人教生物学选择性必修2教学案：3-3 生态系统的物质循环（含答案）
文档属性
| 名称 | 人教生物学选择性必修2教学案：3-3 生态系统的物质循环（含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-11-03 20:23:39 | ||
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文档简介
人教生物学选择性必修2教学案
3-3 生态系统的物质循环
学有目标——新课程标准必明 记在平时——核心语句必背
1.以碳循环为例，分析生态系统的物质循环过程。 2.理解生物富集的成因和危害。 3.阐释物质循环和能量流动的关系。 1.生态系统的物质循环是指组成生物体的碳、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。 2.物质循环的特点是具有全球性、循环性。 3.生物富集是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。 4.食物链中营养级越高，生物富集的某种物质浓度就越大。 5.物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力。
[理清主干知识]
一、碳循环
1．循环形式：在生物群落与非生物环境间主要以CO2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。
4．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CO2含量迅速增加，打破了生物圈碳循环的平衡。
(2)应对方法：一方面要减少二氧化碳的排放，另一方面要提高森林覆盖率。
5．物质循环
(1)物质：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素。
(2)范围：生物群落与非生物环境之间循环。
(3)特点：具有全球性、循环性。又称为生物地球化学循环。
(4)应用：农业生产中采用种养结合的模式。
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．特点
(1)食物链中营养级越高，生物富集的某种物质浓度就越大。
(2)生物富集也具有全球性。
三、物质循环和能量流动的关系
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。
[诊断自学效果]
1．判断下列叙述的正误
(1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物(×)
(2)碳循环在生物群落内部以CO2形式进行(×)
(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)碳循环中由于生物的呼吸作用和微生物的分解作用，导致了温室效应现象的出现(×)
(5)能量流动与物质循环是两个独立的过程(×)
(6)能量流动伴随着物质循环在生态系统中反复利用(×)
2．连线碳循环的相关内容
[在探究中学明]
1.如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，箭头表示生理过程。请据图分析：
(1)甲、乙、丙、丁分别代表生态系统的什么成分？并简述判断的理由。
提示：甲和丁之间有双向箭头，且其他几种成分都有箭头指向丁，所以丁为大气中的CO2库，甲为生产者；甲和乙都有箭头指向丙，所以丙为分解者，则乙为消费者。
(2)碳在甲、乙、丙之间的流动形式是什么？在甲(或乙或丙)与丁之间的流动形式又是什么？
提示：在甲、乙、丙之间的流动形式是含碳有机物，在甲(或乙或丙)与丁之间的流动形式是CO2。
(3)图中的字母分别表示什么过程？
提示：b代表光合作用或化能合成作用，d和c代表细胞呼吸，f代表微生物的分解作用，a代表捕食，e和g代表动植物的遗体、动物的排遗物等提供给分解者。
(4)与自然界的碳循环关系最密切的两种细胞器是什么？
提示：线粒体和叶绿体。
(5)既然物质是循环的，为什么农田生态系统还需要经常施肥呢？
提示：物质循环具有全球性，是指在生物圈内进行的循环，而农田是一个较小的生态系统，不断有粮食作物的输出，即物质的输出大于物质的自然输入，因此要不断施加肥料。
2．下表是某生态系统中生物体内残留有机汞的情况，据此判断可能的营养结构。
生物体 A B C D E
有机汞含量/(μg·g－1) 0.05 7 0.51 68 0.39
提示：由于生物富集现象，随着营养级的增加，有机汞含量增加，表中A有机汞含量最低，处于第一营养级，含能量也最多，C和E的有机汞含量差不多，表明两者属于同一营养级，D有机汞含量最高，处于最高营养级，含能量也最少，那么，最可能的食物网如图所示。
[在深化中提能]
1．明确有关碳循环的四点内容
(1)存在形式
(2)流动形式
(3)进入生物群落的途径
(4)
2．辨析物质循环的三个易误点
(1)生态系统的物质循环中所说的“生态系统”并不是一般的生态系统，而是指地球上最大的生态系统——生物圈，因此物质循环具有全球性。
(2)生态系统的物质循环中所说的“物质”并不是指组成生物体的化合物，而是指组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等。
(3)碳在生态系统各成分之间传递并不都是双向的，只有生产者与非生物环境之间的传递是双向的，其他各成分间的传递均是单向的。
[例1] 如图为生物圈中碳循环过程，下列有关叙述正确的是( )
A．图中缺少一个由甲到大气中的CO2的箭头
B．③④过程均可产生ATP，且合成ATP所需的能量来源相同
C．减少化石燃料的燃烧及乙的数量都可缓解温室效应
D．丙是动物，只能利用现成的有机物并从中获得能量
[解析] 分析题图可知，甲是分解者，乙是生产者，丙是消费者，分解者要通过分解作用将有机物中的碳以CO2的形式释放到大气中，A正确。③④过程分别是呼吸作用、光合作用和化能合成作用，这两个过程都可以产生ATP，但合成ATP的能量来源不同，呼吸作用合成ATP的能量来源于化学能，光合作用合成ATP的能量来源于光能，化能合成作用合成ATP的能量来源于化学能，B错误。减少生产者的数量不利于缓解温室效应，C错误。消费者主要是动物，但某些细菌也属于消费者，D错误。
[答案] A
[例2] 如图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析错误的是( )
A．生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足
B．A是消费者，C是生产者，各成分间以CO2的形式传递碳元素
C．对E过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡
D．碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量流动的载体
[解析] 图中A为消费者，B为分解者，C为生产者，D为大气中的CO2库。碳元素在生物群落与非生物环境之间以CO2的形式传递，在生物群落之间以含碳有机物的形式传递。
[答案] B
“三看法”快速确认碳循环的各环节
[在应用中落实]
1．生态系统中的物质是循环利用的，则要向农田中施加N、P、K等肥料的原因是( )
A．在没有物质输出的情况下，物质在某一个封闭生态系统中是循环的
B．生态系统中的物质自给自足的前提是物质循环的全球性
C．一块农田中的一些无机盐会随着农产品输出而导致农田中的无机盐减少
D．一块农田不是一个生态系统，物质不能循环利用
解析：选C 在没有物质输出的情况下，物质在某一个封闭生态系统中是循环的，生态系统中的物质循环是全球性的，一块农田是开放的生态系统，农田中的一些无机盐会随着农产品输出而导致农田中的无机盐减少，所以要施肥。故选C。
2．下图是生态系统中碳循环示意图，“→”表示碳的流动方向，下列说法正确的是( )
A．图中a是生产者，b、d、e是消费者，c是分解者
B．该生态系统的成分包括a、b、c、d、非生物的物质和能量
C．该生态系统中的食物链可表示为：a→d→e
D．a和b的种间关系为捕食
