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第3节生态系统的物质循环学习目标核心素养1.以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环2.尝试探究土壤微生物的分解作用3.说明能量流动和物质循环的关系4.关注碳循环平衡失调与温室效应的关系1.通过分析生态系统的物质循环和能量流动的关系，建立生命系统的物质和能量观2.通过分析生态系统物质循环的模式图，培养运用理性思维分析问题、解决问题的能力3.通过分析温室效应产生的原因及减缓措施，培养环保意识一、物质循环的概念及特点1．概念组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断地进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程。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、物质循环的实例——碳循环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．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．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4．温室效应(1)形成原因：化学燃料短时间内大量燃烧使大气中CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。(2)危害：气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。三、物质循环和能量流动的关系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，是单方向的。2．联系(1)二者同时进行，相互依存，不可分割。(2)物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力。四、探究土壤生物的分解作用1．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．实验方案案例1案例2实验假设微生物能分解落叶使之腐烂微生物能分解淀粉实验设计实验组对土壤高温处理A杯中加入30mL土壤浸出液对照组对土壤不做任何处理B杯中加入30_mL蒸馏水自变量土壤中是否含有微生物是否含有微生物实验现象在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组AA1不变蓝A2产生砖红色沉淀BB1变蓝B2无砖红色沉淀结论分析微生物对落叶有分解作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉判断对错(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．土壤微生物参与生态系统的物质循环。()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，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。碳循环及其对环境的影响[问题探究]1．下图是自然界碳循环的简图，据图分析下列有关问题：(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。[归纳总结](1)碳循环分析①碳存在形式无机环境：CO2和碳酸盐生物群落：含碳有机物②碳循环形式：进入生物群落生物群落内部返回无机环境形式CO2含碳有机物CO2方式光合作用和化能合成作用通过食物链或食物网a.生产者和消费者的呼吸作用b.分解者的分解作用c.化学燃料的燃烧方向在群落内部单向，群落与无机环境之间双向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。](1)适度松土可以促进图中的什么过程？提示：适度松土可以促进分解者的分解作用即过程⑧。(2)若D中含有细胞核，则D中将含碳有机物转化为CO2的具体场所是什么？提示：细胞质基质或线粒体基质。(3)写出图中的捕食链。提示：A→B→C。(4)图中碳元素以有机物形式进行传递的过程有哪些呢？提示：②③⑤⑥⑦。2．下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，正确的是()A．1和2包含着所有种群构成的群落B．3代表的生物一定是原核生物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CO2D[从题图中可解读出如下信息：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包含的所有种群才构成群落。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(蚯蚓)。①代表摄食活动，②可以代表呼吸作用。]生态系统中物质循环和能量流动的关系[问题探究]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．下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。[归纳总结](1)能量流动和物质循环的关系项目能量流动物质循环形式光能→化学能→热能化学元素(无机物→有机物→无机物)特点单向流动、逐级递减往复循环范围生态系统各营养级生物圈(全球性)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等过程，两者同时进行、相互依存、不可分割②能量流动和物质循环都借助食物链和食物网进行③物质是能量沿食物链(网)流动的载体④能量是物质在生态系统中反复循环的动力(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1．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。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的能量值为②与③对应的能量值之和A[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；碳循环是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项错误。]2．下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[读图可知，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]知识网络构建核心语句归纳1.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，不断地进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的过程。2.物质循环具有全球性和循环性的特点。3.温室效应形成的原因是化石燃料短时间内大量燃烧使大气中CO2含量迅速增加，打破了生物圈碳循环的平衡。4.物质作为能量的载体，使能量沿食物链流动；能量作为动力，使物质不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。1．下列关于生态系统物质循环的叙述，不正确的是()A．所指的物质是组成生物体的C、H、O、N、P、S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D[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，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__