高中生物选择性必修2同步系列（新教材）讲义第3章 第3节　生态系统的物质循环

第3节生态系统的物质循环一、生态系统的物质循环1．碳循环(1)碳是构成生物体的重要元素之一，在生物群落中主要以含碳有机物形式存在，大气中的碳主要是二氧化碳。(2)大气中碳元素进入生物群落的途径是光合作用和化能合成作用，形式是二氧化碳。(3)生物群落中的碳元素回到非生物环境中的途径有分解者的分解作用、动物和植物的呼吸作用、化石燃料的燃烧，形式是二氧化碳。(4)碳在生物群落与非生物环境间循环的形式是二氧化碳，在生物群落内部传递的形式是含碳有机物，途径是食物链(网)。(5)海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。(6)温室效应的形成原因是化石燃料的大量燃烧，打破了碳平衡。缓解温室效应的方法是减少二氧化碳排放，大力植树种草等。2．概念组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，都在不断进行着从非生物环境到生物群落，又从生物群落到非生物环境的循环过程。3．特点(1)全球性：物质循环的概念中所说的“生态系统”指地球上最大的生态系统——生物圈，因此又叫生物地球化学循环。(2)循环往复运动。(1)参与物质循环的对象是含有碳的糖类、脂肪、蛋白质等有机物()(2)物质循环的范围是生物圈，而不是具体的某一生态系统()(3)沼渣等作为肥料还田，使物质能够循环利用()(4)在碳循环中生产者只起固定CO2的作用()(5)由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的碳平衡，导致大气中二氧化碳浓度增加并引起全球气候变化()答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√下列各图均为生态系统碳循环示意图，请据图回答：(1)图甲中A～D代表的成分依次是生产者、大气中的二氧化碳库、消费者、分解者。(2)图乙中代表生产者的是A，代表消费者的是B、D，代表分解者的是E，代表大气中的二氧化碳库的是C。(3)图丙中，代表生产者的是E，代表消费者的是F、D、B，代表分解者的是C，代表大气中的二氧化碳库的是A。关键点拨根据结构图判断生态系统的组成成分如图所示，先根据双向箭头确定D、C为“非生物的物质和能量”或“生产者”，则A、B为“消费者”或“分解者”；再根据出入箭头数量的多少进一步判断，在D、C中指出箭头多的D为“生产者”，指入箭头多的C为“非生物的物质和能量”；最后根据D→A→B确定A为“消费者”、B为“分解者”。二、生物富集及能量流动和物质循环的关系1．生物富集(1)概念：生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象。(2)实例：铅、镉、汞等重金属，DDT、六六六等有机化合物以及一些放射性物质等。(3)进入生物体方式①动、植物直接吸收。②沿食物链在生物体内逐渐聚集，积累在食物链的顶端。(4)在生物体的分布：形成稳定化合物分布于多种组织细胞中，不易被排出，积蓄在体内。(5)特点：全球性。2．能量流动和物质循环的关系项目能量流动物质循环范围生态系统各营养级全球性特点单向流动，逐级递减反复利用联系同时进行、相互依存，不可分割：①能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解；②物质是能量沿食物链(网)流动的载体；③能量是物质在生物群落和非生物环境间循环往复的动力(1)物质循环和能量流动是两个独立的过程()(2)只有在光照的条件下，生态系统的物质循环和能量流动才是同时进行的()(3)光合作用推动碳循环过程，促进了生物群落中的能量循环()(4)碳循环的进行伴随着能量流动，但由于生物体不能在代谢中利用热能，所以能量流动具有单向流动、逐级递减的特点()(5)在DDT污染的环境中，由于第一营养级含有的能量最多，因此第一营养级体内积累的DDT也最多()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×如图为生态系统中能量流动和碳循环的关系图，据图回答下列问题：(1)对物质循环起关键作用的成分是[a]生产者和[d]分解者。(2)图中的①③⑤表示的生理过程分别是①光合作用，③呼吸作用，⑤分解作用。(3)方法技巧能量流动和物质循环关系分析(1)能量流动和物质循环相伴而行，但能量在传递过程中由光能→化学能→热能，而物质在循环过程中，由无机物(CO2)→有机物→无机物(CO2)。