解析：选C 图中a、c之间为双箭头，分别为生产者和大气中二氧化碳库的其中之一，由于生产者、消费者、分解者均能进行呼吸作用产生二氧化碳流向大气中二氧化碳库，因此c是大气中二氧化碳库，a是生产者，则d、e为消费者，b为分解者，A错误；该生态系统的成分包括a、b、d、e、非生物的物质(包括c)和能量，B错误；该生态系统中的一条食物链可表示为：a→d→e，C正确；b为分解者，所以a和b的种间关系不是捕食关系，D错误。
[在探究中学明]
结合下图，分析物质循环与能量流动的关系
(1)完善两者之间的关系图解：
图中字母表示的成分依次是A.生产者，B.初级消费者，C.次级消费者，D.分解者；图中的能量形式分别是①热能，②化学能，③化学能，④热能。
(2)概括物质循环和能量流动之间的区别和联系。
提示：①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往复循环的动力。
②在物质循环过程中，非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用；能量流动则不同，能量在流经生态系统各营养级时，是逐级递减的，而且流动是单方向不循环的。
[在深化中提能]
物质循环与能量流动的区别与联系
项目 能量流动 物质循环(以碳循环为例)
形式 光能→化学能→热能 (主要形式) 化学元素 (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往复循环
特点 单向流动、逐级递减 全球性、循环性
范围 生态系统各营养级 生物圈
联系 同时进行，相互依存，不可分割。①能量的固定、储存、转移和释放，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能量是物质在生物群落和非生物环境之间循环往复的动力
[例1] 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反复利用
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
[解析] 生态系统的主要功能是能量流动和物质循环，物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力；非生物环境中的物质可被生物群落反复利用；绿色植物的光合作用能将CO2中的碳转化为有机物中的碳，只是碳循环的一部分，并没有完成生态系统的碳循环；食物链和食物网是生态系统能量流动和物质循环的渠道。
[答案] C
[例2] 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( )
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CO2的形式进行的
[解析] 生产者所固定的太阳能总量是指生产者总的同化量，①②③④的总和小于生产者所固定的太阳能总量。
[答案] C
分析能量流动和物质循环关系的方法
(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；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散失到无机环境中，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。
[在应用中落实]
1．下列关于生态系统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：选C 生态系统中的物质是循环利用的，是能量流动的载体；能量流动是单向的，作为动力推动物质循环的进行。
2．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．水体富营养化时出现蓝细菌水华现象，说明物质循环的平衡被破坏
B．流经所有生态系统的总能量都是生产者固定的太阳能
C．第二营养级同化能量的10%～20%会被下一营养级捕食
D．使用粪便作肥料，其能量可以流向植物，实现了对能量的多级利用
解析：选A 富营养化水体出现蓝细菌水华的现象是蓝细菌吸收氮、磷等矿质元素，迅速繁殖的结果，说明物质循环的平衡被破坏，A正确；生态系统中能量的初始来源主要是生产者固定的太阳能，也可以是化学能等，如硝化细菌利用氧化氨释放出来的能量把无机物转变为有机物，B错误；第二营养级同化能量的10%～20%会被下一营养级同化，C错误；使用粪便作肥料，其被微生物分解产生的物质可以被植物利用，实现了物质的循环再生，但能量以热能的形式散失到大气中，D错误。
[在探究中学明]
1．探究土壤微生物在落叶分解中的作用
(1)实验的自变量和因变量是什么？
提示：自变量是土壤微生物的有无；因变量是土壤中落叶的分解程度。
(2)在实验中是如何控制自变量的？
提示：实验组土壤经高温处理，以消灭土壤中的微生物；对照组土壤不做处理。
2．探究土壤微生物对淀粉的分解作用
(1)实验的自变量和因变量是什么？
提示：自变量是土壤微生物的有无；因变量是淀粉的分解程度。
(2)实验中选用什么试剂检测因变量的变化？
提示：用碘液和斐林试剂检测。
(3)实验的设计思路是什么？
提示：取两个烧杯编号为A、B，放入等量淀粉糊。在A烧杯中加入30 mL土壤浸出液，B烧杯中加入30 mL蒸馏水。在室温(20 ℃左右)环境放置7 d后，分别取A、B烧杯中的溶液20 mL，各放入两支试管中，分别编号为A1、A2，B1、B2。在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂。观察试管中溶液的颜色变化，记录实验结果。
3．探究土壤微生物分解作用的过程
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
[在应用中落实]
1．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，对土壤处理情况如表所示。下列有关叙述错误的是( )
组别 1组 2组 3组 4组
土壤处理 灭菌 不灭菌 灭菌 不灭菌
土壤湿度 湿润 湿润 较干燥 较干燥
A.该实验能探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用
B．该实验的自变量为土壤是否灭菌，因变量是土壤的湿度
C．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
D．预期结论是1、3组的落叶不被分解，2、4组中的落叶被不同程度分解
解析：选B 该实验有两个自变量：土壤是否灭菌和土壤的湿度，因此可以探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用；作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理，防止落叶中的微生物影响实验结果；1组和3组土壤灭菌，没有微生物分解落叶，2组和4组土壤没有灭菌，土壤中有微生物分解落叶，只是在湿润和较干燥的环境中分解程度不同。
2．某种甲虫以土壤中的落叶为主要食物，假如没有这些甲虫，落叶层将严重堆积，最终导致落叶林生长不良。以下分析正确的是( )
A．这种甲虫属于次级消费者
B．这种甲虫与落叶树之间为捕食关系
C．这种甲虫对落叶林的物质循环有促进作用
D．这种甲虫在能量金字塔中位于底部
解析：选C 根据题意，甲虫以土壤中的落叶为主要食物，没有这些甲虫，落叶层将严重堆积，可以推知甲虫应属于生态系统中的分解者，A错误；食物链中的生物之间是捕食关系，而甲虫是分解者，不属于食物链的成分，故甲虫与落叶之间不存在捕食关系，B错误；甲虫属于分解者，能够促进生态系统的物质循环，C正确；甲虫是分解者，而能量金字塔的底部是生产者，D错误。
3．某研究小组，对从亚北极到热带的五个地点进行研究发现，降低食碎屑生物的多样性，会降低凋落物碳和氮的循环速度和分解速度。下列叙述错误的是( )
A．食碎屑生物可获得凋落物的能量，对凋落物具有选择性
B．食碎屑生物在生态系统扮演着把有机物转化为无机物的角色
C．碳元素和氮元素在生物群落食物链中以能量为动力，单向流动
