第3節(jié)　生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)
1．以碳循環(huán)為例，分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)。(生命觀念、科學(xué)思維)2．說(shuō)明能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系。(生命觀念、科學(xué)思維)3．嘗試探究土壤微生物的分解作用。(科學(xué)探究)4．關(guān)注碳循環(huán)平衡失調(diào)與溫室效應(yīng)，關(guān)注生物富集。(社會(huì)責(zé)任)
1．物質(zhì)循環(huán)的概念：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(guò)程，這就是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，又叫生物地球化學(xué)循環(huán)。2．物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)：全球性、循環(huán)性。3．碳循環(huán)中碳的存在形式(1)在生物群落和非生物環(huán)境(無(wú)機(jī)環(huán)境)間：主要以CO2形式循環(huán)。(2)在生物群落內(nèi)部：以含碳有機(jī)物形式傳遞。(3)在無(wú)機(jī)環(huán)境中：主要以CO2和碳酸鹽形式存在。
4．碳進(jìn)入生物群落的途徑生產(chǎn)者的光合作用和化能合成作用。5．碳返回?zé)o機(jī)環(huán)境的途徑(1)生產(chǎn)者、消費(fèi)者的呼吸作用。(2)分解者的分解作用(實(shí)質(zhì)是呼吸作用)。(3)化石燃料的燃燒。6．溫室效應(yīng)產(chǎn)生原因：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。
7．生物富集現(xiàn)象是指生物體從周?chē)h(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(guò)環(huán)境濃度的現(xiàn)象，稱為生物富集。這些難以降解的元素和化合物一旦進(jìn)入食物鏈，最終會(huì)積累在食物鏈的頂端。8．物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，相互依存，不可分割：(1)能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和釋放，都離不開(kāi)物質(zhì)的合成和分解等過(guò)程。(2)物質(zhì)是能量沿食物鏈(網(wǎng))流動(dòng)的載體。(3)能量是物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中往復(fù)循環(huán)的動(dòng)力。
知識(shí)點(diǎn)一　物質(zhì)循環(huán)及與能量流動(dòng)的關(guān)系
教材梳理1．物質(zhì)循環(huán)的概念及特點(diǎn)(1)概念：組成生物體的碳、氫、氧、氮、磷、硫等_______，都在不斷進(jìn)行著從_____________到___________，又從生物群落到非生物環(huán)境的循環(huán)過(guò)程。
(2)特點(diǎn)①_________：“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”中的“生態(tài)系統(tǒng)”并非一般的生態(tài)系統(tǒng)，而是_________，所以物質(zhì)循環(huán)又稱為_(kāi)____________ ______。②循環(huán)性：非生物環(huán)境中的物質(zhì)可以被生物群落___________，即生物群落和非生物環(huán)境之間的物質(zhì)可以反復(fù)出現(xiàn)、循環(huán)利用，周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)，不會(huì)消失。
2．物質(zhì)循環(huán)的實(shí)例——碳循環(huán)
(1)碳在非生物環(huán)境與生物群落間循環(huán)的主要形式是_________，在生物群落內(nèi)部傳遞的形式是_____________，途徑是_______________。(2)大氣中碳元素進(jìn)入生物群落的途徑是光合作用和____________，生物群落中的碳元素回到非生物環(huán)境中的途徑有分解者的分解作用、動(dòng)植物的___________、化石燃料的燃燒等。此外，_______對(duì)于調(diào)節(jié)大氣中的碳含量起著非常重要的作用。
3．能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系(1)二者是___________的，彼此相互依存，不可分割。(2)物質(zhì)作為能量的_______，使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動(dòng)；能量作為_(kāi)_____，使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和非生物環(huán)境之間__________。