(2)能量流动的终点是热能散失到非生物环境中，不能循环利用。而物质循环产生的CO2又被重新利用，所以没有终点。三、探究土壤微生物的分解作用1．实验原理(1)土壤中生活着细菌、真菌、放线菌等微生物，它们在生态系统中主要充当分解者。在不同的气候与环境条件下，落叶在土壤中被分解的时间也不同。(2)淀粉eq\o(→,\s\up7(微生物酶))还原糖eq\o(→,\s\up7(斐林试剂),\s\do5(加热))砖红色沉淀。2．案例设计项目案例1案例2实验假设土壤微生物能分解落叶使之腐烂土壤微生物能分解淀粉实验设计实验组对土壤高温处理A烧杯中加入30mL土壤浸出液＋淀粉糊对照组对土壤不做任何处理(自然状态)B烧杯中加入30mL蒸馏水＋与A等量的淀粉糊自变量土壤中是否含有微生物是否加土壤浸出液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不产生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注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂并加热。(1)可采用加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物()(2)应将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下()(3)对照组中落叶的分解速度明显高于实验组()(4)实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验()答案(1)×(2)×(3)√(4)×1．生态系统的物质循环是指组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，都不断进行着从非生物环境到生物群落，又从生物群落到非生物环境的循环过程。2．温室效应形成的主要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。3．缓解温室效应的措施：(1)减少二氧化碳的排放；(2)大力植树种草。4．生物富集是生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象，具有全球性。5．铅、DDT等有害物质沿食物链在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端。6．能量流动和物质循环的关系：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非生物环境之间循环往复。生态系统中的各种组成成分，正是通过能量流动和物质循环，才能够紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。1．(2020·福州检测)下列关于生态系统的物质循环的叙述，不正确的是()A．所说的物质是指组成生物体的一些基本化学元素B．所说的生态系统是地球上最大的生态系统——生物圈C．所说的循环是指物质在生物群落与非生物环境之间循环往复运动D．物质在循环过程中不断递减答案D解析物质循环的实质为组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素在生物圈这个最大的生态系统中循环往复运动，在这个过程中物质是守恒的。2．下图是自然界碳循环的简图，据图分析，下列叙述错误的是()A．甲为分解者，乙为消费者，丙为生产者B．①②③表示CO2通过甲、丙、乙的呼吸作用进入大气中C．④主要表示大气中CO2通过光合作用进入生物群落D．碳元素以无机物的形式在丙→乙→甲所示的渠道流动答案D解析根据丙和大气中的二氧化碳库间存在双向箭头，可判断丙为生产者，根据围绕甲的箭头“多进一出”可判断甲为分解者，则乙为消费者，A正确；碳元素以含碳有机物的形式在丙→乙→甲所示的渠道流动，D错误。3．施用农药DDT的地区，虽然占陆地面积的一小部分，可是远离施药地区的南极，动物体内也发现了DDT，这种现象说明了()A．DDT是挥发性物质B．DDT已加入全球性的生物地球化学循环C．考察队将DDT带到了南极D．南极动物也偶尔到施用农药的地区寻食答案B解析DDT是一种不易分解并能长期残存的农药。当人们施用DDT时，真正落到植物上的大约只有5%，其余95%不是落到地面，就是在大气中漂浮，之后随雨水流入地下，或顺小溪流入江河，流向大海。随着大气循环和海水流动，DDT被运到全球各个角落，然后再沿着食物链和食物网流动，并在各生物体内积累和富集起来。