内容正文:
第三节
生态系统的物质循环
◉学习目标
1.概述生态系统的物质循环过程,并说明能量流动和物质循环的关系。
2.通过分析生物富集的过程,说明生物富集的危害,认同应采取措施减少危害。
CONTENTS
目录
1
2
3
4
知识点一 生态系统的物质是不断循环的
知识点二 有害物质通过食物链呈现富集现象
课时跟踪检测
课堂小结与随堂训练
NO.1
知识点一 生态系统的物质是不断循环的
教材知识梳理
(一)生态系统中的物质循环
概念 组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙等元素,在生态系统中不断地进行着从__________到__________,再回到__________的循环过程,又叫生物地球化学循环
特点 (1) ________——物质循环在地球上最大的生态系统——生物圈中进行。
(2)循环性——物质可被生物群落反复利用
无机环境
生物群落
无机环境
全球性
(二)碳循环
1.碳循环的含义:________在生物圈中的循环过程。
2.碳循环过程图解
碳元素
图中①~④表示的过程或组成成分:①__________,②__________,③______________,④__________________________。
光合作用
呼吸作用
消费者(动物)
微生物等的分解作用
3.碳的存在形式
(1)无机环境:主要以_______________的形式存在。
(2)生物群落:主要以_________的形式存在。
4.生物圈其他的物质循环:包括________、________、磷循环和硫循环等。
CO2和碳酸盐
有机物
水循环
氮循环
(三)能量流动和物质循环的关系
联系 ①在生物圈中,物质循环和能量流动是__________的,两者相互依存,不可分割;
②物质作为______,使能量沿着食物链(网)流动;能量作为_____,使物质在__________和__________之间得以不断地循环往复
区别 ①能量流动是__________的,是单向不循环的;
②物质循环具有________和________的特点
同时进行
载体
动力
生物群落
无机环境
逐级递减
全球性
循环性
[微提醒]
与物质循环有关的两个注意点
(1)物质循环流动,能量单向流动不循环,所以不能说能量伴随着物质循环而循环。
(2)物质循环中所说的“生态系统”不是一般的生态系统,而是指地球上最大的生态系统——生物圈,因此物质循环具有全球性。
核心要点点拨
(一)碳循环形式分析
项目 进入生物群落 生物群落内部 返回无机环境
形式 CO2 有机物 CO2
方式 光合作用和
化能合成作用 通过食物链和食物网 a.生产者和消费者的呼吸作用
b.分解者的分解作用
c.化石燃料的燃烧
方向 在群落内部单向传递,群落与无机环境之间双向循环
(二)图示法理解碳循环常见模式图
解读:
图甲——先根据双向箭头判断,a和b分别为生产者和大气中的CO2;再根据a和c均指向d,判断d为分解者,c为消费者。
图乙——根据a与c之间的双向箭头以及其他成分均有指向c的箭头判断,
a是生产者,c是大气中的CO2;根据a、b、d都有箭头指向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。
图丙——根据a与e之间的双向箭头以及其他成分均有指向a的箭头判断,a为大气中的CO2,e为生产者。然后观察剩余的几个成分,其中各成分都有箭头指向c,所以c是分解者,剩余的b、d、f则为消费者。整个图解中,食物链是e→f→d→b。
图丁——根据大气中的CO2与A之间的双向箭头判断,a是生产者,
a、b、c均有箭头指向动植物遗体和动物的排遗物,其箭头又指向d,说明d是分解者,进一步判断b为初级消费者,c为次级消费者
续表
(三)能量流动与物质循环的比较
项目 能量流动 物质循环
形式 太阳能→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 循环往复
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、彼此相互依存、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能量是物质在生物群落和无机环境之间反复循环的动力
[微提醒]
生态系统物质循环和能量流动“平衡”的相对性
(1)一个生态系统的能量流动和物质循环保持着相对的平衡,
这是生态系统相对稳定的重要保证。
(2)在生物圈范围内物质是循环的,但是农田中不断有粮食产出,所以要不断地补充物质,如施加氮肥。
经典案例探究
[典例] 如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。请据图分析:
(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。
提示: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CO2,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?
提示:碳在甲、乙、丙之间的流动形式是含碳有机物。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?
提示:b代表光合作用或化能合成作用,d和c代表呼吸作用,f代表微生物等的分解作用,a代表捕食,e和g代表动植物的遗体、动物的排遗物等提供给分解者。
(4)既然物质是循环的,为什么农田生态系统还需要经常施肥呢?
