内容正文:
第四节
生态系统中的物质能被循环利用
第三章 生态系统
学习目标
1.分析生态系统物质循环的过程和特点。
2.举例说明人类运用生态系统的物质循环规律的意义。
一、生态系统的物质循环
内容索引
课时对点练
二、人类运用生态系统的物质循环规律,在生产实践中实现资源多层次利用
一
生态系统的物质循环
4
教材梳理
1.生物在水循环中起的作用很小
(1)水循环
蒸发、冷凝
雨、雪、冰雹
蒸发
太阳能
水的流动
(2)过程分析
a.① 和② 是水循环的两种方式。
b.海洋亏损的水分通过 的汇集流
入海洋而得以弥补。
c.生物在全球水循环过程中起的作用 。
蒸发
降水
陆地江河
很小
2.碳循环
(1)地球上的碳绝大部分是以 的形式存在于岩石圈中,其次是储存在化石燃料中。生物可直接利用的碳是水圈和大气圈中以 形式存在的碳。
(2)大气圈中的CO2经生产者的①_____
进入生物群落。部分碳通过生物的② 回归大气圈。
碳酸盐
二氧化碳
光合
作用
呼吸作用
(3)动、植物残体内的碳和动物的排泄物等通过分解者的③ 回到大气圈,也可能慢慢形成泥炭、煤和石油等。人类对④ ,又将这些碳释放到大气中。
(4)碳在生态系统中的含量,能通过___
的自我调节机制得到调整,并恢复到原来的平衡状态。
分解作用
化石燃料的使用
碳
循环
3.氮循环
(1)氮循环的过程:固氮、氨化、硝化、反硝化等。
①固氮途径:主要有高能固氮、工业固氮和生物固氮。
a.高能固氮是通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发等所释放的能量进行固氮, ,属于天然固氮方式。
b.工业固氮是在高温、高压、催化剂的作用下,将氮气还原为氨气。工业固氮产量的不断提高,对生态系统中氮的循环产生了重要影响。
c.生物固氮是通过固氮菌和蓝藻等自养或异养微生物进行固氮,是最重要的固氮途径。
形成的氨或硝酸盐随着降雨到达地球表面
②氨化作用是指尿素和尿酸等通过 细菌、放线菌和真菌的代谢活动,转变为无机化合物(氨)并把它释放出来。
③硝化作用是指氨和铵盐被 氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程。
④反硝化作用是指硝酸盐等含氮化合物在 的作用下转化为N2、NO和N2O的过程。
(2)意义:在自然生态系统中,一方面通过各种 使氮可以被生物利用,另一方面又通过 使氮不断重返大气,从而使氮的循环处于一种平衡状态。
异养
硝化细菌
反硝化细菌
固氮作用
反硝化作用
(3)过程分析
a.固氮作用生成的氨或铵盐,通过①② 才能被生物利用。
b.动、植物死体和动物的排泄物中的含氮有机物通过③ 转变为无机化合物(氨)。
c.硝酸盐等含氮化合物通过④ 重返大气。
硝化作用
氨化作用
反硝化作用
(1)碳在生物群落与非生物环境之间主要以CO2的形式循环( )
(2)光合作用推动碳循环的过程,促进了生物群落中的能量循环( )
(3)在碳循环中,非生物环境和生物群落相联系的生物作用主要是光合作用和呼吸作用( )
√
×
√
判断正误
12
任务一:分析碳循环的过程
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?
核心探讨
提示 碳在生物体内主要以有机物的形式存在;碳主要以二氧化碳的形式存在于大气中和溶解于水中。
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、消费者残体和排出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消耗,将有机物分解为二氧化碳等,使碳元素返回非生物环境。
(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)?
