人教版（2019）选择性必修2-3.3生态系统的物质循环(共66张PPT)

(共66张PPT)
第3节　生态系统的物质循环
第3章　
生态系统及其稳定性
学习目标 核心素养
1.概述生态系统的物质循环过程。 2．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。 3．说明能量流动和物质循环的关系。 4．尝试探究土壤微生物的分解作用。 1.生命观念：能量流动伴随物质的变化，保证了生命活动的进行，反映了生命的物质与能量观。
2．科学思维：通过碳循环过程，建构概念模型。
3．科学探究：探究土壤微生物的分解作用。
4．社会责任：阐明生物富集的成因和危害，提出科学的防治建议。
知识点一　碳循环
CO2
光合作用
有机物
CO2
呼吸作用
分解作用
燃烧
CO2
全球性
碳、氢、氧、氮、磷、硫
等元素
非生物环境
生物群落
生物群落
非生物环境
全球性
生物圈
全球性
循环往复
改进农业生产方式
食物链和食物网
全球性
某种元素
难以降解的化合物
超过
重金属
有机化合物
高
化学能
逐级递减、单向不循环
可以被生物群落反复利用
生态系统各营养级
生物圈
物质
能量
分解者
温度、水分
蓝
砖红色
高温
不做任何
产生砖红色沉淀
不产生砖红色沉淀
3.基本技术要求
(1)探究活动最好在实验室中进行，以便控制变量，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，微生物分解落叶的功能不同，分解的时间也有差异，一般需要适宜的温度、湿润的条件等。
与自然界的碳循环关系最密切的细胞器是什么？
　如果人们不按生态规律办事，乱砍滥伐森林，对生态系统的碳循环有何影响？
　生态系统的物质循环中所说的“物质”可以是化合物吗？
提示：线粒体和叶绿体。
提示
提示：打破碳循环平衡，使大气CO2进入生物群落过程受阻，大气中CO2的含量就会明显增多。
提示：不可以。“物质”是指化学元素。
提示：高营养级的含量不一定会高于低营养级的含量。高营养级的浓度一定高于低营养级的浓度。
既然氮元素在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的，为什么还要往农田中不断地施加氮肥？
　具有生物富集现象的有害物质与碳、氮等元素的循环过程相同吗？
　对于会发生生物富集作用的物质，高营养级的含量一定会高于低营养级的含量吗？
提示：物质循环是指在生物圈范围内物质是循环的。农田中不断有粮食产出，基本元素不断地被输出，所以要不断地施加氮肥。
提示
提示：不相同。
碘液与斐林试剂的检测作用是不是一样？
提示：不一样。前者检测淀粉的分解是否彻底完成，后者检测淀粉的分解是否发生。
提示
课堂小结
1．(目标1)生态系统的物质循环是生态系统的基本功能之一。下列与“生态系统物质循环”这一概念相关的理解，错误的是(　　)
A．生态系统指的是生物圈
B．物质指的是组成生物体的元素
C．重金属也能参与物质循环
D．物质循环发生在生物群落内部
解析　物质循环发生在生物群落和非生物环境之间，D错误。
答案
解析
解析　光合作用推动碳循环过程，但是生态系统中能量流动的特点是单向流动，逐级递减，是不能循环的，A错误；生态系统中能量的初始来源除了太阳能，还有化学反应释放的化学能，C错误；防治稻田害虫，目的是调整能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分，而不能提高生产者和消费者之间的能量传递效率，D错误。
2．(目标3)下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，正确的是(　　)
A．光合作用推动碳循环过程，促进了生物群落中的能量循环
B．碳以CO2的形式在生物群落与非生物环境之间循环
C．生态系统中能量的初始来源只有太阳能
D．防治稻田害虫可提高生产者和消费者之间的能量传递效率
答案
解析
3．(目标4)某同学完成了“探究落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗”的对照实验，对照组要求(　　)
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．尽可能避免改变土壤的理化性质
解析　该探究实验的自变量为土壤中是否含有微生物，对实验组要处理为无微生物状态，而对照组则不做任何处理。
答案
解析
4．(目标2)下列各项中，不能通过食物链传递引起生物富集现象的是(　　)