判斷正誤1．參與循環(huán)的物質(zhì)是組成生物體的各種化合物。(　　)2．碳的循環(huán)在生物群落內(nèi)部是以CO2的形式進(jìn)行的。(　　)3．光合作用推動(dòng)碳循環(huán)過(guò)程，促進(jìn)了生物群落中的能量循環(huán)。(　　)4．植物可通過(guò)呼吸作用和光合作用參與生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)。(　　)5．碳循環(huán)的進(jìn)行伴隨著能量流動(dòng)，但由于生物體不能在代謝中利用熱能，所以能量流動(dòng)具有單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減的特點(diǎn)。(　　)6．由于人工碳排放過(guò)度，破壞了生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡，導(dǎo)致大氣中二氧化碳濃度增加并引起全球氣候變化。(　　)
核心探討比較物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，闡釋二者的區(qū)別和聯(lián)系請(qǐng)?jiān)谔佳h(huán)過(guò)程模型上繪制能量流動(dòng)過(guò)程。
核心歸納碳循環(huán)過(guò)程中生態(tài)系統(tǒng)組成成分的判斷1．常見(jiàn)圖示
2．判斷方法：總口訣為雙向箭頭先找準(zhǔn)，多進(jìn)一出是環(huán)境，一出指向生產(chǎn)者，具體如下：(1)在碳循環(huán)模式圖中找到雙向箭頭，雙向箭頭的兩側(cè)分別是大氣中的二氧化碳庫(kù)和生產(chǎn)者(如以上圖示中的A與C)。(2)在此基礎(chǔ)上，有多個(gè)箭頭指進(jìn)去的那個(gè)成分是大氣中的二氧化碳庫(kù)(如以上圖示中的C)，雙向箭頭的另一側(cè)則為生產(chǎn)者(如以上圖示中的A)。(3)除大氣中的二氧化碳庫(kù)外，有多個(gè)箭頭指進(jìn)去的是分解者(如以上圖示中的B)。剩下的成分為消費(fèi)者(如甲、丙兩圖中的D，乙圖中的D、E)。
3．辨析物質(zhì)循環(huán)的三個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)(1)物質(zhì)循環(huán)中的“物質(zhì)”指“構(gòu)成生物體的元素”。(2)物質(zhì)循環(huán)中的“循環(huán)”指在生物群落和非生物環(huán)境間的循環(huán)，生物群落內(nèi)部不能實(shí)現(xiàn)循環(huán)。(3)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中的“生態(tài)系統(tǒng)”指生物圈。
典題應(yīng)用1．某同學(xué)畫(huà)出如下三幅表示生態(tài)系統(tǒng)部分碳循環(huán)的示意圖。下列分析錯(cuò)誤的是(　　)
A．碳循環(huán)中只有生產(chǎn)者與非生物環(huán)境之間的傳遞是雙向的，所以三幅圖中生產(chǎn)者都是AB．圖1中C能促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)C．圖2中A、B、D、E構(gòu)成群落，碳在其中流動(dòng)的形式是有機(jī)物D．若使圖1、圖2、圖3完整表示碳循環(huán)，需要補(bǔ)充化石燃料燃燒產(chǎn)生二氧化碳的過(guò)程
解析：在碳循環(huán)過(guò)程中，生產(chǎn)者與大氣中二氧化碳庫(kù)之間的傳遞是雙向的，而其他生物只能通過(guò)呼吸作用向大氣中釋放二氧化碳，由此可知，圖1～圖3中屬于生產(chǎn)者的分別是A、A、E，A項(xiàng)錯(cuò)誤；圖1中C為消費(fèi)者，能促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，B項(xiàng)正確；圖2中A為生產(chǎn)者，B和D為消費(fèi)者，E是分解者，它們共同構(gòu)成生物群落，在生物群落內(nèi)部碳以有機(jī)物的形式流動(dòng)，C項(xiàng)正確；題干所示三幅圖中均沒(méi)有涉及化石燃料的燃燒過(guò)程，要表示完整的碳循環(huán)，應(yīng)增加化石燃料的燃燒過(guò)程，D項(xiàng)正確。
2．下列有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)的敘述，錯(cuò)誤的是(　　)A．具有全球性B．物質(zhì)是指組成生物體的基本元素C．在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往復(fù)D．在生態(tài)系統(tǒng)的各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間循環(huán)往復(fù)解析：生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)具有全球性，A項(xiàng)正確。物質(zhì)是指組成生物體的基本元素，B項(xiàng)正確。碳循環(huán)在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間以二氧化碳形式傳遞，并且循環(huán)往復(fù)，C項(xiàng)正確。循環(huán)是在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間而不是在生態(tài)系統(tǒng)的各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
知識(shí)點(diǎn)二　生物富集及探究土壤微生物的分解作用
