2020-2021学年高二生物人教版必修3学案：第5章第3节 生态系统的物质循环 Word版含解析

第3节

生态系统的物质循环

知识点一 碳循环

[新知导学]

1．碳的存在形式

(1)无机自然环境：以CO2和碳酸盐(石灰岩、珊瑚礁)等形式存在。

(2)生物群落：主要以含碳有机物的形式存在。

2．碳的循环形式

(1)生物群落与无机环境之间：CO2。

(2)生物群落内部：含碳有机物。

3．过程图解

4．温室效应

(1)形成原因：化学燃料大量燃烧。

(2)形成结果：大气中二氧化碳含量迅速增加，打破了碳循环的平衡。

(3)

1．碳元素在无机环境和生物群落中分别以什么形式存在？在无机环境和生物群落之间以及在群落内部分别以什么形式进行循环？

提示：碳元素在无机环境中以二氧化碳或碳酸盐的形式存在，在生物群落中以含碳有机物的形式存在；在无机环境和生物群落之间以二氧化碳的形式进行循环，在群落内部以含碳有机物的形式流动。

2．造成温室效应的原因是什么？减缓温室效应可以采取哪些措施？

提示：温室效应主要是由于化学燃料的大量燃烧以及森林草原等植被的破坏造成了大气中二氧化碳浓度的升高。减缓温室效应可以采取以下措施：一是开发新能源，减少化学燃料的使用；二是大力植树造林，增加对二氧化碳的吸收。

[重难探究]

1．碳循环分析

(1)图示：碳循环过程。

(2)表解：碳循环的形式。

2.碳平衡分析及对环境的影响

(1)碳平衡的含义：

指碳的排放和吸收在数量或质量上相等，大气中的CO2浓度相对稳定。

(2)碳平衡的失调——温室效应：

物质循环中“物质”和“范围”的认识误区

(1)物质循环的范围并不是特指哪个生态系统，而是指整个生物圈。

(2)碳循环的物质特指碳元素，而不是CO2，因为碳在生态系统中有很多存在形式，如有机物中的碳、CO2、碳酸盐等。

(3)对碳在生物群落和无机环境之间实现循环的关键成分是生产者和分解者。

[典题演练]

1．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( C )

A．B是生态系统的主要成分，增加B有利于减缓温室效应

B．③⑤⑧均属于细胞呼吸

C．A和B属于捕食关系

D．温室效应主要是由⑦过程造成的

解析：由物质循环的箭头指向可以看出B是生产者，在生态系统中处于主导地位。A是分解者，不可能与B构成捕食关系。

2．如图表示生物圈中碳循环的部分示意图。图中甲、乙、丙、丁分别代表生态系统中不同的组成成分，其中甲是生产者，“→”表示碳的流动方向，下列叙述正确的是( A )

A．甲主要是指绿色植物

B．甲、乙、丙、丁构成生物群落

C．乙是分解者，丙是消费者

D．碳在甲、丁之间以有机物形式流动

解析：甲是生产者，在生态系统中，生产者是自养生物，主要是指绿色植物；甲是生产者，乙是消费者，丙是分解者，丁代表非生物的物质和能量，生物群落不包括丁(非生物的物质和能量)；碳在甲和丁之间以二氧化碳的形式流动，在生物群落中以有机物的形式流动。

知识点二 能量流动与物质循环的关系

[新知导学]

1．物质循环

2．物质循环与能量流动的关系[判断]

(1)能量流动与物质循环是两个独立的过程。( × )

(2)物质循环是能量流动的载体。( √ )

(3)能量流动是物质循环的动力。( √

)

3．生态系统的物质循环中的“生态系统”和“物质”分别是指什

么？

提示：“生态系统”指的是地球上最大的生态系统——生物圈；“物质”是指组成生物体的基本元素，如C、H、O、N、P、S等，而不是指生物体内的糖类、脂质、蛋白质等化合物。

4．生物圈在物质上是一个自给自足的系统吗？为什么？在能量上呢？

提示：是。因为生物圈是指地球上所有生物与其无机环境的总和，是可通过物质循环实现物质上自给自足的系统。生物圈在能量上不是一个自给自足的系统，因为能量是不可循环的，必须依赖太阳能的不断输入。

[重难探究]

1．区别

项目 能量流动 物质循环

形式 光能→化学能→热能

(一般形式) 以化学元素形式流动

过程 沿食物链(网)单向流动 在无机环境和生物群落间往复循环

范围 生态系统各营养级 生物圈

特点 单向流动，逐级递减 反复利用，循环流动

2.联系

(1)能量的固定、储存、转移、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)能量是物质在生态系统中往复循环的动力。