D．食碎屑生物在生态系统营养结构中处于最高营养级
解析：选D 降低食碎屑生物的多样性，会降低凋落物碳和氮的循环速度和分解速度，则食碎屑生物对凋落物具有选择性，可获得凋落物的能量，A正确；食碎屑生物在生态系统中的成分属于分解者，它能把有机物转化为无机物，B正确；碳元素和氮元素在生物群落中沿食物链和食物网单向流动，以能量为动力，C正确；分解者不属于任何营养级，D错误。
[课堂巩固落实]
1．生态系统中的物质循环所指的物质是( )
A．组成生物体的各种有机物
B．组成生物体的各种无机物
C．组成生物体的各种大分子
D．组成生物体的化学元素
解析：选D 生态系统中的物质循环指的是组成生物体的化学元素在生物群落与非生物环境之间的反复循环运动。
2．在生态系统的碳循环中，既能使碳进入生物群落，又能使碳返回大气中的生物是( )
A．绿色植物 B．植食性动物
C．肉食性动物 D．营腐生生活的真菌
解析：选A 碳以CO2的形式从大气中进入生物群落，这一过程主要依靠生产者的光合作用；碳从生物群落又以CO2的形式释放到大气中去，这一过程主要依靠各级消费者和生产者的呼吸作用，以及分解者的分解作用。能够同时完成碳进入和离开生物群落这两个过程的只有生产者。
3．与生态系统的能量流动相比较，物质循环具有的特点是( )
A．循环流动 B．单向流动
C．逐级递减 D．不能循环
解析：选A 物质循环的特点是循环性和全球性，能量流动的特点是单向流动、逐级递减。
4．下列关于生态系统中物质循环的叙述，错误的是( )
A．物质循环是在生产者、消费者、分解者之间进行的
B．碳元素主要通过植物的光合作用进入生物群落中
C．化石燃料的大量燃烧打破了生物圈中碳循环的平衡
D．物质循环和能量流动是同时进行的，彼此相互依存
解析：选A 物质循环在非生物环境与生物群落之间进行，A错误；碳元素主要通过植物的光合作用进入生物群落中，B正确；化石燃料的大量燃烧，使短时间内二氧化碳释放量增加，打破了生物圈中碳循环的平衡，导致温室效应，C正确；物质循环和能量流动是同时进行的，彼此相互依存，D正确。
5．下列关于生态系统中的能量流动和物质循环的叙述，错误的是( )
A．能量流动和物质循环是独立进行的两个过程
B．能量流动和物质循环是相互依存的两个过程
C．物质循环的进行需要能量的推动
D．能量流动的载体是各种有机物
解析：选A 能量流动和物质循环同时进行，相互依存，不可分割；物质循环的进行需要能量的推动，物质作为能量的载体，使能量沿食物链(网)流动。
[课下综合检测]
一、选择题
1．生态系统的物质循环的特点不包括( )
A．带有全球性
B．物质是指组成生物体的化学元素
C．在群落与非生物环境之间循环往复
D．在群落的各营养级之间循环往复
解析：选D 物质循环是组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素， 不断地进行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。物质在群落的各营养级之间不能循环，是沿食物链(网)单向流动的。
2．关于生态系统的物质循环的叙述，错误的是( )
A．所指的物质是组成生物体的C、H、O、N、P、S等一些基本化学元素
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循环往复运动
D．由于生物营养级越高得到的能量越少，故物质在循环过程中是不断递减的
解析：选D 生态系统物质循环所指的物质是组成生物体的C、H、O、N、P、S等一些基本化学元素，A正确；所说的生态系统是指地球上最大的生态系统——生物圈，其中的物质循环具有全球性，B正确；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，C正确；物质循环过程中非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用，D错误。
3．在碳循环中，连通非生物环境和生物群落的生物类群和生理作用分别是 ( )
①生产者 ②消费者 ③分解者 ④光合作用 ⑤呼吸作用 ⑥蒸腾作用 ⑦化能合成作用
A．①②，④⑤⑥ B．①③，④⑤⑦
C．②③，⑤⑥⑦ D．①③，④⑥⑦
解析：选B 碳循环中，生产者通过光合作用或化能合成作用将CO2转化为有机物进入生物群落，生产者、消费者和分解者则通过呼吸作用把有机物变成CO2返回非生物环境。
4．碳循环是生态系统中一种重要的物质循环类型，下列属于碳循环过程的是( )
A．根瘤菌的固氮作用 B．绿色植物的光合作用
C．水蒸发至大气中 D．镉通过食物链被富集
解析：选B 大气中的CO2通过绿色植物的光合作用进入生物群落，属于碳循环；根瘤菌的固氮作用属于氮循环；水蒸发到大气中属于水循环；镉通过食物链被富集属于富集作用。
5．下列关于生态系统中物质循环的图解，正确的是( )
解析：选A 生产者可以通过光合作用或者化能合成作用从非生物环境中获取物质和能量；生产者、消费者、分解者可以通过呼吸作用将物质和能量释放到非生物环境；消费者可通过捕食、寄生等从生产者中获取物质和能量；生产者的残枝败叶、消费者的遗体残骸中的物质和能量可被分解者利用，A正确。
6．环境中的汞、铅等重金属随食物、饮水进入生物体内后储存在脂肪、神经组织中而不容易排出体外。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得所含某种重金属的相对浓度如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．营养级越高的生物体内重金属的浓度越高
B．乙营养级摄取的能量多于乙营养级同化的能量
C．该生态系统中的能量流动渠道是丙→甲→乙→丁
D．DDT和重金属都可通过食物链积累和浓缩
解析：选C 重金属会沿食物链流动，营养级越高的生物，体内积累的有害物质越多，因此该生态系统中的能量流动渠道是丁→乙→甲→丙，A正确，C错误；乙营养级摄入的能量包括同化的能量和粪便中的能量，因此乙营养级摄取的能量多于乙营养级同化的能量，B正确；DDT和重金属都可通过食物链积累和浓缩，D正确。
7．如今低碳生活、绿色经济已成为人类共同的目标。下图是碳循环的部分过程，有关分析错误的是( )
A．参与过程①的生物只有消费者和分解者
B．植树造林有助于增强过程②而减少大气CO2含量
C．减少对过程③的依赖是缓解温室效应的重要措施
D．低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡
解析：选A 据图可知，大气中CO2的来源有：①生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用以及③化石燃料的燃烧；降低大气中CO2的含量主要是通过②生产者的光合作用来实现的，故植树造林有助于增强过程②而减少大气CO2含量；③是引起大气中CO2含量增加的主要原因，减少对过程③的依赖是缓解温室效应的重要措施。
8．一位同学要探究土壤微生物能否分解农药，并尽快得出实验结论，用敌草隆(一种除草剂)进行实验：取等量沙土分装于相同的两个容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌。下列有关叙述正确的是( )
A．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
B．检测敌草隆的消失情况，预计a的敌草隆全部消失，b的基本不变
C．只用沙土实验效果比用几种典型土壤混合后的好
D．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
解析：选A 实验组为a组，对照组为b组，控制单一变量，保证无关变量相同且适宜，A正确；a组灭菌后无微生物存活，敌草隆的量应该是不变的，b组敌草隆可能会部分减少，B错误；因为典型土壤中含微生物多，所以用几种典型土壤混合后的最好，C错误；a、b组已形成对照，没有必要再加和本实验无关的c组，D错误。
9．下图表示某生态系统的碳循环示意图，其中甲、乙、丙、丁为生态系统的组成成分，①～⑦表示生理过程。下列有关该图的分析，错误的是( )
A．乙是该生态系统的基石
B．⑦过程中碳的传递形式是CO2
C．①过程主要是指绿色植物的光合作用