(3)结合教材“碳循环示意图”,用关键词、线段、箭头等完善碳循环的过程。
提示 如图所示
提示 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,其结果是使地球表面温度升高。缓解措施:开发清洁能源,减少化石燃料的燃烧;植树造林,增加绿地面积等。
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 物质循环具有全球性和循环往复运动的特点。
3.以碳循环为例概括物质循环的特点。
4.同碳元素一样,氮在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的,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:含碳有机物。
(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:含碳有机物。
核心归纳
(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。
核心归纳
2.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CO2库,A为生产者。再根据A、C的箭头都指向D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。
核心归纳
3.能量流动和物质循环的比较
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,离不开物质的合成和分解;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间循环往复的动力
1.下列关于生态系统的物质循环的叙述,不正确的是
A.生态系统中的物质循环主要有水循环、碳循环和氮循环等
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非生物环境之间循环往复运动
D.物质在循环过程中不断递减
典题应用
√
物质循环的实质为组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素在生物圈这个最大的生态系统中循环往复运动,在这个过程中物质是守恒的。
2.如图是自然界碳循环的简图,据图分析,下列叙述错误的是
A.甲为分解者,乙为消费者,丙为生产者
B.①②③表示CO2通过甲、丙、乙的呼吸
作用进入大气中
C.④主要表示大气中的CO2通过光合作用
进入生物群落
D.碳元素以无机物的形式在丙→乙→甲所示的渠道流动
√
根据丙和大气中的CO2库间存在双向箭头,可判断丙为生产者,根据围绕甲的箭头“多进一出”可判断甲为分解者,则乙为消费者,A正确;
碳元素以含碳有机物的形式在丙→乙→甲所示的渠道流动,D错误。
二
人类运用生态系统的物质循环规律,在生产实践中实现资源多层次利用
25
教材梳理
1.运用物质循环规律可以帮助人们合理地调整生态系统的 和
,使物质中的能量更多地流向对 的方向。
2.人们根据生态学的原理,用系统工程的方法和技术指导生产实践,就可以实现资源的 或 ,使人和自然环境共同受益。
物质循环
能量流动
人类有益
多层次利用
循环利用
(1)流向分解者的物质中的能量不能被人类再度利用( )
(2)农业生态工程可以实现物质和能量的多层次、循环利用( )
×
×
判断正误
27
任务二:生态农业的实例分析
“四位一体”(人居—种植—养殖—沼气)生态农业是我国北方典型的生态农业模式,它以沼气为纽带,将沼气池、猪禽舍、蔬菜栽培与日光温室有机地组合在一起。如图是该系统物质循环的示意图。
核心探讨
(1)和普通的农业生态系统相比,“四位一体”生态系统具有更大的产出投入比的原因是什么?
提示 废弃物及人畜粪便中的能量被多级利用(或充分利用了废弃物及人畜粪便中的能量)。
(2)这种生产模式对环境污染小的理由是什么?
提示 生产一种产品时产生的有机废物,可作为另一种产品的投入(原料)。
3.如图是某农业生态系统模式图,下列关于该系统的叙述错误的是
典题应用
A.微生物利用的是农作物通过
光合作用固定的能量
B.多途径利用农作物可提高该
系统中能量的传递效率
C.沼渣、沼液作为肥料还田可
以促进物质循环再利用
D.食用菌、产甲烷杆菌及蚯蚓是该生态系统中的分解者
√
多途径利用农作物可提高该系统中能量的利用率,但不能提高能量的传递效率,故B错误。
4.(2023·宁波高二统考期末)野生草本植物多具有根系发达、生长较快、抗逆性强的特点,除用于生态治理外,其中一些可替代木材栽培食用菌,收获后剩余的菌渣可作肥料或饲料。下列相关叙述错误的是
A.种植此类草本植物可以减少水土流失
B.菌渣作为农作物的肥料可实现能量的循环利用
C.食用菌属于生态系统组成成分中的分解者
D.菌渣作饲料实现了物质在植物、真菌和动物间的转移
√
此类草本植物根系发达可以固定更多的土壤,故种植此类草本植物可以减少水土流失,A正确;
能量可多级利用,但不能循环利用,B错误;
食用菌是腐生真菌,属于生态系统组成成分中的分解者,C正确;