A．DDT污染 B．重金属镉
C．某些放射性物质 D．氟利昂污染
解析　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。
答案
解析
5．(目标1)如图是生态系统的碳循环图解。图中A～D代表生态系统的4种成分，①～⑦代表碳元素在生态系统中循环的途径。请仔细分析图并回答下列问题。
(1)图中A代表________，碳在C中以________形式存在。
(2)图中代表光合作用的是________，代表分解作用的是________，代表呼吸作用的是________。
生产者
有机物
③
⑦
②⑤
解析　图中A和D进行双向的物质传递，而且A指向B、C、D，而A、B、C指向D，可知A是生产者，C是消费者，B为分解者，D为非生物环境。③是生产者利用光合作用或化能合成作用，将非生物环境中的CO2转化为含碳有机物。分解者能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物。②⑤为生物群落中的各种生物将有机物通过细胞呼吸分解为CO2返回非生物环境的过程，即细胞呼吸。
(3)图中B代表________，它在生态系统中的作用是_________________
________________________________________________。
(4)碳元素在⑤和⑦中是以________形式流动，在①和⑥中是以________的形式流动。
分解者
将动植物的遗体和
动物的排遗物中的有机物分解为无机物
CO2
有机物
解析
题型一　物质循环过程相关图解中各成分的判断
[例1]　如图表示某生态系统的碳循环过程中4种成分之间的关系。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
答案
解题分析　据图分析，1是生产者，2是消费者，3是分解者，4是大气中的CO2库，而群落是指一定区域内的全部生物，A错误；3是分解者，主要指营腐生生活的细菌和真菌，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。
解题分析
[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
答案
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，丁表示大气中的CO2库；①表示生产者通过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，②⑥、⑤分别表示生产者和消费者通过呼吸作用、分解者通过分解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。
解题分析
“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。
A．各级消费者的能量总和一定小于生产者所固定的太阳能总量
B．生物圈的物质和能量是自给自足的
C．D为分解者
D．碳以CO2形式进入生物群落，又以CO2的形式离开生物群落返回到非生物环境
题型二　物质循环与能量流动的关系
[例3]　下图表示生态系统的能量流动和物质循环的关系简图，相关叙述不正确的是(　　)
答案
解题分析　各级消费者的能量都是直接或者间接来自生产者所固定的太阳能，况且生产者固定的太阳能总量并不是完全传递给消费者，生产者自己也会通过呼吸作用消耗部分同化的能量，故各级消费者的能量总和一定小于生产者所固定的太阳能总量，A正确；对于生态系统的功能来讲，物质循环是可以自给自足的，而能量沿食物链流动是单向传递、逐级递减的，故能量是需要不断补充的，B错误；由图可知，A、B、C都是一部分能量流向了D，D是分解者，C正确；由图可知，碳以CO2形式通过植物的光合作用进入生物群落，又以CO2的形式离开生物群落返回非生物环境，D正确。
解题分析
题型三　生物富集
[例4]　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
答案
解题分析　图示不同的营养级的生物可以构成食物网，A正确；生态系统中某些有害物质沿食物链积累，因此图中含有镉的浓度越高，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的物质和能量，镉属于生态系统的组成成分，C错误；根据图示柱形图可知，丁的镉浓度最低，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。
