第三章 第四节 生态系统中的物质能被循环利用-【金版教程】2025-2026学年高中生物选择性必修2 生物与环境创新导学案word（浙科版）

该高中生物学导学案聚焦生态系统物质循环，涵盖水循环、碳循环、氮循环及人类应用，以学习目标为引领，通过知识点递进（概念→过程→实例）、例题解析与规律总结搭建学习支架，帮助学生构建物质循环的完整认知体系。 资料融合生命观念（生态系统物质平衡）、科学思维（“三看法”等方法提炼）与探究实践（问题互动讨论），搭配分层习题（基础对点+能力提升）及图表辅助理解，助力学生深化概念理解，提升分析解决问题能力，便于教师教学评估与学生自主学习。

生物学 选择性必修2(浙科版) 第四节　生态系统中的物质能被循环利用 [学习目标]　1.举例说明生态系统的物质循环的过程及其特点。2.说出水循环、碳循环、氮循环的过程。 知识点一　生物在水循环中起的作用很小 1．物质循环 主要包括：水循环、碳循环、氮循环等。 2．水循环 (1)含义：地球上的水通过蒸发、冷凝等过程进行不断的循环。 (2)方式 ①降水：大气中的水汽以雨、雪、冰雹等形式落到地面或海洋。 ②蒸发：地面上和海洋中的水又通过蒸发进入大气中，所以水循环是由太阳能推动的。 (3)水循环的平衡：地球表面的蒸发量和降水量基本持平，但陆地的降水量大于蒸发量，海洋的降水量小于蒸发量。海洋亏损的水分通过陆地江河的汇集流入海洋而得以弥补，从而维持地球的水循环。 (4)生物的作用：生物在全球水循环过程中所起的作用很小。 (5)意义：在水循环中，各种营养物质会随水的流动从一个生态系统到另一个新的生态系统，这对补充某些生态系统的营养物质非常有利。 3．地球上的水 (1)总量：1.4×1010 km3。 (2)存在形态：固态、液态、气态三种形态。 (3)分布：海洋约占97%，陆地上、大气和生物体中的水只占很少的一部分。 (4)淡水资源：地球上的淡水大约占地球总水量的3%，其中3/4又被冻结在两极的冰盖和冰川中。 (5)年降水量：虽然较大，但分配极不均匀。 4．我国水资源现状 水资不足和水质污染已成为制约我国经济发展的一个重要因素。 [例]　下列关于生态系统中水循环的说法正确的是(　　) A．主要循环路线是从地球表面进入大气圈，从大气圈回到地球表面 B．生物在水循环中起着重要作用 C．大气中的水汽只以雨的形式落到地面或海洋 D．陆地的蒸发量和大气圈的降水量每年基本持平 解题分析　生物在全球水循环过程中所起的作用很小，B错误；大气中的水汽以雨、雪、冰雹等形式落到地面或海洋，C错误；水循环的平衡是说，在一个足够长的时期里，全球范围的总蒸发量和总降水量基本持平，不能说“陆地”的蒸发量与“大气圈”的降水量基本持平，D错误。 答案　A 知识点二　二氧化碳是碳循环的主要形式 1．碳的存在形式 (1)岩石圈中：以碳酸盐的形式存在，占地球上的碳的绝大部分。 (2)化石燃料中：以有机物形式存在，含碳量仅次于岩石圈。 (3)大气和水圈中：以二氧化碳形式存在，是生物可以直接利用的碳。 (4)生物群落中：主要以有机物形式存在。 2．碳循环过程 (2)碳进入生物群落的方式：生产者的光合作用或化能合成作用。 (4)碳循环途径：食物链(网)。 3．海洋对大气圈中的碳含量的调节 二氧化碳在大气圈和水圈的界面上通过扩散作用而相互交换。总之，碳在生态系统中的含量，能通过碳循环的自我调节机制得到调整，并恢复到原来的平衡状态。 问题探究 　生态系统的物质循环中所说的“生态系统”可以是一个草原生态系统或森林生态系统吗？ 提示：不可以。生态系统的物质循环中所说的“生态系统”是指最大生态系统——生物圈。 [例1]　如图表示某生态系统的碳循环过程中4种生态系统组成成分之间的关系。以下相关叙述中正确的是(　　) A．1和2包含着所有种群构成的群落 B．3代表的一定是原核生物 C．①代表光合作用，②代表呼吸作用 D．4可以表示大气中的CO2库 解题分析　据图分析，1是生产者，2是消费者，3是分解者，4是非生物成分，而群落是指一定区域内的全部生物，A错误；3是分解者，主要指腐生的细菌和真菌，另外也包括一些动物，如蚯蚓，真菌、动物不是原核生物，B错误；①代表1被2捕食，②代表2进行呼吸作用向大气中释放CO2，C错误；生态系统中，通过生物的呼吸作用等向大气中释放CO2，同时又通过光合作用将CO2转化成有机物进入生物群落，所以4可以表示大气中的CO2库，D正确。 答案　D [例2]　如图为生态系统碳循环的示意图，甲、乙、丙、丁代表生态系统的四种组成成分，①～⑦表示碳元素的流动过程，其中主要以CO2形式流动的是(　　) A．①②⑤⑥ B．②③⑥⑦ C．②③⑤⑥ D．①④⑤⑦ 解题分析　由题图分析可知，甲表示生产者，乙表示消费者，丙表示分解者，丁表示非生物成分；①表示生产者的光合作用或化能合成作用将二氧化碳转化成有机物进入生物群落中，②⑤⑥表示呼吸作用将二氧化碳释放到大气中，③表示动物摄食，④⑦表示消费者和生产者的有机物流向分解者。所以主要以CO2形式流动的是①②⑤⑥。 