第3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

第3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)學(xué)有目標(biāo)——課標(biāo)要求必明1.概述生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過程。2.通過分析生物富集的過程，說明生物富集的危害，認(rèn)同應(yīng)采取措施減少危害。3.說明能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系。4.嘗試探究土壤微生物的分解作用。記在平時——核心語句必背1.生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)是指組成生物體的碳、氫、氧、氮、磷、硫等元素，都在不斷進(jìn)行著從非生物環(huán)境到生物群落，又從生物群落到非生物環(huán)境的循環(huán)過程。物質(zhì)循環(huán)具有全球性和循環(huán)性的特點。2.溫室效應(yīng)形成的原因是化石燃料短時間內(nèi)大量燃燒使大氣中CO2含量迅速增加，打破了生物圈碳循環(huán)的平衡。3.生物體從周圍環(huán)境吸收、積蓄某種元素或難以降解的化合物，使其在機(jī)體內(nèi)濃度超過環(huán)境濃度的現(xiàn)象，稱作生物富集。4.物質(zhì)作為能量的載體，使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動；能量作為動力，使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往返。續(xù)表[主干知識梳理]一、碳循環(huán)(1)圖中①～⑥表示的過程：①

，②

，③

，④

，⑤

，⑥

。(2)A、B、C、D表示的生物類群：A．

，B.

，C.

，D.

。2．循環(huán)形式(1)在生物群落與非生物環(huán)境間：主要以

的形式進(jìn)行。(2)在生物群落內(nèi)：以

的形式進(jìn)行。光合作用呼吸作用呼吸作用捕食分解作用燃燒生產(chǎn)者分解者次級消費者初級消費者CO2含碳有機(jī)物3．溫室效應(yīng)(1)形成原因：

，大大增加了二氧化碳的排放，加劇了溫室效應(yīng)。(2)危害：引起全球性的氣候變化。(3)我國采取措施：減少

排放和大力提倡

，提高森林覆蓋率。4．物質(zhì)循環(huán)(1)概念：組成生物體的

等元素，都在不斷進(jìn)行著

__________________________________________________的循環(huán)過程，又叫生物地球化學(xué)循環(huán)?；剂系拈_采和使用二氧化碳植樹種草碳、氫、氧、氮、磷、硫從非生物環(huán)境到生物群落，又從生物群落到非生物環(huán)境(2)特點：①

——生物地球化學(xué)循環(huán)。②

——物質(zhì)可被生物群落反復(fù)利用。二、生物富集1．概念：生物體從周圍環(huán)境吸收、積蓄

，使其在機(jī)體內(nèi)濃度

環(huán)境濃度的現(xiàn)象。2．特點(1)沿著食物鏈逐漸在生物體內(nèi)

，最終

在食物鏈的頂端。(2)具有全球性。全球性循環(huán)性某種元素或難以降解的化合物超過聚集積累三、能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系1．區(qū)別(1)物質(zhì)循環(huán)具有

和

的特點。(2)能量流動是

的，是單方向不循環(huán)的。2．聯(lián)系(1)二者

，彼此相互依存，不可分割。(2)物質(zhì)作為能量的

，使能量沿著___________流動；能量作為

，使物質(zhì)能夠不斷地在

之間循環(huán)往返。全球性循環(huán)性逐級遞減同時進(jìn)行載體動力生物群落和非生物環(huán)境食物鏈(網(wǎng))四、探究土壤微生物的分解作用(1)土壤中生活著肉眼看不見的細(xì)菌、絲狀真菌和呈放射狀的放線菌，它們在生態(tài)系統(tǒng)中的成分是

。(2)由于各地

等因素不同，落葉在土壤中被分解的時間也是不同的。分解者氣候與環(huán)境[邊角知識發(fā)掘](教材第63頁“與社會的聯(lián)系”延伸思考)世界范圍內(nèi)，化石燃料的開采和使用大大增加了二氧化碳的排放，加劇了溫室效應(yīng)，引起全球性的氣候變化。為積極應(yīng)對氣候變化，我國秉持綠色發(fā)展理念，提出了力爭2030年前二氧化碳排放達(dá)峰值，努力爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。