提示:物质循环具有全球性,是指在生物圈内进行的循环,而农田是一个较小的生态系统,不断有粮食作物的输出,即物质的输出大于物质的自然输入,因此要不断施加肥料。
[思维建模]
三看法分析碳循环中各组成成分
层级训练评价
(一)澄清概念
1.判断下列叙述的正误
(1)碳可在群落和无机环境之间进行循环。 ( )
(2)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。 ( )
(3)消费者没有参与碳循环的过程。 ( )
(4)碳元素在生物群落中是以二氧化碳的形式流动的,在生物群落和无机环境之间也是以二氧化碳的形式循环的。 ( )
(5)沼渣、沼液作为肥料还田,使物质能够循环利用。 ( )
√
√
×
×
√
(二)落实知能
2.下列是根据如图所示碳循环的部分过程进行的有关分析,其中正确的是( )
A.碳元素在生物群落内部主要以CO2的形式传递
B.参与③过程的生物包括生产者、消费者和分解者
C.③过程增强后,②过程随之增强,不能通过增强③减少大气中的CO2
D.开发太阳能、水能、核能等新能源,可减少人类对①过程的依赖
√
解析:碳元素在生物群落内部主要以含碳有机物的形式传递,A错误;
③过程为CO2进入生物群落的过程,该过程主要为绿色植物的光合作用,参与③过程的生物是生产者,B错误;
③过程为生产者固定CO2的过程,生产者固定CO2形成有机物,有机物中的碳一部分储存在动植物体内,因此能通过增强③减少大气中的CO2,C错误;
减少大气中CO2的量最主要的方法是开发太阳能、水能、核能等新能源,以减少人类对化石燃料的利用(①过程),D正确。
3.(2024·泰州月考)如图是生物圈中碳循环的示意图,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
√
解析:生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足,A正确;
A是消费者,C是生产者,生物群落与无机环境之间以CO2的形式传递碳元素,而生物群落内部以含碳有机物的形式传递碳元素,B错误;
对E(化石燃料)过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡,C正确;
碳循环过程需要能量驱动,同时又是能量的载体,D正确。
4.下列关于生态系统中物质和能量的叙述,正确的是 ( )
A.碳循环是指二氧化碳在无机环境和生物群落之间的循环
B.光合作用可推动碳循环过程,促进了生物群落中的能量循环
C.无机环境中的化学元素可通过多种途径被生物群落反复利用
D.使用粪便作肥料,其能量可以流向生产者,实现了对能量的多级利用
解析:碳循环是指碳元素在无机环境和生物群落之间的循环,A错误;
光合作用可推动碳循环过程,促进了碳从无机环境进入生物群落,能量不能循环,B错误;
√
无机环境中的化学元素可通过多种途径被生物群落反复利用,C正确;
使用粪便作肥料,其能量可以流向分解者,不能流向生产者,D错误。
(三)迁移应用
5.(2024·苏州质检)如图是碳的迁移变化图,结合相关知识,回答下列问题:
(1)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以 的形式进行,碳循环具有循环性和 的特点。
(2)加快构建碳达峰就是让大气中的CO2达到最大值,CO2的主要来源有______________________________________________________;
CO2的去路主要有 ;实现碳中和就是让 保持相等,做到CO2的相对零排放。
(3)上图能否构成一个完整的生态系统? (填“能”或“不能”),原因是___________________________________。
CO2
全球性
各种生物的呼吸作用和微生物的分解作用、化石燃料的燃烧
光合作用和化能合成作用、海洋的溶解
CO2的来源和去路
不能
缺少消费者,且没有能量来源
解析:(1)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行,而在生物群落内部是以含碳有机物的形式进行传递,碳循环具有循环性、全球性的特点。(2)加快构建碳达峰就是让大气中的CO2达到最大值,CO2的主要来源有各种生物的呼吸作用和微生物的分解作用、化石燃料的燃烧,CO2的去路主要有光合作用和化能合成作用、海洋的溶解,实现碳中和就是让CO2的来源和去路保持相等,做到CO2的零排放。(3)一个完整的生态系统包括组成成分和营养结构,题图不能构成一个完整的生态系统,因为缺少消费者,且没有能量来源。
(四)科学探究
6.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( )
组别 1组 2组 3组 4组
土壤处理 灭菌 不灭菌 灭菌 不灭菌
湿润 湿润 较干燥 较干燥
A.该实验可探究在不同土壤湿度条件下,土壤微生物对落叶的分解作用
B.预期结论是1、3组的落叶不被分解,2、4组的落叶被不同程度的分解
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.该实验的自变量为土壤是否经灭菌处理,实验中的对照组是1和3
√
解析:分析表格可知,实验中的自变量是土壤的湿度和土壤是否经灭菌处理,若实验自变量是土壤湿度,探究的是在不同土壤湿度条件下,土壤微生物对落叶的分解作用,若该实验的自变量为土壤是否经灭菌处理,则实验中的对照组是2和4,1和3是实验组,A正确,D错误。
由于1、3组经过灭菌处理,土壤不含微生物,可推测1、3组的落叶不被分解;2、4组土壤中含有微生物,但湿度条件不同,可推测2、4组的落叶被不同程度的分解,B正确。
本实验是研究土壤微生物的分解作用,作为实验材料的落叶上也有许多微生物,需要进行灭菌,否则会对实验结果产生影响,C正确。
7.[多选]植物的落叶在土壤里会逐渐腐烂成为腐殖质。某中学的生物兴趣小组对落叶腐烂的原因及不同土壤中微生物的分解能力进行了实验探究,下列有关叙述正确的是 ( )
A.若要验证落叶腐烂是由于土壤微生物的分解作用,则实验的自变量是土壤微生物分解作用的有无
B.土壤中的各种动物及微生物共同组成群落,各种微生物在生态系统中均属于分解者
C.若用等量的热带雨林土壤和农田土壤进行实验,则相同时间内热带雨林土壤中未腐烂落叶的量较少
D.土壤微生物对落叶的分解是通过微生物的呼吸作用实现的,都与细胞中的线粒体有关
√
√
解析:若要验证落叶腐烂是由于土壤微生物的分解作用,则实验的自变量是土壤微生物分解作用的有无,A正确;
一定区域内的各种动物、植物及各种微生物共同组成群落,土壤中的自养型微生物属于生产者,B错误;