可见，DDT已加入全球性的生物地球化学循环。4．下列关于物质循环和能量流动的说法，错误的是()A．物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力B．非生物环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用C．通过绿色植物的光合作用，可完成生态系统的碳循环D．食物链和食物网是能量流动和物质循环的渠道答案C解析绿色植物的光合作用将大气中二氧化碳中的碳转化为有机物中的碳，只是碳循环的一部分，并没有完成生态系统的碳循环，C错误。5．某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5cm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，对土壤处理情况如表所示。下列有关叙述不正确的是()组别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．若该实验的自变量为土壤是否进行灭菌处理，实验中的对照组是1组和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答案C解析由表格信息可知，该实验中2组的土壤湿润、4组的土壤较干燥，且2组和4组的土壤均不灭菌，其中含有微生物，因此2、4组对照可用于探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用，A项正确；该实验的自变量是土壤是否湿润或者土壤是否含有微生物，而落叶属于实验中的无关变量，落叶上存在的微生物会影响实验结果，因此落叶也应进行灭菌处理，B项正确；若该实验的自变量为土壤是否进行灭菌处理，则1、2组对照可探究湿润土壤中微生物对落叶的分解作用，3、4组对照可探究较干燥土壤中微生物对落叶的分解作用，其中2组和4组均为未经处理的空白对照，属于对照组，1组和3组为实验组，C项错误；1、3组的土壤经灭菌后，其中的微生物会被杀死，而土壤中的微生物主要充当分解者，因此预测这两组的落叶不被分解，而2、4组的土壤中含有微生物，但是土壤湿度不同，所以落叶被分解的程度不同，D项正确。6．如图是某生态系统中，能量流动与物质循环关系示意图，据图回答下列问题。[图中Δ为有毒物质浓度(百万分之一，即10－6)，能量单位：kJ/(cm2·a)](1)流经该生态系统的总能量是________kJ/(cm2·a)。(2)根据图中数值计算能量从A到B、从B到C的传递效率依次约为________、________，其余的能量最终通过生物的________散失，由于生物不能在代谢中再利用__________，因此能量流动具有__________________________________的特点。(3)图中无机物箭头指________和H2O等物质的流动过程。从生态系统的组成成分上分析，图中D是________，通过有氧呼吸和无氧呼吸，将生物组织内的碳释放到空气中，由此可见D在物质循环中的重要作用是______________________________________。(4)从物质循环的角度看，存在于__________中的有毒物质，通过________在生物体内大量积累的现象称作______________，________越高的生物受害程度越大。答案(1)466(2)13.5%20.6%呼吸作用热能单向流动，逐级递减(3)CO2分解者保证物质的再利用(4)空气、水、土壤(或非生物环境)食物链生物富集营养级解析流经该生态系统的总能量即生产者A固定的太阳能。这些能量一部分经呼吸作用以热能的形式散失，一部分被初级消费者B摄入体内，另一部分随着残枝败叶等被分解者D分解而释放出来，即97＋63＋306＝466[kJ/(cm2·a)]。能量从A到B的传递效率＝eq\f(63,466)×100%≈13.5%，从B到C的传递效率＝eq\f(13,63)×100%≈20.6%。图中的无机物除了空气中的CO2外，还包括水等。分解者的作用是将有机物分解成无机物，返还到非生物环境中去。A组基础对点练题组一生态系统的物质循环1．从生态系统的物质循环角度看，人体内碳元素的根本来源是()A．大气中的CO2B．生产者C．分解者D．消费者答案A解析人体内的碳元素来源于食物中的有机物，而有机物来源于生产者，生产者产生的有机物中碳的来源是大气中的CO2。2．(2020·济南模拟)生态系统的碳循环与生物群落的哪些活动直接有关()①光合作用②蒸腾作用③呼吸作用④微生物的分解作用A．