(1)二氧化碳的排放增加與溫室效應(yīng)有什么直接聯(lián)系？提示：大氣中二氧化碳等溫室氣體能有效吸收地球的熱輻射(長波輻射)，阻擋熱量從地球向外逃逸，導(dǎo)致溫室效應(yīng)的形成。(2)我國要實現(xiàn)2030碳峰值和2060碳中和的承諾，要從哪兩個方面采取積極措施？提示：一方面采取積極措施減少二氧化碳排放；另一方面大力植樹種草，提高森林覆蓋率，在吸收和固定二氧化碳方面發(fā)揮重要作用。(3)從減少二氧化碳排放的角度分析，你能給出哪些建議或措施？提示：減少二氧化碳排放，需要減少化石燃料的開采和使用，加強(qiáng)開發(fā)核能、風(fēng)能、太陽能等清潔能源技術(shù)用于發(fā)電，使用電動汽車、清潔能源汽車等。(開放性的問題，合理即可。)[教材問題提示]思考·討論(教材第61頁)1．碳在非生物環(huán)境中主要以CO2的形式存在，在生物體內(nèi)主要以有機(jī)物的形式存在。2．如下圖所示：3．人類活動對煤和石油等能源的利用，會向大氣中排放大量的CO2；大力開展植樹造林、開發(fā)新能源、發(fā)展節(jié)能產(chǎn)業(yè)等，有利于降低大氣中的CO2濃度，維持生物圈的碳循環(huán)平衡。(2)碳循環(huán)都是雙向的嗎？說明理由。提示：不都是。CO2在生物群落和非生物環(huán)境之間是雙向循環(huán)的。但在生物群落內(nèi)部，沿食物鏈(網(wǎng))傳遞時，碳循環(huán)不是雙向的，只能由低營養(yǎng)級向高營養(yǎng)級單向傳遞。(3)如果人們不按生態(tài)規(guī)律辦事，亂砍濫伐森林，對生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)有何影響？提示：會打破碳循環(huán)平衡，使大氣CO2進(jìn)入生物群落過程受阻，大氣中CO2的含量就會明顯增多。

進(jìn)入生物群落生物群落內(nèi)部返回非生物環(huán)境形式CO2含碳有機(jī)物CO2方式光合作用和化能合成作用通過食物鏈或食物網(wǎng)a.生產(chǎn)者和消費者的呼吸作用；b.分解者的分解作用；c.化石燃料的燃燒方向在生物群落內(nèi)部單向，在生物群落與非生物環(huán)境之間雙向(3)碳元素的傳遞規(guī)律：碳元素在非生物環(huán)境與生物群落之間傳遞時，只有生產(chǎn)者與非生物環(huán)境之間的傳遞是雙向的，其他成分之間的傳遞都是單向的。2．溫室效應(yīng)3．海洋對調(diào)節(jié)大氣中的碳含量起著非常重要的作用(1)大氣中二氧化碳含量增加→進(jìn)入水圈，水圈中的二氧化碳含量隨之增加→大氣中二氧化碳含量減少。(2)大氣中二氧化碳發(fā)生局部短缺→水圈中的二氧化碳及時進(jìn)入大氣→大氣中二氧化碳含量增加。4．物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)往復(fù)運動特點的應(yīng)用改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，例如：采用種養(yǎng)結(jié)合的模式，在稻田里養(yǎng)鴨、養(yǎng)魚。[在應(yīng)用中悟][典例]如圖表示生物圈中碳循環(huán)的部分示意圖。A、B、C、D構(gòu)成生物群落，箭頭①～⑨表示循環(huán)過程。下列有關(guān)說法正確的是