(4)图示(如下图)：

生态系统物质循环和能量流动“平衡”的理解

(1)一个生态系统的能量流动和物质循环保持着相对的平衡，这是生态系统相对稳定的重要保证。

(2)在生物圈范围内物质是循环的，但是农田中不断有粮食产出，所以要不断地补充物质，如施加氮肥。

[典题演练]

3．下图为某生态系统能量流动示意图[单位：J/(cm2·a)]，以下分析不正确的是( D

)

A．甲通过光合作用固定在有机物中的总能量为1 250 J/(cm2·a)

B．甲到乙的能量传递效率为16%

C．每一营养级的能量大部分用于呼吸作用和被丁利用

D．在此生态系统中，一只狼捕食一只野兔，获得的能量只能在

10%～20%之间

解析：生态系统中，能量传递效率为10%～20%，指上一营养级传递到下一营养级的能量，而不是针对个体来说。一只狼捕食一只野兔，获得的能量要多于10%～20%。

4．如图为碳循环示意图，图中A、B代表生态系统的组成成分。请据图回答问题：

(1)图中A表示生产者。碳在过程①和过程②中的流动形式分别是CO2、含碳有机物。

(2)图中③代表的生理过程是呼吸作用。自然生态系统的碳循环过程中，碳从大气进入生物群落的速率与返回大气中的速率大致相同。

(3)生态系统的稳定性大小主要是由图中A、B组成的生态系统结构的复杂程度来决定的。

解析：图中A为生产者、B为消费者；①主要表示光合作用，②为捕食，③为生产者和消费者的呼吸作用。碳元素在光合作用中以CO2的形式被利用，在食物链中以有机物的形式流动。生态系统稳定性的大小主要由A、B组成的生态系统结构的复杂程度决定。

知识点三 探究土壤微生物的分解作用

[新知导学]

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。

2．实验流程

[典题演练]

5．为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂，下列实验设计中，正确的是( D )

A．该实验的自变量是叶片中是否含有微生物

B．实验组落叶要进行灭菌处理，土壤不处理

C．对照组落叶不做处理，土壤进行灭菌处理

D．该实验的因变量是土壤中落叶的腐烂情况

解析：为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂，该实验的自变量是土壤中是否含有微生物，故实验组土壤要进行灭菌处理，对照组土壤不做处理；该实验的因变量是土壤中落叶的腐烂情况。

6．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：取等量砂土分装于相同的两个容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌。下列有关事项的叙述中正确的是( A )

A．向a、b中喷入等量的“敌草隆”，再置于同一恒温箱中培养相同时间

B．检测“敌草隆”的消失情况，预计a的“敌草隆”全部消失，b的基本不变

C．只用砂土实验效果比用几种典型土壤混合后的好

D．再增加c组作为对照，不喷入“敌草隆”，其他处理与a、b组相同

解析：实验组为a组，对照组为b组，控制单一变量，故A正确；a应该是不变，b可能会部分减少，故B不正确；因为典型土壤中含微生物多，所以用几种典型土壤混合后的效果好，故C不正确；没有必要再加一个对照组，和本实验无关，故D不正确。

一、选择题

1．生态系统中，C元素进入生物群落开始于( B )

A．CO2在生物体内的扩散作用

B．绿色植物固定CO2的光合作用

C．各种动物对有机物的同化作用

D．生物分解有机物的呼吸作用

解析：因为CO2进入生物群落首先通过绿色植物的光合作用将CO2和H2O合成储存能量的有机物，在生物群落内部，碳以有机物的形式流动，最后通过动植物的呼吸作用和微生物的分解作用将有机物转变成CO2和H2O而重新释放到大气中，所以CO2进入生物群落的循环开始于绿色植物固定CO2的光合作用。

2．若用甲代表生产者，乙代表消费者，丙代表分解者，丁代表大气中的CO2库。下图中能正确表示甲、乙、丙、丁在碳循环中的关系的是( B )

解析：生产者从无机环境中获得CO2，自身又通过呼吸作用产生CO2，所以是双向的，消费者以生产者为食，箭头指向消费者。

3．关于生态系统的物质循环的叙述，不正确的是( D )

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无机环境之间反复利用、循环流动

D．物质在循环过程中不断递减

解析：物质循环的实质为元素在生物圈这个最大的生态系统中反复利用、循环流动，在这个过程中物质是守恒的。

4．生物地球化学循环是指组成生物的元素( D )

A．在陆地生态系统中的物质循环和能量流动的复杂过程

B．在能量流动到生态系统各营养级时逐级递减的全过程

C．在组成生态系统的生物群落生物体内的反复循环运动

D．在生物圈的生物群落与无机环境之间的反复循环运动

解析：生态系统的物质循环是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素在生态系统的生物群落与无机环境之间反复循环运动。其中物质循环具有全球性，所以叫“生物地球化学循环”。

二、非选择题

5．如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。