热带雨林土壤中微生物的分解能力强,若用等量的热带雨林土壤和农田土壤进行实验,则相同时间内热带雨林土壤中未腐烂落叶的量较少,C正确;
落叶的腐烂是由于土壤中微生物的分解作用,实质是通过细胞呼吸将有机物分解,土壤中的微生物包括细菌和真菌等,细菌是原核生物,细胞中无线粒体,另外有些微生物进行的是无氧呼吸,也与线粒体无关,
D错误。
NO.2
知识点二 有害物质通过食物链呈现富集现象
教材知识梳理
(一)有害物质循环
概念 指那些对有机体有害的物质进入生态系统,通过___________或________的过程
特点 有害物质一经排放到环境中,便沿着食物链与无机环境进行循环流动。
大多数有害物质,在生物体内具有_______现象
食物链富集
被分解
浓缩
(二)有害物质循环的实例
1.生物富集的概念:难以分解的化合物(如DDT)或重金属(如铅、汞)在生物体内的浓度远远超过环境中浓度的现象,称为生物富集。生物富集常伴随_______而发生。
2.DDT的富集
(1)两条途径进入生态系统:一是经过植物的茎、叶和根进入植物体,在体内积累起来,再依次被植食性动物和肉食性动物逐级取食,逐级富集;二是喷洒的DDT落入地面,经过土壤动物(如取食土壤中有机碎片的蚯蚓)和食虫动物(如鸡)而逐级富集。
(2)食物链越_____,逐级富集量越大。
食物链
复杂
3.汞循环
(1)两条途径进入生态系统:一是通过___________、岩石风化等自然活动;二是经过___________(如开采、冶炼、喷洒农药)。
(2)汞进入生态系统后,土壤和空气中的汞能在________体内积累,并通过________进入人体,对人类健康产生潜在威胁。
(3)一般来说,肉食性鱼体内汞含量______植食性鱼,食鱼的鸟在体内蓄积的汞也很多,人食用后容易引起汞中毒。
火山爆发
人类活动
农作物
食物链
大于
经典案例探究
[典例] DDT是一种人工合成的有机杀虫剂,化学结构稳定,在环境中不易降解,具有杀虫谱广、药效强劲持久等诸多特点。随着DDT的使用面积增大,蚊、蝇、虱等明显减少,有效控制了疟疾等疾病的传播。1962年某书揭露出DDT对生态系统的负面效应,科学家对DDT的争议开始增加,随后许多科学家开始关注DDT对人类和动物的不利影响。
(1)据调查,疟疾的主要传播者是按蚊,疟原虫通过按蚊叮咬人体而寄生在人体内,引发疟疾。湿热的环境十分利于按蚊的生存。
①在自然状况下,直接影响按蚊种群密度的特征是 。
出生率和死亡率
②一些国家曾尝试用环境危害较低的拟除虫菊酯类杀虫剂取代DDT,但随后爆发了几次疟疾,又重新开始使用DDT。根据下图显示的数据分析,在DDT重新使用前后,某国疟疾流行的特点是________________________
,造成这一结果的原因是____________
______________________________________________________________。
使用前疟疾流行广泛,
使用后得到明显的控制和抑制
DDT的重新
使用可以有效杀死按蚊,减少了疟疾的传播,有效地控制了疟疾的流行
(2)科研人员调查某水域生态系统各成分中DDT污染的状况,得到下表所示检测结果。
不同成分 水 底泥 浮游及
沉水植物 浮游水蚤 鲫鱼 乌鳢
(肉食性鱼)
DDT含量/
(μg/kg) 0.1 0.7 6.3 21.0 19.4 124.4
①表中所示结果显示,DDT可以沿 累积,此现象称为 。
食物链(和食物网)
生物富集
②根据表中各类生物体内DDT含量推测,该水域生态系统中的食物链(网)最可能的是 (填序号)。
c
③鲫鱼、乌鳢属于该生态系统组成成分中的 。该生态系统除表中所示成分外,还应有分解者,它们在生态系统中的作用是
。
④物质循环是在 之间进行。自使用DDT后,地球各处几乎都发现有DDT的累积,这与物质循环具有_____性相关。
(3)在DDT的使用问题上,一方面环境学家要求全面禁用DDT,而另一方面疾病控制学家则主张使用DDT。请你根据上述资料,提出关于如何使用DDT的观点及可采取的防控措施__________________
_________________________________________________________。
消费者
将(动植物遗体等)有机物分解成无机物
生物群落与无机环境
全球
替代DDT的灭蚊药物,并使此灭蚊药物能够在环境中自己降解
禁用DDT,可以研发
[解析] (1)①在自然状况下,直接影响按蚊种群密度的特征是出生率和死亡率。②根据题图可知,1996年用拟除虫菊酯类杀虫剂取代DDT后患疟疾疾病数和死亡数都上升,重新使用DDT后两者数据都下降,据此可知,在DDT重新使用前后,疟疾流行的特点是使用前疟疾流行广泛,使用后得到明显的控制和抑制,造成这一结果的原因是DDT的重新使用可以有效杀死按蚊,减少了疟疾的传播,有效地控制了疟疾的流行。(2)①表中所示结果显示,DDT可以沿食物链(和食物网)累积,此现象称为生物富集。②根据表中各类生物体内DDT含量推测,存在的食物链有浮游及沉水植物→浮游水蚤,浮游及沉水植物→鲫鱼→乌鳢,c正确。 ③鲫鱼、乌鳢属于该生态系统组成成分中
的消费者。该生态系统除表中所示成分外,还应有分解者,它们在生态系统中的作用是将动植物遗体等有机物分解成无机物。④物质循环是在生物群落与无机环境之间进行。自使用DDT后,地球各处几乎都发现有DDT的累积,这与物质循环具有全球性的特点相关。(3)考虑到两种主张之间的差异,可以禁用DDT,研发替代DDT的灭蚊药物,并使此灭蚊药物能够在环境中自己降解。
层级训练评价
(一)澄清概念
1.判断下列叙述的正误
(1)生物富集具有全球性。 ( )
(2)排放到生态系统中的有害物质会通过食物链积累。 ( )
(3)生产者吸收有害物质,体内含量较多。 ( )
(4)为修复长期使用农药导致有机物污染的农田,向土壤中投放由多种微生物组成的复合菌剂。该菌剂减少了残留农药进入农作物,一定程度上阻碍了土壤中的物质循环。 ( )
√
√
×
×
(二)落实知能
2.生物富集现象的主要原因是( )
A.植物叶片通过光合作用吸收了有害物质进入生物群落
B.植物的根系从土壤中吸收一些有害物质(如铅),进入植物体内
C.动物一定是通过捕食获得了有害物质
D.生物富集的有害物质同碳循环过程相似
√
解析:植物叶片通过光合作用吸收CO2合成有机物,有害物质不参与光合作用过程,A错误;
植物的根系从土壤中吸收一些有害物质(如铅),进入植物体内,植物的叶片也可以直接摄入吸附在叶片上的有害物质,B正确;
动物可以通过饮水摄取水中的一些有害物质,C错误;
生物富集的有害物质同碳循环过程不同,有害物质很难从生物群落返回到无机环境,D错误。
