2022版高考生物一轮复习第9单元生物与环境第30课生态系统的物质循环学案新人教版

第30课　生态系统的物质循环

一、碳循环

1．(1)碳循环及存在形式

①在非生物环境中：主要以CO2和碳酸盐的形式存在。

②在生物群落内部：以含碳有机物的形式传递。

③在生物群落和非生物环境之间：以CO2的形式循环。

(2)碳出入生物群落的途径

①碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用或化能合成作用。

2．物质循环又叫生物地球化学循环  

(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。

(2)范围：地球上最大的生态系统——生物圈。

(3)特点：全球性；循环往复运动。

(4)意义：对于改进农业生产方式具有多方面的启示。

3．物质循环和能量流动的关系

(1)二者同时进行、相互依存、不可分割。

(2)物质是能量的载体，能量是物质循环的动力。

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)随食物链延长，营养级越高的生物体内有害物质的浓度越高。

(2)全球性：有害物质可通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地。

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主要为分解者。

(2)分解者的分解速度与环境中的温度、水分等生态因子相关。

(3)土壤微生物能分泌淀粉酶将淀粉分解成还原糖(麦芽糖)，淀粉遇碘变蓝色。还原糖遇斐林试剂，在水浴加热条件下，产生砖红色沉淀。

2．实验流程

注：A1、B1中加入碘液，A2、B2中加入斐林试剂并水浴加热。

1．物质循环具有全球性，因此又叫生物地球化学循环

(1)生态系统的物质循环和能量流动的渠道都是食物链和食物网，所以物质和能量都是循环往复的。              (×)

(2)与碳循环有关的生理活动有光合作用、细胞呼吸和化能合成作用等。 (√)

(3)减少化石燃料的燃烧和大力植树造林都可以有效地缓解温室效应。 (√)

2．探究土壤微生物的分解作用

(1)碘液和斐林试剂可以相互交换使用。 (×)

(2)土壤中更多的微生物在生态系统中属于消费者。 (×)

(3)一般来说，热带雨林中土壤微生物的分解能力大于北极苔原生态系统中土壤微生物的分解能力。              (√)

　　　　生态系统的物质循环

下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。请据图思考下列问题：

(1)甲、乙、丙、丁分别代表生态系统的什么成分？并简述判断的理由。

答案：甲和丁之间有双向箭头，且其他几种成分都有箭头指向丁，所以丁为大气中的二氧化碳库，甲为生产者；甲和乙都有箭头指向丙，所以丙为分解者，则乙为消费者。

(2)碳在甲、乙、丙之间的流动形式是什么？在甲(或乙，或丙)与丁之间的流动形式又是什么？

答案：碳在甲、乙、丙之间的流动形式是含碳的有机物，在甲(或乙，或丙)与丁之间的流动形式是CO2。

(3)图中的字母分别表示什么过程？

答案：b代表光合作用或化能合成作用。d和c代表细胞呼吸，f代表微生物的分解作用，a代表捕食，e和g代表动植物的遗体、排遗物等提供给分解者。

1．运用单、双箭头判断生态系统碳循环图中的成分

说明：在碳循环中，只有生产者与大气中的CO2库(非生物的物质和能量)之间是双箭头。生产者、消费者、分解者都有箭头指向大气中的CO2库。除大气中的CO2库外，生产者、消费者都有箭头指向分解者。

(1)图甲——先根据双箭头判断：A和B应分别为生产者和大气中的CO2库。再根据A→C→D，A→D判断：D为分解者，C为消费者。

(2)图乙——根据A与C之间的双箭头判断：A是生产者，C是大气中的CO2库。根据A、B、D的箭头都流向E，可进一步判断：B是初级消费者，D是次级消费者，E是分解者。

(3)图丙——根据A与E之间的双箭头判断：A为大气中的CO2库，E为生产者。然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F则为消费者。图解中的食物链是E→F→D→B。

2．碳循环的破坏——温室效应

考向1| 碳循环过程

1．下图为生物圈碳循环过程示意图，甲～丁表示生态系统的成分，①～⑦表示过程。下列叙述正确的是(　　)

A．①⑤⑥表示细胞呼吸

B．①和②的速率基本相等

C．甲→丙→丁构成捕食食物链

D．③④⑦过程中碳以有机物的形式传递

D　解析：①表示光合作用或化能合成作用，②⑤⑥表示细胞呼吸；若碳循环能保持平衡，则①和②⑤⑥的速率之和基本相等；丁是分解者，不能和其他生物构成捕食食物链；③④⑦是群落内部的碳的流动，以有机物的形式传递。