(

)A．大氣中的氣體X是指CO2和COB．完成①過程的能量主要是由⑧過程提供的C．D經(jīng)⑤⑥⑦過程獲得的能量占A、B、C總能量的10%～20%D．C處于第三營養(yǎng)級[解析]生物群落與非生物環(huán)境之間的碳循環(huán)是以CO2的形式進(jìn)行的，故圖中大氣中的氣體X代表CO2；完成①過程的能量主要由太陽能轉(zhuǎn)化的活躍的化學(xué)能提供；捕食食物鏈中相鄰兩營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為10%～20%，D是分解者，不屬于捕食食物鏈；圖中A為生產(chǎn)者，B為初級消費者(第二營養(yǎng)級)，C為次級消費者(第三營養(yǎng)級)。[答案]

D[在訓(xùn)練中評]1．下列是根據(jù)如圖所示碳循環(huán)的部分過程進(jìn)行的有關(guān)分析，其中正確的是(

)A．碳元素在生物群落內(nèi)部主要以CO2的形式傳遞B．參與③過程的生物包括生產(chǎn)者、消費者和分解者C．③過程增強(qiáng)后，②過程隨之增強(qiáng)，不能通過增強(qiáng)③減少大氣中的CO2D．開發(fā)太陽能、水能、核能等新能源，可減少人類對①過程的依賴解析：碳元素在生物群落內(nèi)部主要以含碳有機(jī)物的形式傳遞，A錯誤；③過程為CO2進(jìn)入生物群落的過程，該過程主要為綠色植物的光合作用，參與③過程的生物是生產(chǎn)者，B錯誤；③過程為生產(chǎn)者固定二氧化碳的過程，生產(chǎn)者固定CO2形成有機(jī)物，有機(jī)物中的碳一部分儲存在動植物體內(nèi)，因此能通過增強(qiáng)③減少大氣中的CO2，C錯誤；減少大氣中CO2的量最主要的方法是開發(fā)太陽能、水能、核能等新能源，以減少人類對化石燃料的利用(①過程)，D正確。答案：D

2．下圖為生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)示意圖，圖中甲、乙、丙代表生態(tài)系統(tǒng)的成分，數(shù)字表示碳的流動。下列有關(guān)敘述正確的是

(

)A．圖中生產(chǎn)者、乙、丙、甲構(gòu)成了兩條食物鏈B．①②⑥⑦為二氧化碳形式，③④⑤為有機(jī)物形式C．③④⑤⑥⑦之和等于生產(chǎn)者同化的碳的總量D．經(jīng)③流向乙的碳全部儲存于乙體內(nèi)的有機(jī)物中解析：題圖中甲為大氣中的二氧化碳庫，乙為消費者，丙為分解者。食物鏈不包括分解者和非生物成分，A錯誤；圖中的②⑥⑦表示生產(chǎn)者、分解者和消費者呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳，①表示生產(chǎn)者固定的二氧化碳，③④⑤表示生物之間的有機(jī)物傳遞，B正確；①表示生產(chǎn)者固定的二氧化碳，等于②③④之和，C錯誤；生產(chǎn)者流向消費者的碳部分儲存在乙體內(nèi)的有機(jī)物中，還有部分因呼吸作用而散失，D錯誤。答案：B

(2)如圖是某生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式圖，該圖中只表示物質(zhì)流向的箭頭是哪些？可表示能量流動的箭頭有哪些？(用圖中的數(shù)字標(biāo)號表示)提示：只表示物質(zhì)流向的箭頭是②和⑤；可表示能量流向的箭頭有①③和④。[師說重難]

