1、第第 3 3 节节 生态系统的物质循环生态系统的物质循环 生态系统的物质循环与生物富集 自主梳理 1.物质循环的实例、定义、特点与应用 2.生物富集 (1)物质循环中的“物质”指的是组成生物体的各种化合物。() 提示 物质循环中的“物质”指的是组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，而非化 合物。 (2)沼渣等作为肥料还田，使物质能够循环利用。() (3)碳循环在生物群落内部以 CO2形式进行。() 提示 碳循环在生物群落内部以有机物形式进行。 (4)化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。() 应用示例 (2021 湖北长阳一中月考)关于生态系统的物质循环的叙述，不正确的是( ) A.
2、化石燃料的大量开采和使用加剧了温室效应 B.所指的物质是指组成生物体的各种化学元素 C.所说的生态系统是地球上最大的生态系统生物圈 D.温室效应具有全球性，但生物富集现象只限于生物圈的局部 答案 D 解析 化石燃料的大量开采和使用大大增加了二氧化碳的排放，加剧了温室效应，A 正确； 物质循环指组成生物体的 C、H、O、N、P、S 等元素在生物群落和非生物环境之间不断循 环的过程，即所指的物质是指组成生物体的元素，B 正确；物质循环具有全球性，所说的生 态系统是地球上最大的生态系统生物圈，C 正确；一些有害物质可以通过大气、水和生 物迁移等途径扩散到世界各地，因此生物富集现象具有全球性，D 错误
3、。 对点小练 (2021 郑州七中期末)下列关于碳循环的说法，正确的是( ) A.在生物群落与非生物环境之间主要是以 CO2形式进行 B.在生物群落之间是以有机物的形式循环的 C.在整个生物圈是以 CO2的形式循环的 D.非生物环境中的碳都是以光合作用的形式进入生物群落的 答案 A 解析 碳元素通过生物群落的光合作用与化能合成作用以 CO2的形式进入生物群落，同时 通过生物群落的呼吸作用以 CO2的形式返回非生物环境，A 正确、D 错误；碳元素在生物 群落中是以有机物的形式传递的，B 错误；生态系统中的碳在生物群落与非生物环境之间是 以 CO2的形式循环的，而碳在生物群落内的传递形式是有机物，
4、C 错误。 素养提升 科学思维碳循环概念模型的分析 下图是碳循环过程的概念模型，请根据该模型回答下列问题： (1)碳在非生物环境和生物体内分别主要以什么形式存在？ 提示 CO2；有机物。 (2)碳是如何进出生产者、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)? 提示 碳以二氧化碳的形式通过光合作用被生产者固定在合成的有机物中， 又以有机物的形 式被消费者摄食同化，形成消费者体内的有机物；动植物的遗体和排遗物中的有机物，经过 分解者的分解作用，以二氧化碳的形式返还非生物环境。 (3)生物体内的碳进入非生物环境的途径有哪些？形式是什么？ 提示 有 3 条：一是动植物的呼吸作用
5、，二是分解者的分解作用，三是化石燃料的燃烧；形 式都是二氧化碳。 (4)温室效应形成的主要原因是什么？有哪些缓解措施？ 提示 化石燃料的大量燃烧，打破了碳平衡。一方面采取措施减少二氧化碳的排放，如减少 化石燃料燃烧，开发新能源等；另一方面，增加二氧化碳的吸收和固定，如大力提倡植树造 林，提高森林覆盖率。 应用示例 (2021 江苏启东中学期末)下列各图均为生态系统碳循环示意图， 请据图回答下列 问题： (1)图甲中 AD 代表的成分依次是 。 (2)图乙中代表生产者的是_， 代表消费者的是_， 代表分解者的是_， 代表大气中的 CO2库的是_。 (3)图丙中， 代表生产者的是_， 代表消费者的
6、是_， 代表分解者的是_， 代表大气中的 CO2库的是_。 答案 (1)生产者、大气中的 CO2库、消费者、分解者 (2)A B、D E C (3)E F、D、 B C A 联想质疑 温室效应导致冰川融化，对许多南极生物的生存构成威胁 物质在生物群落和非生物环境之间往复循环 汞的富集导致人患水俣病 (1)富集物的特点：化学性质稳定不易分解，在生物体内积累而不易排出； (2)富集过程：随着食物链的延长而不断加强，即营养级越高，富集物的浓度越高。 1.当今提倡的“低碳生活”有何生态学意义？ 提示 减少化石燃料燃烧，缓解温室效应，有利于碳循环的平衡。 2.有人说：“把有害物质排放到远离人群的地方就安
