第30課 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2.2.3 分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)在生物群落與無機(jī)環(huán)境之間不斷循環(huán)的規(guī)律2.2.4 舉例說明利用物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)規(guī)律,人們能夠更加科學(xué)、有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源2.2.6 闡明某些有害物質(zhì)會通過食物鏈不斷地富集的現(xiàn)象1.通過分析物質(zhì)循環(huán)的過程, 建立結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點(diǎn)及生命系統(tǒng)的物質(zhì)和能量觀。(生命觀念)2.通過分析物質(zhì)循環(huán)過程圖解, 培養(yǎng)運(yùn)用邏輯思維分析問題的能力。 (科學(xué)思維)3.通過碳循環(huán)過程的學(xué)習(xí)認(rèn)識溫室效應(yīng)的形成原因,形成減少碳排放的生活意識。(社會責(zé)任)一、碳循環(huán)1(1)碳循環(huán)及存在形式在非生物環(huán)境中:主要以CO2碳酸鹽的形式存在。在生物群落內(nèi)部:以含碳有機(jī)物的形式傳遞。在生物群落和非生物環(huán)境之間:以CO2的形式循環(huán)。(2)碳出入生物群落的途徑碳進(jìn)入生物群落的途徑:生產(chǎn)者的光合作用或化能合成作用。2物質(zhì)循環(huán)又叫生物地球化學(xué)循環(huán)   (1)概念: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。(2)范圍:地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)——生物圈(3)特點(diǎn):全球性;循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。(4)意義:對于改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式具有多方面的啟示。3物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的關(guān)系(1)二者同時(shí)進(jìn)行、相互依存、不可分割。(2)物質(zhì)是能量的載體能量是物質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力。二、生物富集1概念:生物體從周圍環(huán)境吸收、積蓄某種元素難以降解的化合物,使其在機(jī)體內(nèi)濃度超過環(huán)境濃度的現(xiàn)象。2特點(diǎn)(1)隨食物鏈延長,營養(yǎng)級越高的生物體內(nèi)有害物質(zhì)的濃度越。(2)全球性:有害物質(zhì)可通過大氣、水和生物遷移等途徑擴(kuò)散到世界各地。三、探究土壤微生物的分解作用1實(shí)驗(yàn)原理(1)土壤中存在種類、數(shù)目繁多的細(xì)菌、真菌等微生物,它們在生態(tài)系統(tǒng)中的成分主要為分解者。(2)分解者的分解速度與環(huán)境中的溫度、水分等生態(tài)因子相關(guān)。(3)土壤微生物能分泌淀粉酶將淀粉分解成還原糖(麥芽糖),淀粉遇碘變藍(lán)色。還原糖遇斐林試劑在水浴加熱條件下,產(chǎn)生磚紅色沉淀。2實(shí)驗(yàn)流程項(xiàng)目案例1案例2實(shí)驗(yàn)假設(shè)微生物能分解落葉使之腐爛微生物能分解淀粉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組對土壤進(jìn)行60 1 h處理A燒杯中加入30 mL土壤浸出液+淀粉糊對照組對土壤不做處理B燒杯中加入30 mL蒸餾水+與A等量的淀粉糊自變量土壤中是否含微生物溶液中是否含有土壤中的微生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在相同時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)組落葉腐爛程度小于對照組AA1不變藍(lán)A2產(chǎn)生磚紅色沉淀BB1變藍(lán)B2不產(chǎn)生磚紅色沉淀結(jié)論分析微生物對落葉有分解作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉注:A1、B1中加入碘液,A2、B2中加入斐林試劑并水浴加熱。1物質(zhì)循環(huán)具有全球性,因此又叫生物地球化學(xué)循環(huán)(1)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的渠道都是食物鏈和食物網(wǎng)所以物質(zhì)和能量都是循環(huán)往復(fù)的。????????????? (×)(2)與碳循環(huán)有關(guān)的生理活動(dòng)有光合作用、細(xì)胞呼吸和化能合成作用等。 (√)(3)減少化石燃料的燃燒和大力植樹造林都可以有效地緩解溫室效應(yīng)。 (√)2探究土壤微生物的分解作用(1)碘液和斐林試劑可以相互交換使用。 (×)(2)土壤中更多的微生物在生態(tài)系統(tǒng)中屬于消費(fèi)者。 (×)(3)一般來說,熱帶雨林中土壤微生物的分解能力大于北極苔原生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物的分解能力。????????????? (√)     生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)下圖為碳元素在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)的模式圖,圖中甲、乙、丙表示生態(tài)系統(tǒng)的生物成分,箭頭表示生理過程。請據(jù)圖思考下列問題:(1)甲、乙、丙、丁分別代表生態(tài)系統(tǒng)的什么成分?并簡述判斷的理由。答案:甲和丁之間有雙向箭頭,且其他幾種成分都有箭頭指向丁所以丁為大氣中的二氧化碳庫,甲為生產(chǎn)者;甲和乙都有箭頭指向丙,所以丙為分解者,則乙為消費(fèi)者。(2)碳在甲、乙、丙之間的流動(dòng)形式是什么?在甲(或乙,或丙)與丁之間的流動(dòng)形式又是什么?答案:碳在甲、乙、丙之間的流動(dòng)形式是含碳的有機(jī)物,在甲(或乙,或丙)與丁之間的流動(dòng)形式是CO2。(3)圖中的字母分別表示什么過程?答案:b代表光合作用或化能合成作用。d和c代表細(xì)胞呼吸,f代表微生物的分解作用,a代表捕食,e和g代表動(dòng)植物的遺體、排遺物等提供給分解者。1運(yùn)用單、雙箭頭判斷生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)圖中的成說明:在碳循環(huán)中只有生產(chǎn)者與大氣中的CO2庫(非生物的物質(zhì)和能量)之間是雙箭頭。生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者都有箭頭指向大氣中的CO2庫。除大氣中的CO2庫外,生產(chǎn)者、消費(fèi)者都有箭頭指向分解者。(1)圖甲——先根據(jù)雙箭頭判斷:A和B應(yīng)分別為生產(chǎn)者和大氣中的CO2庫。再根據(jù)A→C→D,AD判斷:D為分解者,C為消費(fèi)者。(2)圖乙——根據(jù)A與C之間的雙箭頭判斷:A是生產(chǎn)者,C是大氣中的CO2庫。根據(jù)A、B、D的箭頭都流向E可進(jìn)一步判斷:B是初級消費(fèi)者,D是次級消費(fèi)者,E是分解者。(3)圖丙——根據(jù)A與E之間的雙箭頭判斷:A為大氣中的CO2,E為生產(chǎn)者。然后觀察剩余的幾個(gè)成分,其中其他生物部分的箭頭都指向C,所以C是分解者,剩余的B、D、F則為消費(fèi)者。圖解中的食物鏈?zhǔn)荅→F→D→B。2碳循環(huán)的破壞——溫室效應(yīng)項(xiàng)目溫室效應(yīng)形成原因大量化石燃料的燃燒,導(dǎo)致大氣中的CO2含量迅速增加,打破了生物圈中碳循環(huán)的平衡主要影響使氣溫升高,加快極地和高山冰川的融化導(dǎo)致海平面上升,進(jìn)而對人類和其他許多生物的生存構(gòu)成威脅解決思路減少化石燃料燃燒;植樹造林;開發(fā)清潔能源考向1| 碳循環(huán)過程1下圖為生物圈碳循環(huán)過程示意圖,甲~丁表示生態(tài)系統(tǒng)的成分,~⑦表示過程。下列敘述正確的是(  )A.①⑤⑥表示細(xì)胞呼吸B.和②的速率基本相等C.甲→丙→丁構(gòu)成捕食食物鏈D.③④⑦過程中碳以有機(jī)物的形式傳遞D 解析:①表示光合作用或化能合成作用,②⑤⑥表示細(xì)胞呼吸;若碳循環(huán)能保持平衡,則①和②⑤⑥的速率之和基本相等;丁是分解者不能和其他生物構(gòu)成捕食食物鏈;③④⑦是群落內(nèi)部的碳的流動(dòng),以有機(jī)物的形式傳遞。【方法規(guī)律】“三看法”快速確認(rèn)碳循環(huán)的各環(huán)節(jié)考向2| 生物富集現(xiàn)象2(多選)(2020·山東模擬)某相對穩(wěn)定的草原生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈(網(wǎng))主要有甲、乙、丙、丁、戊五個(gè)種群,且消費(fèi)者只能以其前一營養(yǎng)級的所有生物為食各種群生物體內(nèi)某種重金屬含量如下表所示:種群重金屬含量/(μg/kg鮮重)0.002 70.002 50.0260.0250.5下列說法正確的是(  )A.圖中五個(gè)種群構(gòu)成的食物鏈(網(wǎng))最可能為甲B甲、乙、丙、丁、戊五個(gè)種群的所有生物個(gè)體統(tǒng)稱為一個(gè)生物群落C.