3.(2024·启东质检)水俣病主要由甲基汞中毒造成,经检测,某地海水中甲基汞的含量为0.017 mg·L-1(符合0.5 mg·L-1以下的安全标准),对海水中具营养关系的甲、乙、丙、丁、戊五种生物体内残存甲基汞的含量分析,结果如下表:
生物 甲 乙 丙 丁 戊
甲基汞浓度/(mg·L-1) 0.05 5 0.51 50 0.48
则以下叙述不正确的是 ( )
A.生物体内甲基汞含量的积累是通过食物链的途径实现的
B.种群丁体内甲基汞含量约为海水的3 000倍,是甲基汞沿食物链逐级富集导致
C.这五种生物最简单的能量流动过程是甲→戊→丙→乙→丁
D.该生态系统内碳循环开始于生产者
√
解析:生物体内甲基汞含量的积累是通过食物链的途径实现的,这种难以分解的化合物在生物体内的浓度远远超过环境中浓度的现象叫做生物富集,A正确;
在生态系统中,有害物质可以通过食物链在生物体内不断积累,其浓度随着消费者级别的升高而逐步增加,种群丁体内甲基汞含量约为海水的3 000倍,对这个现象的正确解释是甲基汞沿食物链逐级富集,不断积累,B正确;
表中生物构成两条食物链:甲→丙→乙→丁和甲→戊→乙→丁,食物链是能量流动的渠道,故这五种生物最简单的能量流动过程是甲→丙→乙→丁和甲→戊→乙→丁,C错误;
生态系统内碳循环开始于生产者的光合作用或化能合成作用,D正确。
(三)迁移应用
4.如表为某库区水域中层生活的几种鱼体内重金属含量(单位:10-3 mg/kg)。请根据表和相关知识回答下列问题。
鱼的种类 A B C D E
Hg 17.8 61.9 70.4 117.0 112.0
Pb 27.3 34.9 52.5 84.3 75.8
(1)研究发现不同的鱼不同器官组织,肌肉与肝脏相比,肝脏中重金属含量显著增高。原因是肝脏在重金属离子诱导下产生MT蛋白,MT蛋白通过巯基与体液中自由存在的重金属离子相结合,降低体液中重金属离子的毒性,但是会使肝脏成为蓄积重金属的场所。由此推测鱼中毒的原因是__________________________________________________________
___________________________________________________________
_____________________________。
(2)生物体内重金属Zn的含量(不超过50 mg/kg)常常超过Hg、Pb、Cd含量,对生物没有不利影响,从代谢角度思考,主要是因为Zn是___________ (填“微量元素”或“大量元素”),Hg、Pb、Cd重金属常常导致蛋白质变性,使蛋白质或者酶失去生理功能,危害生物体健康。
重金属主要与体内新合成的MT蛋白相结合,但当超过动物合成MT蛋白的速度和结合的能力时,重金属离子与其他大分子蛋白相结合,抑制蛋白质功能或使酶失活,引起中毒症状
微量元素
(3)植物的根、叶会吸收土壤、雨水中的Pb。浮游动物和水体动物会直接或间接摄入Pb,形成比较稳定的铅的化合物。一旦含Pb的生物被更高营养级生物食用,Pb就会沿着 逐渐富集。同样的,食性不同的鱼,体内富集的Hg含量有区别。请比较植食性鱼类、杂食性鱼类、肉食性鱼类体内Hg含量的多少:____________
_______________________________________________________。
食物链
植食性鱼类
Hg含量最低,杂食性鱼类Hg含量次之,肉食性鱼类Hg含量最高
解析:(1)肝脏在重金属离子诱导下产生MT蛋白,MT蛋白通过巯基与体液中自由存在的重金属离子相结合,降低体液中重金属离子的浓度,从而减弱重金属离子毒性,但当肝脏产生MT蛋白的速率比体内自由存在的重金属离子与MT蛋白结合的速率慢,或者肝脏内积蓄的重金属离子浓度超过肝脏解毒能力范围,重金属离子与其他大分子蛋白相结合,抑制蛋白质功能或使酶失活,引起中毒症状。(2)Zn是动物生命活动必需的微量元素,缺少锌会影响生物的生命活动。(3)Pb沿食物链逐渐富集,营养级越高,有毒物质的积累量越多;植食性鱼类营养级低,Hg含量最低,肉食性鱼类营养级高,Hg含量最高,杂食性鱼类中Hg含量介于植食性鱼类和肉食性鱼类之间。
课堂小结与随堂训练
NO.3
一、知识体系构建
二、关键语句必背
1.生态系统的物质循环是指组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙等元素,在生态系统中不断地进行着从无机环境到生物群落,再回到无机环境的循环过程。
2.物质循环具有全球性和循环性的特点。
3.物质作为载体,使能量沿着食物链(网)流动;能量作为动力,使物质在生物群落和无机环境之间得以不断地循环往复。
4.生物富集是指难以分解的化合物(如DDT)或重金属(如铅、汞)在生物体内的浓度远远超过环境中浓度的现象。生物富集常伴随食物链而发生。
三、素养好题训练
1.某研究团队运用粉尘爆炸高效燃烧原理,将秸秆粉碎成微粉,然后进行高温燃烧,能达到煤炭、石油这些能源的燃烧效果,从而使秸秆可以充当工业能源。有关这一创新技术的叙述,错误的是 ( )
A.这一技术可以充分燃烧秸秆,加快物质循环进程
B.这一技术可以使农作物固定的能量,更高效的流向对人类有益的方向
C.这一技术可以减少化石燃料的燃烧,对减缓温室效应有帮助
D.这一技术可以减少资源的浪费,实现了能量的循环利用
√
解析:这一技术可以使秸秆充分燃烧,加快物质循环进程,A正确;
从题干信息“将秸秆粉碎成微粉,然后进行高温燃烧,能达到煤炭、石油这些能源的燃烧效果,从而使秸秆可以充当工业能源”可知,这一技术可以使农作物固定的能量,更高效的流向对人类有益的方向,B正确;
将秸秆粉碎成微粉代替煤炭、石油,这样可以减少化石燃料的燃烧,对减缓温室效应有帮助,C正确;
能量流动是单向的,不能循环利用,D错误。
2.“碳汇渔业”是指通过渔业生产活动促进水生生物吸收水体中的CO2,并通过收获把这些碳移出水体的过程和机制,实质是利用海洋生物间的营养关系促进对环境友好的碳循环。下列说法不正确的是 ( )
A.动植物的遗体残骸沉积于海底可减少CO2的排放
B.合理养殖海带、紫菜,能提高生产者固定的CO2总量
C.合理养殖贝类,其捕食作用能提高生产者固定CO2的总量
D.海带、贝类及鱼类所含有的能量总和是该生态系统固定的总能量
√
解析:动植物的遗体残骸沉积于海底,短时间内不能分解形成CO2,因此可减少CO2的排放,A正确;
海带、紫菜在生态系统中都属于生产者,能固定CO2,因此合理养殖海带、紫菜,能提高生产者固定的CO2总量,B正确;
贝类在生态系统中属于消费者,能捕食生产者,在一定程度上能导致生产者的快速生长,从而提高生产者固定CO2的总量,C正确;
