人教版 (2019)选择性必修2第3章 生态系统及其稳定性第3节 生态系统的物质循环第2课时学案及答案

这是一份人教版 (2019)选择性必修2第3章 生态系统及其稳定性第3节 生态系统的物质循环第2课时学案及答案，共9页。学案主要包含了学习目标，课前学习，课上学习，课后练习等内容，欢迎下载使用。
1. 通过分析铅循环的过程、特点及成因，理解某些对生物体健康有害物质在物质循环过程中，具有生物富集和生物放大特点，并且在生物圈内的扩散具有全球性。
2. 通过探究土壤微生物的分解作用，掌握科学探究的基本思路和方法，培养提出问题、作出假设、设计实验方案和分析实验结果等方面能力，加强理论与实践的结合。
3. 通过学习物质循环和能量流动规律及关系，结合我国国情，寻求更加科学、有效地利用生态系统中资源的原理，改善个人行为决策。
【课前学习】
一、生物富集
1．概念：生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或_________的化合物，使其在机体内浓度超过_________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_______。
（2）_______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。
二、能量流动与物质循环的关系
1.物质作为能量的________，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为________，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。
2.二者____________，彼此相互依存，不可分割。
三、探究土壤微生物的分解作用
1.实验原理：土壤中存在的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为_______。分解者将环境中的_______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.案例1 ：实验假设——土壤微生物能分解落叶使之腐烂；实验设计——实验组对土壤_______处理；对照组对土壤不做任何处理（自然状态）。
3.案例2 ：实验假设——土壤微生物能分解淀粉。 实验设计——实验组A烧杯中加入30 mL的_______；对照组B烧杯中加入等量的蒸馏水。
参考答案：一、1.难以降解 环境浓度 2.（1）越高 （2）全球
二、1.载体 动力 2.同时进行 三、1.分解者 有机物 2. 高温 3.土壤浸出液
【课上学习】
任务一：分析铅循环的过程、特点及其成因：
1．阅读资料，分析铅浓度在生物体中的特点。
2．阅读资料，分析生物富集随暴露时间的变化。
3．阅读材料，分析铅浓度在生物群落内的特点。
4．借助模型与建模，归纳总结铅浓度在生物群落内会放大的原因。
5．通过回顾铅循环的主要过程，分析铅在生态系统中流动的特点及成因。
任务二：探究土壤微生物的分解作用：
1．探究实验部分
问题1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
理解实验方案设计，学会进行数据统计，分析结果和得出结论。
问题2：土壤微生物能分解淀粉吗？
分析所提供的实验设计的优缺点。
2．思考讨论部分
阐述胡杨死后，很长时间都没有腐烂的原因，并分析长有胡杨的荒漠土壤一般比草原的贫瘠的原因。
任务三：结合种养结合循环农业原理的学习，对比归纳能量流动和物质循环之间的关系
【课后练习】
1. 含铅汽油的燃烧、铅的开采及提取等人类活动可以增加大气和土壤中的铅含量。植物能吸收含铅物质，动物通过取食植物和饮用含铅的水摄入铅。下列相关说法错误的是（ ）
A．营养级越高的生物，其体内铅浓度越低
B．铅可在生物群落和非生物环境之间循环
C．增大清洁能源的利用率可减少大气中铅的来源
D．可采用具有富集特性的生物对环境中的铅进行吸收
2. 为修复长期使用农药导致有机物污染的农田，有人建议向土壤中投放由多种微生物组成的复合菌剂。下列相关叙述错误的是（ ）
A. 复合菌剂的投放，可改善被农药污染的农田环境
B. 复合菌剂的投放，会阻碍此生态系统的物质循环
C. 复合菌剂中的微生物在农田生态系统中发挥分解者的作用
D. 与未修复时相比，修复后农田生态系统中物种丰富度可能改变