在甲、乙、丙、丁、戊生物種群之間碳的流動(dòng)形式是含碳有機(jī)物D.據(jù)圖可知,該生態(tài)系統(tǒng)中的甲與乙、丙與丁分別處于同一營養(yǎng)級CD 解析:重金屬被生物體吸收后難以通過代謝排出體外,營養(yǎng)級越高重金屬含量越多,根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可知甲和乙是生產(chǎn)者(第一營養(yǎng)級),丙和丁是初級消費(fèi)者(第二營養(yǎng)級),戊處于第三營養(yǎng)級。由于消費(fèi)者只能以其前一營養(yǎng)級的所有生物為食所以五個(gè)種群構(gòu)成的食物網(wǎng)為,A錯(cuò)誤;生物群落是指一定地域中所有的生物,B錯(cuò)誤;在生物群落內(nèi)部碳循環(huán)的主要流動(dòng)形式是有機(jī)物,C正確;根據(jù)以上分析可知,甲與乙、丙與丁分別處于同一營養(yǎng)級D正確。(1)題中各種群構(gòu)成一個(gè)食物網(wǎng)而不是簡單的一條食物鏈,原因是題中丙、丁、戊不只以一種生物為食物甲和乙不僅被一種生物捕食。(2)丁到戊的能量傳遞效率約為5%,低于相鄰營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為什么?相鄰營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率是兩個(gè)營養(yǎng)級之間同化量的比值,與丁位于同一營養(yǎng)級的生物還有丙 考向3| 碳循環(huán)的應(yīng)用3(2020·山東德州模擬)生物興趣小組對某農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過程進(jìn)行了調(diào)查,并繪制碳循環(huán)過程示意圖?;卮?/span>相關(guān)問題:(1)物質(zhì)循環(huán)過程伴隨著能量流動(dòng),據(jù)圖分析,輸入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的能量包括_______________________________。(2)在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,農(nóng)作物通過過程①____________從大氣中吸收二氧化碳并固定在農(nóng)作物體內(nèi)。土壤碳庫中的有機(jī)物由分解者通過過程②________轉(zhuǎn)變成無機(jī)物重新被植物利用。(3)碳元素在大氣碳庫、植物碳庫和土壤碳庫之間循環(huán)的主要形式是________,人類活動(dòng)________(填“加速”或“減緩”)了碳循環(huán)的進(jìn)程。(4)有同學(xué)認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)是循環(huán)利用的無須不斷向農(nóng)田中施加肥料。你是否同意該同學(xué)的觀點(diǎn)?________,請給出你的理由:________________________________________________________。解析:(1)從題圖中看出輸入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的能量有農(nóng)作物固定的太陽能、種子和有機(jī)肥中含有的能量。(2)過程①是光合作用;過程②是分解者的分解作用(或呼吸作用)。(3)碳元素在大氣碳庫、植物碳庫和土壤碳庫之間循環(huán)的主要形式是CO2,人類作為消費(fèi)者可以加速物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),所以人類活動(dòng)加速了碳循環(huán)的過程。(4)由于農(nóng)產(chǎn)品源源不斷地自農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中輸出,其中的元素不能歸還土壤,因此需要不斷地施加肥料,這與物質(zhì)循環(huán)不矛盾故不同意該同學(xué)的觀點(diǎn)。答案:(1)農(nóng)作物固定的太陽能、種子和有機(jī)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?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品源源不斷地自農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中輸出,其中的元素不能歸還土壤,所以需要不斷地施加肥料,這與物質(zhì)循環(huán)不矛盾    物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的關(guān)系1物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的區(qū)別項(xiàng)目能量流動(dòng)物質(zhì)循環(huán)形式太陽能→化學(xué)能→熱能過程沿食物鏈(網(wǎng))單向流動(dòng)在非生物環(huán)境與生物群落之間反復(fù)循環(huán)范圍生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級全球(生物圈)特點(diǎn)單向流動(dòng)、逐級遞減全球性、循環(huán)往復(fù)2.