7、全了。”你如何理解？ 提示 有些有害物质可通过大气、 水和生物迁移等途径扩散到世界各地， 最终对人类造成危 害。 , 温室效应的危害 “两看法”快速确认碳循环的各成分 能量流动和物质循环的关系 自主梳理 能量流动与物质循环的区别与联系 (1)在生物群落中它们的流动渠道是食物链和食物网，且同时进行，相互依存，不可分割； (2)能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程； (3)物质是能量沿食物链(网)流动的载体，能量是物质在生态系统中循环往复的动力 (1)物质循环和能量流动是两个独立的过程。() 提示 能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，两者同时进行、相互依存、不可分割。
8、(2)生态系统的物质循环和能量流动的渠道都是食物链和食物网，所以物质和能量都是循环 往复的。() 提示 物质循环的范围是整个生物圈，能量流动是单向的、递减的、不能循环的。 (3)只有在光照条件下，生态系统的物质循环和能量流动才是同时进行的。() 提示 无论有光无光，物质循环和能量流动都在同时进行。 应用示例 (2021 河北正定调研)下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述， 错误的是 ( ) A.使用粪便作为肥料，其能量可以流向植物，实现了对能量的循环利用 B.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以 CO2的形式进行的 C.非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用 D.能量流动和物质循
9、环是同时进行的，彼此相互依存，不可分割 答案 A 解析 使用粪便作为肥料，其被微生物分解产生的物质可以被植物利用，实现了物质循环， 但能量在流经各营养级时是逐级递减的，能量流动是单方向不循环的，A 错误。 对点小练 (2021 江西新余月考)下列关于生态系统物质循环和能量流动的叙述，错误的是 ( ) A.碳循环具有全球性 B.物质和能量都是循环流动的 C.物质循环和能量流动息息相关 D.非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用 答案 B 解析 物质循环如碳循环具有全球性，A 正确；物质能循环流动，但能量只能单向流动，B 错误；物质循环和能量流动相互依存，息息相关，不可分割，C 正确；物质循环具
10、有反复利 用的特点，即非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用，D 正确。 联想质疑 物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力 (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的形式散失到非生物环境中，不能循环利用。而物质循环产生 的 CO2又被重新利用，所以没有终点。 1.物质循环和能量流动的起点和终点是否相同？ 提示 不同。能量流动的起点是生产者固定的太阳能，终点是以热能的形式散失。物质循环 没有起点和终点。 2.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
11、还要往农田中不 断地施加氮肥？ 提示 因为农民要不断地从农田中收获农产品， 会带走大量的氮元素， 因此要通过往农田中 不断地施加氮肥，以维持农田氮循环的稳定。 , 探究土壤微生物的分解作用 自主梳理 1.探究原理 (1)土壤中存在种类、 数目繁多的细菌、 真菌等微生物， 它们在生态系统中主要充当分解者。 (2)分解者的分解速度与环境中的温度、水分等因素有关。 (3)土壤微生物能分泌淀粉酶将淀粉分解成还原糖(麦芽糖)，淀粉遇碘变蓝。还原糖遇斐林试 剂，在水浴加热条件下，产生砖红色沉淀。 2.实验流程 项目 参考案例 1：探究土壤微生物对落 叶的分解作用 参考案例 2： 探究土壤微生物对淀粉的 分