3. 常规稻作指田间仅种植水稻，稻蟹共作指利用稻田养蟹。稻田为河蟹提供了栖息场所，河蟹通过取食稻田虫子，减轻稻田虫害，河蟹的粪便可以作为肥料，有利于水稻生长。与常规稻作相比，从生态学角度对稻蟹共作模式进行分析，错误的是（ ）
A. 改变了稻田中食物网的结构
B．改变了稻田中群落的物种组成
C．水稻和河蟹之间建立了合作关系
D．水稻和河蟹之间存在能量循环流动
4.下表为某水库内一条食物链中几种生物体内重金属Cd的浓度（单位：ng·g-1）。请据表推测这几种生物中，最可能为植食性的是（ ）
A．①生物 B．②生物 C．③生物 D．④生物
5. 某地果园产大桃，但果园大量废弃枝条和落叶乱堆乱放占用土地，被焚烧后污染环境。为解决此问题，区政府建设了“生态桥”工程，将废弃物加工成有机肥后施加到果园土壤中，减轻污染的同时，提高了桃的产量。下列相关叙述正确的是（ ）
A. “生态桥”工程利用的是种养结合循环农业的原理
B. “生态桥”工程的实施，促进了果园生态系统的物质循环
C. 将有机肥施加到果园中，不会改变土壤微生物的组成和密度
D. 将废弃物加工成有机肥，实现了果树对废弃物能量的循环利用
6.下列关于物质循环和能量流动的叙述，错误的是（ ）
A．物质循环的“物质”是指组成生物体的化学元素
B．生态系统的物质循环具有全球性和循环往复性
C．能量流动就是指生态系统中能量的输入和散失过程
D．物质是能量的载体，能量是循环的动力
7.为更好地建设雄安新区，科研人员调查白洋淀水域生态系统各成分中难降解的有机氯农药DDT污染的状况，得到下表所示检测结果。下列叙述错误的是（ ）
注：鲫鱼主要以植物为食，乌鳢为肉食鱼。
A．表格中各成分共同构成了该生态系统的营养结构
B．DDT几乎污染了白洋淀生态系统所有成分
C．营养级越高，生物体内的DDT含量越高
D．水生植物同化的太阳能只有少部分传递给乌鳢
8.某小组为探究土壤微生物的分解作用，进行了相关实验。下列相关叙述错误的是（ ）
A．本实验设置的因变量是土壤中微生物的种类以及数量
B．根据土壤中同种落叶的腐烂程度可以判断土壤微生物的作用
C．将带有落叶的土壤在60℃恒温箱中处理1h的目的是杀死土壤微生物
D．实验中土壤的温度和含水量、落叶的种类和大小都应保持相同且适宜
9.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（ ）
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.该实验的自变量为土壤是否灭菌，因变量是土壤的湿度
C.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
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分解
10. 随着我国畜禽业大力发展，畜禽废水排放带来的环境污染问题日益严重。为缓解这一问题，我国南方某些地区借助蚯蚓生态滤池进行畜禽废水的处理。蚯蚓生态滤池利用蚯蚓、土壤、植物、微生物对废水进行沉淀、分解利用，具有环境友好的特点。
（1）下图所示实验装置模拟了蚯蚓生态滤池。它由配水箱、驱动泵、布水管、蚯蚓生态滤池4部分组成。
（1）该装置是一个简易的生态系统，流经该生态系统中各营养级的总能量主要来源于 ，蚯蚓属于该生态系统组成成分中的 ，其作用是 。
（2）为探讨同样条件下不同蚯蚓密度对畜禽废水的处理效果。研究者设置了3个蚯蚓密度，再将其放置于3个不同滤池的土壤层中，测量不同蚯蚓密度对畜禽废水中各指标的去除率，结果如下表所示。
不同蚯蚓密度对畜禽废水中各指标的去除率
注：COD：化学需氧量（水体有机物含量指标，有机物含量高，则化学需氧量高）
TP：总磷量 TN：总氮量 NH4+-N：以NH4+形式存在的N
请根据表中数据，回答下列问题：
①当蚯蚓密度为 （g·L-1）时，畜禽废水最适合用作异养生物的生态养殖；
②当蚯蚓密度为 （g·L-1）时，畜禽废水总体去污能力最强；
③随着蚯蚓密度的增加，对废水中的 （填物质或元素名称）去除效果不断增强。
（3）对N的去除利用的是硝化作用和反硝化作用的原理。硝化作用是将NH4+-N转化成NO3--N或NO2--N；反硝化作用是将NO3--N和NO2--N还原成气态氮。硝化细菌为自养型生物，反硝化细菌和蚯蚓均为异养型生物。由表中数据，可以发现：随蚯蚓密度上升，NH4+-N去除率显著增加，TN去除率降低，请解释上述现象产生的可能原因：① ，② ，③ 。
（4）若将该实验装置应用到我国北方，请简要阐明需要注意的事项 。
参考答案