D．丙中的多种生物之间只存在种间竞争关系
解析：选D 由题图可知，乙、丙、丁都指向甲，因此甲是非生物的物质和能量，根据双向箭头可判断出乙是生产者，丙是消费者，丁是分解者。乙是生产者，是生态系统的基石，A正确；⑦过程表示消费者通过呼吸作用释放出CO2，B正确；①过程将CO2输入生物群落中，主要是指绿色植物的光合作用，C正确；丙中多种生物之间还可能存在捕食关系，D错误。
10.如图表示某农田生态系统一年中CO2的释放和消耗状况，其中各数字序号表达的含义分别为：①生产者呼吸释放量；②分解者呼吸释放量；③消费者呼吸释放量；④生产者光合作用消耗总量。有关叙述正确的是( )
A．流经该农田生态系统的总能量可用④表示
B．②的量越小，说明该农田生态系统施用的有机肥料越多
C．消费者同化作用的大小可用③表示
D．该农田生态系统一年中CO2的释放量与消耗量相等
解析：选A 流经生态系统的总能量可用生产者光合作用消耗的CO2量表示；有机肥料必须经过分解者的分解作用变成无机物，才能被生产者利用，故②的量越小，说明该农田生态系统施用的有机肥料越少；呼吸消耗量仅仅是消费者同化量的一部分；该农田生态系统一年中CO2的释放量为①②③之和，CO2的消耗量为④，由图示柱条的高度可知，④>①＋②＋③。
11．“碳中和”是指在一定时间内直接或间接产生的CO2或其他温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式来实现正负抵消，达到相对“零排放”。某地丛林大火向空中释放了较多CO2，气候专家认为，大火释放的CO2被地球上的生物吸收可能需要一个世纪或更长时间。如图表示该地松树碳元素流动过程模型，下列相关说法错误的是( )
A．图中①②③代表的碳元素的流动形式分别为：CO2、CO2、含碳有机物
B．在恢复过程中，采取投入适量的物质和能量等措施可以避免被烧毁的林地向荒漠化演替
C．丛林大火破坏后进行的演替类型与弃耕农田上进行的演替类型不同
D．为了尽早实现“碳中和”，我们应该优先选乘公共交通、减少使用一次性餐具等
解析：选C 由题图分析可知，图中①②③代表的碳元素的流动形式分别为CO2、CO2、含碳有机物，A正确；在破坏的环境恢复过程中，适量投入物质和能量，可避免被烧毁的林地向荒漠化演替，B正确；丛林大火破坏后进行的演替类型与弃耕农田上进行的演替类型相同，都属于次生演替，C错误；优先选乘公共交通、减少使用一次性餐具，可以减碳节能，D正确。
12．如图中的甲、乙、丙分别代表人体体液中物质交换、食物网中能量流动、生态系统碳循环示意图。下列说法正确的是( )
A．甲图D与B间以及D与C之间不能直接进行物质交换
B．乙图中B从上一营养级获得的能量中，C占的比例为a，B体重增加x至少需要A的量为y，则y＝20ax＋5x
C．丙图中B所处的营养级所含能量最少
D．从研究内容来看，甲、乙、丙所代表的生命系统层次分别属于个体水平、群落水平和生态系统水平
解析：选B 甲图中D为细胞内液，B为淋巴液，C为血浆，其中淋巴细胞的细胞内液可以与淋巴液之间直接进行物质交换，血细胞的细胞内液可以与血浆之间直接进行物质交换。乙图食物网中的能量流动中B从上一营养级获得的能量中，C占的比例为a，则A占的比例为(1－a)，B体重增加x，至少需要A的量为y，按照能量传递效率20%计算，从A→C→B这条食物链，需要A的量为ax÷20%÷20%，即25ax；按照A→B这条食物链，需要A的量为(1－a)x÷20%，即5(1－a)x，则总共消耗A的量y＝25ax＋5(1－a)x＝20ax＋5x。丙图中的B是分解者，不属于食物链或食物网中的营养级。能量流动是在生态系统水平上研究的内容。
二、非选择题
13．某生态系统碳循环的部分示意图如下：
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体内物质进入生物群落，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。
(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”、取消“→E→D”、________。
解析：(1)根据图中箭头指向及试题信息可判断A代表生产者、B代表消费者、C代表分解者、D代表大气中的CO2库、E代表化石燃料。大气中的CO2含量有明显的季节变化和昼夜变化，夏季光合作用比较强，所以夏季大气中的CO2含量比冬季低。(2)生产者和消费者中的碳有一部分通过细胞呼吸进入大气。在群落演替的过程中，生产者吸收的CO2大于整个生物群落排放的CO2量。(3)若将图修改为生态系统的能量流动图，则图中D将表示为非生物环境，生物不能利用热能，所以取消D到A的箭头。
答案：(1)D 低于 (2)呼吸作用 大于
(3)非生物环境 取消 “D→A”
14．请据下图回答有关生态系统的问题(乙图中①～④表示能量)。
(1)甲图是某生态系统的碳循环示意图，图中D指向A的箭头代表的生理过程是________________________________________________________________________。
(2)乙图中，③属于________________(填生物)同化量的一部分。
(3)乙图所示的生态系统中，草属于第一营养级，它固定的能量除未被利用的和被分解者分解的部分外，其他的流向是___________________和________________________________________________________________________。
(4)下表所示某生态系统中三个营养级(含第一营养级)的能量分析[单位：J/(hm2·a)]。
营养级 同化量 未被利用量 分解者分解量 呼吸作用释放量
a 2.48×1011 2.00×109 1.20×1010 3.60×1010
b 2.40×107 6.00×105 4.00×105 2.30×107
c 7.50×108 2.40×107 6.00×106 7.16×108
输入该生态系统的总能量是______________。该生态系统中第二营养级到第三营养级的能量传递效率为________。
解析：(1)分析题图甲可知，A为生产者，B为分解者，C为消费者，D为大气中的CO2库，则D指向A的箭头代表的生理过程是光合作用或化能合成作用。(2)题图乙中，③是兔摄入但未同化的能量，属于草的同化量。(3)在题图乙所示的生态系统中，草属于第一营养级，它固定的能量除未被利用的和被分解者分解的部分外，其他的流向是自身的呼吸作用消耗和流入下一营养级。(4)在食物链中能量逐级递减，再根据表格中的同化量来分析：a是第一营养级，c是第二营养级，b是第三营养级，输入该生态系统的总能量是生产者(处于第一营养级的生物)的同化量＝2.48×1011 J/(hm2·a)，该生态系统中第二营养级到第三营养级的能量传递效率＝第三营养级生物(b)的同化量÷第二营养级生物(c)的同化量×100%＝3.2%。
答案：(1)光合作用或化能合成作用 (2)草 (3)自身的呼吸作用消耗 流入下一营养级(两空顺序可颠倒) (4)2.48×1011 J/(hm2·a) 3.2%
15．如图是某同学绘制的某自然生态系统中碳循环和能量流动的示意图，其中A、B、C参与构成生物群落，a、b、c为碳元素的转移量。请据图回答：
(1)从生态系统的角度分析，该同学绘制的示意图并不完整，缺少的组成成分有________。
(2)流经该生态系统的总能量主要是________(填字母)所固定的太阳能，C所代表的生态系统的组成成分是____________。
(3)生态系统中能量流动的特点是__________________________________。
(4)在夏季生长旺盛的森林中，a、b、c三者之间的关系是a________(填“＞”“＝”或“＜”)b＋c。
解析：(1)据图分析可知，A能固定太阳能，应为生产者，B为初级消费者，C为次级消费者。分解者是生态系统中必不可少的组成成分。(2)生态系统的总能量主要为生产者固定的太阳能，C所代表的生态系统的组成成分为(次级)消费者。(3)生态系统中能量流动的特点是单向流动、逐级递减。(4)对于夏季生长旺盛的森林，此时该生态系统处于有机物积累阶段，因此输入该生态系统(生产者固定)的碳元素总量(a)大于生产者呼吸作用释放的碳元素量(b)和流入下一营养级的碳元素量(c)之和，因此a、b、c之间的关系为a＞b＋c。
