2020_2021学年新教材高中生物第3章生态系统及其稳定性第3节生态系统的物质循环课件新人教版选择性必修第二册 41页

第 3 节　生态系统的物质循环 学习目标 1 . 以碳循环为例 , 分析生态系统中的物质在生物群落和非生物环境之间不断循环的过程及特点 , 强化物质与能量观 , 培养科学思维能力。 2 . 利用物质循环的规律 , 分析碳循环失衡与温室效应的关系 , 强化社会责任。 3 . 阐明某些有害物质会通过食物链不断富集的现象 4 . 归纳概括能量流动与物质循环的关系 , 形成正确的生命观。 5 . 尝试探究土壤微生物的分解作用 , 培养科学探究能力。 一、 物质循环 二、物质循环与社会的联系 —— 温室效应 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 : 有害物质沿 食物链 逐渐在生物体内聚集 , 最终积累在 食物链的顶端 。 3 . 范围 : 全球性 。 四、能量流动和物质循环的关系 1 . 二者是 同时进行 的 , 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 。 预习反馈 1 . 判断 (1) 参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。 ( × ) (2) 碳的循环在生物群落内部是以 CO 2 的形式进行的。 ( × ) (3) 光合作用推动碳循环过程 , 促进了生物群落中的能量循环。 ( × ) (4) 植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。 ( √ ) (5) 碳循环的进行伴随着能量流动 , 但由于生物体不能在代谢中利用热能 , 所以能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。 ( √ ) (6) 由于人工碳排放过度 , 破坏了生态系统的碳平衡 , 导致大气中二氧化碳浓度增加并引起全球气候变化。 ( √ ) (7) 铅可沿食物链进入人体 , 在人体内的浓度可能超过环境浓度。 ( √ ) 2 . 下列关于生态系统物质循环的叙述 , 不正确的是 ( 　　 ) A. 所说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. 物质在循环过程中递减 解析 : 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。 答案 : D 3 . 右图表示某生态系统中 4 种成分之间的关系。下列相关叙述正确的是 ( 　　 ) A.1 和 2 构成群落 B.3 代表的是自养生物 C. ① 代表光合作用 , ② 代表呼吸作用 D.4 是大气中的 CO 2 库 解析 : 据图可知 ,1 是生产者 , 可代表自养生物 ,2 是消费者 ,3 是分解者 ,2 和 3 是异养生物 ,4 是大气中的 CO 2 库 ; ① 过程为生产者向消费者的物质和能量传递 , ② 过程为呼吸作用 , ③ 过程为光合作用。 答案 : D 4 . 下面是碳循环简图 , 据图分析正确的是 ( 　　 ) A. 人类减少对 ③ 的依赖是当前缓解温室效应的重要措施 B. ② 过程增强后 ① 过程随之增强 , 故不能通过增强 ② 减少大气中的 CO 2 的量 C. 生物群落内部碳循环的物质形式主要是 CO 2 D. 参与 ② 过程的生物包括生产者、消费者和分解者 解析 : 引起温室效应的主要原因是化石燃料的大量燃烧 , 减少对化石燃料的燃烧是缓解温室效应的重要措施 ; ② 表示生产者固定 CO 2 的过程 , 生产者固定 CO 2 形成有机物 , 有机物中的碳只有一部分随着呼吸作用重新回到非生物环境中 , 还有一部分储存在动植物体内 , 故可通过增强 ② 来减少大气中的 CO 2 的量 ; 生物群落内部碳循环的物质形式主要是含碳有机物 ; 参与 ② 过程的生物只有生产者。 答案 : A 5 . 下列关于生态系统食物链中能量和物质的叙述 , 正确的是 ( 　　 ) ① 物质是单向流动、不可循环的 　 ② 物质是可循环的 　 ③ 能量是单向流动、不可循环的 　 ④ 能量是单向流动、可循环的 　 ⑤ 能量是伴随着物质而流动的 　 ⑥ 能量不是伴随物质而流动的 A. ①③⑤ 　　　　　　　 B. ①④⑥ C. ②③⑤ D . ②③⑥ 解析 : 生态系统中的物质是可循环利用的 , 是能量流动的载体 ; 能量流动是单向的 , 能量作为动力推动物质循环的进行。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 碳循环 情境导引 碳元素是构成生物体的重要元素 , 在自然界中没有外来碳的供应 , 生物圈中碳供应却从未短缺 , 这与自然界中的碳循环密切相关。自然界中的碳循环是如何进行的 ? 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 , 请分析回答下列问题。 探究点一 探究点二 探究点三 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 是二氧化碳 ; 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 ? 提示 : ① 是光合作用 , ② 是细胞呼吸。 3 . 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 : 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。 