第3章 第3节 生态系统的物质循环（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中生物选择性必修2 生物与环境（人教版 多选）

本讲义聚焦生态系统的物质循环核心知识点，以碳循环为实例，系统梳理其循环形式、过程及温室效应，延伸至生物富集的概念、特点与危害，对比能量流动与物质循环的区别联系，通过探究土壤微生物分解作用的实验（含案例设计、现象分析）构建完整知识链，为学习提供清晰支架。 该资料亮点在于融合生命观念（建立物质与能量观）、科学思维（对比分析能量流动与物质循环）、科学探究（设计土壤微生物分解实验）及社会责任（生物富集危害与环保措施）。如通过碳循环图解和能量流动模型培养科学思维，实验案例（落叶腐烂、淀粉分解）提升探究能力，生物富集实例（DDT、重金属）强化社会责任。课中辅助教师直观教学，课后帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第3节　生态系统的物质循环 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。 生命观念 2.说明能量流动和物质循环的关系，建立物质与能量观。 科学思维、 生命观念 3.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。 社会责任 4.尝试探究土壤微生物的分解作用。 科学探究 一、碳循环 1．碳循环 (1)循环形式：在生物群落与非生物环境间主要以二氧化碳的形式循环。 (2)过程图解 图中：①光合作用，②呼吸作用，③植物(生产者)，④动物(消费者)，⑤呼吸作用，⑥分解者的分解作用。 (3)大气和海洋在碳循环之间的关系 当大气中二氧化碳含量增加，水圈中的二氧化碳含量也随之增加；如果大气中的二氧化碳发生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能及时进入大气。 2．温室效应 (1)形成原因：主要是化石燃料的开采和使用使大气中二氧化碳含量迅速增加，打破了生物圈碳循环的平衡。 (2)危害：引起全球性的气候变化。 (3)应对方法：一方面要减少二氧化碳排放，另一方面要提高森林覆盖率。 3．物质循环 二、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．实例 3．进入生物体方式 (1)动、植物直接吸收。 (2)沿食物链在生物体内逐渐聚集，积累在食物链的顶端。 4．特点 (1)沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端。 (2)具有全球性。 三、能量流动和物质循环的关系 1．区别 (1)物质循环具有全球性和循环性的特点。 (2)能量流动是逐级递减的，是单方向不循环的。 2．联系 (1)二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。 (2)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。 四、探究土壤微生物的分解作用 1．实验原理 (1)土壤中存在的细菌、真菌等微生物是分解者成分。 (2)分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，分解速度与环境中的温度、水等生态因子相关。 2．实验流程 项目 案例1 案例2 实验假设 微生物能分解落叶使之腐烂 微生物能分解淀粉 实验设计 实验组 对土壤高温处理 A烧杯中加入30 mL土壤浸出液 对照组 对土壤不做任何处理 B烧杯中加入30 mL蒸馏水 自变量 土壤中是否含微生物 溶液中是否含有分解淀粉的微生物 实验现象 在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组 A A1 不变蓝 A2 产生砖红色沉淀 B B1 变蓝 B2 不产生砖红色沉淀 结论分析 微生物对落叶有分解作用 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂并加热。 3．实验结论 土壤中的微生物具有分解作用。 世界范围内，化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放，加剧了温室效应，引起全球性的气候变化。结合所学知识判断： (1)碳的循环在生物群落内部是以CO2的形式进行的。(×) (2)光合作用推动碳循环过程，促进了生物群落中的能量循环。(×) (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)二氧化碳的排放增加加剧温室效应的形成。(√) 探究点一　碳循环的过程及能量流动和物质循环的关系 1．下图为生态系统中碳循环过程示意图，其中甲、乙、丙、丁构成生态系统的生物群落，箭头表示物质循环方向，请思考并回答下列问题。 (1)图中的X是什么物质？甲、乙、丙、丁分别又是什么生物类群？ 提示：X是CO2；甲、乙、丙、丁分别是分解者、生产者、初级消费者、次级消费者。 (2)过程①②主要是指什么生理过程？过程③④指的是什么过程？碳元素在此过程中主要以什么形式传递？ 提示：①是光合作用，②是呼吸作用。③④指的是捕食过程。碳元素在此过程中以含碳有机物的形式传递。 (3)温室效应的加剧原因是什么？如何缓解温室效应？ 提示：根本原因是化石燃料的大量燃烧。根本的缓解措施是减少CO2的排放，此外，还可以通过大力植树造林、开发新能源等措施缓解。 2．请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程 提示：如图所示 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。 (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．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返的动力 1．(2024·四川南充期中)下图是生态系统中碳循环示意图。下列关于该图的说法，错误的是(　　) A．图中有2条食物链 B．碳在A和C之间是以二氧化碳的形式流动的 C．B分解A、D、E的遗体的同时，利用了其中全部的能量 D．E在图中食物链中最高是第三营养级 解析　C与A之间存在双向箭头，且围绕C的箭头“多进一出”，可判断C为大气中的二氧化碳库，A为生产者；根据围绕B的箭头“多进一出”，可判断B为分解者，D、E均为消费者。分解者不参与捕食食物链的构成。图中生产者和消费者构成的食物链共有2条，即A→D→E和A→E，A正确；C为大气中的二氧化碳库，A为生产者，它们之间碳流动是通过光合作用和呼吸作用实现，碳流动的形式是二氧化碳，B正确；B为分解者，B分解A、D、E时利用了它们少量的能量，大多数以热能的形式散失了，C错误；E在食物链A→D→E中营养级最高，是第三营养级，D正确。 答案　C 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。　 2．(2025·陕西榆林期末)下图为某生态系统碳循环的部分过程示意图。下列相关叙述错误的是(　　) A．开发太阳能等新能源，可减少人类对①过程的依赖 B．参与②过程的生物是消费者和分解者 C．参与③过程的生物是生产者 D．在生物群落内部碳循环主要以有机物形式进行 解析　开发太阳能等新能源，可减少人类对①化石燃料燃烧过程的依赖，A正确；参与②生物群落的呼吸作用过程的生物是生产者、消费者和分解者，B错误；③为生产者的光合作用，参与③光合作用过程的生物是生产者，主要是绿色植物，C正确；在生物群落内部碳循环主要以含碳有机物的形式进行，D正确。 答案　B 分析能量流动和物质循环关系的两个注意点 (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，而物质在循环中，由无机物(CO2)→有机物→无机物(CO2)。 (2)能量流动的终点是以热能形式散失到非生物环境中，不能再利用；而物质循环产生的CO2又被重新利用，所以没有终点。　 探究点二　生物富集现象及其成因 1．瑞士一位化学家因合成DDT于1948年获得诺贝尔生理学或医学奖。20世纪上半叶，DDT是防治农业害虫的有效杀虫剂，但我国南极科考队却从企鹅体内检测到了一定浓度的DDT。请思考并回答下列问题。 (1)这种现象说明了什么问题？你从中得到了怎样的启示？ 提示：DDT已进入全球性的物质循环。人类排放的有毒物质进入生态系统后，有毒物质会通过食物链不断积累，危害生态系统中的许多生物，最终威胁人类自身。我们要有环保意识，减少对环境的污染。 (2)还有哪些有害物质也有与DDT类似的现象？ 提示：镉、汞等重金属，六六六等人工合成的有机化合物及一些放射性物质。 (3)生物富集对生物体有危害吗？生物富集现象也有全球性吗？说出你的理由。 提示：对生物体有害，而且富集的物质会沿着食物链积累，最终威胁食物链顶端的生物(包括人类)。它们可通过大气、水和生物迁移等途径扩散，因此具有全球性。 (4)如何有效地减少生物富集现象？ 提示：合理利用资源，减少排放，实施垃圾分类，种植能富集有害重金属元素的植物等。 2．根据下面水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图，分析出现结果的原因是什么。 提示：铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高。 重金属盐和DDT等农药的生物富集作用 生物富集作用与能量流动正好相反，能量在沿食物链流动时逐级递减，而农药或重金属盐则存在“生物富集作用”，即营养级越高，该物质浓度越高。如图所示： 3．蚯蚓通常栖息在阴暗、潮湿的土壤环境中，以落叶、禽畜粪便和线虫等为食。四溴双酚A(TBBPA)是土壤中常见的污染物之一。科研人员以蚯蚓为实验对象，将其培养在浓度为1 mg/kg的TBBPA污染土壤中进行30天富集实验，然后将蚯蚓转至干净土壤进行30天排出实验，实验结果如下图。下列叙述错误的是(　　) A．蚯蚓在生态系统中既是消费者也是分解者 B．蚯蚓对TBBPA的富集效应在20天以后趋于饱和 C．该实验结束时蚯蚓被其他捕食者所食，TBBPA不会沿食物链传递 D．15天时蚯蚓体内富集的TBBPA浓度约是初始实验环境中TBBPA的8倍 解析　蚯蚓以落叶、禽畜粪便为食时属于分解者，以线虫为食时属于消费者，所以蚯蚓在生态系统中既是消费者也是分解者，A正确；从实验结果图可以看出，在20天以后，蚯蚓体内TBBPA浓度曲线趋于平缓，说明蚯蚓对TBBPA的富集效应在20天以后趋于饱和，B正确；TBBPA是土壤中常见的污染物，具有生物富集作用，若实验结束时蚯蚓被其他捕食者所食，TBBPA会沿食物链传递，C错误；由图可知，初始实验环境中TBBPA浓度为1 mg/kg，15天时蚯蚓体内TBBPA浓度约为8 μg/g＝8 mg/kg，所以15天时蚯蚓体内富集的TBBPA浓度约是初始实验环境中TBBPA的8倍，D正确。 