答案：(1)分解者 (2)A (次级)消费者
(3)单向流动、逐级递减 (4)＞
3-3 生态系统的物质循环
学有目标——新课程标准必明 记在平时——核心语句必背
1.以碳循环为例，分析生态系统的物质循环过程。 2.理解生物富集的成因和危害。 3.阐释物质循环和能量流动的关系。 1.生态系统的物质循环是指组成生物体的碳、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。 2.物质循环的特点是具有全球性、循环性。 3.生物富集是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。 4.食物链中营养级越高，生物富集的某种物质浓度就越大。 5.物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力。
[理清主干知识]
一、碳循环
1．循环形式：在生物群落与非生物环境间主要以CO2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。
4．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CO2含量迅速增加，打破了生物圈碳循环的平衡。
(2)应对方法：一方面要减少二氧化碳的排放，另一方面要提高森林覆盖率。
5．物质循环
(1)物质：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素。
(2)范围：生物群落与非生物环境之间循环。
(3)特点：具有全球性、循环性。又称为生物地球化学循环。
(4)应用：农业生产中采用种养结合的模式。
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．特点
(1)食物链中营养级越高，生物富集的某种物质浓度就越大。
(2)生物富集也具有全球性。
三、物质循环和能量流动的关系
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。
[诊断自学效果]
1．判断下列叙述的正误
(1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物(×)
(2)碳循环在生物群落内部以CO2形式进行(×)
(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)碳循环中由于生物的呼吸作用和微生物的分解作用，导致了温室效应现象的出现(×)
(5)能量流动与物质循环是两个独立的过程(×)
(6)能量流动伴随着物质循环在生态系统中反复利用(×)
2．连线碳循环的相关内容
[在探究中学明]
1.如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，箭头表示生理过程。请据图分析：
(1)甲、乙、丙、丁分别代表生态系统的什么成分？并简述判断的理由。
提示：甲和丁之间有双向箭头，且其他几种成分都有箭头指向丁，所以丁为大气中的CO2库，甲为生产者；甲和乙都有箭头指向丙，所以丙为分解者，则乙为消费者。
(2)碳在甲、乙、丙之间的流动形式是什么？在甲(或乙或丙)与丁之间的流动形式又是什么？
提示：在甲、乙、丙之间的流动形式是含碳有机物，在甲(或乙或丙)与丁之间的流动形式是CO2。
(3)图中的字母分别表示什么过程？
提示：b代表光合作用或化能合成作用，d和c代表细胞呼吸，f代表微生物的分解作用，a代表捕食，e和g代表动植物的遗体、动物的排遗物等提供给分解者。
(4)与自然界的碳循环关系最密切的两种细胞器是什么？
提示：线粒体和叶绿体。
(5)既然物质是循环的，为什么农田生态系统还需要经常施肥呢？
提示：物质循环具有全球性，是指在生物圈内进行的循环，而农田是一个较小的生态系统，不断有粮食作物的输出，即物质的输出大于物质的自然输入，因此要不断施加肥料。
2．下表是某生态系统中生物体内残留有机汞的情况，据此判断可能的营养结构。
生物体 A B C D E
有机汞含量/(μg·g－1) 0.05 7 0.51 68 0.39
提示：由于生物富集现象，随着营养级的增加，有机汞含量增加，表中A有机汞含量最低，处于第一营养级，含能量也最多，C和E的有机汞含量差不多，表明两者属于同一营养级，D有机汞含量最高，处于最高营养级，含能量也最少，那么，最可能的食物网如图所示。
[在深化中提能]
1．明确有关碳循环的四点内容
(1)存在形式
(2)流动形式
(3)进入生物群落的途径
(4)
2．辨析物质循环的三个易误点
(1)生态系统的物质循环中所说的“生态系统”并不是一般的生态系统，而是指地球上最大的生态系统——生物圈，因此物质循环具有全球性。
(2)生态系统的物质循环中所说的“物质”并不是指组成生物体的化合物，而是指组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等。
(3)碳在生态系统各成分之间传递并不都是双向的，只有生产者与非生物环境之间的传递是双向的，其他各成分间的传递均是单向的。
[例1] 如图为生物圈中碳循环过程，下列有关叙述正确的是( )
A．图中缺少一个由甲到大气中的CO2的箭头
B．③④过程均可产生ATP，且合成ATP所需的能量来源相同
C．减少化石燃料的燃烧及乙的数量都可缓解温室效应
D．丙是动物，只能利用现成的有机物并从中获得能量
[解析] 分析题图可知，甲是分解者，乙是生产者，丙是消费者，分解者要通过分解作用将有机物中的碳以CO2的形式释放到大气中，A正确。③④过程分别是呼吸作用、光合作用和化能合成作用，这两个过程都可以产生ATP，但合成ATP的能量来源不同，呼吸作用合成ATP的能量来源于化学能，光合作用合成ATP的能量来源于光能，化能合成作用合成ATP的能量来源于化学能，B错误。减少生产者的数量不利于缓解温室效应，C错误。消费者主要是动物，但某些细菌也属于消费者，D错误。
[答案] A
[例2] 如图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析错误的是( )
A．生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足
B．A是消费者，C是生产者，各成分间以CO2的形式传递碳元素
C．对E过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡
D．碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量流动的载体
[解析] 图中A为消费者，B为分解者，C为生产者，D为大气中的CO2库。碳元素在生物群落与非生物环境之间以CO2的形式传递，在生物群落之间以含碳有机物的形式传递。
[答案] B
“三看法”快速确认碳循环的各环节
[在应用中落实]
1．生态系统中的物质是循环利用的，则要向农田中施加N、P、K等肥料的原因是( )
A．在没有物质输出的情况下，物质在某一个封闭生态系统中是循环的
B．生态系统中的物质自给自足的前提是物质循环的全球性
C．一块农田中的一些无机盐会随着农产品输出而导致农田中的无机盐减少
D．一块农田不是一个生态系统，物质不能循环利用
解析：选C 在没有物质输出的情况下，物质在某一个封闭生态系统中是循环的，生态系统中的物质循环是全球性的，一块农田是开放的生态系统，农田中的一些无机盐会随着农产品输出而导致农田中的无机盐减少，所以要施肥。故选C。
2．下图是生态系统中碳循环示意图，“→”表示碳的流动方向，下列说法正确的是( )
A．图中a是生产者，b、d、e是消费者，c是分解者
B．该生态系统的成分包括a、b、c、d、非生物的物质和能量
C．该生态系统中的食物链可表示为：a→d→e
D．a和b的种间关系为捕食
解析：选C 图中a、c之间为双箭头，分别为生产者和大气中二氧化碳库的其中之一，由于生产者、消费者、分解者均能进行呼吸作用产生二氧化碳流向大气中二氧化碳库，因此c是大气中二氧化碳库，a是生产者，则d、e为消费者，b为分解者，A错误；该生态系统的成分包括a、b、d、e、非生物的物质(包括c)和能量，B错误；该生态系统中的一条食物链可表示为：a→d→e，C正确；b为分解者，所以a和b的种间关系不是捕食关系，D错误。