【方法规律】“三看法”快速确认碳循环的各环节

考向2| 生物富集现象

2．(多选)(2020·山东模拟)某相对稳定的草原生态系统中食物链(网)主要有甲、乙、丙、丁、戊五个种群，且消费者只能以其前一营养级的所有生物为食，各种群生物体内某种重金属含量如下表所示：

下列说法正确的是(　　)

A．图中五个种群构成的食物链(网)最可能为甲→乙→丙→丁→戊

B．甲、乙、丙、丁、戊五个种群的所有生物个体统称为一个生物群落

C．在甲、乙、丙、丁、戊生物种群之间碳的流动形式是含碳有机物

D．据图可知，该生态系统中的甲与乙、丙与丁分别处于同一营养级

CD　解析：重金属被生物体吸收后难以通过代谢排出体外，营养级越高重金属含量越多，根据表格中的数据可知，甲和乙是生产者(第一营养级)，丙和丁是初级消费者(第二营养级)，戊处于第三营养级。由于消费者只能以其前一营养级的所有生物为食，所以五个种群构成的食物网为，A错误；生物群落是指一定地域中所有的生物，B错误；在生物群落内部碳循环的主要流动形式是有机物，C正确；根据以上分析可知，甲与乙、丙与丁分别处于同一营养级，D正确。

考向3| 碳循环的应用

3．(2020·山东德州模拟)生物兴趣小组对某农田生态系统的碳循环过程进行了调查，并绘制碳循环过程示意图。回答相关问题：

(1)物质循环过程伴随着能量流动，据图分析，输入农田生态系统的能量包括_______________________________。

(2)在农田生态系统中，农作物通过过程①____________从大气中吸收二氧化碳并固定在农作物体内。土壤碳库中的有机物由分解者通过过程②________转变成无机物重新被植物利用。

(3)碳元素在大气碳库、植物碳库和土壤碳库之间循环的主要形式是________，人类活动________(填“加速”或“减缓”)了碳循环的进程。

(4)有同学认为生态系统物质是循环利用的，无须不断向农田中施加肥料。你是否同意该同学的观点？________，请给出你的理由：________________________________________________________。

解析：(1)从题图中看出输入农田生态系统中的能量有农作物固定的太阳能、种子和有机肥中含有的能量。(2)过程①是光合作用；过程②是分解者的分解作用(或呼吸作用)。(3)碳元素在大气碳库、植物碳库和土壤碳库之间循环的主要形式是CO2，人类作为消费者可以加速物质循环和能量流动，所以人类活动加速了碳循环的过程。(4)由于农产品源源不断地自农田生态系统中输出，其中的元素不能归还土壤，因此需要不断地施加肥料，这与物质循环不矛盾，故不同意该同学的观点。

答案：(1)农作物固定的太阳能、种子和有机肥中含有的能量　(2)光合作用　分解作用(或呼吸作用)　(3)CO2　加速　(4)不同意　因为农产品源源不断地自农田生态系统中输出，其中的元素不能归还土壤，所以需要不断地施加肥料，这与物质循环不矛盾

　　　　物质循环与能量流动的关系

1．物质循环与能量流动的区别

2.物质循环与能量流动的联系

(1)能量的输入、传递、转化和散失，离不开物质的合成与分解等过程，物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动。

(2)能量作为动力，使物质在生物群落和非生物环境之间不断地循环往返。

1．下图为部分碳循环示意图，下列叙述正确的是(　　)

A．①⑦⑧过程以CO2的形式进行，②③④⑤⑥过程以有机物的形式进行

B．生产者为第一营养级，①②⑥⑧之和为生产者固定的总能量

C．根瘤菌与豆科植物互利共生时，其生命活动所需的有机碳来自⑥过程

D．图中由生产者、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ构成的食物链中，能量流动是单向、逐级递减的

