第3章 第3节 生态系统的物质循环（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二生物选择性必修2同步学案（人教版2019）

第3节　生态系统的物质循环 学习目标 素养要求 1.举例说明利用物质循环和能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。 2.阐明某些有害物质会通过食物链不断地富集的现象。 使用图示等方式表征和说明生态系统中物质循环的过程和特征，并对相关的生态学实践应用作出合理的分析和判断。(生命观念、科学思维、社会责任) 一、物质循环 1．概念 (1)循环的物质：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素。 (2)循环的途径：生物群落和非生物环境。 (3)循环的范围：生物圈。 2．物质循环的特点 (1)全球性； (2)循环往复运动。 二、实例——碳循环 1．形式 在生物群落与非生物环境之间，碳主要是以二氧化碳的形式进行循环。 2．过程 3．温室效应 (1)形成原因：化石燃料的开采和使用。 (2)形成结果：大气中CO2含量迅速增加。 (3)措施：减少CO2的排放；大力提倡植树种草。 三、生物富集 1．概念 生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象。 2．特点 (1)铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高。原因：进入生物体内的铅，能够形成多种比较稳定的铅化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易排出，含有铅的生物被更高营养级的动物食用，铅沿着食物链逐渐聚集，最终积累在食物链的顶端。 (2)全球性。原因：镉、汞等重金属，DDT等有机物以及一些放射性物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地。 四、能量流动与物质循环的关系 1．联系 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非生物环境之间循环往返。生态系统中的各种组成成分，正是通过能量流动和物质循环，才能够紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。 2．区别 在物质循环过程中，非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用；能量流动则不同，能量在流经生态系统各营养级时，是逐级递减的，而且流动是单方向不循环的。 五、探究土壤微生物的分解作用 　　类别 项目　　 案例1 案例2 实验假设 土壤微生物能分解落叶使之腐烂 土壤微生物能分解淀粉 实验 设计 实验组 对土壤进行高温灭菌处理 A烧杯中加入30 mL土壤浸出液＋淀粉糊 对照组 对土壤不做任何处理 B烧杯中加入30_mL蒸馏水＋与A等量的淀粉糊 自变量 土壤中是否含有微生物 是否加土壤浸出液 [自学效果诊断] 1．判正误 (1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物( × ) (2)碳循环在生物群落内部以CO2形式进行( × ) (3)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环( √ ) (4)碳循环中由于生物的呼吸作用和微生物的分解作用，导致了温室效应现象的出现( × ) (5)能量流动与物质循环是两个独立的过程( × ) (6)能量流动伴随着物质循环在生态系统中反复利用( × ) 2．微思考 (1)如果滥伐森林，对生态系统的碳循环及生态环境有何影响？ [提示]　破坏碳循环的平衡，使CO2含量增加，进而导致温室效应。 (2)物质循环和能量流动的起点和终点是否相同？ [提示]　不同。能量流动的起点和终点分别是生产者固定的太阳能和以热能的形式散失；而物质循环过程中物质是循环利用的，所以是没有起点和终点的。 新知探究一　物质循环过程分析 观察教材P62图3－10碳循环示意图，思考并探究下列问题。 1．碳循环的过程 (1)大气中的二氧化碳进入生物群落的途径有哪些？图中涉及的途径是哪一途径？ [提示]　光合作用和化能合成作用　光合作用 (2)碳元素由生物群落进入非生物环境的途径有哪些？ [提示]　生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用、化石燃料的开采和使用等。 (3)化石燃料的过量开采和使用对碳循环及环境可能会有什么影响？ [提示]　引起温室效应。在使用过程中，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。 2．碳循环模式图的分析 以下两幅图均为生态系统物质循环常见图解。 (1)探究各图中A～E代表的成分。 [提示]　图1：A：生产者；B：非生物的物质和能量；C：消费者；D：分解者。图2：A：生产者；B：初级消费者；C：非生物的物质和能量；D：次级消费者；E：分解者 (2)尝试总结判断生态系统碳循环模式图中各成分的方法。 [提示]　根据有双向箭头关系，两者中其他成分都有箭头指向的为非生物的物质和能量，则另一者为生产者；除了非生物的物质和能量，其他成分中除自身外，都有箭头指向的为分解者；其余的根据单向箭头指向判断为哪一级消费者。 [核心归纳] 1．碳循环的方式和方式总结 进入生物群落 生物群落内部 返回非生物环境 形式 CO2 含碳有机物 CO2 方式 光合作用和化能合成作用 通过食物链和食物网 生产者和消费者的呼吸作用，分解者的分解作用，化石燃料的开采和使用 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。 [典题应用] 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碳、氢、氧、氮、磷、硫等化学元素 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 解析：选D　物质在循环过程中是不会递减的，因为物质只能进行转移和变化，不会消失。 2．根据下图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，不正确的是(　　) A．参与①过程的生物包括生产者、消费者和分解者 B．②过程增强后①过程随之增强，故不能通过增强②减少大气中CO2 C．生物群落内碳循环的形式是含碳的有机物 D．人类减少对③的依赖是当前缓解温室效应的重要措施 解析：选B　生物群落由生产者、消费者和分解者组成，它们通过呼吸作用(分解作用)分解有机物，释放CO2进入无机环境。生活中可以通过植树造林、退耕还林(草)等途径增强植物的光合作用，固定CO2，减少大气中的CO2量。碳在生物群落内以含碳有机物的形式存在。目前，化石燃料的开采和使用是大气中CO2含量急剧上升的主要原因，因此，可以通过减少化石燃料的开采和使用缓解温室效应。 新知探究二　生物富集与能量流动和物质循环的关系 1．生物富集 DDT是一种有机氯农药，化学结构稳定，在环境中不易降解，作为杀虫剂具有广谱杀虫、药效强劲持久、容易生产等诸多优点。然而大规模使用DDT对以游隼为代表的猛禽来说，却是一场噩梦的开始。思考讨论： (1)DDT作为杀虫剂使用，为什么会在顶级捕食者游隼体内的脂肪中大量积累？ [提示]　DDT是一种有机氯农药，化学结构稳定，在环境中不易降解，通过生物富集现象在顶级捕食者游隼体内的脂肪中大量积累。 (2)研究发现，世界各分布区的游隼体内均有不同程度的DDT积累，这反映出生态系统的物质循环具有什么特点？ [提示]　全球性。 2．物质循环和能量流动的关系 分析以下生态系统的能量流动和物质循环的关系简图，结合图示探究下列问题： (1)图中甲、乙、丙、丁分别代表生态系统的什么成分？ [提示]　甲是生产者、乙是初级消费者、丙是次级消费者、丁是分解者。 (2)图示中能量流动和物质循环从方向上具有什么特点？ [提示]　①能量流动：单向流动； ②物质循环：在生物群落与非生物环境之间循环往复。 (3)能量①②③④的总和就是生产者所固定的太阳能总量，这个观点正确吗？为什么？ [提示]　错误。生产者固定的太阳能有四个去向，即生产者自身呼吸消耗的能量、生产者流向初级消费者的能量、生产者流向分解者的能量及未利用的能量，能量①②③④之间有重复。 [核心归纳] 物质循环与能量流动的关系 项目 能量流动 物质循环 形式 主要以有机物为载体 无机物、有机物 过程 沿食物链(网)单向流动 在非生物环境和生物群落间循环往复 特点 单向流动，逐级递减 循环往复 范围 生态系统中的各营养级 生物圈(全球性) 联系 同时进行，相互依存，不可分割：①能量的输入、传递、转化和散失，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能量是物质在生态系统中循环往复的动力 图示 [典题应用] 3．某生态系统中，镉在沿着食物链转移的过程中产生生物富集作用。该生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，各营养级所积累的镉的相对浓度如下图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．上述四个营养级可以构成食物网 B．四个营养级中处于最高营养级的是丙 C．镉不属于该生态系统的组成成分 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：选C　题图不同的营养级的生物可以构成食物网，A正确；生态系统中的食物链和食物网，某些有害物质沿食物链积累，因此题图中含有镉的量越多，营养级越高，则丙所处的营养级最高， B正确；生态系统的组成成分包括生物群落和非生物环境，镉属于生态系统的组成成分，C错误；根据图示柱形图可知，丁的镉含量最低，说明其所处的营养级最低，则其固定的能量最多，由于能量是单向传递、逐级递减的，因此四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁＞甲＋乙＋丙，D正确。 