高中生物选择性必修二 第3章 第3节　生态系统的物质循环 讲义

第3节　生态系统的物质循环

一、碳循环

1．过程图解

(1)图中①～⑥表示的过程分别是：

①________，②________，

③________，④________，

⑤________，⑥________。

(2)A、B、C、D表示的生物类群是：

A．________，B.________，C.________，D.________。

[答案]　(1)①光合作用　②呼吸作用　③呼吸作用　④捕食　⑤分解作用　⑥燃烧　(2)生产者　分解者　次级消费者　初级消费者

2．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。

3．温室效应

(1)形成原因：化石燃料的开采和使用，大大增加了二氧化碳的排放，加剧了温室效应。

(2)危害：引起全球性气候变化。

(3)我国采取措施：减少二氧化碳排放和大力提倡植物种草，提高森林覆盖率。

4．物质循环的概念及特点

(1)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，又叫生物地球化学循环。

(2)特点

①全球性——生物地球化学循环。

②循环性——物质可被生物群落反复利用。

二、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．特点

(1)沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端。

(2)具有全球性。

三、能量流动和物质循环的关系

1．区别

(1)物质循环具有全球性和循环性的特点。

(2)能量流动是逐级递减的，是单方向不循环的。

2．联系

(1)二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。

(2)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返。

四、探究土壤微生物的分解作用

1．原理

(1)土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，它们在生态系统中的成分是分解者。

(2)由于各地气候与环境等因素不同，落叶在土壤中被分解的时间也是不同的。

2．实验方案

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．碳可在森林群落和无机环境之间进行循环。 (　　)

2．无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用。 (　　)

3．生物富集具有全球性。  (　　)

4．植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。 (　　)

5．生态系统的物质循环和能量流动是独立进行的。 (　　)

6．物质是单向流动、不可循环的。 (　　)

提示：1.√　2.√　3.√　4.√

5．×　生态系统的物质循环和能量流动是同时进行，彼此相互依存，不可分割。

6．×　物质在生物群落与无机环境间可被循环利用。

　碳循环

1．碳循环分析

(1)碳存在形式

(2)碳循环形式：

(3)碳元素的传递规律：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，其他成分之间的传递都是单向的(判断生态系统各成分的依据)。

2．温室效应

合作探究：1.如图是自然界碳循环的简图，据图分析并回答下列有关问题：

(1)图中的甲、乙、丙分别是什么？①、②、③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：④。

(3)碳循环都是双向的吗？说明理由。

提示：不都是。①CO2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向传递。

2．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？

提示：打破碳循环平衡，使大气CO2进入生物群落过程受阻，大气中CO2的含量就会明显增多。

1.如图表示生物圈中碳循环的部分示意图。A、B、C、D构成生物群落，箭头①～⑨表示循环过程。下列有关说法正确的是(　　)

A．大气中的气体X是指二氧化碳和一氧化碳

B．完成①过程的能量主要是由⑧过程提供的

C．D经⑤、⑥、⑦过程获得的能量占A、B、C总能量的10%～20%

D．C处于第三营养级

D　[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A为生产者，B为初级消费者(第二营养级)，C为次级消费者(第三营养级)；完成①过程的能量主要由太阳能转化的活跃的化学能提供；捕食食物链中相邻两营养级之间的能量传递效率约为10%～20%。故选D。]

2．(不定项)如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，错误的是(　　)

A．1和2包含着所有种群构成的群落

B．3代表的生物可能是原核生物

C．①代表光合作用，②代表呼吸作用

D．4可以表示大气中的CO2

AC　[由题图可知，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(如蚯蚓)。①代表摄食活动，②可以代表呼吸作用。]

根据碳循环过程判断各组成成分

根据图中“箭头”判断碳循环中各成分基本思路：

(1)根据双向箭头C与D确定两者肯定是大气中的CO2库、生产者。

(2)根据箭头指向判断各成分：

①D有三个指出，应为生产者。

②C有三个指入，应为大气中的CO2库。

③A和B中，一个为消费者，另一个为分解者，D(生产者)和A(消费者)均指向B，则B为分解者。

　能量流动和物质循环的关系

1．能量流动和物质循环的关系

2.重金属盐和DDT等农药的生物富集作用

生物富集作用与能量流动正好相反，能量在沿食物链流动时逐级递减，而农药或重金属盐则存在“生物富集作用”，即营养级越高，该物质浓度越高。如图所示：

DDT沿食物链放大

生活联系：1.两位同学在观看有关恐龙的影片时，甲同学提出：“我体内的能量中可能有远古恐龙体内的能量。”乙同学也提出：“我体内的物质中可能有远古恐龙体内的物质。”这两位同学的说法对吗？试分析原因。

提示：甲同学的说法错误，乙同学的说法正确。因为能量是单向流动的，不能循环利用，而物质是可以循环利用的。

2．如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：②和⑤；①、③和④。

1．(不定项)如图为某生态系统的部分物质循环简图，其中M表示非生物的物质和能量。下列相关叙述正确的是(　　)

A．若M表示大气中的CO2，则碳元素在图中④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表示无机环境中的能量，则①的能量值大于②与③对应的能量值之和

AD　[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；①代表的是生态系统中固定的总能量，它不仅包括②③，还包括消费者通过呼吸作用散失到无机环境中的能量，D项正确。]

2．如图为一个简化的生态系统能量流动和物质循环示意图，对图中箭头的含义表述错误的是(　　)

A．④和⑤可表示生物群落中能量的散失

B．⑤可表示生物群落中的物质回归无机环境

C．②表示能量在生物体之间单向流动

D．①可表示碳元素从二氧化碳转变为有机物

A　[由图可知，生物群落中能量的散失—④呼吸作用以热能散失，生物群落中的物质回归无机环境—⑤分解者的分解，A错误，B正确；能量在生物体之间单向流动，如图中的②、③，C正确；碳元素从二氧化碳变有机物—①光合作用合成有机物，D正确。]

[课堂小结]

1．(不定项)下列关于生态系统物质循环的叙述，正确的是(　　)

A．所指的物质是组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等基本化学元素

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无机环境之间反复出现、循环流动

D．物质在循环过程中不断递减

ABC　[D项叙述的为能量流动的特点，由此判定D项叙述错误。]

2．碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是通过(　　)

A．光合作用 B．呼吸作用和光合作用

C．呼吸作用 D．蒸腾作用和呼吸作用

B　[在生态系统的碳循环过程中，碳循环是以有机物和二氧化碳的形式进行的。通过绿色植物的光合作用，使无机环境中的二氧化碳进入生物群落，生物群落中的碳以有机物形式存在，生产者、各级消费者及分解者又通过呼吸作用将有机物分解成二氧化碳而回到无机环境中去。因此，碳在生物群落和无机环境之间的循环是通过光合作用和呼吸作用进行的。]

3．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．无机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

C　[绿色植物的光合作用能将二氧化碳中的碳转化为有机物中的碳，这只是碳循环的一步，并没有完成生态系统的碳循环，C项错误。]

4．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

A　[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。]

5．如图为我国北方处于稳定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，①～⑦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________；①________；⑥________。

(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，对环境产生的影响主要是_____________________________________________________________________

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[解析]　(1)据图可判断，B代表生产者，C代表消费者，①表示光合作用，⑥表示分解者的分解作用。(2)无机环境中的碳主要通过[①]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。(3)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。(4)生态系统物质循环的特点是全球性和循环往复，能量流动的特点是单向流动和逐级递减。(5)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)①　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　循环往复　单向流动　逐级递减　(5)产生温室效应(或大气中二氧化碳增多)