生产者固定的太阳能是流经一个生态系统的总能量,贝类和鱼类属于消费者,不能固定太阳能,D错误。
3.全球变暖会引起海水酸化,某研究性学习小组同学利用生活中的废旧物品制作下图模拟装置。下列相关叙述不合理的是 ( )
A.该装置可探究海水酸化对轮藻生长的影响
B.该装置可模拟过量CO2排入水生生态系统
C.海水酸化不只会影响藻类等生产者的数量
D.碳在生物群落内部的主要传递形式为CO2
√
解析:该装置可利用化学反应试剂提供CO2,因此可探究海水酸化对轮藻生长的影响,A正确;
该装置可模拟过量CO2排入水生生态系统,B正确;
海水酸化不只会影响藻类等生产者的数量,还会影响消费者、分解者的数量,C正确;
碳在生物群落内部的主要传递形式为含碳有机物,D错误。
4.多氯联苯(PCB)是人工合成、不易被降解的有机物,有强致畸性,某近海海域及生物体内PCB的含量如下表。下列叙述错误的是 ( )
采样点 海域PCB平均含量/(ng/g) 肌肉组织PCB平均含量/(ng/g)
鱼类 软体类 虾类
1 6.58 116.4 97.5 90.8
2 10.76 547.3 386.7 121.4
3 9.16 524.9 138.3 154.7
A.PCB在生物体内积累造成生物富集现象
B.根据结果推测鱼类可能处于较高营养级
C.PCB扩散到远海水域体现污染具有全球性
D.PCB在生物体内可以正常代谢,从而排出体外
√
解析:由题意可知,PCB不容易被降解,在生物体内积累造成生物富集现象,A正确;
有毒物质会沿食物链流动并逐级积累,营养级越低有毒物质积累越少,营养级越高有毒物质积累越多,由表格数据可知,鱼体内PCB含量最多,所以鱼的营养级别最高,B正确;
物质循环具有全球性、循环性,因此PCB扩散到远海水域体现污染具有全球性,C正确;
PCB是不易被降解的有机物,在生物体内代谢十分缓慢,不易排出,D错误。
5.氮在自然界中以多种形式存在,它们在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈之间不断迁移变化。氮元素是蛋白质的基本组成元素之一,是一切生命结构的重要原料,氮循环对人类和其他生物都具有重要意义,下图是氮循环示意图。下列说法正确的是 ( )
A.植物从土壤中吸收含氮类无机盐,可用来合成蛋白质、脂质、纤维素等物质
B.往农田中适当地施加氮肥违背了生态系统的物质循环
C.硝化细菌能通过化能合成作用合成有机物,属于生态系统中的生产者
D.氮循环是指氮气在生物群落和非生物环境之间的循环过程
解析:纤维素的元素组成是C、H、O,不含N元素,故植物从土壤中吸收含氮类无机盐不能用于合成纤维素,A错误;
√
由于N元素不断随着食物链由植物(生产者)流动到消费者,田地中的N元素在不断减少,故需要往农田中适当地施加氮肥,并未违背生态系统的物质循环,B错误;
硝化细菌能通过化能合成作用合成有机物,属于生态系统中的生产者,C正确;
氮循环是指氮元素在生物群落和非生物环境之间的循环过程,
D错误。
课时跟踪检测
NO.4
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A级——基础综合练
1.物质循环属于生态系统的功能之一,下列与物质循环相关的叙述,不正确的是( )
A.绿色植物同化无机碳转变成有机碳
B.在生物群落内,碳以有机物的形式存在
C.乳酸菌可将有机碳分解为无机碳
D.化石燃料的大量燃烧打破了碳循环的平衡
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解析:绿色植物可通过光合作用将自然界中的无机碳转变成生物体内的有机碳;在生物群落内,碳以有机物的形式存在;乳酸菌是厌氧型细菌,其进行无氧呼吸的产物是乳酸,故不能将有机碳分解为无机碳;化石燃料的大量燃烧会导致空气中的二氧化碳迅速增多,打破碳循环的平衡。
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2.生态系统的物质循环包括碳循环和氮循环等过程。下列有关碳循环的叙述错误的是 ( )
A.消费者加速了碳循环的过程
B.生产者的光合作用是碳循环的重要环节
C.土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节
D.碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2和有机物的形式循环
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解析:消费者参与碳循环的过程,并加速物质循环和能量流动,A正确;
生产者的光合作用使CO2合成有机物,进入生物群落,是碳循环的重要环节,B正确;
土壤中微生物的呼吸作用能使土壤中有机物分解,释放出CO2,是碳循环的重要环节,C正确;
碳以CO2的形式进入生物群落形成有机物,又通过细胞呼吸分解成CO2返回到无机环境,说明碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2形式循环,D错误。
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3.下列有关生物富集的叙述,错误的是 ( )
A.生产者可以吸收有害物质,所以体内有害物质的含量最多
B.生物富集现象具有全球性
C.环境中的有害物质会通过食物链浓缩和积累
D.生物富集的有害物质同碳循环过程不完全相同
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解析:由于物质会沿着食物链和食物网流动,故生产者虽然吸收有害物质,但体内有害物质最多的是最高营养级的生物,A错误;
有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地,生物富集现象具有全球性,B正确;
环境中的有害物质会通过食物链浓缩和积累,C正确;
生物富集的有害物质同碳循环过程不同,有害物质很难从生物群落返回到无机环境,D正确。
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4如图为碳循环的部分示意图,下列说法正确的是 ( )
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A.碳循环是指CO2在生物圈的循环过程
B.伴随a过程的进行,能量输入到生物群落中
C.b过程只代表生物的呼吸作用
D.能完成该循环的生物一定含有叶绿体和线粒体
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解析:碳循环是指碳元素在生物圈的循环过程,A错误;