答案　A 规律总结 “三看法”确认碳循环各成分 ①图1——先根据双向箭头且向内箭头最多的判断：B为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2——根据A与C之间的双向箭头且向内箭头最多的判断：A是生产者，C是CO2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。 ③图3——根据A与E之间的双向箭头且向内箭头最多的判断：A为CO2库，E为生产者。然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F则为消费者。图解中的食物链是E→F→D→B。 知识点三　固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用 1．氮最重要的存在形式和储存库 (1)存在形式：氮气。 (2)储存库：大气圈。 2．氮循环过程：包括固氮、氨化、硝化和反硝化等过程。 (1)固氮作用 ①原因：氮气被固定为无机氮化合物(主要是硝酸盐和氨)后才能被生物利用。 ②途径 a．高能固氮：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，形成的氨或硝酸盐随着降雨到达地球表面，属于天然固氮方式。 b．工业固氮：在高温、高压、催化剂的作用下，将氮气还原为氨气。 c．生物固氮：通过固氮菌和蓝藻等自养或异养微生物进行固氮。 (2)氨化作用 概念：尿素和尿酸等通过土壤和水中的很多异养细菌、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，这个过程就称为氨化作用。 (3)硝化作用 ①原因：一般来说，氨和铵盐难以被生物直接利用，必须通过硝化作用转化为硝酸盐。 ②概念：氨和铵盐被硝化细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程。 (4)反硝化作用：硝酸盐等含氮化合物在反硝化细菌的作用下转化为N2、NO和N2O的过程。 3．氮循环处于平衡状态的原因 (1)通过固氮作用使氮可以被生物所利用。 (2)通过反硝化作用使氮不断重返大气。 [例1]　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。两者的主要贮存库都是大气，但是氮循环和碳循环存在若干方面的不同。下列说法错误的是(　　) A．氮循环和碳循环一样都是具有全球性的 B．氮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有机化合物的形式进行 D．生物群落中的氮最终通过反硝化作用返回大气中 解题分析　C、H、O、N等元素的物质循环都具有全球性，A正确；大气中的氮通过高能固氮、工业固氮和生物固氮的途径进入生物群落，B错误；氮在生物群落中以含氮有机化合物(比如蛋白质)的形式经食物链传递，C正确。 答案　B [例2]　促进生物圈中氮循环的微生物所发挥的作用不包含(　　) A．根瘤菌能使大气中的氮气固定并转化为含氮的化合物 B．一些微生物将生物体内的含氮化合物释放到土壤中 C．一些微生物将土壤中的含氮化合物分解成氮气释放回空气中 D．根瘤菌将含氮的化合物分解为氮气释放回大气中 解题分析　根瘤菌能使大气中的氮气固定并转化为含氮的化合物，是大气中氮元素进入生物群落的过程，A正确，D错误。 答案　D 知识点四　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 1．运用生态系统的物质循环规律的意义 (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。 (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，就可以实现资源的多层次利用或循环利用，使人和自然环境共同受益。 2．随着工业化进程加快，碳排放量越来越多，如何有效利用碳循环原理，减少二氧化碳排放量，是当今世界各国所面临的共同问题。 [例]　如图表示我国古代发展出的“桑基鱼塘”的生产方式：利用桑叶喂蚕，蚕沙(蚕粪)养鱼，鱼塘泥肥桑，在桑、蚕、鱼之间形成良性循环。下列有关叙述错误的是(　　) A．流经桑基鱼塘这一生态系统的总能量等于此生态系统中所有生产者光合作用所同化的能量 B．桑基鱼塘提高了相邻营养级之间的能量传递效率 C．桑基鱼塘合理调整了生态系统中的物质循环，使物质实现多层次利用或循环利用 D．桑基鱼塘合理调整了生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类有益的部分 解题分析　相邻营养级之间的能量传递效率不能提高，B错误。 答案　B 课堂小结 笔记空间　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 1．下列关于生态系统中水循环的说法错误的是(　　) A．