第3章 第3节 第1课时 生态系统的物质循环及与能量流动的关系-【大鹏生物】2024-2025学年高中生物同步课讲义选择性必修2 生物与环境

第3节　生态系统的物质循环 第1课时　生态系统的物质循环及与能量流动的关系 [ 学习目标 ]　 1.以碳循环为例，说出物质循环的概念、过程和特点。 2.比较能量流动与物质循环的关系。 一、生态系统的物质循环 [ 教材梳理 ] 1．碳循环 图中：①光合作用，②呼吸作用，③消费者，④呼吸作用，⑤分解作用。 2．生态系统的物质循环 (1)概念：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，都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。 (2)特点 ①全球性：物质循环中所说的“生态系统”指的是地球上最大的生态系统——生物圈，因此又叫生物地球化学循环。 ②往复利用：物质在生态系统中循环往复运动。 [ 核心探讨 ] 分析碳循环的过程及特点 1．二氧化碳能溶于水，因此可在大气和海洋、河流之间进行交换。此外，碳还可以长期固定或保存在非生命系统中，如固定于煤、石油或木材中。人类通过对煤和石油等的利用，向大气中排放了大量的二氧化碳。根据上述信息回答下列问题： (1)碳元素在生物体内、大气、水圈中分别主要以什么形式存在？ 提示　碳元素在生物体内主要以有机物的形式存在；碳元素在非生物环境中主要以二氧化碳的形式存在于大气中和溶解于水中。 (2)碳元素是如何进出生产者、消费者和分解者的(以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等)? 提示　非生物环境中的碳元素以二氧化碳的形式通过光合作用形成有机物进入生产者体内；消费者通过捕食，使食物中的有机物进入消费者体内；生产者、消费者遗体和排遗物中的有机物可以被分解者分解利用。生产者、消费者和分解者都通过呼吸作用将有机物分解为二氧化碳等，使碳元素返回非生物环境。 (3)结合教材P62图3－10，用关键词、线段、箭头等完善碳循环的过程。 提示　如图所示 2．化石燃料的过量使用对环境可能会有什么影响？怎么缓解这种影响？ 提示　引起温室效应。在燃烧过程中，化石燃料中的碳转变为二氧化碳进入大气，使大气中的二氧化碳浓度增大。而二氧化碳作为一种温室气体具有吸热和隔热的功能，其结果是地球表面温度升高，加重了温室效应。 缓解措施：开发清洁能源，减少化石燃料的燃烧；植树造林，增加绿地面积。 3．以碳循环为例概括物质循环的特点。 提示　物质循环具有全球性和循环往复运动的特点。 4．同碳元素一样，氮元素在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的。那么为什么还要往农田中不断地施加氮肥呢？ 提示　农田是人工生态系统，是以提高农作物的产量，使能量更多地流向人类，满足人类需要为目的的。农田土壤中氮元素的含量往往不足以使作物高产，加之农产品源源不断地自农田生态系统输出，其中的氮元素并不能都归还土壤，所以需要施加氮肥。这与物质循环并不矛盾。 [ 核心归纳 ] 1．碳循环相关知识点小结 (1)存在形式 ①非生物环境中：CO2和碳酸盐。 ②生物群落内部：有机物。 (2)流动形式 ①生物群落与非生物环境之间：CO2。 ②生物群落内部：有机物。 (3)进入生物群落的途径 ①光合作用。 ②化能合成作用。 (4)返回非生物环境的方式 ①生产者、消费者的呼吸作用。 ②分解者的分解作用。 ③化石燃料的燃烧。 2．辨析物质循环的三个易误点 (1)生态系统的物质循环中所说的“生态系统”并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。 (2)生态系统的物质循环中所说的“物质”并不是指组成生物体的化合物，而是指组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等。 (3)碳在生态系统各成分之间的传递并不都是双向的，只有生产者与非生物环境之间的传递是双向的，其他各成分间的传递均是单向的。 3．碳循环示意图中各组成成分的判断 (1)图甲——先根据A、B之间为双向箭头且指向B的箭头最多可判断：B为大气中的二氧化碳库，A为生产者。再根据A、C的箭头都指向D可判断：D为分解者，C为消费者。 (2)图乙——根据A、C之间为双向箭头且指向C的箭头最多可判断：A是生产者，C是大气中的二氧化碳库。根据A、B、D的箭头都指向E可进一步判断：E是分解者，B是初级消费者，D是次级消费者。 题组一　生态系统的物质循环 1．下列关于生态系统物质循环的叙述，不正确的是(　　) A．所指的物质是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素 B．所说的生态系统是指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非生物环境之间反复出现、循环流动 D．物质在循环过程中不断递减 2．在碳循环中，连通非生物环境和生物群落的生物类群和生理作用分别是(　　) ①生产者　②消费者　③分解者　④光合作用　⑤呼吸作用　⑥蒸腾作用　⑦化能合成作用 A．①②，④⑤⑥ B．①③，④⑤⑦ C．②③，⑤⑥⑦ D．①③，④⑥⑦ 3.如图为生态系统中碳循环的模式图。下列相关叙述正确的是(　　) A．1代表生产者，6可以代表化能合成作用 B．细菌在生态系统中只可以作为3所示成分 C．