图中a过程为光合作用或化能合成作用,伴随a过程的进行,能量输入到生物群落中,B正确;
b过程代表生物的呼吸作用及分解者的分解作用,还有化石燃料的燃烧等,C错误;
能完成该循环的生物不一定含有叶绿体和线粒体,D错误。
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5.为推动生态文明建设、减缓和适应气候变化,我国发布了《生态系统碳汇能力巩固提升实施方案》。生态系统碳汇是指降低大气中二氧化碳的过程、活动或机制。下列叙述错误的是 ( )
A.湿地生态系统的碳汇能力较强,可能与分解者的分解能力强有关
B.推进山水林田湖草沙一体化系统治理,可提升生态系统碳汇能力
C.碳汇造林一定程度上可抵消全球的碳排放,说明碳循环具有全球性
D.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行
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解析:生态系统碳汇是指降低大气中二氧化碳的过程、活动或机制,而分解者的分解能力强会导致二氧化碳过多进入大气中,可见,湿地生态系统的碳汇能力较强,不是分解者的分解能力强导致的,A错误;
推进山水林田湖草沙一体化系统治理,可通过增加植被来增强植物的光合作用,因而能提升生态系统碳汇能力,B正确;
碳汇造林可提升植物对二氧化碳的固定能力,因而可在一定程度上抵消全球的碳排放,说明碳循环具有全球性,C正确;
碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行,而在生物群落内部是以含碳有机物的形式进行传递的,D正确。
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6.如图表示生物圈中碳循环的部分示意图。甲、乙、丙、丁构成生物群落,箭头①~⑨表示循环过程。下列有关说法正确的是 ( )
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A.大气中的气体X是指CO2和CO
B.完成①过程的能量主要是由⑧过程提供的
C.丁经⑤⑥⑦过程获得的能量占甲、乙、丙总能量的10%~20%
D.丙处于第三营养级
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解析: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;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%,丁为分解者不属于捕食食物链的组成成分;图中甲为生产者,乙为初级消费者(第二营养级),丙为次级消费者(第三营养级)。
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7.立体农业是指从不同空间、深度利用光、热、水等自然资源,建立物种共栖、质能多级利用的生态农业生产模式。某地依据本地资源特点,发展荒山“林—菇农业”模式,利用板栗树修剪下的枝条在林下种植适合在高湿度、遮光环境生长的栗蘑,废弃培养基又可以作为板栗树的肥料。下列说法正确的是 ( )
A.“林—菇农业”生态系统组成成分只有无机环境、生产者与分解者
B.栗蘑的物质与能量直接来自生产者,它属于食物链的第二营养级
C.“林—菇农业”可以提高各营养级间的能量传递效率
D.土壤需要补施肥料,补偿生态系统被收获的物质,维持生态系统物质循环的正常功能
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解析:“林—菇农业”生态系统的组成成分为生产者、消费者、分解者、非生物因素,A错误;
栗蘑属于分解者,分解者所利用的能量直接来自动植物遗体和遗物中存留的能量,分解者不参与构成捕食食物链,B错误;
能量传递效率无法提高,C错误;
向土壤中施加肥料是给生态系统提供所需要的物质,维持生态系统物质循环的正常功能,D正确。
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8.科研人员在同一个温带草原中选择放牧、割草、围封三种不同利用方式的样地,测定湿润年和干旱年的土壤呼吸总量(样地内土壤动物、植被根系和土壤微生物的呼吸总量),结果如图所示。据图分析正确的是 ( )
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A.本实验的自变量只有降水量
B.割草样地的土壤呼吸对降水状况反应最不敏感
C.土壤呼吸是草原生态系统中碳输出的唯一途径
D.水分对草原生态系统的碳循环具有明显影响
解析:本实验的自变量还包括对样地的利用方式,A错误;
由柱形图可以看出相比放牧和围封两种利用方式,割草样地湿润年土壤呼吸总量与干旱年土壤呼吸总量差异最明显,故割草样地的土壤呼吸对降水状况反应最敏感,B错误;
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土壤呼吸不是草原生态系统中碳输出的唯一途径,如植被除根系外的其他部分的呼吸和动物(除土壤动物)的呼吸等,C错误;
由图可知:无论哪种草原利用方式,湿润年土壤呼吸总量总是大于干旱年,故水分对草原生态系统的碳循环具有明显影响,D正确。
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9.土壤是陆地生态系统最大的碳库,通过土壤有机物质输入和去除实验可控制碳输入的来源和速率,用以研究不同碳输入方式对土壤碳储量的影响,实验包括加倍添加枯枝落叶、去除枯枝落叶、去除植物枯败根系等处理方法。研究表明,加倍添加枯枝落叶可使土壤生物呼吸作用显著增加,且增幅远大于去除等量枯枝落叶引起的呼吸作用降低的程度。下列说法错误的是 ( )
A.土壤碳库大小取决于植物碳输入和微生物碳输出之间的动态平衡
B.土壤碳元素主要通过光合作用输入土壤,通过呼吸作用输出土壤
C.上述实验结果说明,额外的枯枝落叶输入可能促进了土壤中原有有机物的分解
D.去除植物枯败根系降低了土壤微生物的呼吸作用,减少了土壤中碳元素的输出
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解析:土壤碳库大小取决于植物碳输入和微生物碳输出之间的动态平衡,A正确;
土壤碳元素是通过枯枝落叶或植物根系腐败输入的,B错误;
根据题干信息“加倍添加枯枝落叶可使土壤生物呼吸作用显著增加”,说明额外的枯枝落叶输入可能促进了土壤中原有有机物的分解,C正确;