4 . 图中的过程 ⑤ 是指微生物的分解作用 , 具体指哪两种主要形式 ? 提示 : 微生物的分解作用包括有氧呼吸和无氧呼吸两种形式 。 探究点一 探究点二 探究点三 5 . 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 CO 2 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。 6 . 若某地发生铅污染 , 谁是群落中含量最高的群体 ? 这种现象只会发生在污染地区吗 ? 提示 : 丁群体体内含量最高。铅污染可通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 (2020 山东临沂高二期末 ) 右图为碳元素在生态系统中循环的模式图 , 图中甲、乙、丙表示生态系统的生物成分 , 箭头 a~g 表示生理过程。下列相关叙述不正确的是 ( 　　 ) A.d 过程代表光合作用 ,b 过程代表呼吸作用 B. 甲所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多 C. 碳元素在甲、乙、丙之间以有机物的形式传递 D. 碳元素可在非生物环境和生物群落之间反复利用 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 由题图可知 , 丁为大气中的 CO 2 库 , 甲为生产者 , 乙为消费者 , 丙为分解者 ;d 过程为呼吸作用 ,b 过程为光合作用。甲为生产者 , 生产者在食物链中所含的能量最多 , 即所含有机物最多 , 故在食物链中占有的碳元素最多。碳元素在生物群落内部主要以有机物的形式进行传递 , 在非生物环境与生物群落间主要以 CO 2 的形式进行传递。碳元素可以在生态系统中反复利用。 答案 : A 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 碳循环 探究点一 探究点二 探究点三 (1) 存在形式 : 碳在非生物环境中的存在形式是碳酸盐和 CO 2 , 在生物群落中的存在形式是含碳有机物。 (2) 循环形式 : 在生物群落与非生物环境间的循环形式为 CO 2 ; 在群落内部的流动形式为含碳有机物。 (3) 进入生物群落的方式 :CO 2 进入生物群落是通过自养生物完成的 , 主要依赖绿色植物的光合作用 , 也依赖微生物的化能合成作用。 (4) 返回非生物环境的方式 : 生物群落中的有机碳通过生物的呼吸作用和微生物的分解作用被彻底分解成 CO 2 和 H 2 O 等 , 归还到非生物环境中。此外 , 还通过化石燃料的燃烧生成 CO 2 , 返回非生物环境中。 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 气候变化与生态系统的碳循环密切相关 , 下表为 A 、 B 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 ) A 1.20×10 14 1.20×10 14 B 1.20×10 14 1.26×10 14 下列叙述不正确的是 ( 　　 ) A. 生态系统碳的吸收主要是通过光合作用实现的 , 碳的释放主要是通过呼吸作用实现的 B. 表中 A 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. 由于过度排放人工碳使得植物光合作用受到抑制 , 破坏了生态系统的物质循环 , 导致大气中二氧化碳的增加 , 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 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 植物通过光合作用固定大气中的无机碳 , 而生物的呼吸作用则把生物群落中的有机碳转变为无机碳 , 再返还给大气。表中 A 时期碳的吸收量和释放量是相同的 , 说明大气中碳的含量相对稳定。 B 时期碳的释放量大于吸收量 , 说明人为增加化石燃料的燃烧会增加碳的释放量 , 从而影响整个生态系统的碳循环。大气中 CO 2 含量的提高可以增强光合作用 , 而不是使光合作用受到抑制 , 所以 C 项的表述是错误的。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 2 .( 多选 )(2020 山东德州高二期末 ) 陈巴尔虎草原是一代天骄成吉思汗的出生地 , 地处呼伦贝尔大草原腹地 , 素有 “ 天堂草原 ” 的美誉 , 下图为陈巴尔虎草原中几种生物之间的关系 , 下列说法错误的是 ( 　　 ) A. 图中全部生物共同构成生物群落 B. 草 → 兔的能量传递效率为 10%~20% C.DDT 等难以分解的有毒物质会在狐和鹰体内富集 D. 狐的同化量的一部分以狐的粪便的形式流入分解者 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 图中未能呈现出分解者 , 故这些生物不能构成生物群落 ,A 项错误 ; 草是生产者属于第一营养级 , 而兔是初级消费者 , 属于第二营养级 , 能量传递效率是下一个营养级与上一个营养级的同化量之比 , 兔只是第二营养级的一部分 ,B 项错误 ;DDT 等难以分解的物质可沿食物链聚集 , 营养级越高的生物其体内的 DDT 浓度越高 ,C 项正确 ; 狐的粪便是未被狐利用的能量 , 属于上一营养级 ,D 项错误。 