地球上的水通过蒸发、冷凝等过程进行循环 B．水循环是由太阳能推动的 C．地球上的水的存在形态为液态 D．水循环带动了大量物质在地球上运动 答案　C 解析　地球上的水存在形态为固态、液态、气态，C错误。 2．下列关于碳循环的叙述中，正确的是(　　) ①全过程在生物群落中进行 ②碳元素只能通过光合作用进入生物群落 ③生物群落中碳元素通过呼吸作用回归非生物环境 ④伴随着能量的变化 A．①② B．①③ C．③④ D．②④ 答案　C 解析　碳循环过程在生物与非生物环境、生物群落中进行，①错误；碳元素是通过生产者的光合作用或化能合成作用进入生物群落的，②错误；生物群落通过呼吸作用产生CO2，碳元素就返回大气中，③正确；碳循环过程伴随着能量的变化，④正确。 3．碳循环是生态系统中重要的物质循环类型。下列过程与碳循环无直接关系的是(　　) A．生物的呼吸作用 B．植物的光合作用 C．化石燃料的燃烧 D．植物的蒸腾作用 答案　D 解析　生物的呼吸作用是生物群落中碳进入非生物环境的途径之一，A正确；植物的光合作用是非生物环境中的碳进入生物群落的途径之一，B正确；化石燃料的燃烧是生物群落中的碳进入非生物环境的途径之一，C正确；植物的蒸腾作用与碳循环没有直接关系，D错误。 4．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 答案　D 5．下列有关生物圈中能量流动和物质循环的说法错误的是(　　) A．碳元素的循环速度快于氮元素的循环速度 B．植物的蒸腾作用在全球水循环中起着重要作用 C．淡水生态系统中氮磷含量的增加导致该系统在一定时间内固定的光能增加 D．在草场上轮流放牧可以使能量持续的流向对人类有益的方向 答案　B 解析　蒸腾作用是水分从活的植物体表面以水蒸气状态通过气孔散失到大气中的过程，但是生物在全球水循环过程中所起的作用很小，B错误；淡水生态系统中氮磷含量的增加会促进水生植物的光合作用，一定时间内固定的光能增加，C正确；轮流放牧有利于草场及时得到恢复，保持畜产品的持续高产，使能量持续的流向对人类有益的方向，D正确。 [基础对点] 知识点一　生物在水循环中起的作用很小 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 答案　D 2．下列对地球上的水资源说法错误的是(　　) A．地球表面的蒸发量和降水量基本持平 B．我国存在着水资源不足和水质污染的问题 C．陆地上、大气和生物体中的水占很少的一部分 D．地球上年降水量很大且分配均匀 答案　D 解析　地球上年降水量虽较大，但分配极不均匀，D错误。 知识点二　二氧化碳是碳循环的主要形式 3．在生态系统中，对碳循环起决定作用的关键环节是(　　) A．微生物的分解作用 B．绿色植物的光合作用和微生物的分解作用 C．动物的呼吸作用 D．煤和石油的燃烧 答案　B 解析　绿色植物的光合作用可以将非生物环境中的CO2固定合成有机物进入到生物群落；微生物的分解作用，将动植物残体和动物的排泄物中的有机物分解成无机物，返回非生物环境。所以绿色植物的光合作用和微生物的分解作用在生态系统中，对碳循环起关键作用，B符合题意。 4．从生态系统的物质循环角度看，人体内碳元素的根本来源是(　　) A．大气中的CO2 B．生产者 C．分解者 D．消费者 答案　A 解析　人是异养生物，体内的碳元素直接来源于食物中的有机物，而食物中的有机物来源于植物的光合作用，光合作用产生的有机物中碳的来源是大气中的CO2，因此人体内碳元素的根本来源是大气中的CO2，A正确。 5．如图表示生态系统中碳循环的部分过程，有关说法错误的是(　　) A．A是生产者，D是分解者 B．图中箭头可以表示碳元素的流动方向 C．碳在①②③④过程中都是以有机物的形式进行的 D．图中E代表水圈 答案　C 解析　根据题意和图示分析可知：E为水圈，A、B、C、D为生物群落；大气中的CO2库和A之间是双向箭头，可判断出A是生产者，其次判断分解者，分解者除了一个箭头指向大气中CO2库外，其他箭头都指进来，因此D为分解者；其余均为消费者，即B和C均为消费者。由以上分析可知A是生产者，D是分解者，A正确；图示是生态系统中碳循环的部分过程，其中箭头可以表示碳元素的流动方向，B正确；碳在①②③生物之间是以有机物的形式流动，④是分解者的分解作用，因此④过程中是以CO2的形式进行的，C错误。 知识点三　固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用 6．下列有关固氮作用说法错误的是(　　) A．固氮作用是指大气中氮气被固定为无机氮化合物(主要是硝酸盐和氨) B．少数生物能直接利用大气中的氮气 C．固氮途径有高能固氮、工业固氮、生物固氮 D．生物固氮属于天然固氮方式 答案　D 解析　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，形成的氨或硝酸盐随着降雨到达地球表面，属于天然固氮方式。 