土壤微生物可以将有机物分解,所以去除植物枯败根系降低了土壤微生物的呼吸作用,减少了土壤中碳元素的输出,D正确。
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10.碳元素是构成生物体的重要元素,在自然界中没有外来碳的供应,生物圈中碳供应却从未短缺,这与自然界中的碳循环密切相关。分析以下生态系统的碳循环和能量流动的关系简图,不能得到的结论是 ( )
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A.物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动
B.能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返
C.能量①②③④的总和是生产者所固定的太阳能总量
D.碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
解析:物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动;能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返;生产者固定的太阳能总量包括:生产者自身的呼吸作用散失的能量、生产者流向初级消费者的能量、被分解者利用的能量及未被利用的能量四部分;碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的,在生物群落内部以有机物的形式传递。
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11.图1为某生态系统的碳循环示意图,其中甲、乙、丙、丁为生态系统的组分;A、B、C、D是丙中关系密切的四种生物,图中面积大小代表其同化能量的多少。请回答下列问题:
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(1)完成图中①过程的主要生理作用是 。图中②③过程中碳的传递形式依次是 。
(2)生态系统的结构,除了甲、乙、丙、丁所示的组分外,还包括 。请写出图1中的食物链(网):__________________________________________________。
光合作用
食物链和食物网(或营养结构)
有机物、CO2
(食物网中若D只捕食B或只捕食C也正确)
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(3)图2是图1所示生态系统中某两个营养级(戊、庚)的能量流动示意图,其中a~e表示能量值。庚的粪便中食物残渣的能量包含在______
(填图2中字母)中,庚用于生长、发育及繁殖的能量值可表示为________(用图2中字母和计算符号表示)。
解析:(1)分析图1可知,甲表示大气中的CO2,乙表示生产者,丙表示消费者,丁表示分解者,①过程表示碳元素由无机环境进入生物群落的过程,主要生理作用是光合作用;②过程碳从生产者传递至分解者,以有机物的形式进行;③过程碳从分解者传递至无机环境,以CO2的形式进行。
a-b
c
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(2)生态系统的结构,除图示中的组分以外,还包括食物链和食物网(营养结构);由图1中A、B、C、D四种生物的能量同化量可知,A为初级消费者,B、C为次级消费者,D为三级消费者,据此图写出食物网(见答案)。(3)庚的粪便中食物残渣的能量不属于庚的同化量,而属于戊的同化量,即包含在c中;庚用于生长、发育及繁殖的能量为庚的同化量减去呼吸作用消耗的能量,即a-b。
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B级——应用创新练
12.环境中的汞、铅等重金属随食物、饮水进入生物体内以后储存在脂肪、神经组织中而不容易排出体外。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级,在某一时间测得各营养级所含某种重金属的相对浓度如图所示。下列相关叙述正确的是( )
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A.四种生物都能产生CO2并将其释放到大气中
B.乙营养级摄取的能量多于输入乙营养级的能量
C.该生态系统中的能量流动渠道是丙→甲→乙→丁
D.四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁=甲+乙+丙
解析:处于该食物链(捕食食物链)中的生物为生产者和消费者,都能通过呼吸作用产生CO2并将其释放到大气中,A正确;
乙营养级摄取的能量可能少于输入乙营养级的能量,因为输入乙营养级的能量可能存在人工输入的能量,B错误;
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由于有害物质在食物链中有生物富集现象,营养级越高,重金属的相对浓度越高,因此该生态系统中的能量流动渠道是丁→乙→甲→丙,
C错误;
输入该生态系统的总能量来自生产者丁固定的总能量,但是能量传递过程是有损耗的,所以四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁>甲+乙+丙,D错误。
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13.[多选]高残留有机氯农药甲、乙可在人及动物的脂肪组织内积累。某湖泊生态系统农药残留量监测结果显示,水体中农药甲、乙含量分别为0.3 μg/kg、0.1 μg/kg,水生生物体中农药含量如图所示。下列分析正确的是 ( )
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A.该湖泊生态系统共有4条食物链
B.乌鱼体内的农药来自铜绿方田螺和鲫鱼
C.农药残留量随营养级升高而增加
D.与水体相比,农药甲在乌鱼体内积累的倍数大于农药乙
解析:该湖泊生态系统共有5条食物链,A错误;
鲫鱼和铜绿方田螺均是乌鱼的食物,所以乌鱼体内的农药来自鲫鱼和铜绿方田螺,B正确;
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由于生物富集效应,农药、重金属等会随着营养级的升高而逐渐积累,C正确;
与水体相比,农药甲在乌鱼体内积累的倍数小于农药乙,D错误。