1. A. 铅属于重金属，进入生物体后，能形成多种比较稳定的化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被生物体排出，从而积蓄在体内，使其在机体内浓度超过环境浓度，发生生物富集。一旦含有铅的生物被更高营养级的动物食用，铅就会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。因此，营养级越高的生物，其体内的铅浓度越高。因此A选项错误。B．生态系统的物质循环指的是物质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。铅参与生态系统的物质循环，因此铅可在生物群落和非生物环境之间循环。因此B选项正确。C．用清洁能源替代铅的使用，可以减少大气中铅的来源。因此C选项正确。 D. 正因为铅会发生生物富集，所以可以通过采用具有富集特性的生物对环境中的铅进行吸收，降低环境中的铅浓度。因此D选项正确。
2. A. 题干中提到，使用农药导致有机物污染，由此可以得知农药中所含有的有机物污染了环境，复合菌剂中微生物进行分解作用可以减少有机物的含量，从而改善被农药污染的农田环境。因此A选项正确。B．复合菌剂是由多种微生物组成，微生物在生态系统中起分解者的作用，分解者能够将动植物遗体残骸和动物的排遗物中的有机物分解成无机物，有利于生物群落中的物质回归非生物环境，促进了生态系统中的物质循环。因此B选项错误。 C．复合菌剂是由多种微生物组成的，微生物在生态系统中是分解者，分解者可以通过分解作用将有机物转化为无机物。因此C选项正确。 D. 因为复合菌剂的投放，增加了农田生态系统中分解者的种类和数量，因此，与未修复时相比，修复后的农田生态系统中，物种的数目（即物种丰富度）可能改变。因此D选项正确。
3. A. 与常规稻作相比，稻蟹共作模式向稻田中引入了河蟹，河蟹属于消费者，改变了稻田中原有的食物网结构。因此A选项正确。 B. 与常规稻作相比，稻蟹共作模式向稻田中引入了河蟹，改变了稻田中群落的物种组成。因此B选项正确。C. 由题干可知，稻田为河蟹提供了栖息场所，河蟹通过取食稻田虫子，减轻稻田虫害，河蟹的粪便可以作为肥料，有利于水稻生长。水稻和河蟹之间建立的是合作关系。因此C选项正确。 D. 在生态系统各营养级之间能量是单向流动，逐级递减，不是循环流动的。因此D选项错误。
4. 重金属进入生物体后，能形成多种比较稳定的化合物，导致其不易被生物体排出，从而积蓄在体内，使重金属在机体内浓度超过环境浓度，发生生物富集。一旦含有重金属的生物被更高营养级的动物食用，它就会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。因此，营养级越高的生物，其体内的重金属浓度越高。根据这一规律，我们可以推出，这条食物链为：①→②→③→④。再由食物链的组成，我们可以知道，第一营养级为生产者，第二营养级为初级消费者，即植食性动物，植食性的生物位于第二营养级，第三营养级为次级消费者，第四营养级为三级消费者。在一条食物链中，次级消费者和三级消费者均属于肉食性动物。因此B选项正确。
5. A. “生态桥”工程通过将果园中废弃枝条和落叶等废弃物加工成有机肥后施加到果园土壤，可以促进果园生态系统的物质循环，有利于种植业的发展。而种养结合循环农业，指的是把种植业与养殖业相结合，“生态桥”工程并没有发展养殖业，因此不是利用的种养结合循环农业的原理。因此A选项错误。 B．由题干可知，“生态桥”工程将果园中废弃枝条和落叶等废弃物加工成有机肥后施加到果园土壤，可以促进果园生态系统的物质循环。因此B选项正确。
C. 将有机肥施加到果园中，增加了土壤中营养物质的含量，土壤微生物一般为异养型生物，可能会改变土壤微生物的组成和密度。因此C选项错误。 D. 在生态系统各营养级之间能量是单向流动，逐级递减，不是循环流动的，不能被循环利用。因此D选项错误。
6．C 生态系统物质循环所指的物质是组成生物体的C、H、0、N、P、S等化学元素，A正确；生态系统的物质循环具有全球性（生物地球化学循环）和循环往复的特点，B正确；生态系统的能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失过程，C错误；物质循环的过程中伴随能量流动，即物质是能量的载体，且能量为物质循环提供动力，D正确。