答案　C 4．(2024·贵州安顺期末)生物富集作用是指某些难以降解的重金属元素或化合物在生物体内大量积累的现象。由于工业污水排放导致某地出现严重的环境污染问题，有关部门对当地几种生物体内残留的有机汞含量进行检测，结果如下表所示。下列分析正确的是(　　) 生物体 A B C D E 有机汞浓度/ppm 0.05 7 0.51 68 0.39 A.这几种生物最可能的食物关系是D→B→C→E→A B．有机汞在当地参与物质循环过程与碳循环不相同 C．有机汞被生物体吸收后不易排出，因此循环不具有全球性 D．为减少生物富集作用，应严格禁止使用含汞的工业制品 解析　在生态系统中，有毒物质沿着食物链传递积累，因此营养级越高，有毒物质越多，营养级越低，有毒物质越少，其中E：0.39和C：0.51有毒物质差不多，可能是营养级别相同，A错误；铅、镉、汞等一些重金属是有害物质，这些物质一旦进入生物体内就会形成比较稳定的化合物，不易被生物体排出，从而积累在生物体内，它们的循环过程与碳、氮等元素的循环过程不同，B正确；生物富集具有全球性，由于汞可通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地，C错误；为减少生物富集作用，应合理使用含汞的工业制品，不是严格禁止，D错误。 答案　B [构建课堂要点] [检测学习效果] 1．(2024·广西贵港期末)碳是构成生物体的重要元素之一。碳循环的过程如图所示，甲、乙、丙表示生态系统中的成分。据图分析，下列叙述错误的是(　　) A．甲是消费者，乙是分解者，丙是生产者 B．①过程主要通过光合作用固定CO2 C．③④⑥过程中碳元素主要以含碳有机物的形式存在 D．碳循环具有全球性和循环往复的特点 解析　只有一个箭头指向丙，丙是生产者，丙和乙都指向甲，甲是分解者，乙是消费者，A错误；①为大气中的CO2被生产者固定，主要通过光合作用固定CO2，B正确；碳在生物群落内部以含碳有机物的形式传递，C正确；碳循环具有全球性和循环往复的特点，D正确。 答案　A 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 解析　根据丙和大气中的二氧化碳库间存在双向箭头，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；甲是分解者，乙是消费者，丙是生产者，三者均可通过细胞呼吸产生二氧化碳进入大气中，因此①②③表示CO2通过甲、丙、乙的呼吸作用进入大气中，B正确；生产者可以通过光合作用吸收二氧化碳，也能通过呼吸作用释放二氧化碳，因此④主要表示大气中CO2通过光合作用进入生物群落，C正确；碳元素以有机物的形式在丙→乙→甲所示的渠道流动，D错误。 答案　D 3．(2025·广东湛江期末)某水库生活着几种鱼，经测量发现这些鱼体内含有一些重金属，含量如下表所示。下列有关叙述错误的是(　　) 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 A.重金属沿着食物链逐渐在鱼体内聚集，最终积累在食物链的顶端 B．据表推测，D、E可能是肉食性鱼类 C．重金属的生物富集现象具有全球性特点 D．重金属通过物质循环回归到无机环境中不会对生物体造成损坏 解析　由于重金属可在生物体内形成难以降解的化合物，所以重金属沿着食物链逐渐在鱼体内聚集，最终积累在食物链的顶端，A正确；由生物富集现象的特点和表中各种鱼体内不同重金属的含量特点(A种鱼体内重金属含量最低，B、C种鱼体内重金属含量较高且相近，D、E种鱼体内重金属含量最高且相近)可判断，A为草食性鱼，B、C最可能为杂食性鱼，D、E最可能为肉食性鱼，B正确；物质循环具有全球性，重金属的生物富集现象也具有全球性特点，C正确；重金属可在生物体内形成难以降解的化合物，会对生物体造成损坏，D错误。 答案　D 4．(多选)某小组开展了“探究土壤微生物的分解作用”实验。下列相关叙述错误的是(　　) A．为了更好地控制实验变量，一般选择在实验室中进行探究 B．处理时，可将土壤用塑料袋包好，放在50 ℃恒温箱中处理1 h C．实验组和对照组最好选择洗净后的同种落叶进行实验 D．实验组中落叶的分解速度明显高于对照组的分解速度 解析　该实验的自变量是土壤微生物的有无，为了尽量避免改变土壤的理化性质，对实验组土壤的处理方法是将土壤用塑料袋包好，放在60 ℃恒温箱中处理1 h，B错误；对实验组进行灭菌处理，尽可能排除土壤微生物的作用，对照组对土壤不做任何处理，土壤中存在微生物，因此对照组中落叶的分解速度明显高于实验组中落叶的分解速度，D错误。 答案　BD 5．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)在非生物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非生物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　含碳有机物 学科网（北京）股份有限公司 $