答案 : ABD 探究点一 探究点二 探究点三 物质循环和能量流动的关系 情境导引 物质循环和能量流动有什么区别和联系 ? 试完成物质循环和能量流动的比较。 比较项目 物质循环 能量流动 内容和主要形式 元素 , 以 无机物 的形式循环 能量 , 以 有机物 的形式流动 特点 循环往复运动、 具有 全球性 单向传递 、 逐级递减 范围 生物圈 生态系统的各营养级 联系 在生物群落中的流动渠道都是 食物链和食物网 两者同时进行 , 彼此相互依存、不可分割 物质是能量的 载体 , 能量是物质循环的 动力 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 右图是生态系统中碳循环示意图 , 其中 “→” 表示碳元素的流动方向。下列叙述不正确的是 ( 　　 ) A. 在碳循环过程中 , 同时伴随着能量流动 B. 由于某种原因造成图中 E 大量减少 , 推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生的变化是 D 增加 ,F 减少 C. 该生态系统的消费者包括图中的 D 、 E 、 F 、 B D.A 与 C 之间碳元素主要以 CO 2 的形式进行循环 ,F→B 过程中以含碳有机物的形式进行流动　 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 分析图形 ,A 、 B 、 D 、 E 、 F 均有箭头指向 C, 则 C 表示大气中的 CO 2 库。 A 、 C 之间为双向箭头 , 则 A 表示生产者。 A 、 D 、 E 、 F 均有箭头指向 B, 则 B 表示分解者 ,D 、 E 、 F 表示消费者。图示中包含的食物链为 A→D→E→F, 若 E 减少 , 短时间内 D 增加 ,F 减少。碳在生物群落与非生物环境之间主要以 CO 2 的形式循环 , 在生物群落内部是以含碳有机物的形式进行流动。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 能量流动与物质循环的关系 (1) 能量流动和物质循环同时进行 , 相互依存 , 不可分割。能量流动不能离开物质循环而单独进行 , 能量的固定、储存和释放 , 离不开物质的合成和分解。 (2) 物质是能量的载体 , 使能量沿着食物链 ( 网 ) 流动 ; 能量作为动力 , 使物质不断在生物群落和非生物环境之间循环往返。 (3) 生态系统中的各种组成成分 —— 非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者 , 正是通过能量流动和物质循环才联系在一起的 , 进而形成一个统一整体。 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 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 ( 　　 ) 探究点一 探究点二 探究点三 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返 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 CO 2 的形式进行的 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 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 ; 生产者固定的太阳能的总量包括 : 生产者自身的呼吸作用散失的能量、生产者流向初级消费者的能量、被分解者利用的能量及未利用的能量四部分 ; 碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要是以 CO 2 的形式进行的 , 在生物群落内部以有机物的形式传递。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 下图为某生态系统的部分物质循环简图 , 其中 M 表示非生物的物质和能量。下列相关叙述正确的是 ( 　　 ) A. 若 M 表示大气中的 CO 2 , 则碳元素在图中 ④ 过程中是以有机物形式传递的 B. 从图中我们可以看出能量伴随着物质循环而循环 C. 若 M 表示大气中的 CO 2 , 则碳元素可在生物群落中循环利用 D. 若 M 表示非生物环境中的能量 , 则 ① 的能量值为 ② 与 ③ 对应的能量值之和 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 碳元素在生物群落中是以含碳有机物的形式传递的 ,A 项正确 ; 能量在生态系统中沿食物链单向流动 , 而不能循环利用 ,B 项错误 ; 碳元素是在非生物环境和生物群落之间循环利用的 , 而不是在生物群落的内部 ,C 项错误 ; ① 代表的是生态系统中固定的总能量 , 它不仅包括 ②③ , 还包括消费者通过呼吸作用散失到非生物环境中的能量以及用于生物群落生长、发育和繁殖的能量 ,D 项错误。 答案 : A 探究点一 探究点二 探究点三 探究土壤微生物的分解作用 情境导引 教材 P 65~66 中参考案例 1 和参考案例 2 的原理相同 , 但两者的自变量不同 , 二者的自变量各是什么 ? 试完善下列实验分析。 1 . 实验原理 (1) 土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物 , 它们在生态系统中的成分为 分解者 。 (2) 分解者的作用是将环境中的 有机物 分解为 无机物 , 其分解速度与环境中的 温度 、水分等生态因子相关。 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 案例 1 (1) 实验假设 : 土壤微生物能分解落叶使之腐烂。 (2) 实验设计 : 实验组对土壤 高温 处理 ; 对照组对土壤不做任何处理 ( 自然状态 ) 。 3 . 案例 2 (1) 实验假设 : 土壤微生物能分解淀粉。 (2) 实验设计 : 实验组 A 烧杯中加入 30 mL 土壤浸出液 ; 对照组 B 烧杯中加入 30 mL 蒸馏水 。   探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂 , 下列各项构成了一个实验设计 , 其中不符合实验目的和步骤的是 ( 　　 ) A. 可选择带有落叶的土壤为实验材料 , 筛出落叶和土壤 B. 将落叶平均分成两份 , 把土壤也平均分成两份 C. 将土壤分为两组 , 对照组土壤进行接种微生物处理 , 实验组土壤不做处理 D. 将落叶分别埋入两组土壤中 , 观察腐烂情况 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 分解落叶的微生物往往在含有落叶的土壤中分布较多 , 所以可选择带有落叶的土壤为实验材料 , 筛出落叶和土壤 ,A 项正确 ; 由实验目的可知 , 实验分为两组 , 即实验组和对照组 , 所以要将落叶平均分成两份 , 把土壤也平均分成两份 ,B 项正确 ; 应将灭菌的土壤设为实验组 , 不做处理的土壤设为对照组 ,C 项错误 ; 将落叶分别埋入两组土壤中 , 观察腐烂情况 ,D 项正确。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1 . 案例比较 比较项目 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 是否含有分解淀粉的微生物 探究点一 探究点二 探究点三 比较项目 案例 1 案例 2 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 A 1 ( 加入碘液 ) 不变蓝 A 2 ( 加入斐林试剂 ) 产生砖红色沉淀 B B 1 ( 加入碘液 ) 变蓝 B 2 ( 加入斐林试剂 ) 无砖 红色 沉淀 结论分析 土壤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 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 实验组、对照组的确定 (1) 验证实验中二者如何确定 : 根据题意首先弄清实验研究的自变量是什么 , 然后找到进行自变量处理的为实验组 , 没进行自变量处理 , 仅为排除无关变量干扰而设置的实验为对照组。 (2) 探究实验中二者如何确定 : 接受自变量处理的 , 实验结果是未知的为实验组 ; 未接受自变量处理的 , 实验结果是已知的为对照组。 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 为了解土壤微生物能否分解农药 , 并尽快得出实验结论 , 有人用 “ 敌草隆 ”( 一种除草剂 ) 进行实验 : 取等量砂土分装于相同的两容器中 ,a 组高压灭菌 ,b 组不灭菌。下列有关叙述正确的是 ( 　　 ) ① 向 a 、 b 中喷入等量的 “ 敌草隆 ”, 再置于同一恒温箱中培养相同时间 ② 检测 “ 敌草隆 ” 的消失情况 , 预计 a 中的 “ 敌草隆 ” 含量不变 ,b 中的全部消失 ③ 只用砂土 , 实验效果不如用几种典型土壤混合后的好 ④ 各再增加 c 组作为对照 , 不喷入 “ 敌草隆 ”, 其他处理与 a 、 b 组相同 A. ① 　　　 B. ②③ 　　 C. ①③ 　　 D. ①③④ 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : ① 本实验的自变量是有无土壤微生物 , 而 “ 敌草隆 ” 的使用量和培养条件是无关变量 , 无关变量应保持一致且适宜 , 所以应向 a 、 b 中喷入等量 “ 敌草隆 ”, 再置于同一恒温箱中培养相同时间 , ① 正确 ; ② a 组土壤经过高压灭菌 , 不含微生物 , 不能将 “ 敌草隆 ” 分解 , 预计 a 的 “ 敌草隆 ” 含量基本不变 ,b 组不灭菌 , 存在土壤微生物 , 可能将 “ 敌草隆 ” 分解 , 预计 b 的 “ 敌草隆 ” 含量减少 , 但不会全部消失 , ② 错误 ; ③ 不同土壤中微生物的种类和数量不同 , 只用砂土实验效果不如几种典型土壤混合后的好 , ③ 正确 ; ④ 本实验是探究土壤中的微生物是否对农药 “ 敌草隆 ” 具有分解作用 , 若不喷入 “ 敌草隆 ”, 则不能得出结论 , ④ 错误。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 某同学完成了 “ 土壤微生物的分解作用 ” 的对照实验 , 其中对照组 ( 　　 ) A. 土壤不做处理 , 自然状态 B. 土壤进行处理 C. 排除土壤微生物的作用 D. 尽可能避免土壤理化性质的改变 解析 : “ 土壤微生物的分解作用 ” 实验中 , 自变量是土壤微生物的有无 , 因变量是有机物的分解情况。对照实验中的对照组就是接近于自然状态的一组 , 即不施加变量处理的一组 , 实验组是使用灭菌处理的土壤。 答案 : A