7．A 营养结构是指食物链和食物网，表格中各成分没有共同构成了该生态系统的营养结构，A错误；该生态系统的所有成分中都含有一定浓度的DDT，说明DDT几乎污染了白洋淀生态系统所有成分，B正确；食物链中营养级越高的生物，体内富集的DDT越多，C正确；鲫鱼主要以植物为食，乌鳢为肉食鱼，根据能量的单向传递、逐级递减的特点可知，水生植物同化的太阳能只有少部分传递给乌鳢，D正确。
8.A 本实验设置的因变量是落叶的腐烂程度，A错误；土壤中同种落叶的腐烂程度可以作为检测的指标，B正确；放在60℃恒温箱1h目的是灭菌，同时避免土壤的理化性质改变，C正确；实验中土壤的温度和含水量、落叶的种类和大小属于无关变量，无关变量应保持相同且适宜，D正确。
9．B 题中表格有两个自变量：土壤是否灭菌和土壤湿度，因此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；该实验的自变量是土壤湿度和是否灭菌，因变量是落叶分解程度，B错误；作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理，防止落叶中的微生物影响实验结果，C正确；1、3组土壤灭菌，土壤中没有微生物分解落叶，2、4组没有灭菌，土壤中有微生物分解落叶，只是在湿润和较干燥的环境中分解程度不同，D正确。
10. 【答案】（1）绿色植物光合作用固定的太阳能；分解者；分解有机物，促进物质循环
（2）①2.48；②7.45；③有机物，P，NH4+-N
（3）①蚯蚓为异养型生物，当蚯蚓密度上升时，畜禽废水中有机物含量减少；②硝化细菌为自养型生物，不受畜禽废水中有机物含量的影响，硝化细菌可通过硝化作用，将水中的NH4+-N转化为NO3--N或NO2--N，导致水中NH4+-N去除率显著升高；③反硝化细菌为异养型生物，畜禽废水中有机物含量的减少，导致其新陈代谢过程中能利用的营养物质减少，各项新陈代谢活动（包括反硝化作用）受抑制，因此硝化细菌产生的NO3--N和NO2--N没法通过反硝化作用还原成气态氮，从而导致TN去除率降低。
（4）控制好温度、光照等条件，保证净化装置中的植物和蚯蚓能够正常生存。
【解析】（1）地球上各生态系统（包括生物群落和非生物环境）的总能量一般来源于太阳。进入生物群落中，流经生物群落各营养级的总能量来源于生产者固定的能量，主要是绿色植物光合作用固定的太阳能。
蚯蚓能够将有机物分解成无机物，是生态系统中的分解者，作用是分解有机物，促进物质循环。
（2）① 异养生物需要利用环境中的有机物进行生存，因此COD越高，越适合异养生物的生态养殖。表中的数据是COD去除率，因此COD去除率越低，则COD越高，越适合异养生物的生态养殖。当蚯蚓密度为2.48 g·L-1时，COD最低，因此最适合用作异养生物的生态养殖。
② 读表中的数据可知，当蚯蚓密度为7.45 g·L-1时，畜禽废水中COD、TP和NH4+-N的去除率是最高的，因此此时，废水中总体去污能力最强。
③读表中的数据可知，随着蚯蚓密度的增加，畜禽废水中COD、TP和NH4+-N的去除率是不断增强。题目中要求填物质或元素名称，因此不能直接填COD、TP和NH4+-N，要填有机物、P和NH4+-N。
（3）① 蚯蚓为异养型生物，当蚯蚓密度上升时，畜禽废水中有机物含量减少；②硝化细菌为自养型生物，不受畜禽废水中有机物含量的影响，硝化细菌可通过硝化作用，将水中的NH4+-N转化为NO3--N或NO2--N，导致水中NH4+-N去除率显著升高；③反硝化细菌为异养型生物，畜禽废水中有机物含量的减少，导致其新陈代谢过程中能利用的营养物质减少，各项新陈代谢活动（包括反硝化作用）受抑制，因此硝化细菌产生的NO3--N和NO2--N没法通过反硝化作用还原成气态氮，从而导致TN去除率降低。
（4）我国南北地区的差异主要体现在温度、光照和水分的不同，本生态系统中有充足的水分，因此应用到北方地区的时候，需要控制好温度、光照等条件，目的是保证净化装置中的植物和蚯蚓能够正常生存即可。
生物种类
①
②
③
④
Cd
8.8
14.1
21.9
41.6
不同成分
水
底泥
水生植物
浮游动物
底栖动物
鲫鱼
乌鳢
DDT含量
（μg/Kg）
0.1
0.7
6.3
21.0
37.9
19.4
124.4
1组
2组
3组
4组
土壤处理
灭菌
不灭菌
灭菌
不灭菌
土壤湿度
湿润
湿润
较干燥
较干燥
蚯蚓密度
（g·L-1）
去除率/%
COD
TP
TN
NH4+﹣N
2.48
32.5
73.47
11.94
75.56
4.97
46.03
79.97
7.53
79.48
7.45
56.86
95.20
1.37
97.2