓_，并进行比较。(5)蚯蚓分解落叶速率最快的玻璃缸最可能是_(填字母)。题组四综合题9建设生态农业时巧设、增设食物链的目的不包括()A努力实现物质的分层次多级利用B减轻对环境的污染，提高抵抗力稳定性C加强生物防治，控制有害生物的危害D实现物质和能量的循环，使废物资源化10.根据下面的碳循环示意图回答问题：(1)从微观上看，过程主要是在细胞内_中进行。(2)碳从无机环境进入生物群落的主要途径是_；碳主要以_的形式从无机环境进入生物群落。(3)参与过程的生物新陈代谢类型是_。它们与同区域中的动、植物共同构成了_
14、。(4)能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，其中物质作为能量的_，使能量沿着食物链(网)流动。能量作为_，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往复。(5)从上图可知，减少温室效应的最关键的措施是：第一：_；第二：_。高考真题体验1(2010全国，5)下图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是()。A微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量B沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者C沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用D多途径利用农作物可提高该生态系统的能量利用效率2.(2010海南，23)请回答下列问题。(1)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以_的形式进行。
15、驱动整个生态系统运转的能量主要来源于_的太阳能。(2)分解者通过_和_的方式将有机物分解成CO2等释放到无机环境中。(3)右图所示的食物网中共有_条食物链，其中初级消费者是_。(4)如果环境中的某种有毒物质在生物体内既不能分解，也不能排出体外，则该物质经_的传递后，便可在不同的生物体内积累。因此，通常生物所在的_越高，该有毒物质在其体内的积累量越大。学案45 生态系统的物质循环基础自查一、生态系统的物质循环范 围生物圈(全球)物质对象组成生物体的化学元素形 式生物群落与无机环境间：无机物生物群落内：有机物动 力能 量重要生物类群生产者：物质、能量输入分解者：物质、能量输出特 点全球性、循环性二
16、、实例碳循环1无机环境中的存在形式：CO2和碳酸盐；生物群落中的主要存在形式：有机物；无机环境与生物群落之间的循环形式：CO2。2光合细胞呼吸3温室效应(1)形成原因：大量化学燃料的燃烧，大气中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。(2)影响：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。三、能量流动与物质循环的关系及意义1与能量流动的关系：物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。2意义：通过能量流动和物质循环，使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一整体。想
17、一想：不对。这句话很难从字面上挑出错误，实际上采用了“汉字(词)”的通用方法，偷换了概念，“物质是能量的载体”中的“物质”是指含有化学能的有机物质(如糖类、脂质、蛋白质)，而“物质是往复循环的”中的“物质”则是指基本元素(如C、H、O、N、P)，二者本质含义根本不同。课堂深化探究一碳循环1循环特点：(1)具有全球性；(2)反复循环。2过程图解及解读(1)大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用 (主要途径)或硝化细菌等的化能合成作用完成的。(2)碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是CO2；碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行，传递形式为有机物。(3)大气中CO2的
18、主要来源(4)碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他成分都是单向的。(判断成分的依据)3温室效应(1)成因工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中释放大量的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)危害加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。(3)缓解措施植树造林，增加绿地面积。开发清洁能源，减少化学燃料的燃烧。二物质循环和能量流动的关系解读:(1)从图中可以看出，无机环境为生物成分提供物质和能量。(2)生产者主要是指绿色植物，它是消费者和分解者能量的源泉，也是生态系统