[在探究中学明]
结合下图，分析物质循环与能量流动的关系
(1)完善两者之间的关系图解：
图中字母表示的成分依次是A.生产者，B.初级消费者，C.次级消费者，D.分解者；图中的能量形式分别是①热能，②化学能，③化学能，④热能。
(2)概括物质循环和能量流动之间的区别和联系。
提示：①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往复循环的动力。
②在物质循环过程中，非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用；能量流动则不同，能量在流经生态系统各营养级时，是逐级递减的，而且流动是单方向不循环的。
[在深化中提能]
物质循环与能量流动的区别与联系
项目 能量流动 物质循环(以碳循环为例)
形式 光能→化学能→热能 (主要形式) 化学元素 (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往复循环
特点 单向流动、逐级递减 全球性、循环性
范围 生态系统各营养级 生物圈
联系 同时进行，相互依存，不可分割。①能量的固定、储存、转移和释放，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能量是物质在生物群落和非生物环境之间循环往复的动力
[例1] 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反复利用
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
[解析] 生态系统的主要功能是能量流动和物质循环，物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力；非生物环境中的物质可被生物群落反复利用；绿色植物的光合作用能将CO2中的碳转化为有机物中的碳，只是碳循环的一部分，并没有完成生态系统的碳循环；食物链和食物网是生态系统能量流动和物质循环的渠道。
[答案] C
[例2] 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( )
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CO2的形式进行的
[解析] 生产者所固定的太阳能总量是指生产者总的同化量，①②③④的总和小于生产者所固定的太阳能总量。
[答案] C
分析能量流动和物质循环关系的方法
(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；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散失到无机环境中，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。
[在应用中落实]
1．下列关于生态系统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：选C 生态系统中的物质是循环利用的，是能量流动的载体；能量流动是单向的，作为动力推动物质循环的进行。
2．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．水体富营养化时出现蓝细菌水华现象，说明物质循环的平衡被破坏
B．流经所有生态系统的总能量都是生产者固定的太阳能
C．第二营养级同化能量的10%～20%会被下一营养级捕食
D．使用粪便作肥料，其能量可以流向植物，实现了对能量的多级利用
解析：选A 富营养化水体出现蓝细菌水华的现象是蓝细菌吸收氮、磷等矿质元素，迅速繁殖的结果，说明物质循环的平衡被破坏，A正确；生态系统中能量的初始来源主要是生产者固定的太阳能，也可以是化学能等，如硝化细菌利用氧化氨释放出来的能量把无机物转变为有机物，B错误；第二营养级同化能量的10%～20%会被下一营养级同化，C错误；使用粪便作肥料，其被微生物分解产生的物质可以被植物利用，实现了物质的循环再生，但能量以热能的形式散失到大气中，D错误。
[在探究中学明]
1．探究土壤微生物在落叶分解中的作用
(1)实验的自变量和因变量是什么？
提示：自变量是土壤微生物的有无；因变量是土壤中落叶的分解程度。
(2)在实验中是如何控制自变量的？
提示：实验组土壤经高温处理，以消灭土壤中的微生物；对照组土壤不做处理。
2．探究土壤微生物对淀粉的分解作用
(1)实验的自变量和因变量是什么？
提示：自变量是土壤微生物的有无；因变量是淀粉的分解程度。
(2)实验中选用什么试剂检测因变量的变化？
提示：用碘液和斐林试剂检测。
(3)实验的设计思路是什么？
提示：取两个烧杯编号为A、B，放入等量淀粉糊。在A烧杯中加入30 mL土壤浸出液，B烧杯中加入30 mL蒸馏水。在室温(20 ℃左右)环境放置7 d后，分别取A、B烧杯中的溶液20 mL，各放入两支试管中，分别编号为A1、A2，B1、B2。在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂。观察试管中溶液的颜色变化，记录实验结果。
3．探究土壤微生物分解作用的过程
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
[在应用中落实]
1．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，对土壤处理情况如表所示。下列有关叙述错误的是( )
组别 1组 2组 3组 4组
土壤处理 灭菌 不灭菌 灭菌 不灭菌
土壤湿度 湿润 湿润 较干燥 较干燥
A.该实验能探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用
B．该实验的自变量为土壤是否灭菌，因变量是土壤的湿度
C．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
D．预期结论是1、3组的落叶不被分解，2、4组中的落叶被不同程度分解
解析：选B 该实验有两个自变量：土壤是否灭菌和土壤的湿度，因此可以探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用；作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理，防止落叶中的微生物影响实验结果；1组和3组土壤灭菌，没有微生物分解落叶，2组和4组土壤没有灭菌，土壤中有微生物分解落叶，只是在湿润和较干燥的环境中分解程度不同。
2．某种甲虫以土壤中的落叶为主要食物，假如没有这些甲虫，落叶层将严重堆积，最终导致落叶林生长不良。以下分析正确的是( )
A．这种甲虫属于次级消费者
B．这种甲虫与落叶树之间为捕食关系
C．这种甲虫对落叶林的物质循环有促进作用
D．这种甲虫在能量金字塔中位于底部
解析：选C 根据题意，甲虫以土壤中的落叶为主要食物，没有这些甲虫，落叶层将严重堆积，可以推知甲虫应属于生态系统中的分解者，A错误；食物链中的生物之间是捕食关系，而甲虫是分解者，不属于食物链的成分，故甲虫与落叶之间不存在捕食关系，B错误；甲虫属于分解者，能够促进生态系统的物质循环，C正确；甲虫是分解者，而能量金字塔的底部是生产者，D错误。
3．某研究小组，对从亚北极到热带的五个地点进行研究发现，降低食碎屑生物的多样性，会降低凋落物碳和氮的循环速度和分解速度。下列叙述错误的是( )
A．食碎屑生物可获得凋落物的能量，对凋落物具有选择性
B．食碎屑生物在生态系统扮演着把有机物转化为无机物的角色
C．碳元素和氮元素在生物群落食物链中以能量为动力，单向流动
D．食碎屑生物在生态系统营养结构中处于最高营养级
解析：选D 降低食碎屑生物的多样性，会降低凋落物碳和氮的循环速度和分解速度，则食碎屑生物对凋落物具有选择性，可获得凋落物的能量，A正确；食碎屑生物在生态系统中的成分属于分解者，它能把有机物转化为无机物，B正确；碳元素和氮元素在生物群落中沿食物链和食物网单向流动，以能量为动力，C正确；分解者不属于任何营养级，D错误。