1．重金屬鹽和DDT等農(nóng)藥的生物富集作用(1)過程：生物富集作用與能量流動正好相反，能量在沿食物鏈(網(wǎng))流動時逐級遞減，而農(nóng)藥或重金屬鹽則存在生物富集作用，即營養(yǎng)級越高，該物質(zhì)濃度越高。如圖所示：(2)特點：①全球性：有害物質(zhì)可以通過大氣、水和生物遷移等途徑擴(kuò)散到世界各地。②有害物質(zhì)沿著食物鏈逐級遞增，最終積累在最高營養(yǎng)級。2．鉛的循環(huán)及其生物富集(1)鉛的循環(huán)：鉛原本以比較穩(wěn)定的形式存在于環(huán)境中，但人類活動加速了鉛的循環(huán)，改變了鉛在環(huán)境中的分布。(2)鉛的來源及進(jìn)入生物體的途徑(3)鉛的生物富集：一旦含有鉛的生物被更高營養(yǎng)級的動物食用，鉛就會沿著食物鏈逐漸在生物體內(nèi)聚集，最終積累在食物鏈的頂端。3．能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系項目能量流動物質(zhì)循環(huán)形式太陽能→化學(xué)能→熱能化學(xué)元素(無機(jī)物→有機(jī)物→無機(jī)物)特點單向流動、逐級遞減全球性、循環(huán)性范圍生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級生物圈(全球性)聯(lián)系①能量的固定、儲存、轉(zhuǎn)移、釋放都離不開物質(zhì)的合成和分解等過程，兩者同時進(jìn)行、彼此相互依存、不可分割②能量流動和物質(zhì)循環(huán)都借助食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行③物質(zhì)是能量沿食物鏈(網(wǎng))流動的載體④能量是物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中反復(fù)循環(huán)的動力[在應(yīng)用中悟][典例1]如圖為某生態(tài)系統(tǒng)的部分物質(zhì)循環(huán)簡圖，其中M表示非生物的物質(zhì)和能量。下列相關(guān)敘述正確的是

(

)A．若M表示大氣中的CO2庫，則碳元素在圖中④過程中是以有機(jī)物形式傳遞的B．從圖中我們可以看出能量伴隨著物質(zhì)循環(huán)而循環(huán)C．若M表示大氣中的CO2庫，則碳元素可在生物群落中反復(fù)循環(huán)利用D．若M表示非生物環(huán)境中的能量，則①的能量值等于②與③對應(yīng)的能量值之和[解析]

碳元素在生物群落中是以含碳有機(jī)物的形式傳遞的，A正確；能量在生態(tài)系統(tǒng)中沿食物鏈(網(wǎng))單向流動，而不能循環(huán)利用，B錯誤；碳循環(huán)在非生物環(huán)境和生物群落之間反復(fù)循環(huán)利用，而不是在生物群落的內(nèi)部反復(fù)循環(huán)利用，C錯誤；①代表的是生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者固定的總能量，它不僅包括②③，還包括消費者通過呼吸作用散失到非生物環(huán)境中的能量，即①的能量值大于②與③對應(yīng)的能量值之和，D錯誤。[答案]

A[典例2]如圖為一個簡化的生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質(zhì)循環(huán)示意圖，對圖中箭頭的含義表述錯誤的是 (

)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質(zhì)回歸非生物環(huán)境C．②可表示能量在生物體之間單向流動D．①可表示碳元素從二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物[解析]分析題圖可知，生物群落中能量的散失主要通過④呼吸作用，⑤(分解者的分解)可表示生物群落中的物質(zhì)回歸非生物環(huán)境，A錯誤，B正確；能量在生物體之間沿食物鏈(網(wǎng))單向流動，如圖中的②③，C正確；碳元素從二氧化碳變有機(jī)物主要通過①生產(chǎn)者光合作用合成有機(jī)物，D正確。[答案]

A[在訓(xùn)練中評]1．生物富集現(xiàn)象的主要原因是

(

)A．植物葉片通過光合作用吸收了有害物質(zhì)進(jìn)入生物群落B．植物的根系可從土壤中吸收一些有害物質(zhì)(如鉛)，進(jìn)入植物體內(nèi)C．動物一定是通過捕食獲得了有害物質(zhì)D．生物富集的有害物質(zhì)同碳循環(huán)過程相似解析：植物葉片通過光合作用吸收CO2合成有機(jī)物，有害物質(zhì)不參與光合作用過程，A錯誤；植物的根系從土壤中吸收一些有害物質(zhì)(如鉛)，進(jìn)入植物體內(nèi)，植物的葉片可以直接攝入吸附在葉片上的有害物質(zhì)，B正確；動物可以通過飲水?dāng)z取水中的一些有害物質(zhì)，C錯誤；生物富集的有害物質(zhì)同碳循環(huán)過程不同，有害物質(zhì)很難從生物群落返回到非生物環(huán)境，D錯誤。答案：B