19、存在和发展的基础，因此，生产者是生态系统的主要成分。(3)绿色植物同化的CO2等物质，大约90%需经分解者的分解作用返回无机环境，被生产者重新利用，因此，从物质循环角度看，分解者在生态系统中占有重要地位。(4)二者同时进行，相互依存，不可分割，主要体现在：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。三 、探究土壤微生物的分解作用1实验原理(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、水分等生态因子相关
20、。2实验流程案例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微生物土壤中的微生物的有无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不变色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对应训练1【答案】C【解析】首先需要确定这四种成分，1箭头指向2、3、4可以确定1是生产者，因为生物群落总能量流动的起点是生产者。由于生产者联系了无机环境和生物群落，所以确定4为无机环境。然后根据生产者和消费者都有箭头
21、指向分解者，确定3为分解者。5代表生产者的呼吸作用产生二氧化碳。碳元素在1和4间，是以二氧化碳形式传递的；1、2、3之间是以有机碳的形式传递的。1是生产者，所含有的有机物最多。物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。2. 【答案】(1)光合呼吸(2)A碳吸收量等于碳释放量(3)稳定性CO2(4)光反应葡萄糖【解析】(1)光合作用吸收CO2，呼吸作用放出CO2，生态系统中碳循环主要通过光合作用和呼吸作用进行。(2)生态系统中碳的吸收量等于释放量时，该生态系统正处于稳定状态；而当碳的吸收量大于释放量时，处于生长期；当碳的吸收量
22、小于释放量时，则处于衰退期。(3)过度的人工碳排放使得碳的释放量大大超出碳的吸收量，从而破坏了生态系统的稳定性，大气中不能被吸收的大量CO2能引起温室效应，导致全球气候变化。(4)光合作用的光反应阶段，光能的吸收发生在叶绿体的类囊体的薄膜上。光合作用的产物葡萄糖经酒精发酵可生成乙醇。3. 【答案】(1)分解者、生产者食物链(网)(2)2、3、4、5物质和能量(3)2先增加，后减少，最后稳定 (4)兔与狼草兔【解析】(1)大气中的二氧化碳通过绿色植物的光合作用进入生物群落，生产者、消费者、分解者通过呼吸作用把二氧化碳释放到大气中，生产者、消费者最终都被分解者分解，因此C属于生产者，A、D属于消费
23、者，B属于分解者。(2)1表示的生理过程是光合作用，2、3、4、5表示的生理过程是呼吸作用。A、C、D为B提供物质和能量。(3)图1表示的食物链为CDA，C产生60 mol氧气，则产生的葡萄糖为10 mol，因此流入D的能量一般不超过相当于1020%2 mol葡萄糖的能量。A以D为食，A如果发生瘟疫，A的数量将减少，则D的数量先增加，当D增加到一定数量时，由于生存环境限制及种内斗争的加剧，导致D的数量又减少，最后趋于稳定。(4)为兔的同化量，为狼的同化量，所以/的比值代表兔与狼之间的能量传递效率；表示的能量储存于兔的粪便中，而粪便主要是草未被兔消化的残渣，故为草的同化量的一部分；表示的能量存在
24、于兔的遗体中，故为兔的同化量的一部分。4. 【答案】(1)单一变量等量性(2)杀死土壤微生物，同时避免土壤理化性质的改变(3)土壤微生物(作用)的有无落叶的腐烂程度土壤温度、含水量、pH、落叶的种类和大小等(合理即可)(4)腐烂程度小于A组(5)如图【解析】由题意可知该实验的目的是验证落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，实验的自变量是土壤中微生物的有无，因变量是落叶的腐烂程度。为遵循生物实验设计的等量性原则和单一变量原则，应尽量减少无关变量对实验的影响，如土壤温度、湿度、pH、落叶的种类和大小等。在绘制曲线时，应注意以下几点：明确横坐标和纵坐标的意义，其中纵坐标为未腐烂的落叶量；两曲线的起点相同