物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的聯(lián)系(1)能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失,離不開物質(zhì)的合成與分解等過程,物質(zhì)作為能量的載體,使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動(dòng)。(2)能量作為動(dòng)力,使物質(zhì)在生物群落和非生物環(huán)境之間不斷地循環(huán)往返。1下圖為部分碳循環(huán)示意圖,下列敘述正確的是(  )A.①⑦⑧過程以CO2的形式進(jìn)行②③④⑤⑥過程以有機(jī)物的形式進(jìn)行B.生產(chǎn)者為第一營養(yǎng)級,①②⑥⑧和為生產(chǎn)者固定的總能量C根瘤菌與豆科植物互利共生時(shí)其生命活動(dòng)所需的有機(jī)碳來自⑥過程D.圖中由生產(chǎn)者、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ構(gòu)成的食物鏈中,能量流動(dòng)是單向、逐級遞減的A 解析:題圖中Ⅰ是非生物環(huán)境代表大氣中的CO2,、Ⅲ是消費(fèi)者,是分解者。碳在生物群落和非生物環(huán)境之間的循環(huán)(即題圖中①⑦⑧)主要是以CO2的形式進(jìn)行的,碳在生物群落內(nèi)部(即題圖中②③④⑤⑥)主要以含碳有機(jī)物的形式進(jìn)行A正確;題圖中生產(chǎn)者為第一營養(yǎng)級為生產(chǎn)者固定的總能量,B錯(cuò)誤;根瘤菌是消費(fèi)者,因此它與豆科植物互利共生時(shí)其生命活動(dòng)所需的有機(jī)碳應(yīng)該來自②,而不是⑥,C錯(cuò)誤;題圖中由生產(chǎn)者、Ⅱ、Ⅲ可以構(gòu)成食物鏈,而分解者Ⅳ不參與食物鏈的組成,D錯(cuò)誤。2下圖是生物圈中碳循環(huán)示意圖,下列相關(guān)分析不正確的是(  )A.生物圈通過碳循環(huán)實(shí)現(xiàn)碳元素的自給自足B.a(chǎn)是消費(fèi)者,c是生產(chǎn)者各成分間以CO2的形式傳遞碳元素C.對e過度開發(fā)利用會打破生物圈中碳循環(huán)的平衡D碳循環(huán)過程需要能量驅(qū)動(dòng),同時(shí)又是能量的載體B 解析:題圖中a為消費(fèi)者,b為分解者,c為生產(chǎn)者,d為大氣中的CO2,e為化石燃料;碳元素在生物群落與非生物環(huán)境之間以CO2的形式循環(huán),在生物群落內(nèi)部以含碳有機(jī)物的形式傳遞。    探究土壤微生物的分解作用1基本技術(shù)要求(1)探究活動(dòng)最好在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行以便控制變量,避免環(huán)境中不可控制因素的影響。(2)各地氣候與環(huán)境等因素不同微生物分解落葉的功能不同,分解的時(shí)間也有差異一般需要適宜的溫度、濕潤的條件等。2實(shí)驗(yàn)組、對照組的確定接受自變量處理的,或?qū)嶒?yàn)結(jié)果是未知的為實(shí)驗(yàn)組;未接受自變量處理的或?qū)嶒?yàn)結(jié)果是已知的為對照組。考向1| 實(shí)驗(yàn)原理考查1某生物興趣小組以帶有落葉的表層土壤(深5 cm左右)為實(shí)驗(yàn)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(cuò)誤的是(  )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A.該實(shí)驗(yàn)?zāi)芴骄坎煌寥罎穸葪l件下土壤微生物對落葉的分解作用B.為了控制實(shí)驗(yàn)中的無關(guān)變量,作為實(shí)驗(yàn)材料的落葉也應(yīng)進(jìn)行滅菌處理C.該實(shí)驗(yàn)的自變量為土壤是否進(jìn)行滅菌處理,實(shí)驗(yàn)中的對照組是1組和3組D.