7．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．土壤中微生物将硝酸盐等含氮化合物转化成N2、NO和N2O的过程 答案　D 知识点四　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 8．下列关于运用生态系统的物质循环在生产实践中的作用的叙述错误的是(　　) A．可以合理调整生态系统中的物质循环 B．将农作物秸秆“过腹还田”，既减少了焚烧秸秆带来的污染，又增加了产值 C．可以实现物质和能量的多层次利用或循环利用 D．可以调整生态系统中的能量流动关系，使能量更多地流向对人类有益的方向 答案　C 解析　能量不可以循环利用，C错误。 [能力提升] 9．下列关于碳循环及温室效应的叙述，错误的是(　　) A．海洋对于调节大气圈的碳含量起着非常重要的作用 B．大气中二氧化碳含量有明显的昼夜变化和季节变化 C．碳循环的基本路线是从植物到动物，再从动、植物到分解者 D．地球变暖会改变全球降雨格局，导致有些树种分布区发生变化 答案　C 解析　海洋的碳含量约为大气圈的50倍，海洋对于调节大气圈中的碳含量起着非常重要的作用，A正确；由于植物的光合作用会受光照强度和温度的影响，生物的呼吸作用也会受温度的影响，故大气中二氧化碳含量有明显的昼夜变化和季节变化，B正确；碳循环始于生产者，生产者将大气圈中的CO2固定，形成有机物传递给动物，动植物的呼吸作用和分解者的分解作用使碳元素回到大气圈，形成循环路线，C错误；地球变暖会改变全球降雨格局，而降水量的改变会导致有些树种分布区发生变化，D正确。 10．气候变化与生态系统的碳循环密切相关，下表为甲、乙两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。 时期 碳吸收量(kgC·a－1) 碳释放量(kgC·a－1) 甲 1.20×1014 1.20×1014 乙 1.20×1014 1.26×1014 下列叙述错误的是(　　) A．生态系统碳的吸收主要通过光合作用实现，碳的释放主要是通过呼吸作用实现 B．表中甲时期处于相对稳定状态，原因是碳的吸收量与释放量相对平衡 C．由于人工碳过度排放，使植物光合作用受到抑制，破坏了生态系统的物质循环，导致大气中CO2的增加，并引起气候变化 D．化石燃料的燃烧对现代碳循环影响巨大 答案　C 解析　人工碳过度排放，打破了生物圈中碳循环的平衡，使大气中CO2浓度增加，形成温室效应，导致气温升高，但高浓度的CO2并不会抑制植物光合作用，C错误。 11．下图是碳循环示意图。据图回答下列问题： (1)在生物圈碳循环中，碳元素在________和________间循环。岩石圈中的碳________(填“直接”或“不直接”)参与碳循环。 (2)图中的①是________作用，②表示的是________关系。过程③主要是在细胞内的________中进行的。④表示的是________________作用。 (3)碳循环的进行伴随着能量流动，物质作为能量的________，使能量沿着________流动。由于生物体不能在代谢中利用________，能量流动具有逐级递减的特点。 答案　(1)非生物环境　生物群落(两空顺序可颠倒)　不直接 (2)光合　捕食　线粒体　分解者的分解 (3)载体　食物链(网)　热能 解析　(1)在生物圈碳循环中，碳元素在非生物环境和生物群落间循环。岩石圈中的碳以碳酸盐的形式储存，不直接参与碳循环。 (2)图中的①是光合作用，②表示的是捕食关系。过程③是呼吸作用，主要是在细胞内的线粒体中进行的。④表示的是分解者的分解作用。 12．下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。 (1)根瘤菌和硝化细菌分别属于生态系统组成成分中的______________。 (2)“生态系统的氮循环”中的生态系统指的是________。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)。 (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______________________________________________________。 答案　(1)消费者、生产者 (2)生物圈　蛋白质、核酸、磷脂 (3)农产品不断地输出使部分氮元素不能返回农田生态系统 解析　(1)硝化细菌是化能自养型微生物，属于生产者，根瘤菌需要豆科植物供给有机营养，属于生态系统组成成分中的消费者。 (2)地球上最大的生态系统是生物圈，物质循环具有全球性，故“生态系统的氮循环”中的生态系统指的是生物圈。 (3)氮元素在生物群落和非生物环境之间不断循环，但由于农产品不断地输出使部分氮元素不能返回农田生态系统，因此农田土壤中氮的含量往往不足，还要不断往农田中施加氮肥。 1 学科网（北京）股份有限公司 $