25、，注意纵坐标初始值不为0；由于微生物的分解作用，两曲线均呈下降趋势，且D组下降速度较C组快；随时间延长，微生物的数量增多，故两曲线的下降趋势是由慢到快。5. 【答案】极地针叶林热带雨林 解析腐殖质是落叶等与土壤的混合物，含有大量的未完全分解的动植物体的残体。对这些残体进行分解的是分解者，分解者在热带雨林中数量和种类最多，因此在该环境中，腐殖质的数量少，而极地针叶林中腐殖质的数量多。实验探究【答案】(1)单一变量对照(2)杀死土壤微生物，同时避免土壤理化性质的改变(3)土壤微生物(作用)的有无落叶的腐烂程度土壤温度、含水量、pH、落叶的种类和大小等(合理即可)(4)腐烂程度小于对照组(5)如下图
26、【解析】由题意可知该实验的目的是验证落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，实验的自变量是土壤中微生物的有无，因变量是落叶的腐烂程度。为遵循生物实验设计的对照原则和单一变量原则，所以应尽量减少无关变量对实验的影响，如土壤温度、湿度、pH、落叶的种类和大小等。在绘制曲线时，应注意以下几点：明确横坐标和纵坐标的意义，其中纵坐标为未腐烂的落叶量；两曲线的起点相同，注意纵坐标初始值不为0；由于微生物的分解作用，两曲线呈下降趋势，且D组下降速度较C组快；随时间延长，微生物的数量增多，故两曲线的下降趋势是由慢到快。限时训练1【答案】C2【答案】D【解析】甲、丁分别表示生产者、分解者，乙、丙表示消费者。图中甲、乙
27、、丙、丁的全部生物构成生物群落；c、d分别表示乙、丙同化的能量，b表示生产者的呼吸量；缺少丁类生物，物质循环将不能正常进行；乙同化的能量中有大部分通过呼吸作用散失，只有少部分用于乙生长、发育、繁殖。3【答案】ABD【解析】化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。过程表示呼吸作用，A表示分解者，中耕松土对过程有促进作用。4【答案】C【解析】图乙中的A代表生产者，B代表分解者，C代表消费者，D代表大气中的CO2库，生态系统的主要成分是生产者，A和C因捕食关系可建立食物链，分解者不属于任何营养级。图甲中A代表组织液，B代表淋巴，C代表血浆，D代表细胞内液，图甲中O2浓度最高的是C(血浆)。5【答
28、案】D【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；捕食食物链中相邻营养级间的能量传递效率为10%20%。6【答案】B【解析】物质循环指组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素在生物群落和无机环境间的往返循环，能量流动是动力，但能量不能循环，能量流动是单向递减的。7【答案】A【解析】由题图可知，a地区落叶量大，但土壤中有机物的含量最少，说明a地区的有机物分解速度快，依次类推b地区有机物的分解速度小于a大于c。由此可推知，分解落叶的能力a
29、bc。8【答案】(2)同种等量(或等量的桂花落叶，或等量的月季落叶)(3)称重(4)日平均排粪便量(5)C【解析】题干已明确指出的蚯蚓日排粪便量为实验因变量，目的是“探究温度与蚯蚓分解落叶速率的关系”，即其自变量为温度。按照对照原则及单一变量原则，不难完成本题。9【答案】D【解析】生态农业建设实现了能量的多级利用，而不能实现能量的循环利用。10【答案】(1)线粒体(2)光合作用CO2(3)异养需氧型或异养厌氧型生物群落(4)载体动力(5)保护植被、大力植树造林，提高森林覆盖率严格控制化学燃料燃烧，提高能量利用率，开发除化学燃料以外的能源如水能、太阳能等，切实减少CO2的排放量【解析】(1)从图
30、中信息可知为动、植物的有氧呼吸作用产生CO2的过程。该过程主要是在细胞的线粒体中进行的。(2)大气中的CO2主要通过绿色植物的光合作用进入生物群落，又以CO2形式返回到无机环境。(3)过程为分解者的分解作用，代谢类型是异养需氧型或异养厌氧型，均为腐生。分解者与其他生物共同构成了生物群落。(4)生态系统的能量流动与物质循环是同时进行、相互依存、不可分割的，前者以后者为载体，后者以前者为动力。(5)要减轻温室效应，就要减少CO2的释放或增加CO2的利用，使大气中CO2浓度维持相对稳定，其措施是多方面的。高考真题体验1. 【答案】C【解析】在生态系统中，能量流动是单向的，不能循环利用，故C项错误。该
31、生态系统中，沼气池中的微生物能利用农作物固定的太阳能，属于分解者，选项A、B正确；物质和能量的多级利用，减少了能量的流失，提高了能量的利用效率，选项D正确。2. 【答案】(1)CO2绿色植物固定(或光合作用固定)(2)有氧呼吸无氧呼吸(3)3兔和鼠(4)食物链营养级【解析】(1)碳循环在生物群落与无机环境之间以CO2的形式进行。输入生态系统的能量是绿色植物固定的太阳能。(2)分解者分解有机物的分解作用实质为有氧呼吸和无氧呼吸。(3)题图中共有3条食物链，植物是生产者，兔和鼠是初级消费者，蛇和鹰是次级消费者，鹰还是三级消费者。(4)不能分解也不能排出的物质会随食物链传递，在最高营养级浓度最高，称为生物富集。