預(yù)期結(jié)論是1組、3組的落葉不被分解,2組、4組中的落葉被不同程度地分解C 解析:該實(shí)驗(yàn)中1組、2組是濕潤土壤3組、4組是較干燥土壤2組與4組對照,可以探究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;該實(shí)驗(yàn)中對土壤采取了滅菌和不滅菌的處理,這是對自變量的處理落葉上存在的微生物屬于無關(guān)變量,為了避免無關(guān)變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾,應(yīng)將各組的落葉進(jìn)行滅菌處理B正確;該實(shí)驗(yàn)的自變量為土壤是否進(jìn)行滅菌處理及土壤的濕度,實(shí)驗(yàn)中的對照組是2組和4組,C錯(cuò)誤;由于1組、3組的土壤進(jìn)行了滅菌處理,土壤中沒有微生物1組、3組中的落葉不被分解,而2組、4組中有微生物,但由于土壤濕度不同,微生物的分解作用有一定差異,因此2組、4組中的落葉被不同程度地分解,D正確。考向2| 實(shí)驗(yàn)拓展應(yīng)用2為了解土壤微生物能否分解農(nóng)藥,并盡快得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,有人用“敵草隆”(一種除草劑)進(jìn)行實(shí)驗(yàn):取等量砂土分裝于相同的兩個(gè)容器中,a組高壓滅菌,b組不滅菌。下列有關(guān)事項(xiàng)的敘述中正確的是(  )A.向a、b組中噴入等量的“敵草隆”,再置于同一恒溫箱中培養(yǎng)相同時(shí)間B.檢測“敵草隆”的消失情況預(yù)計(jì)a組的“敵草隆”全部消失,b組的基本不變C.只用砂土實(shí)驗(yàn)效果比用幾種典型土壤混合后的好D.再增加c組作為對照,不噴入“敵草隆”,其他處理與a、b組相同A 解析:實(shí)驗(yàn)組為a組,對照組為b組,本實(shí)驗(yàn)的自變量是有無土壤微生物,而“敵草隆”的使用量和培養(yǎng)條件是無關(guān)變量,無關(guān)變量應(yīng)保持一致且適宜,所以應(yīng)a、b組中噴入等量“敵草隆”,再置于同一恒溫箱中培養(yǎng)相同時(shí)間,A正確;a組的“敵草隆”應(yīng)該是不變,b組的“敵草隆”可能會部分減少,B錯(cuò)誤;因?yàn)榈湫屯寥乐泻⑸锒?/span>,所以用幾種典型土壤混合后的效果好,C錯(cuò)誤;沒有必要再增加一個(gè)對照組D錯(cuò)誤。生活實(shí)踐情境  下圖是近年在某縣試驗(yàn)成功并大范圍推廣的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式,該方式大大提高了農(nóng)田的經(jīng)濟(jì)效益。命題生長點(diǎn)1 碳循環(huán)過程(1)鴨體內(nèi)的有機(jī)物的來源有哪幾個(gè)?答案:鴨攝食的葉片;鴨捕食的昆蟲;鴨攝入的飼料。(2)螺、昆蟲、鴨等作為消費(fèi)者,在碳循環(huán)中具有怎樣的作用?答案:促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。(3)該稻田中還需要施用含N、P、K等元素的化學(xué)肥料嗎?為什么?答案:需要。因?yàn)樵摰咎镏械拇竺椎绒r(nóng)產(chǎn)品輸出了該生態(tài)系統(tǒng)。命題生長點(diǎn)2 物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的關(guān)系(多選)關(guān)于該生態(tài)農(nóng)業(yè)的敘述錯(cuò)誤的是(BC)A.微生物能利用水稻、野草通過光合作用儲存的能量B.水稻能利用鴨子糞便中的能量C.水稻秸稈作為肥料還田,使能量能夠循環(huán)利用D.鴨、螺、微生物的呼吸作用可為水稻等提供二氧化碳解析:水稻、野草的葉片和鴨子的糞便中的能量均來自光合作用,可被分解者利用,水稻不能利用鴨子糞便中的能量,A正確,B錯(cuò)誤;在生態(tài)系統(tǒng)中,能量流動(dòng)是單向的,不能循環(huán)利用C錯(cuò)誤;鴨、螺、微生物的呼吸作用可為水稻等提供二氧化碳D正確。碳循環(huán)過程中各生物成分的作用(1)生產(chǎn)者:利用光能把大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物群落中的有機(jī)物。(2)消費(fèi)者:可通過呼吸作用促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)。(3)分解者:把動(dòng)植物遺體中的有機(jī)物分解為無機(jī)物。能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)關(guān)系分析(1)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)相伴而行,但能量在傳遞過程中由光能→化學(xué)能→熱能而物質(zhì)在循環(huán)中,由無機(jī)物(CO2)→有機(jī)物→無機(jī)物(CO2)。(2)能量流動(dòng)的終點(diǎn)是以熱能的形式散失到非生物環(huán)境中,不能循環(huán)利用。而物質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生的CO2又被重新利用,所以沒有終點(diǎn)。  

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