2.環(huán)境中的汞、鉛等重金屬隨食物、飲水進(jìn)入生物體內(nèi)以后儲存在脂肪、神經(jīng)組織中而不容易排出體外。某生態(tài)系統(tǒng)有甲、乙、丙、丁四個營養(yǎng)級，在某一時間測得所含某種重金屬的相對濃度如圖所示。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A．四種生物都能產(chǎn)生CO2并將其釋放到大氣中B．乙營養(yǎng)級攝取的能量多于輸入乙營養(yǎng)級的能量C．該生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動渠道是丙→甲→乙→丁D．四個營養(yǎng)級所同化的能量值的關(guān)系可表示為?。郊祝遥馕觯禾幱谠撌澄镦?捕食鏈)中的生物為生產(chǎn)者和消費者，都能通過呼吸作用產(chǎn)生CO2并將其釋放到大氣中，A正確；乙營養(yǎng)級攝取的能量可能少于輸入乙營養(yǎng)級的能量，因為輸入乙營養(yǎng)級的能量可能存在人工輸入的能量，B錯誤；該生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動渠道是丁→乙→甲→丙，C錯誤；輸入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量來自生產(chǎn)者丁固定的總能量，但是能量在傳遞過程中是有損耗的，所以四個營養(yǎng)級所同化的能量值的關(guān)系可表示為?。炯祝遥?，D錯誤。答案：A

2．探究土壤微生物對淀粉的分解作用(1)實驗的自變量和因變量是什么？提示：自變量是土壤微生物的有無；因變量是淀粉的分解程度。(2)實驗中選用什么試劑檢測因變量的變化？

提示：用碘液和斐林試劑檢測。(3)實驗的設(shè)計思路是什么？提示：取兩個燒杯編號為A、B，放入等量淀粉糊。在A燒杯中加入30mL土壤浸出液，B燒杯中加入30mL蒸餾水。在室溫(20℃左右)環(huán)境放置7d后，分別取A、B燒杯中的溶液20mL，各放入兩支試管中，分別編號為A1、A2，B1、B2。在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林試劑，并進(jìn)行了50℃~60℃溫水浴加熱。觀察試管中溶液的顏色變化，記錄實驗結(jié)果。3．探究土壤微生物分解作用的過程項目案例1案例2實驗假設(shè)微生物能分解落葉使之腐爛微生物能分解淀粉實驗設(shè)計實驗組對土壤

處理A燒杯中加入30mL土壤浸出液對照組對土壤

處理B燒杯中加入30mL蒸餾水自變量____________________溶液中是否含有分解淀粉的微生物實驗現(xiàn)象在相同時間內(nèi)實驗組落葉腐爛程度小于對照組AA1不變藍(lán)A2產(chǎn)生___________

BB1變藍(lán)B2不產(chǎn)生

____________結(jié)論分析微生物對落葉有

作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉高溫不做任何土壤中是否含微生物磚紅色沉淀磚紅色沉淀分解[在訓(xùn)練中評]1．微生物廣泛存在于自然界中。下列關(guān)于土壤微生物的敘述，正確的是(