A　解析：题图中Ⅰ是非生物环境，代表大气中的CO2库，Ⅱ、Ⅲ是消费者，Ⅳ是分解者。碳在生物群落和非生物环境之间的循环(即题图中①⑦⑧)主要是以CO2的形式进行的，碳在生物群落内部(即题图中②③④⑤⑥)主要以含碳有机物的形式进行，A正确；题图中生产者为第一营养级，①为生产者固定的总能量，B错误；根瘤菌是消费者，因此它与豆科植物互利共生时，其生命活动所需的有机碳应该来自②，而不是⑥，C错误；题图中由生产者、Ⅱ、Ⅲ可以构成食物链，而分解者Ⅳ不参与食物链的组成，D错误。

2．下图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析不正确的是(　　)

A．生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足

B．a是消费者，c是生产者，各成分间以CO2的形式传递碳元素

C．对e过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡

D．碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量的载体

B　解析：题图中a为消费者，b为分解者，c为生产者，d为大气中的CO2库，e为化石燃料；碳元素在生物群落与非生物环境之间以CO2的形式循环，在生物群落内部以含碳有机物的形式传递。

　　　　探究土壤微生物的分解作用

1．基本技术要求

(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，微生物分解落叶的功能不同，分解的时间也有差异，一般需要适宜的温度、湿润的条件等。

2．实验组、对照组的确定

接受自变量处理的，或实验结果是未知的为实验组；未接受自变量处理的，或实验结果是已知的为对照组。

考向1| 实验原理考查

1．某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5 cm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，对土壤处理情况见下表。下列有关叙述错误的是(　　)

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．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组、3组的落叶不被分解，2组、4组中的落叶被不同程度地分解

C　解析：该实验中1组、2组是湿润土壤，3组、4组是较干燥土壤，2组与4组对照，可以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正确；该实验中对土壤采取了灭菌和不灭菌的处理，这是对自变量的处理，落叶上存在的微生物属于无关变量，为了避免无关变量对实验结果的干扰，应将各组的落叶进行灭菌处理，B正确；该实验的自变量为土壤是否进行灭菌处理及土壤的湿度，实验中的对照组是2组和4组，C错误；由于1组、3组的土壤进行了灭菌处理，土壤中没有微生物，则1组、3组中的落叶不被分解，而2组、4组中有微生物，但由于土壤湿度不同，微生物的分解作用有一定差异，因此，2组、4组中的落叶被不同程度地分解，D正确。

考向2| 实验拓展应用

2．为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．向a、b组中喷入等量的“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组的“敌草隆”全部消失，b组的基本不变

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

A　解析：实验组为a组，对照组为b组，本实验的自变量是有无土壤微生物，而“敌草隆”的使用量和培养条件是无关变量，无关变量应保持一致且适宜，所以应向a、b组中喷入等量“敌草隆”，再置于同一恒温箱中培养相同时间，A正确；a组的“敌草隆”应该是不变，b组的“敌草隆”可能会部分减少，B错误；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，C错误；没有必要再增加一个对照组，D错误。

命题生长点1 碳循环过程

(1)鸭体内的有机物的来源有哪几个？

答案：鸭摄食的叶片；鸭捕食的昆虫；鸭摄入的饲料。

(2)螺、昆虫、鸭等作为消费者，在碳循环中具有怎样的作用？

答案：促进生态系统的物质循环。

(3)该稻田中还需要施用含N、P、K等元素的化学肥料吗？为什么？

答案：需要。因为该稻田中的大米等农产品输出了该生态系统。

命题生长点2 物质循环与能量流动的关系

(多选)关于该生态农业的叙述，错误的是(BC)

A．微生物能利用水稻、野草通过光合作用储存的能量

B．水稻能利用鸭子粪便中的能量

C．水稻秸秆作为肥料还田，使能量能够循环利用

D．鸭、螺、微生物的呼吸作用可为水稻等提供二氧化碳

解析：水稻、野草的叶片和鸭子的粪便中的能量均来自光合作用，可被分解者利用，水稻不能利用鸭子粪便中的能量，A正确，B错误；在生态系统中，能量流动是单向的，不能循环利用，C错误；鸭、螺、微生物的呼吸作用可为水稻等提供二氧化碳，D正确。

碳循环过程中各生物成分的作用

(1)生产者：利用光能，把大气中的二氧化碳转化为生物群落中的有机物。

(2)消费者：可通过呼吸作用促进生态系统的碳循环。

(3)分解者：把动植物遗体中的有机物分解为无机物。

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，而物质在循环中，由无机物(CO2)→有机物→无机物(CO2)。

(2)能量流动的终点是以热能的形式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。