草本植物可栽培食用菌,而菌渣可作肥料或饲料,故实现了物质在植物、真菌和动物间的转移,D正确。
网络构建
课时对点练
三
35
题组一 生态系统的物质循环
1.在生态系统中总是不断地进行物质循环,这种循环是指物质
A.在特定生态系统中循环的过程
B.在群落的生物体内循环的过程
C.在生态系统各营养级之间循环的过程
D.在群落与非生物环境之间循环的过程
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对点训练
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组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素,都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.(2023·绍兴高二期末)下列关于生态系统中水循环的说法,错误的是
A.主要循环路线是从地球表面进入大气中,从大气中回到地球表面
B.生物在水循环过程中起着重要作用
C.水循环带动了大量物质在地球上运动
D.地球表面的蒸发量和降水量基本持平
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√
生物在全球水循环过程中所起的作用很小,B错误。
3.(2023·宁波高二检测)碳循环是物质循环的主要类型,在生态系统的物质循环中具有重要作用。下列关于碳循环的叙述,错误的是
A.碳循环过程中伴随着能量流动
B.碳元素主要是依靠生产者光合作用固定的
C.由于海洋的含碳量高,所以对大气圈中含碳量的调节起着非常重要的
作用
D.生产者固定的CO2与自身呼吸作用释放的CO2相等时,可维持大气中的
CO2稳定
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生产者固定的CO2大于自身呼吸作用释放的CO2量时,可维持大气中的CO2稳定,因为消费者和分解者都产生CO2,D错误。
4.在生态系统物质循环和能量流动过程中,连接生物群落与非生物环境的主要的生物成分及其生理作用分别是
A.生产者、蒸腾作用;消费者、呼吸作用
B.消费者、呼吸作用;分解者、分解作用
C.生产者、光合作用;分解者、分解作用
D.分解者、分解作用;消费者、合成作用
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在生态系统中,生产者中大部分的绿色植物能够利用光能将二氧化碳和水转变成储存能量的有机物,分解者又可以将动植物遗体残骸中的有机物分解成无机物,进入非生物环境,所以连接生物群落与非生物环境的主要的生物成分及其生理作用分别是生产者进行的光合作用和分解者进行的分解作用,C正确。
5.氮循环包括固氮、氨化、硝化和反硝化等过程。在生态系统的氮循环中起重要作用的生物是
A.绿色植物 B.动物
C.分解者 D.微生物
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有的固氮微生物是自养生物,有的是共生生物,如根瘤菌能利用空气中的氮,对氮循环起重要作用,D正确。
√
6.氮循环过程中,氮元素由生物群落到非生物环境的主要过程是
A.固氮微生物将N2还原成为NH3的过程
B.硝化细菌将NH3氧化成为HNO3的过程
C.植物吸收并利用硝酸盐和铵盐的过程
D.氨化细菌将含氮有机物分解成NH3的过程
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7.如图为氮循环示意图,下列有关叙述不正确的是
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A.①过程中通过生物固定氮素是最重要的
固氮途径
B.进行②过程的生物的代谢类型为异养需氧型
C.进行③和④过程的生物分别主要是生产者和
消费者
D.⑤过程能增加土壤的肥力,有利于农业生产
√
进行②过程的生物是硝化细菌,是自养需氧型生物,B错误。
8.(2022·金华高二期末)物质循环主要有水循环、碳循环和氮循环等,它们具有各自的特征和路径。下列叙述错误的是
A.生物在碳循环、氮循环及水循环中均起着重要作用
B.水圈中的碳酸氢根离子被植物过量利用后,可从大气圈中得到补偿
C.物质循环是指生态系统中的物质在群落和非生物环境之间的循环
D.将生活垃圾及人畜粪便转化为优质有机肥,可实现资源多层次利用
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水的主要循环路线是从地球表面通过蒸发进入大气圈,同时又不断地从大气圈中通过降水回到地球表面,不涉及生物,A错误。
题组二 物质循环规律的应用
9.(2022·台州高二期末)如图为某农业生态系统示意图,下列叙述正确的是
A.该生态系统的群落内部完成物质循环
B.输入该生态系统的总能量大于农作物
固定的太阳能
C.沼渣中能量被农作物重新利用可提高
能量利用率
D.家畜到人的能量传递效率是b/a×100%
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物质循环是指物质在非生物环境和生物群落之间的循环,A错误;