解题分析
解题分析　从图示数量值关系看出，4种生物有机物总干重为丙>甲>乙>丁，因此按营养级关系由低到高，应为丙→甲→乙→丁形成食物链。乙种群数量增加，造成丁增加、甲减少，甲减少会造成丙增加，D正确。
题型四　食物链(网)的构建
[例5]　如果一个生态系统中有4种生物，并构成一条食物链，在某一时间分别测得这4种生物(甲、乙、丙、丁)所含有机物的总干重，如图所示。在一段时间内，如果乙的种群数量增加，下列说法正确的是(　　)
A．食物链丁→乙→甲→丙
B．甲、丙、丁的种群数量均增加
C．甲、丁的种群数量下降，丙的种群数量增加
D．甲的种群数量下降，丙、丁的种群数量增加
答案
解题分析
食物链(网)的构建方法
(1)根据捕食关系曲线构建食物链(网)
先上升先下降者为被捕食者，后上升后下降者为捕食者，故可以确定图中食物链为：乙→丙→甲。
(2)根据能量的含量“由多到少”构建食物链(网)
生态系统中的能量流动是单向传递、逐级递减的，能量值大者为被捕食者，少者为捕食者。该表中食物链为：B→D→A→C。
营养级 A B C D
能量(kJ) 15.9 870.7 0.9 141.0
(3)根据生物量(有机物的总干重)构建食物链(网)
图1和图2都是以每个营养级中有机物多少为依据的，图1中的食物链是丙→甲→乙→丁；若两营养级的生物量相差不大，不足以构成10%～20%的比例，则两者应为同一营养级，故可以确定图2中的食物网是
题型五　探究土壤微生物的分解作用
[例6]　某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(距地面约5 cm)为实验材料，研究土壤微生物对落叶的分解作用，他们对土壤的处理情况见下表。下列叙述错误的是(　　)
组别 1 2 3 4
土壤处理 60 ℃放置1 h 不处理 60 ℃放置1 h 不处理
土壤湿度 湿润 湿润 较干燥 较干燥
A．该实验的自变量为土壤是否进行60 ℃放置处理，实验中的对照组是1和3
B．该实验能探究在不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用
C．为了控制实验中的无关变量，作为实验材料的落叶也可进行60 ℃放置处理
D．预期结论是1、3组的落叶不被分解，2、4组的落叶被不同程度地分解
答案
解题分析　实验的自变量是土壤湿润条件和是否进行60 ℃放置处理，该实验可探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用，A错误，B正确；落叶上面也有微生物，也可以分解落叶，所以为了控制无关变量，作为实验材料的落叶也可进行灭菌处理，C正确；因为1、3组土壤经过60 ℃放置处理，土壤中微生物被杀灭，所以落叶无法被分解，2、4组没有进行60 ℃放置处理，存在微生物，因其土壤的湿润条件不同，所以被分解的落叶量也不相同，D正确。
解题分析
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。
解析　物质循环的实质为元素在生物圈这个最大的生态系统中往复出现、循环利用，在这个过程中物质是守恒的。
[单项选择题]
知识点一　碳循环与物质循环
1.关于生态系统的物质循环的叙述，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
答案
解析
2．“哥本哈根气候变化大会”引起了人们对温室气体排放的关注，大会所倡导的低碳生活获得普遍认同。根据下图所示碳循环的部分过程进行有关分析，正确的是(　　)
A．生物群落内部进行碳循环的物质形式是CO2
B．参与过程②的生物只有消费者和分解者
C．不能通过增强过程③减少大气中CO2的含量
D．开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对过程①的依赖
答案
解析　生物群落内部碳元素以有机物的形式传递，A错误；过程②指的是生物群落内部生产者、消费者通过细胞呼吸作用和分解者的分解作用释放CO2，B错误；可以通过增强过程③减少空气中CO2的含量，C错误；开发新能源能减少人类对化石燃料的使用，D正确。
解析
3．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