①②B．②③④C．①③④D．①②③④答案C解析生产者能从非生物环境中固定二氧化碳，固定二氧化碳的生理过程有光合作用和化能合成作用；生产者、消费者的呼吸作用以及分解者的分解作用都能产生二氧化碳，并释放到无机环境中。3．(2020·阜阳模拟)如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()A．b过程主要代表光合作用，d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CO2的形式传递D．碳元素可在非生物环境和生物群落之间反复利用答案C题组二生物富集4．如图中食物网所代表的生态系统中，施用了杀虫剂林丹，这种杀虫剂自然降解的速度极慢。这种杀虫剂在下列生物体内的浓度最高的是()A．A B．HC．G D．F答案B解析杀虫剂林丹自然降解的速度极慢，因此这种杀虫剂在生物体内有生物富集作用，生物所处营养级越高，杀虫剂在该生物体内的浓度越高。由图可知，H所处的营养级最高，杀虫剂在其体内的浓度最高，B正确。5．某地土壤和水体中镉超标，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“痛痛病”。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得所含镉的相对浓度如图所示。下列相关叙述中，正确的是()A．当地人要预防“痛痛病”应少吃动物肝、肾等内脏B．丙营养级所含能量最多C．该生态系统肯定没有分解者D．四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁<甲＋乙＋丙答案A解析由题意可知，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中而引发“痛痛病”，所以人类预防该病应少吃动物肝、肾等内脏，A正确；丙营养级所含镉浓度最高，说明丙营养级最高，而能量是单向流动、逐级递减的，所以丙营养级所含能量最少，B错误；任何一个生态系统中都必须有分解者，C错误；四个营养级同化的能量值的关系可以表示为丁>甲＋乙＋丙，D错误。题组三能量流动和物质循环的关系6．下列关于能量流动和物质循环的说法正确的是()A．在物质循环过程中，非生物环境中的能量可以被生物群落循环利用B．在生态系统中，先进行物质循环，后进行能量流动C．物质是能量的载体，能量随着物质在非生物环境和生物群落之间循环流动D．物质循环与能量流动相互依存答案D解析物质循环和能量流动相互依存，同时进行；物质可以在非生物环境和生物群落之间循环往复，但能量不能循环利用，而是沿食物链逐级递减，最终以热能形式散失。7．(2020·宜昌高二检测)下列关于生态系统食物链中能量和物质的叙述，正确的是()①物质是单向流动、不可循环的②物质是可循环的③能量是单向流动、不可循环的④能量是单向流动、可循环的⑤能量是伴随着物质而流动的⑥能量不是伴随物质而流动A．①③⑤B．①④⑥C．②③⑤D．②③⑥答案C解析生态系统中的物质是循环利用的，是能量流动的载体；能量流动是单向的，作为动力推动物质循环的进行。题组四探究土壤微生物的分解作用8．为探究落叶是否是在土壤微生物的作用下腐烂的，下列实验设计中，错误的是()A．可选择带有落叶的土壤为实验材料，筛选出落叶和土壤B．将落叶平均分成两份，置于网兜中C．把土壤分成两组，对照组土壤进行接种微生物处理，实验组土壤不做处理D．将落叶连同网兜分别埋入对照组和实验组两组土壤中，观察腐烂情况答案C解析本实验的自变量是土壤中是否有微生物，且自然土壤中本身就有微生物，因此实验组土壤要进行灭菌处理，对照组土壤保持自然状态。9．如图表示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()A．a、b、cB．c、b、aC．b、a、cD．a、c、b答案B解析由图示可知，a点落叶供给量最多，土壤中有机物的含量却最少，说明分解者的分解作用最强，c点正好相反，故选B项。10．下图是碳循环示意图。据图回答下列问题：(1)在生物圈碳循环中，碳元素在__________________和________________间循环。岩石圈中的碳________(填“直接”或“不直接”)参与碳循环。(2)图中的①是_______作用，②表示的是_______关系。过程③主要是在细胞内的_______中进行的。④表示的是____________作用。(3)碳循环的进行伴随着能量流动，物质作为能量的________，使能量沿着___________流动。