4．下列关于物质循环和能量流动的关系叙述不正确的是(　　) A．物质为能量的载体，使能量在生物群落与非生物环境之间循环往复 B．能量作为动力，使物质在生物群落与非生物环境之间循环往复 C．物质循环的过程中伴随着能量流动 D．二者相互依存，不可分割 解析：选A　生态系统中物质是能量的载体，但能量不能循环往复，A错误；使物质在生物群落与非生物环境之间往复循环的动力是能量，B正确；物质循环的过程中伴随着能量流动，能量为物质循环提供动力，C正确；物质循环和能量流动相互依存，物质是能量的载体，能量是物质循环的动力，不可分割，D正确。 [核心语句必背] 1．大气中的CO2进入生物群落的主要途径是光合作用。 2．生物群落中的碳返回大气的途径有动植物的呼吸作用，微生物的分解作用及化石燃料的燃烧。 3．生态系统的物质循环是指组成生物体的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。 4．物质循环的特点是具有全球性、循环性。 5．温室效应形成的主要原因是化石燃料短时间内大量燃烧使大气中CO2含量迅速增加，打破了生物圈碳循环的平衡。 1．生态系统中的物质循环所指的物质是(　　) A．组成生物体的各种有机物 B．组成生物体的各种化合物 C．组成生物体的各种大分子 D．组成生物体的一些基本元素 解析：选D　根据生态系统的物质循环的概念，生态系统中的物质循环所指的物质是指组成生物体的一些基本元素。 2．在碳循环中，使碳从无机环境进入群落的生理作用是(　　) ①呼吸作用　②光合作用　③摄食作用　④化能合成作用　⑤蒸腾作用 A．①②　　　　　　 B．③④ C．②④ D．②⑤ 解析：选C　呼吸作用是有机物分解为二氧化碳和水的过程，是碳从生物体进入无机环境的过程；光合作用和化能合成作用都是把二氧化碳和水转化为储存能量的有机物，是碳从无机环境进入生物体内的过程；蒸腾作用是指水分以气体的形式从植物体内散发到体外的过程，与碳的循环无关；摄食作用指的是从外界摄取营养物质维持生存，是碳在生物间的传递，不是使碳从无机环境进入群落的生理作用。 3．下列各项中，能通过食物链传递引起生物富集现象的是(　　) A．DDT污染 B．SO2污染 C．噪声污染 D．氟利昂污染 解析：选A　DDT污染是通过食物链传递，可引起生物富集现象，A正确；大气中SO2污染，是通过气体传播，不能引起生物富集现象，B错误；噪声污染，没有进入食物中，C错误；大气中氟利昂污染，是通过气体传播，不能引起生物富集现象，D错误。 4．在一般情况下，关于生态系统中碳循环的主要渠道的正确图解是(　　) 解析：选D　分解者能将有机物分解成无机物归还给无机环境，因此应是“分解者→无机环境”，A错误；根据捕食关系，应该是“生产者→消费者”，B错误；C项应是“消费者→分解者”“分解者→无机环境”，C错误；碳循环发生在生物群落与无机环境之间，无机环境中的碳元素通过生产者进入生物群落，生物群落内有机物中的碳元素经生产者、消费者和分解者的呼吸作用重新返回无机环境，D正确。 5．下列关于土壤微生物的叙述，错误的是(　　) A．土壤中的硝化细菌是异养生物，因而不属于生产者 B．土壤微生物可作为生态系统的分解者 C．秸秆经土壤微生物分解后可被农作物再利用 D．土壤微生物参与生态系统的物质循环 解析：选A　土壤中的硝化细菌能进行化能合成作用，属于自养型的细菌，属于生产者，A错误；土壤微生物中的营腐生生活的细菌和真菌可作为生态系统的分解者，B正确；秸秆经土壤微生物分解后产生的无机盐可被农作物再利用，C正确；土壤微生物无论是生产者、消费者还是分解者，都可以参与生态系统的物质循环，D正确。 6．下面是生态系统的碳循环示意图，请据图回答下列问题。 (1)生态系统中碳循环首先依赖于绿色植物的________。 (2)图中分解者通过________或__________方式将生物组织内的碳释放到大气中。 (3)图中A里的碳，除碳酸盐外，通过____________的形式返回大气中。 (4)在无机环境与生物群落之间，碳元素主要以________的形式进行循环，循环始终与__________结合在一起进行。碳元素在生物群落中以__________________的形式存在。 解析：(1)碳循环中，碳元素以二氧化碳的形式通过光合作用进入生物群落。(2)分解者可以通过有氧呼吸和无氧呼吸将生物组织内的碳释放到大气中。(3)A表示化石燃料和碳酸盐，化石燃料中的碳通过燃烧以二氧化碳的形式返回大气中。(4)碳循环过程中，碳元素是以二氧化碳的形式在生物群落与无机环境之间进行循环的。碳元素在循环过程中，始终伴随着能量流动，碳元素在生物群落中是以含碳有机物的形式存在的。 答案：(1)光合作用　(2)有氧呼吸　无氧呼吸　(3)二氧化碳　(4)二氧化碳　能量流动　有机物 学科网（北京）股份有限公司 $$