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；非生物环境中的CO2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非生物环境外，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。
解析
4．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中生物群落与大气环境的碳交换情况。下列相关叙述中，错误的是(　　)
A．生态系统中碳的吸收主要通过光合作用实现，碳的释放主要通过生物的呼吸作用实现
B．如果碳释放量远远大于碳吸收量，会引起温室效应
C．A时期陆地生态系统碳吸收量等于碳释放量，说明此时海洋在调节大气碳含量中无作用
D．B时期大量植树造林可以使碳的吸收量和释放量趋于平衡
答案
时期 碳吸收量(kgC·a－1) 碳释放量(kgC·a－1)
A 1.20×1014 1.20×1014
B 1.20×1014 1.26×1014
解析　生物群落主要通过生产者的光合作用吸收非生物环境中的CO2，主要通过生物的呼吸作用释放CO2，A正确；碳释放量远远大于碳吸收量会导致大气中CO2增多，引起温室效应，B正确；物质循环具有全球性的特点，A时期陆地生态系统碳吸收量等于碳释放量，但海洋对于调节大气中的碳含量仍起着非常重要的作用，C错误；B时期大量植树造林可增加碳吸收量，使碳的吸收量和释放量趋于平衡，D正确。
解析
5．如图表示生态系统碳循环，图中a、b、c、d表示该生态系统的四种成分，箭头表示各成分之间的关系。下列相关叙述错误的是(　　)
A．a、c和d所包含的所有种群构成群落
B．生活中倡导低碳行动利于b的相对稳定
C．c的存在可以加快生态系统的物质循环
D．d是唯一能把有机物分解成无机物的成分
答案
解析　由图可知，a属于生产者，c为消费者，d为分解者，群落是指生活在一定的自然区域内，相互之间具有直接或间接联系的各种生物种群的总和，则包括生产者、消费者和分解者，A正确；b应为大气中的CO2库，生活中倡导低碳行动利于大气中二氧化碳的相对稳定，B正确；c为消费者，消费者的存在可以加快生态系统的物质循环，C正确；生产者、消费者和分解者都能通过呼吸作用把有机物分解成无机物，D错误。
解析
解析　植物不能直接利用有机物，必须分解成无机物才能被植物利用，D错误。
6．如图是某农业生态系统模式图，下列叙述不正确的是(　　)
A．蚯蚓和生活垃圾中的微生物属于分解者
B．碳输出此生态系统的主要形式是有机碳和CO2
C．人类活动对此生态系统平衡状态的维持起到重要作用
D．农作物主要吸收利用有机肥中的有机物维持生命活动
答案
解析
知识点二　生物富集以及能量流动与物质循环的关系
7.日本福岛地震后，核电站中的一些放射性物质(如131I)泄露。震后一段时间内，在我国一些沿海城市空气或蔬菜中检测到了131I。下列解释最合理的是(　　)
A．131I通过食物链富集在高营养级生物体内
B．131I通过海洋生物捕食被带到其他区域
C．131I通过水和大气循环被带到其他区域
D．131I插入蔬菜细胞的DNA造成基因突变
答案
解析　物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力，二者相互依存，不可分割，A正确；非生物环境中的物质可以通过植物的根部吸收、光合作用以及某些生物的化能合成作用进入生物群落，B正确；通过绿色植物的光合作用，只能完成非生物环境中的碳元素进入生物群落的过程，不能完成整个碳循环过程，C错误。
8．下列关于物质循环和能量流动的说法，错误的是(　　)
A．物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力
B．非生物环境中的物质可以通过多种途径被生物群落利用
C．通过绿色植物的光合作用，可完成生态系统碳循环
D．食物链和食物网是能量流动和物质循环的渠道
答案
解析
9.如图显示某生态系统中四种生物体内不易分解的有害物质含量所占比例。假设这四种生物构成一条食物链，则(　　)
A．该食物链可以写成：丙→丁→甲→乙
B．丙与丁之间具有捕食关系
C．乙所需的能量最终来自丙
D．若甲的数量增加，可能引起乙的数量增加
答案
解析　生态系统中的有害物质会沿食物链不断积累，因此营养级别最高的生物，其体内积累的有害物质会最多，假设图中这四种生物构成一条食物链，则为乙→甲→丁→丙，A错误；丙与丁之间是捕食关系，丙捕食丁，B正确；乙是生产者，其所需的能量最终来自太阳，C错误；甲以乙为食，若甲的数量增加，会导致乙的数量减少，D错误。
解析
知识点三　探究土壤微生物的分解作用