[课堂巩固落实]
1．生态系统中的物质循环所指的物质是( )
A．组成生物体的各种有机物
B．组成生物体的各种无机物
C．组成生物体的各种大分子
D．组成生物体的化学元素
解析：选D 生态系统中的物质循环指的是组成生物体的化学元素在生物群落与非生物环境之间的反复循环运动。
2．在生态系统的碳循环中，既能使碳进入生物群落，又能使碳返回大气中的生物是( )
A．绿色植物 B．植食性动物
C．肉食性动物 D．营腐生生活的真菌
解析：选A 碳以CO2的形式从大气中进入生物群落，这一过程主要依靠生产者的光合作用；碳从生物群落又以CO2的形式释放到大气中去，这一过程主要依靠各级消费者和生产者的呼吸作用，以及分解者的分解作用。能够同时完成碳进入和离开生物群落这两个过程的只有生产者。
3．与生态系统的能量流动相比较，物质循环具有的特点是( )
A．循环流动 B．单向流动
C．逐级递减 D．不能循环
解析：选A 物质循环的特点是循环性和全球性，能量流动的特点是单向流动、逐级递减。
4．下列关于生态系统中物质循环的叙述，错误的是( )
A．物质循环是在生产者、消费者、分解者之间进行的
B．碳元素主要通过植物的光合作用进入生物群落中
C．化石燃料的大量燃烧打破了生物圈中碳循环的平衡
D．物质循环和能量流动是同时进行的，彼此相互依存
解析：选A 物质循环在非生物环境与生物群落之间进行，A错误；碳元素主要通过植物的光合作用进入生物群落中，B正确；化石燃料的大量燃烧，使短时间内二氧化碳释放量增加，打破了生物圈中碳循环的平衡，导致温室效应，C正确；物质循环和能量流动是同时进行的，彼此相互依存，D正确。
5．下列关于生态系统中的能量流动和物质循环的叙述，错误的是( )
A．能量流动和物质循环是独立进行的两个过程
B．能量流动和物质循环是相互依存的两个过程
C．物质循环的进行需要能量的推动
D．能量流动的载体是各种有机物
解析：选A 能量流动和物质循环同时进行，相互依存，不可分割；物质循环的进行需要能量的推动，物质作为能量的载体，使能量沿食物链(网)流动。
[课下综合检测]
一、选择题
1．生态系统的物质循环的特点不包括( )
A．带有全球性
B．物质是指组成生物体的化学元素
C．在群落与非生物环境之间循环往复
D．在群落的各营养级之间循环往复
解析：选D 物质循环是组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素， 不断地进行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。物质在群落的各营养级之间不能循环，是沿食物链(网)单向流动的。
2．关于生态系统的物质循环的叙述，错误的是( )
A．所指的物质是组成生物体的C、H、O、N、P、S等一些基本化学元素
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循环往复运动
D．由于生物营养级越高得到的能量越少，故物质在循环过程中是不断递减的
解析：选D 生态系统物质循环所指的物质是组成生物体的C、H、O、N、P、S等一些基本化学元素，A正确；所说的生态系统是指地球上最大的生态系统——生物圈，其中的物质循环具有全球性，B正确；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，C正确；物质循环过程中非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用，D错误。
3．在碳循环中，连通非生物环境和生物群落的生物类群和生理作用分别是 ( )
①生产者 ②消费者 ③分解者 ④光合作用 ⑤呼吸作用 ⑥蒸腾作用 ⑦化能合成作用
A．①②，④⑤⑥ B．①③，④⑤⑦
C．②③，⑤⑥⑦ D．①③，④⑥⑦
解析：选B 碳循环中，生产者通过光合作用或化能合成作用将CO2转化为有机物进入生物群落，生产者、消费者和分解者则通过呼吸作用把有机物变成CO2返回非生物环境。
4．碳循环是生态系统中一种重要的物质循环类型，下列属于碳循环过程的是( )
A．根瘤菌的固氮作用 B．绿色植物的光合作用
C．水蒸发至大气中 D．镉通过食物链被富集
解析：选B 大气中的CO2通过绿色植物的光合作用进入生物群落，属于碳循环；根瘤菌的固氮作用属于氮循环；水蒸发到大气中属于水循环；镉通过食物链被富集属于富集作用。
5．下列关于生态系统中物质循环的图解，正确的是( )
解析：选A 生产者可以通过光合作用或者化能合成作用从非生物环境中获取物质和能量；生产者、消费者、分解者可以通过呼吸作用将物质和能量释放到非生物环境；消费者可通过捕食、寄生等从生产者中获取物质和能量；生产者的残枝败叶、消费者的遗体残骸中的物质和能量可被分解者利用，A正确。
6．环境中的汞、铅等重金属随食物、饮水进入生物体内后储存在脂肪、神经组织中而不容易排出体外。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得所含某种重金属的相对浓度如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．营养级越高的生物体内重金属的浓度越高
B．乙营养级摄取的能量多于乙营养级同化的能量
C．该生态系统中的能量流动渠道是丙→甲→乙→丁
D．DDT和重金属都可通过食物链积累和浓缩
解析：选C 重金属会沿食物链流动，营养级越高的生物，体内积累的有害物质越多，因此该生态系统中的能量流动渠道是丁→乙→甲→丙，A正确，C错误；乙营养级摄入的能量包括同化的能量和粪便中的能量，因此乙营养级摄取的能量多于乙营养级同化的能量，B正确；DDT和重金属都可通过食物链积累和浓缩，D正确。
7．如今低碳生活、绿色经济已成为人类共同的目标。下图是碳循环的部分过程，有关分析错误的是( )
A．参与过程①的生物只有消费者和分解者
B．植树造林有助于增强过程②而减少大气CO2含量
C．减少对过程③的依赖是缓解温室效应的重要措施
D．低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡
解析：选A 据图可知，大气中CO2的来源有：①生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用以及③化石燃料的燃烧；降低大气中CO2的含量主要是通过②生产者的光合作用来实现的，故植树造林有助于增强过程②而减少大气CO2含量；③是引起大气中CO2含量增加的主要原因，减少对过程③的依赖是缓解温室效应的重要措施。
8．一位同学要探究土壤微生物能否分解农药，并尽快得出实验结论，用敌草隆(一种除草剂)进行实验：取等量沙土分装于相同的两个容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌。下列有关叙述正确的是( )
A．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
B．检测敌草隆的消失情况，预计a的敌草隆全部消失，b的基本不变
C．只用沙土实验效果比用几种典型土壤混合后的好
D．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
解析：选A 实验组为a组，对照组为b组，控制单一变量，保证无关变量相同且适宜，A正确；a组灭菌后无微生物存活，敌草隆的量应该是不变的，b组敌草隆可能会部分减少，B错误；因为典型土壤中含微生物多，所以用几种典型土壤混合后的最好，C错误；a、b组已形成对照，没有必要再加和本实验无关的c组，D错误。
9．下图表示某生态系统的碳循环示意图，其中甲、乙、丙、丁为生态系统的组成成分，①～⑦表示生理过程。下列有关该图的分析，错误的是( )
A．乙是该生态系统的基石
B．⑦过程中碳的传递形式是CO2
C．①过程主要是指绿色植物的光合作用
D．丙中的多种生物之间只存在种间竞争关系
解析：选D 由题图可知，乙、丙、丁都指向甲，因此甲是非生物的物质和能量，根据双向箭头可判断出乙是生产者，丙是消费者，丁是分解者。乙是生产者，是生态系统的基石，A正确；⑦过程表示消费者通过呼吸作用释放出CO2，B正确；①过程将CO2输入生物群落中，主要是指绿色植物的光合作用，C正确；丙中多种生物之间还可能存在捕食关系，D错误。