该生态系统为人工建立的农业生态系统,存在太阳能之外的能量(饲料)输
入,因此输入该生态系统的总能量大于农作物固定的太阳能,B正确;
沼渣中的能量不能被农作物重新利用,C错误;
相邻营养级之间的能量传递效率是同化量的比值,而b和a均为摄入量,D错误。
10.选择合适的鱼苗放养在水稻田里,通过鱼除草、除虫、活水、松土、增肥等,可减少水稻的病虫害,使水稻增收。下列叙述正确的是
A.在生态系统中的物质循环和能量流动是两个相对独立的过程
B.该稻田生态系统中的所有水稻和杂草构成不同的营养级
C.与普通稻田相比,该系统的能量传递效率较高
D.农民利用鱼吃掉稻田中的杂草和害虫,是为了使物质中的能量更多地
流向对人类有益的方向
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在生态系统中物质循环和能量流动是相互依存、不可分割的整体,A错误;
该稻田生态系统中的所有水稻和杂草均为生产者,同为第一个营养级,B错误;
与普通稻田相比,该系统的能量利用率提高,能量传递效率并未改变,C错误;
农民利用鱼吃掉稻田中的杂草和害虫,可调整物质循环和能量流动,使物质中的能量更多地流向对人类有益的方向,D正确。
11.如图表示某生态系统中的碳循环过程,据图分析下列叙述错误的是
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A.在生态系统的成分中A属于生产者,
C属于分解者
B.①②代表的生理过程分别是光合作
用和呼吸作用
C.图中化石燃料的大量燃烧会干扰大气中二氧化碳的平衡
D.绿色植物的光合作用和消费者的呼吸作用在生态系统中对碳循环起到
关键作用
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绿色植物的光合作用可以将非生物环境
中的二氧化碳固定并合成有机物进入到
生物群落,分解者的分解作用可以将生
物群落里的动、植物残体和动物排泄物
中的有机物分解成二氧化碳释放到非生物环境中,所以绿色植物的光合作用和分解者的分解作用在生态系统中对碳循环起到关键作用,D错误。
12.某生态系统碳循环部分示意图如下,已知A为绿色植物。下列叙述错误的是
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A.字母D表示大气中的CO2库,除图示来源外,也可以
由水圈中溶解的CO2扩散补充
B.若此生态系统中的生物群落处于顶极状态,则生产者
A固定的CO2量几乎等于所有次级生产者排放的CO2量
C.若将本题图修改为该生态系统的能量流动示意图,D的含义可改为非生物环
境,并增加“光→A”,去除原图中“D→A”、“→E→”
D.若该生态系统表示生物圈,包括地球上所有生物及其生存环境,生物圈在物
质上可以实现自给自足
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当生态系统的生物群落处于顶极状态时,群落中生产者A制造的有机物的量(固定的CO2量)几乎等于包括生产者在内所有个体的有机物的消耗量(排出的CO2量),次级生产者包括消费者和分解者,B错误。
13.分析以下生态系统的能量流动和物质循环的关系简图,不能得到的结论是
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非生物
环境之间循环往复
C.能量①②③④的总和便是生产者所固定的太阳能总量
D.碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
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生产者所固定的太阳能总量是指生产者总的同化量,③的能量属于②,无法比较能量①②③④的总和与生产者所固定的太阳能总量的大小关系,C错误。
14.(2023·杭州高二检测)如图是地球大气CO2浓度的变化曲线图,下列有关叙述错误的是
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A.曲线段2和3呈现的CO2浓度的变化表明,
推行植树造林的举措对实现碳中和意义
重大
B.碳循环具有全球性,因此碳循环失衡影
响的是整个地球的生态环境
C.曲线段5呈现的CO2浓度的变化与化石燃料的燃烧等密切相关
D.CO2是碳往返于生物群落与非生物环境之间及在生物群落内流动的主
要形式
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在曲线段2和3中,随着植物登陆、出现森林,植物通过光合作用固定的CO2增多,CO2浓度下降,表明推行植树造林的举措对实现碳中和意义重大,A正确;
化石燃料的燃烧等会导致CO2浓度升高,C正确;
碳主要以CO2的形式往返于生物群落与非生物环境之间,在生物群落内主要以含碳有机物的形式流动,D错误。