10.下列选项是探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂的实验步骤，其中不符合实验目的的是(　　)
A．从带有落叶的土壤中筛出落叶和土壤
B．将落叶平均分成两份，将土壤也平均分成两份
C．对照组土壤进行60 ℃放置处理，实验组土壤不做处理
D．将落叶分别埋入对照组和实验组的土壤中，观察腐烂情况
答案
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正确；应将进行60 ℃放置处理的土壤设为实验组，不做处理的土壤设为对照组，C错误；将落叶分别埋入两组土壤中，观察腐烂情况，D正确。
解析
[非选择题]
11. 右图为某生态系统碳循环的部分示意图，回答下列问题：
(1)图中的字母________表示大气中的CO2，由于许多因素的影响，使其含量夏季________冬季。
(2)CO2被生产者吸收转变成生物体内的物质进入生物群落，再被图中的A、B的________和C的分解作用以及E的燃烧，转变成CO2后再重新循环。若此生态系统中的生物群落处在正常演替过程中，生产者吸收的CO2量________整个生物群落排放的CO2量。
D
低于
呼吸作用
大于
(3)若将本题图修改为该生态系统的能量流动示意图，可将D的含义改为____________，其他字母及文字代表的含义不变，还需要修改之处有：增加“光→”A、删除“→E→”D、____________。
非生物环境
删除D“→”A
12．如图是生态系统中碳循环的简明示意图。
(1)A过程是________的________作用，具体包括________和________两种类型。
(2)图中缺少的一个重要箭头是______________________________。
(3)与A过程本质相同的有________过程。(用图中字母表示)
分解者
分解
有氧呼吸
无氧呼吸
从大气中的CO2库到绿色植物
B、C
(4)碳在非生物环境与生物群落之间以________的形式进行循环，碳循环具有________性。
(5)海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。当大气中的CO2含量增加，________圈中的CO2含量也随之增加；如果大气中的CO2发生________，水圈中的CO2也能及时________大气。
CO2
全球
水
局部短缺
进入
13．下面是某小组同学为验证“细菌对落叶的分解作用”提出的两个实验方案。他们将同一种树的落叶分成甲、乙两组，实验过程中不断滴加无菌蒸馏水，使落叶保持潮湿。
方案1：将甲组放在无菌条件下，乙组放在自然条件下(暴露在空气中)。
方案2：将甲组的落叶灭菌后放在无菌条件下，乙组放在自然条件下(暴露在空气中)。
(1)上述两种实验方案能否达到实验目的？请说明理由。
方案1：_____________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
方案2：_____________________________________________________
____________________________________________________________。
方案1：不能。甲、乙两组的落叶均未进行灭菌处理，这可
能导致甲、乙两组落叶被落叶上的原有微生物分解；乙组放在自然条件下，
其落叶有可能被空气中的其他微生物分解，因此，两组实验均无法说明细
菌对落叶的分解作用
不能。在自然条件下，空气中不仅含有细菌，还含有分解落叶
不能。在自然条件下，空气中不仅含有细菌，还含有分解落叶
(2)甲、乙两组实验为什么要用相同的落叶？______________________
_______________________________________________________________________________________________。
(3)现在由你进行实验设计，请写出你的设计方案。
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
因为该实验的目的是研究
细菌对落叶的分解作用，自变量为有无细菌，所以在设计对照实验时，
要控制无关变量，如落叶状况等
将甲、乙两组落叶都进行灭菌处理，然后将甲组和接种了能分解纤
维素的细菌或其他细菌的乙组放在无菌条件下。实验过程中不断滴加无菌
蒸馏水，使落叶保持潮湿。观察记录落叶的变化