3是食物链中的最高营养级 D．图中的生态系统可以指某农田生态系统，碳在1和4之间以有机物形式循环 二、能量流动和物质循环的关系 [ 教材梳理 ] 项目 能量流动 物质循环 范围 生态系统各营养级 全球性 特点 单向流动，逐级递减 反复利用 联系 同时进行、相互依存、不可分割： (1)能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程； (2)物质是能量沿食物链(网)流动的载体； (3)能量是物质在生物群落和非生物环境之间循环往复的动力 [ 核心探讨 ] 比较物质循环和能量流动，阐释二者的区别和联系 请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程。 提示　如图所示 [ 核心归纳 ] 能量流动和物质循环的关系分析 (1)能量流动和物质循环相伴而行，但能量在传递过程中由光能→化学能→热能，而物质在循环过程中，由无机物(CO2)→有机物→无机物(CO2)。 (2)能量流动的终点是热能散失到非生物环境中，不能循环利用。而物质循环产生的CO2又被重新利用，所以没有终点。 题组二　能量流动和物质循环的关系 4．下列关于物质循环和能量流动关系的叙述，错误的是(　　) A．物质为能量的载体，物质的循环具有全球性 B．能量作为动力，流经生态系统的各营养级时逐级递减 C．生态系统中先进行物质循环，后发生能量流动 D．二者相互依存、不可分割 5．下列关于生态系统的说法，不正确的是(　　) A．生物圈中的物质可以循环往复运动，但能量不能循环流动 B．相对稳定的生态系统不需要来自系统外的物质和能量补充 C．能量金字塔一定是上窄下宽的形状 D．生物量或数量金字塔有可能出现上宽下窄的倒置形状 6．下列关于生态系统物质循环和能量流动的叙述，正确的是(　　) A．使用粪便作肥料，其能量可以流向植物，实现了对能量的多级利用 B．物质是能量的载体，生态系统的能量是伴随物质而循环利用的 C．碳元素在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的 D．食物链中初级消费者数量越多，次级消费者能够获得的能量就越少 7.如图为生态系统中碳循环的模式图。下列叙述正确的是(　　) A．甲代表生产者，①一定是光合作用 B．乙、丙均为该生态系统中的消费者 C．碳在甲、乙、丙、丁间均以有机物的形式传递 D．在食物链中，能量流动和物质的传递都是单向的 [ 综合强化 ] 8．碳中和是指CO2吸收量和CO2排放量达到平衡，实现CO2的“零排放”。研究碳循环是实现“碳中和”的重要基础。下列说法错误的是(　　) A．碳在生物群落和非生物环境之间主要以CO2的形式循环 B．大气中的CO2主要通过绿色植物的光合作用进入生物群落 C．控制生物体呼吸产生的CO2量是实现碳中和的重要措施 D．植树造林、增加绿地面积有助于降低大气中CO2的浓度 9．为研究森林生态系统的碳循环，对西黄松老龄生态系统(50～250年未砍伐)和幼龄(砍伐后22年)生态系统的有机碳库及年碳收支进行检测，结果见下表。据表分析，以下结论正确的是(　　) 项目 生产者活生物量(g/m2) 净初级生产力[g/(m2·年)] 消费者和分解者的呼吸[g/(m2·年)] 老龄 1 2730 470 440 幼龄 1 460 360 390 注：生产者活生物量：某一时刻单位面积内实存生产者的有机物总量； 净初级生产力：生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率。 注：生产者活生物量：某一时刻单位面积内实存生产者的有机物总量； 净初级生产力：生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率。 A．西黄松老龄群落每平方米有30克碳用于生产者当年的生长、发育和繁殖 B．储存在生产者活生物量中的碳最终均会以CO2的形式返回大气中的CO2库 C．西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力小于老龄群落 D．根据年碳收支分析，西黄松老龄群落不能降低大气碳总量 10．某同学画出3幅表示生态系统部分碳循环的示意图。下列分析错误的是(　　) A．图1中A为生产者，图2中A为生产者，图3中E为生产者 B．图1中C能促进生态系统的物质循环和能量流动 C．图2中A、B、C、D构成群落，碳在其中流动的形式是有机物 D．若使图1、图2、图3完整表示碳循环，需补充化石燃料燃烧产生CO2 11．如图是某自然生态系统中碳循环的部分图解，其中a、b、c、d构成生物群落，①～⑧表示相关过程。请回答下列问题： (1)碳在非生物环境与生物群落之间的循环主要是以________的形式进行的。图示各种成分之间缺少两个重要过程，请用箭头在图中表示出来。 (2)图示初级消费者粪便中的能量属于________(填字母)同化量的一部分。b同化的能量最终的去向有 _____________________________________________________。若图中b的同化量增加1 kJ，则生产者的同化量至少需要增加________kJ。 (3)过度的人工碳排放，会破坏生态系统的_________，导致气温升高从而形成温室效应。为了避免温室效应的形成，可以采取的措施有____________________________________________(写出两点)。 [ 本讲小节 ] 学科网（北京）股份有限公司 $$