10.如图表示某农田生态系统一年中CO2的释放和消耗状况，其中各数字序号表达的含义分别为：①生产者呼吸释放量；②分解者呼吸释放量；③消费者呼吸释放量；④生产者光合作用消耗总量。有关叙述正确的是( )
A．流经该农田生态系统的总能量可用④表示
B．②的量越小，说明该农田生态系统施用的有机肥料越多
C．消费者同化作用的大小可用③表示
D．该农田生态系统一年中CO2的释放量与消耗量相等
解析：选A 流经生态系统的总能量可用生产者光合作用消耗的CO2量表示；有机肥料必须经过分解者的分解作用变成无机物，才能被生产者利用，故②的量越小，说明该农田生态系统施用的有机肥料越少；呼吸消耗量仅仅是消费者同化量的一部分；该农田生态系统一年中CO2的释放量为①②③之和，CO2的消耗量为④，由图示柱条的高度可知，④>①＋②＋③。
11．“碳中和”是指在一定时间内直接或间接产生的CO2或其他温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式来实现正负抵消，达到相对“零排放”。某地丛林大火向空中释放了较多CO2，气候专家认为，大火释放的CO2被地球上的生物吸收可能需要一个世纪或更长时间。如图表示该地松树碳元素流动过程模型，下列相关说法错误的是( )
A．图中①②③代表的碳元素的流动形式分别为：CO2、CO2、含碳有机物
B．在恢复过程中，采取投入适量的物质和能量等措施可以避免被烧毁的林地向荒漠化演替
C．丛林大火破坏后进行的演替类型与弃耕农田上进行的演替类型不同
D．为了尽早实现“碳中和”，我们应该优先选乘公共交通、减少使用一次性餐具等
解析：选C 由题图分析可知，图中①②③代表的碳元素的流动形式分别为CO2、CO2、含碳有机物，A正确；在破坏的环境恢复过程中，适量投入物质和能量，可避免被烧毁的林地向荒漠化演替，B正确；丛林大火破坏后进行的演替类型与弃耕农田上进行的演替类型相同，都属于次生演替，C错误；优先选乘公共交通、减少使用一次性餐具，可以减碳节能，D正确。
12．如图中的甲、乙、丙分别代表人体体液中物质交换、食物网中能量流动、生态系统碳循环示意图。下列说法正确的是( )
A．甲图D与B间以及D与C之间不能直接进行物质交换
B．乙图中B从上一营养级获得的能量中，C占的比例为a，B体重增加x至少需要A的量为y，则y＝20ax＋5x
C．丙图中B所处的营养级所含能量最少
D．从研究内容来看，甲、乙、丙所代表的生命系统层次分别属于个体水平、群落水平和生态系统水平
解析：选B 甲图中D为细胞内液，B为淋巴液，C为血浆，其中淋巴细胞的细胞内液可以与淋巴液之间直接进行物质交换，血细胞的细胞内液可以与血浆之间直接进行物质交换。乙图食物网中的能量流动中B从上一营养级获得的能量中，C占的比例为a，则A占的比例为(1－a)，B体重增加x，至少需要A的量为y，按照能量传递效率20%计算，从A→C→B这条食物链，需要A的量为ax÷20%÷20%，即25ax；按照A→B这条食物链，需要A的量为(1－a)x÷20%，即5(1－a)x，则总共消耗A的量y＝25ax＋5(1－a)x＝20ax＋5x。丙图中的B是分解者，不属于食物链或食物网中的营养级。能量流动是在生态系统水平上研究的内容。
二、非选择题
13．某生态系统碳循环的部分示意图如下：
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体内物质进入生物群落，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。
(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”、取消“→E→D”、________。
解析：(1)根据图中箭头指向及试题信息可判断A代表生产者、B代表消费者、C代表分解者、D代表大气中的CO2库、E代表化石燃料。大气中的CO2含量有明显的季节变化和昼夜变化，夏季光合作用比较强，所以夏季大气中的CO2含量比冬季低。(2)生产者和消费者中的碳有一部分通过细胞呼吸进入大气。在群落演替的过程中，生产者吸收的CO2大于整个生物群落排放的CO2量。(3)若将图修改为生态系统的能量流动图，则图中D将表示为非生物环境，生物不能利用热能，所以取消D到A的箭头。
答案：(1)D 低于 (2)呼吸作用 大于
(3)非生物环境 取消 “D→A”
14．请据下图回答有关生态系统的问题(乙图中①～④表示能量)。
(1)甲图是某生态系统的碳循环示意图，图中D指向A的箭头代表的生理过程是________________________________________________________________________。
(2)乙图中，③属于________________(填生物)同化量的一部分。
(3)乙图所示的生态系统中，草属于第一营养级，它固定的能量除未被利用的和被分解者分解的部分外，其他的流向是___________________和________________________________________________________________________。
(4)下表所示某生态系统中三个营养级(含第一营养级)的能量分析[单位：J/(hm2·a)]。
营养级 同化量 未被利用量 分解者分解量 呼吸作用释放量
a 2.48×1011 2.00×109 1.20×1010 3.60×1010
b 2.40×107 6.00×105 4.00×105 2.30×107
c 7.50×108 2.40×107 6.00×106 7.16×108
输入该生态系统的总能量是______________。该生态系统中第二营养级到第三营养级的能量传递效率为________。
解析：(1)分析题图甲可知，A为生产者，B为分解者，C为消费者，D为大气中的CO2库，则D指向A的箭头代表的生理过程是光合作用或化能合成作用。(2)题图乙中，③是兔摄入但未同化的能量，属于草的同化量。(3)在题图乙所示的生态系统中，草属于第一营养级，它固定的能量除未被利用的和被分解者分解的部分外，其他的流向是自身的呼吸作用消耗和流入下一营养级。(4)在食物链中能量逐级递减，再根据表格中的同化量来分析：a是第一营养级，c是第二营养级，b是第三营养级，输入该生态系统的总能量是生产者(处于第一营养级的生物)的同化量＝2.48×1011 J/(hm2·a)，该生态系统中第二营养级到第三营养级的能量传递效率＝第三营养级生物(b)的同化量÷第二营养级生物(c)的同化量×100%＝3.2%。
答案：(1)光合作用或化能合成作用 (2)草 (3)自身的呼吸作用消耗 流入下一营养级(两空顺序可颠倒) (4)2.48×1011 J/(hm2·a) 3.2%
15．如图是某同学绘制的某自然生态系统中碳循环和能量流动的示意图，其中A、B、C参与构成生物群落，a、b、c为碳元素的转移量。请据图回答：
(1)从生态系统的角度分析，该同学绘制的示意图并不完整，缺少的组成成分有________。
(2)流经该生态系统的总能量主要是________(填字母)所固定的太阳能，C所代表的生态系统的组成成分是____________。
(3)生态系统中能量流动的特点是__________________________________。
(4)在夏季生长旺盛的森林中，a、b、c三者之间的关系是a________(填“＞”“＝”或“＜”)b＋c。
解析：(1)据图分析可知，A能固定太阳能，应为生产者，B为初级消费者，C为次级消费者。分解者是生态系统中必不可少的组成成分。(2)生态系统的总能量主要为生产者固定的太阳能，C所代表的生态系统的组成成分为(次级)消费者。(3)生态系统中能量流动的特点是单向流动、逐级递减。(4)对于夏季生长旺盛的森林，此时该生态系统处于有机物积累阶段，因此输入该生态系统(生产者固定)的碳元素总量(a)大于生产者呼吸作用释放的碳元素量(b)和流入下一营养级的碳元素量(c)之和，因此a、b、c之间的关系为a＞b＋c。
答案：(1)分解者 (2)A (次级)消费者
(3)单向流动、逐级递减 (4)＞