由于生物体不能在代谢中利用________能，能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。答案(1)非生物环境生物群落不直接(2)光合捕食线粒体分解者的分解(3)载体食物链(网)热解析(1)在生态系统的碳循环过程中，碳元素在非生物环境与生物群落之间主要以二氧化碳的形式进行循环，在生物群落内是以含碳有机物的形式进行传递的，岩石圈中的碳不直接参与碳循环。(2)据图分析，图中①表示光合作用，②表示捕食关系，③表示呼吸作用，线粒体是有氧呼吸的主要场所，④表示分解者的分解作用。(3)物质循环伴随着能量流动，物质是能量的载体，能量是物质循环的动力，能量流动的渠道是食物链和食物网。由于生物体不能利用在代谢中产生的热能，所以生态系统能量流动的特点是单向流动、逐级递减。B组综合强化练11．(2020·江苏扬州质检)如图表示某生态系统中的碳循环过程，据图分析下列叙述错误的是()A．在生态系统的成分中A属于生产者，C属于分解者B．①②代表的生理过程分别是光合作用和呼吸作用C．图中化石燃料的大量燃烧会引起温室效应D．绿色植物的光合作用和消费者的呼吸作用在生态系统中对碳循环起到关键作用答案D解析绿色植物的光合作用可以将非生物环境中的二氧化碳固定合成有机物进入到生物群落，分解者的分解作用可以将生物群落里的动植物的遗体和动物排遗物中的有机物分解成二氧化碳释放到非生物环境中，所以绿色植物的光合作用和分解者的分解作用在生态系统中对碳循环起到关键作用，D项错误。12．如图表示某生态系统一年中CO2的释放和消耗状况，其中①是生产者经呼吸作用释放的CO2量，②是分解者经呼吸作用释放的CO2量，③是消费者经呼吸作用释放的CO2量，④是生产者经光合作用消耗的CO2总量。下列叙述正确的是()A．②的数值越小，说明该农田生态系统施用的有机肥料越多B．③的数值可间接表示该生态系统中消费者的同化量C．④的数值可间接表示流经该生态系统的总能量D．该农田生态系统一年中CO2的释放量与消耗量相等答案C解析②的数值越小，说明该农田生态系统施用的有机肥料越少，A项错误；消费者的同化量一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，一部分用于自身生长、发育和繁殖，故③的数值不能表示消费者的同化量，B项错误；流经该生态系统的总能量是生产者通过光合作用固定的太阳能，可用生产者经光合作用消耗的CO2总量来表示，C项正确；由题图可知，④大于①②③之和，说明该生态系统一年中CO2的释放量小于消耗量，D项错误。13．深海热泉生态系统中存在硫细菌，该细菌能利用氧化硫化物释放的能量将二氧化碳合成有机物。生活在热泉附近的生物，直接或间接地以硫细菌为食。下列相关叙述不正确的是()A．硫细菌能够实现碳元素从非生物环境进入生物群落B．直接或间接以硫细菌为食的生物能够加快生态系统的物质循环C．能量能随着碳元素的循环而被生态系统循环利用D．若该生态系统的碳循环能够保持平衡状态，说明该生态系统存在分解者答案C解析由题意可知，硫细菌能利用氧化硫化物释放的能量将二氧化碳合成有机物，说明可以实现碳元素从非生物环境进入生物群落，A项正确；硫细菌是生产者，因此直接或间接以硫细菌为食的生物都属于消费者，消费者的存在能够加快生态系统的物质循环，B项正确；生态系统中能量流动的特点是单向流动、逐级递减，不能循环利用，C项错误；分解者通过分解作用产生的CO2是大气中CO2的主要来源，没有分解者，碳循环将无法保持平衡状态，D项正确。14．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群落和非生物环境之间循环往复C．能量①②③④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，③的能量属于②，无法比较能量①②③④的总和与生产者固定的太阳能总量，C错误。15．高残留有机氯农药甲、乙可在人及动物的脂肪组织内积蓄。某湖泊生态系统农药残留量监测结果显示，水体中农药甲、乙含量分别为0.3μg/kg、0.1μg/kg，水生生物体中农药含量如图所示，下列分析正确的是()A．该湖泊生态系统共有4条食物链B．乌鱼体内的农药均来自铜绿方田螺C．农药残留量随营养级升高而增加D．与水体相比，农药甲在乌鱼体内积蓄的倍数大于农药乙答案C16．为了了解土壤微生物能否分解农药，并尽快得出实验结论，有人用“敌草隆”(一种除草剂)进行实验。取等量沙土分装于相同的两个容器中，a组灭菌，b组不灭菌。下列相关叙述正确的是()A．向a、b中喷入等量的“敌草隆”，再置于同一