教材梳理1．生物富集(1)概念：生物體從周?chē)h(huán)境吸收、積蓄某種_______或___________的化合物，使其在機(jī)體內(nèi)濃度______________的現(xiàn)象，稱為生物富集。(2)實(shí)例：_____、鎘、汞等重金屬，DDT、六六六等_____________以及一些放射性物質(zhì)。(3)特點(diǎn)：a.有害物質(zhì)可以通過(guò)大氣、水和生物遷移等途徑擴(kuò)散到世界各地，因此生物富集具有_________；b.這些有害物質(zhì)在生物體內(nèi)的濃度沿食物鏈不斷_______。
2．探究土壤微生物的分解作用(1)實(shí)驗(yàn)原理①土壤中生活著肉眼看不見(jiàn)的細(xì)菌、絲狀真菌和呈放射狀的放線菌等微生物，它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中主要充當(dāng)分解者。在不同的氣候與環(huán)境條件下，落葉在土壤中被分解的時(shí)間也不同。
判斷正誤1．生物富集的物質(zhì)會(huì)沿著食物鏈、食物網(wǎng)在生物體內(nèi)聚集。(　　)2．營(yíng)養(yǎng)級(jí)越高的生物，其體內(nèi)富集的有害物質(zhì)的濃度越高。(　　)3．對(duì)照組中落葉的分解速度明顯高于實(shí)驗(yàn)組。(　　)4．實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組可以分別選擇不同種類的落葉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(　　)
核心探討分析生物富集現(xiàn)象及其成因1．如圖為不同采樣點(diǎn)中水、水底沉積物和中國(guó)血蛤體內(nèi)鉛濃度。
據(jù)圖分析，寫(xiě)出分析結(jié)果：__________________________________　_____。
鉛在中國(guó)血蛤體內(nèi)的濃度超過(guò)環(huán)境濃
2．對(duì)比碳循環(huán)，分析鉛在生物體內(nèi)富集的原因。成因：_______________________________________________。
鉛在生物體內(nèi)形成難以降解的化合物，且不易排出
3．如圖為水體和多種水生生物體內(nèi)的鉛濃度示意圖。據(jù)圖分析，寫(xiě)出分析結(jié)果：__________________________________ _____。
鉛在生物體內(nèi)的濃度沿食物鏈不斷升
4．還有哪些有害物質(zhì)也有與鉛類似的現(xiàn)象？提示：鎘、汞等重金屬，DDT、六六六等人工合成的有機(jī)化合物及一些放射性物質(zhì)。5．如何有效地減少生物富集現(xiàn)象？提示：合理利用資源，減少排放，實(shí)施垃圾分類，種植能吸收有害重金屬元素的植物等。
核心歸納1．能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)與生物富集的關(guān)系
2．能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)與生物富集的關(guān)系圖解
典題應(yīng)用3．(2023·湖北卷)脅迫是指一種顯著偏離于生物適宜生活需求的環(huán)境條件。水楊酸可以減輕脅迫對(duì)植物的不利影響。在鎘的脅迫下，添加適宜濃度的水楊酸可激活苦草體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)，降低丙二醛和H2O2含量，有效緩解鎘對(duì)苦草的氧化脅迫。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A．水楊酸能緩解H2O2對(duì)苦草的氧化作用B．在脅迫環(huán)境下，苦草種群的環(huán)境容納量下降C．通過(guò)生物富集作用，鎘能沿食物鏈傳遞到更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)D．在鎘的脅迫下，苦草能通過(guò)自身的調(diào)節(jié)作用維持穩(wěn)態(tài)
解析：水楊酸可激活苦草體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)，故能緩解H2O2對(duì)苦草的氧化作用，A正確；環(huán)境容納量的大小取決于生物所生存的環(huán)境，在脅迫環(huán)境下，苦草種群的環(huán)境容納量下降，B正確；鎘屬于重金屬，能夠通過(guò)生物富集作用，沿食物鏈傳遞到更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)，C正確；脅迫是一種顯著偏離于生物適宜生活需求的環(huán)境條件，因此在鎘的脅迫下，苦草已經(jīng)不能通過(guò)自身的調(diào)節(jié)作用維持穩(wěn)態(tài)，D錯(cuò)誤。
4．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(duì)土壤處理情況如下表所示。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　)
A．該實(shí)驗(yàn)?zāi)芴骄坎煌寥罎穸葪l件下，土壤微生物對(duì)落葉的分解作用B．該實(shí)驗(yàn)的自變量為土壤是否滅菌，因變量是土壤的濕度C．為了控制實(shí)驗(yàn)中的無(wú)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D．預(yù)期結(jié)論是1、3組的落葉不被分解，2、4組中的落葉被不同程度分解解析：該實(shí)驗(yàn)的自變量有兩個(gè)——是否滅菌和土壤濕度，B項(xiàng)錯(cuò)誤。

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