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14.[多选](2024·镇江期中)大气中的二氧化碳含量是变化的,我们把释放二氧化碳的库称为源,吸收二氧化碳的库称为汇。在分析碳循环各个构成元素的基础上,某科研小组提出了某陆地生态系统碳循环模式图,其中括号内的数据为年变化量(单位:109 tC/a),未加括号的数据为库存量(单位:109 tC),下列叙述正确的是 ( )
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A.碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以二氧化碳和碳酸盐的形式进行的
B.不考虑人类活动的作用,仅考虑正常的自然因素时,该陆地植被是一个二氧化碳的汇,它每年净吸收0.37×109 tC的碳量
C.考虑化石燃料的燃烧和生产以及生物质燃烧等人为因素时,该系统每年会向大气净排放0.62×109 tC的碳量
D.“土壤呼吸”是陆地生态系统通过呼吸作用排放二氧化碳最多的途径,即土壤微生物通过无氧或有氧呼吸产生的二氧化碳量
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解析:碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行,A错误;
不考虑人类活动的作用,仅考虑正常的自然因素时,该陆地植被是一个二氧化碳的汇,它每年净吸收的碳量=光合作用-植物呼吸作用-土壤呼吸=(4.26-1.85-2.04)×109 =0.37×109 (tC),B正确;
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考虑化石燃料的燃烧和生产以及生物质燃烧等人为因素时,该系统释放二氧化碳的途径有土壤呼吸、人的呼吸、植物的呼吸作用、生物质燃烧和化石燃烧+水泥,因此这个条件下该系统每年会向大气净排放的碳量=土壤呼吸+人的呼吸+植物呼吸作用+生物质燃烧+(化石燃烧+水泥)-光合作用=(2.04+0.08+1.85+0.18+0.73-4.26)×109=
0.62×109 (tC),C正确;
土壤呼吸包括土壤微生物呼吸、根系呼吸和土壤动物呼吸等,
D错误。
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15.(2024·苏北四市联考)我国将力争于2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”目标。为了实现上述目标,我国采取了包括“碳减排”“碳捕集”“碳封存”和“碳利用”等多种措施。下图表示某生态系统中的碳循环示意图。
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(1)“碳中和”是指通过植树造林、节能减排等形式,抵消CO2排放总量,实现相对“零排放”,达到“碳中和”时,图中X1过程吸收的CO2总量 (填“大于”“等于”或“小于”)Y1、Y2、Y3和Z4过程释放的CO2总量,理由是____________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________。
大于
达到“碳中和”时,X1过程吸收的CO2总量应等于CO2排放总量,而CO2排放总量除包括Y1、Y2、Y3和Z4过程释放的CO2外,还包括化石燃料的开采和使用过程中排放的CO2
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(2)植树造林是“碳捕集”的重要措施之一,植树造林的树种应以本地树种为主,原因是_______________________________________
__________________________________(答出2点即可),“碳减排”与我们的日常生活息息相关,试从衣食住行的角度分析“碳减排”可以采取的措施有______________________________________________
____________________________________________________________________________________________ (答出2点即可)。
避免外来物种入侵,保证本地生态系统的安全性;本地物种具有较高的生态适应性
餐具,少用或者不用一次性餐具;住:节约用水用电,生活垃圾分类处理;行:短途路程尽量骑自行车或者步行
衣:少买不必要的衣服,减少资源浪费;食:尽量自带
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(3)“碳封存”是指通过技术手段捕集CO2,再通过高压管道送到地下或者海底永久性封存。试分析该方法可能对环境造成的负面影响是___________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________。 建立绿色低碳循环体系需要世界各国共同参与,主要原因是 。
过高浓度的CO2将杀死土壤微生物或深海生物(或使土壤或
海水酸化,影响土壤或海洋生物的生存,从而对生物多样性造成
威胁或封存在地下或海底的CO2也有可能会逃逸到大气当中,
加剧温室效应)
碳循环具有全球性
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解析:(1)达到“碳中和”时,X1过程吸收的CO2总量应等于CO2排放总量,而CO2排放总量除包括Y1、Y2、Y3和Z4过程释放的CO2外,还包括化石燃料的开采和使用过程中排放的CO2,故图中X1过程吸收的CO2总量大于Y1、Y2、Y3和Z4过程释放的CO2总量。(2)为避免外来物种入侵,保证本地生态系统的安全性,且本地物种具有较高的生态适应性,故植树造林的树种应以本地树种为主。从衣食住行的角度分析“碳减排”可以采取的措施有:衣:少买不必要的衣服,减少资源浪费;食:尽量自带餐具,少用或者不用一次性餐具;住:节约用水用电,生活垃圾分类处理;行:短途路程尽量骑自行车或者步行。
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(3)“碳封存”技术会导致地下或者海底CO2浓度过高,过高浓度的CO2将杀死土壤微生物或深海生物。碳循环具有全球性,故建立绿色低碳循环体系需要世界各国共同参与。
本课结束
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