12、解作用 实 验 设 计 实验组 将土壤用塑料袋包好， 放在 60 恒 温箱中处理 1 h A 烧杯中加入 30 mL 土壤浸出液淀 粉糊 对照组 对土壤不做处理(自然状态) B 烧杯中加入 30 mL 蒸馏水与 A 烧 杯中等量的淀粉糊 自变量 土壤中是否含微生物 浸出液中是否含有土壤中的微生物 实验现象 相同的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：A1、B1 中加入碘液，A2、B2 中加入斐林试剂并水浴加热。 3.注意事项 (1)探究活动最好在
13、实验室中进行，避免环境中不可控制因素的影响。 (2)各地气候与环境等因素不同，微生物分解落叶所需的时间有差异。 (3)本实验可能等几天甚至几周以上的时间才出结果，因此要有计划地观察和记录。 某兴趣小组设计实验来探究土壤微生物对落叶的分解作用， 判断以下操作过程及分析的正误： (1)可采用加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物。() 提示 在探究土壤微生物对落叶的分解作用的实验中， 对实验组的处理要尽可能避免土壤理 化性质的改变，可以将土壤用塑料袋包好，放在 60 恒温箱中灭菌 1 h。 (2)应将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下。() 提示 本实验探究自然条件下土壤微生物对落叶的分解作
14、用， 所以实验组和对照组的土壤都 不能放在隔绝空气的条件下。 (3)对照组中落叶的分解速度明显高于实验组。() (4)实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验。() 提示 该实验的自变量是土壤中微生物的有无， 放入土壤中的落叶的种类和数量都属于无关 变量，应保持相同。 应用示例 (2021 湖南雅礼中学期末)某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深 5 cm 左右) 为实验材料，研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用，对土壤的处理情况见下表。下列叙 述不正确的是( ) 1 组 2 组 3 组 4 组 土壤处理 灭菌 不灭菌 灭菌 不灭菌 湿润 湿润 较干燥 较干燥 A.该实验的目的之一是探
15、究土壤微生物分解落叶时与土壤湿度间的关系 B.该实验的自变量为土壤是否灭菌处理，实验中的实验组是 1 组和 3 组 C.为了保证实验的效果，实验中作为实验材料的落叶不能进行灭菌处理 D.预期结果是 1、3 组的落叶不被分解，2、4 组的落叶被不同程度分解 答案 C 解析 根据表格分析可知， 该实验的自变量之一为土壤的湿润条件， 因此该实验的目的之一 是探究土壤微生物分解落叶时与土壤湿度间的关系， A 正确； 该实验的自变量有土壤是否灭 菌处理、土壤的湿润条件，实验中的对照组是 2 和 4，1 和 3 是实验组，B 正确；为了控制 实验中的无关变量，作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理，消除微生物
16、的影响，C 错误； 根据以上分析已知，1、3 组灭菌后没有微生物，落叶不会被分解，而 2、4 有微生物，但是 湿润程度不同，所以落叶被分解程度不同，D 正确。 联想质疑 土壤微生物能将动植物遗体和排遗物中的有机物分解为无机物 1.如果实验时间不足够长，A 组中的淀粉糊能否分解完全？A、B 两组的实验结果又分别是 什么？ 提示 不能。A 组遇碘液显浅蓝色，与斐林试剂 5065 水浴共热会出现砖红色沉淀；B 组遇碘液显深蓝色，与斐林试剂 5065 水浴共热不会出现砖红色沉淀。 2.微生物的分解作用是否就等同于微生物的呼吸作用？ 提示 并非等同： 微生物的分解作用不仅包括微生物间细胞外分泌相关的水解
17、酶将大分子有 机物水解为小分子有机物， 还包括小分子有机物在微生物细胞内经过呼吸作用被氧化分解的 过程，而微生物的呼吸作用只指小分子有机物在细胞内氧化分解的过程。 思维导图 必背语句 1.组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元 素，都在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， 这就是生态系统的物质循环。 2.物质循环具有全球性和往复循环的特点。 3.碳在非生物环境和生物群落之间是以 CO2 的形式循环的，在生物群落内部是以有机物 的形式传递的。 4.物质是能量流动的载体， 能量是物质循环的 动力。 5.生物体从周围环境中吸收、 积蓄某种元素或 难以降解的化合物，