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15.氮和碳都是组成氨基酸、蛋白质、核酸的主要成分,是构成生物有机体的重要元素。两者的主要储存库都是大气,但是氮循环和碳循环存在若干方面的不同。据下图分析,下列说法错误的是
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A.氮循环和碳循环一样都具有全球性
B.氮一定是通过生物固氮的途径进入
生物群落的
C.氮在生物群落中的传递是以含氮化
合物的形式进行的
D.生物群落中的氮最终通过反硝化作用返回大气中
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碳、氢、氧、氮等元素的物质循环都
具有全球性,A正确;
由题图可知,大气中的氮既可以通
过生物固氮的途径进入生物群落,
也可以通过高能固氮、工业固氮等
途径进入生物群落,B错误。
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16.如图是某自然生态系统中碳循环示意图,其中a、b、c、d构成生物群落。回答下列问题:
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(1)在生态系统中,碳元素在生物群落中的
传递渠道是______________。从生态系统的组成成分考虑,图中生物c属于_______,其在生态系统物质循环过程中发挥的重要作用是__________
_______________________________________________________________。
食物链和食物网
分解者
能将动、
植物的残体、粪便和各种复杂的有机物分解为生产者能重新利用的无机物
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在生态系统中,碳元素在生物群落中
的传递渠道是食物链和食物网。图中
d与非生物环境存在双向箭头,为生
产者,a、b均为消费者,a、b、d均
有箭头指向c,c为分解者,分解者能将动、植物的残体、粪便和各种复杂的有机物分解为生产者能重新利用的无机物。
(2)图中b同化的能量最终去向是_________
_________________________。
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综合强化
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自身的呼
吸作用散失和被分解者利用
b为图示中最高营养级,不被其他生物捕食,因此其同化的能量最终去向是自身的呼吸作用散失和被分解者利用。
(3)在自然生态系统的碳循环过程中,植物等从大气中摄取碳的速率与生物的____________作用释放碳的速率大致相等。
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综合强化
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呼吸(和分解)
碳进入生物群落是通过生产者的固定,而返回非生物环境是通过各种生物的呼吸作用,在自然生态系统的碳循环过程中,植物等从大气中摄取碳的速率与生物的呼吸(和分解)作用释放碳的速率大致相等。
(4)全球变暖是当今国际社会共同面临的重大问题,从全球碳循环的主要途径来看,增加________________________________、减少__________是实现碳达峰和碳中和的重要举措。
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综合强化
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碳固定量(或碳吸收量或碳存储量)
碳排放量
从全球碳循环的主要途径来看,减少碳排放量和增加碳吸收量是实现碳达峰和碳中和的重要举措。
17.如图是生态系统的物质循环中氮循环过程示意图。回答下列问题:
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综合强化
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(1)根瘤菌和硝化细菌分别属于生态系统组成成分中的________________。
消费者、生产者
(2)“生态系统的氮循环”中的生态系统指的是________。
生物圈
氮元素进入生产者体内后,
能参与合成的有机化合物是____________________(写出3种)。
蛋白质、核酸、磷脂
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综合强化
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(3)虽然氮元素能在生物群落和非生物环境之间不断循环,但在种植小麦时仍要适量向农田中施加氮肥的原因是________________________________________________。
农产品不断地输出使部分氮元素不能返回农田生态系统
$$