)A．土壤微生物只通過微生物的分解作用參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)B．與豆科植物共生的根瘤菌能進(jìn)行固氮作用，因而其是自養(yǎng)生物C．秸稈中的化學(xué)能經(jīng)土壤微生物的分解作用后被生產(chǎn)者吸收利用D．土壤中的硝化細(xì)菌是自養(yǎng)生物，因而其不屬于分解者解析：土壤微生物可以通過微生物的分解作用、固氮作用等參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，A錯誤；與豆科植物共生的根瘤菌能進(jìn)行固氮作用，但自身不能將二氧化碳等無機(jī)物合成有機(jī)物，為異養(yǎng)生物，B錯誤；秸稈中的化學(xué)能不能被農(nóng)作物再吸收利用，C錯誤；土壤中的硝化細(xì)菌是自養(yǎng)生物，屬于生產(chǎn)者，D正確。答案：D

2．某生物興趣小組以帶有落葉的表層土壤(深5cm左右)為實驗材料，研究土壤微生物在適宜溫度下的分解作用，對土壤處理情況見下表。下列有關(guān)敘述錯誤的是

(

)A.探究的問題是在不同土壤濕度條件下，土壤微生物對落葉的分解作用B．預(yù)期結(jié)論是1、3組的落葉不被分解，2、4組的落葉被不同程度的分解C．為了控制實驗中的無關(guān)變量，作為實驗材料的落葉也應(yīng)進(jìn)行滅菌處理D．該實驗的自變量為土壤是否經(jīng)滅菌處理，實驗中的對照組是1和3組別1組2組3組4組土壤處理滅菌不滅菌滅菌不滅菌濕潤濕潤較干燥較干燥解析：1、2組土壤濕潤，3、4組土壤較干燥，實驗中的自變量是土壤的濕度，可知該實驗探究的是在不同土壤濕度條件下，土壤微生物對落葉的分解作用，A正確。由于1、3組經(jīng)過滅菌處理，土壤不含微生物，可預(yù)知1、3組的落葉不被分解；2、4組土壤中含有微生物，可預(yù)知2、4組的落葉被不同程度的分解，B正確。本實驗是研究土壤微生物在適宜溫度下的分解作用，作為實驗材料的落葉上也有許多微生物，需要進(jìn)行滅菌，否則會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，C正確；若該實驗的自變量為土壤是否經(jīng)滅菌處理，則實驗中的對照組是2和4,1和3是實驗組，D錯誤。答案：D

解析：若要驗證落葉腐爛是由于土壤微生物的分解作用，則實驗的自變量是土壤微生物分解作用的有無，A正確；在相同時間聚集在一定區(qū)域內(nèi)的各種動物、植物及各種微生物共同組成群落，土壤中的自養(yǎng)型微生物屬于生產(chǎn)者，B錯誤；熱帶雨林土壤中微生物的分解能力強(qiáng)，若用等量的熱帶雨林土壤和農(nóng)田土壤進(jìn)行實驗，則相同時間內(nèi)熱帶雨林土壤中未腐爛的落葉量較少，C錯誤；落葉的腐爛是由于土壤中微生物的分解作用，實質(zhì)是通過細(xì)胞呼吸將有機(jī)物分解，土壤中的微生物包括細(xì)菌和真菌等，細(xì)菌是原核生物，細(xì)胞中無線粒體，另外有些微生物進(jìn)行的是無氧呼吸，也與線粒體無關(guān)，D錯誤。答案：A

科學(xué)思維——碳循環(huán)過程中各組成成分的判斷1．碳循環(huán)圖中生態(tài)系統(tǒng)中各種成分的判斷模型2．碳循環(huán)常見模式圖解分析(1)圖甲——先根據(jù)雙向箭頭判斷，a和b分別為生產(chǎn)者和大氣中的CO2庫，再根據(jù)a和c均指向d，判斷d為分解者，剩下的c為消費者。(2)圖乙——根據(jù)a與c之間的雙向箭頭以及其他成分均有指向c的箭頭判斷，a是生產(chǎn)者，c是大氣中的CO2庫；根據(jù)a、b、d都有箭頭指向e，可進(jìn)一步判斷，b是初級消費者，d是次級消費者，e是分解者。(3)圖丙——根據(jù)a與e之間的雙