18、使其在机体内浓度超过 环境浓度的现象，称为生物富集。 随堂检测 1.(2021 河南焦作市期末)松土是农业栽培的传统耕作措施，下列相关说法不合理的是( ) A.松土可以提高土壤的透气性，促进植物对无机盐的吸收 B.松土能加快土壤中枯枝败叶、动物遗体和粪便等有机物的分解 C.松土能降低土壤微生物的呼吸作用强度，减少二氧化碳排放 D.松土若在大雨之前进行，将会造成一定的水土流失 答案 C 解析 中耕松土能够增加土壤的通气量， 有利于植物的根系进行有氧呼吸， 并能促进其吸收 土壤中的无机盐，微生物的有氧呼吸能加快枯枝落叶、动物遗体和粪便等有机物的分解，同 时增加二氧化碳排放，A、B 正确，C 错误；
19、大雨之前进行中耕松土容易造成水土流失，D 正确。 2.(2021 广东佛山期中)下列关于生态系统中物质循环的叙述，错误的是( ) A.碳元素主要通过植物的光合作用进入到生物群落中 B.物质循环和能量流动是同时进行的，彼此相互依存 C.化石燃料的大量燃烧打破了生物圈中碳循环的平衡 D.物质循环是在生产者、消费者、分解者之间进行的 答案 D 解析 碳元素主要通过植物的光合作用进入到生物群落中， 也有部分通过化能合成作用进入 到生物群落中，A 正确；物质循环和能量流动是同时进行的，彼此相互依存，物质是能量流 动的载体，能量是物质循环的动力，B 正确；化石燃料的大量燃烧打破了生物圈中碳循环的 平衡，
20、会造成温室效应， C 正确； 物质循环是在生物群落和非生物环境之间进行的， D 错误。 3.(2021 辽宁葫芦岛月考)下列关于生态系统中物质循环的叙述，错误的是( ) A.低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡 B.物质循环是在非生物环境与生物群落之间进行的 C.煤和石油燃烧以及微生物分解产生的 CO2，促进了碳循环 D.组成生物体的各种化合物在生态系统中都是循环的，且均具有全球性 答案 D 解析 温室气体二氧化碳增多造成温室效应， 低碳生活方式减少大气中的二氧化碳， 有助于 维持生物圈中碳循环的平衡，A 正确；物质循环应是在非生物环境与生物群落之间进行的， B 正确；煤和石油燃烧以及微
21、生物分解产生的 CO2，促进了碳循环，C 正确；组成生物体的 各种元素在生态系统中都是循环的，且均具有全球性，D 错误。 4.如图为某生态系统中碳循环示意图，以下说法不正确的是( ) A.图中甲、丙、丁表示该生态系统的三大功能类群 B.从捕食关系分析，能量最少的是图中丙所处的营养级 C.甲丁的能量传递效率约为 10%20% D.甲乙和乙甲过程中碳的流动形式相同，但对应的生理反应不同 答案 B 解析 图中甲是生产者，丙是分解者，丁是消费者，乙是大气中的 CO2库，三大功能类群 指的是生产者、消费者、分解者，A 正确；分解者丙不参与构成食物链，B 错误；甲为第一 营养级，丁为第二营养级，能量由第一
22、营养级到第二营养级的传递效率约为 10%20%，C 正确； 甲乙和乙甲过程中碳的流动形式均为 CO2， 但在甲乙的过程中生理反应为呼吸 作用，而在乙甲的过程中，生理反应主要为光合作用，D 正确。 5.(2021 安徽六安期末)如图为某生态系统中碳循环的模式图，其中甲、乙、丙表示生态系统 的生物成分，字母表示生理过程。下列相关叙述正确的是( ) A.b 代表呼吸作用，d 代表光合作用 B.碳循环进行的同时一定伴随着能量流动 C.丁所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多 D.碳是以二氧化碳的形式在生物群落与非生物环境之间及生物群落内部往复循环 答案 B 解析 由图可知甲是生产者，乙是消费者，丙是分解者，丁是大气中的二氧化碳库，d 代表 呼吸作用，b 主要代表光合作用，A 错误；碳循环本身就是物质循环中的一种，在物质循环 过程中伴随着能量流动，B 正确；生产者是生态系统中的第一营养级，在食物链中占有的碳 元素最多，故甲最多，C 错误；碳元素在生物群落与非生物环境之间是以二氧化碳形式进行 循环而反复利用，但在生物群落内部是以有机物的形式传递，D 错误。