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第3章 生态系统及其稳定性
学 习 目 标
光合作用
呼吸作用
分解作用
化石燃料的燃烧
二氧化碳
碳酸盐
有机物
全球性
化石燃料的开采和使用
碳、氢、氧、氮、磷、硫
全球性
生物地球化学循环
某种元素
难以降解
铅、镉、汞
DDT、六六六
食物链
营养级
同时进行
相互依存
不可分割
固定
储存
转移
释放
合成和分解
载体
动力
探究一 碳循环
提示:如下图所示。
答案:C
提示:切断食物链。
答案:B
探究三 能量流动和物质循环的关系
答案:B
答案:D
课堂建构
环境
呼级作用
呼吸作用
c02
光合作用
生产者
摄食
消费者
环境
呼吸作用
分解者
素养点拨
●
●
●
●
·
:
●
生物富集
生态系统的物质循环
与生态系统的
能量流动既有
具有全球性；
对象
范围
区别又有联系
特点
实例
富集的物质在
组成生物体
机体内的浓度
生物圈
全球性，反
碳循环
超过环境浓度
的化学元素
复利用，循
环流动
过程
光合作用、
非生物环境
化能合成作用
生物群落
(二氧化碳形式)
呼吸作用
(有机物形式)第3节 生态系统的物质循环
[基础检查]
1.从物质循环的角度看,人体内的碳元素究其根源来自( )
A.燃料中的碳 B.植物中的碳
C.食物中的碳 D.大气中的二氧化碳
2.下列生物群落的生理活动与碳循环直接相关的是( )
①光合作用 ②呼吸作用 ③微生物的分解作用 ④蒸腾作用
A.①②③ B.①③④C.②③④ D.①②④
3.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。该生态系统中有甲、乙、丙、丁4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4个营养级可以构成食物网
B.4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.4个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁>甲+乙+丙
4.两名同学在观看有关恐龙的影片时,甲同学提出:“我体内的能量中可能有远古恐龙体内的能量。”乙同学也提出:“我体内的物质中也可能有远古恐龙体内的物质。”这两名同学的说法( )
A.都有道理B.都错误
C.只有甲同学的说法有道理D.只有乙同学的说法有道理
5.在生物圈中,物质和能量流动的特点是 ( )
A.物质流动和能量流动都是循环的
B.物质的流动是不循环的,能量的流动也是不循环的
C.物质的流动是循环的,能量的流动是单向、不循环的
D.物质的流动是单向、不循环的,能量的流动是循环的
6.下图所示为碳循环的主要途径,下列有关叙述错误的是( )
A.图中B能实现光能→化学能的转化
B.B→C→D的能量传递效率是变化的
C.B、E是实现生物群落与非生物环境沟通的关键环节
D.E以B、C、D为食而处于第二、三、四营养级
7.中国农民几千年来的耕作方法记载如下:积极种植能够固氮的豆科作物,收集一切可能的有机物质,包括人畜粪便、枯枝落叶、残羹剩饭、河泥、炕土、老墙土以及农产品加工过程中的废弃物等,采用堆肥和沤肥等多种方式,把它们转变为有机肥料,施用到农田中。这种做法不具有的优点是 ( )
A.改善了土壤结构B.培育了土壤微生物
C.实现了土壤养分的循环利用D.实现了能量的循环利用
8.下图所示为一个人工生态系统,下列叙述不符合其能量流动和物质循环特点的是( )
A.物质经过多级利用实现良性循环
B.每一级生产环节都获得产品,提高了生态经济效益
C.由于食物链延长,能量逐级损耗,系统总能量利用率降低
D.由于各级产物都可以利用,减少了废物和污染
9.(2023·深圳)总生态系统生产力(GEP)是生态系统固定的碳总量,作为碳循环研究其组成部分,有着不可估量的生态价值。据此回答下列问题。
(1)生态系统中生物群落的碳最终主要是通过植物的 形成的,碳能够在无机环境和生物群落之间循环,并且在生物群落内部进行传递。这里碳的循环和传递的形式分别是 、 (选填“二氧化碳”“有机物”或“碳元素”),碳排放问题的解决需要世界各国通力合作,因为碳循环具有 的特点。
(2)生态系统中生产者固定的碳通过食物链不能全部传递到消费者中,其中一部分会流向 ,还有一部分会通过 作用散失。
(3)我国力争在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和(CO2排放量与吸收量相等)。除了减少化石燃料燃烧以外还可采取的措施有 (答出一点即可)。
[拓展应用]
10.(2021·中山)下图为部分碳循环示意图,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ代表不同生物类群,①②代表相关的生理过程,相关叙述错误的是 ( )
A.图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共同构成生物群落
B.该生态系统通过捕食关系构成的联系是Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ
C.经过②过程释放的能量会重新经过①过程进入生物群落
D.碳元素在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ之间以含碳有机物的形式传递
11.下图是我国北方处于平衡状态的某森林生态系统的碳循环示意图,其中箭头表示碳的传递方向,字母表示碳传递途径。下列叙述错误的是( )
A.碳从植物体流入动物体的主要形式是有机物
B.a途径是通过光合作用实现的,b、d、g途径是通过呼吸作用实现的
C.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要以二氧化碳的形式进行
D.如果图中的字母表示碳元素传递的数量,植物正常生长,则夏季a、b、c、e之间的关系可表示为a=b+c+e
12.(2022·普宁)下图是某湖泊生态系统中存在捕食关系的三个鱼种群一年内能量流动统计的部分数据。有关叙述不正确的是( )
A.种群Ⅱ全部生物的呼吸消耗能量小于5.45×107kJ
B.种群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和该湖泊其他动物及所有植物构成一个生物群落
C.种群Ⅰ储存在有机物中的能量占流入能量的比例与种群Ⅲ相同
D.不同营养级之间的能量流动以有机物为载体
13.植树造林不但可以保持水土、防风固沙,还可以带来经济效益。森林中的植物通过光合作用将大气中的CO2固定在植被中,从而使大气中的CO2浓度降低。植树造林是促进碳循环和降低大气CO2浓度的重要举措。回答下列问题。
(1)森林中的绿色植物通过光合作用固定的能量,一部分 ,另一部分用于 。
(2)若因管理不善导致森林发生火灾,则森林也可能成为一种碳排放源。某地区广泛种植的桉树人工林由于树种单一,易受林火干扰。科研人员以桉树林为研究对象,研究了不同强度林火干扰对植被碳密度(反映各组分在光合作用中固碳能力的差异)的影响,结果如下图所示,由图分析可知,林火主要干扰了 (填植物种类)的碳密度,使植被总的碳密度减小。轻度林火干扰对植被碳密度影响的差异不显著,这说明 ,但是林火干扰在一定程度上增大了草本植物的碳密度,其主要原因是 。
(3)植树造林的过程中需要提高森林的固碳能力,从物种及生态系统稳定性方面考虑,在引种时需要考虑的因素有 (答出两点)。
探究实践课:探究土壤微生物的分解作用
一、实验目的
1.设计和进行对照实验,尝试探究土壤微生物的分解作用,提升科学探究能力。
2.分析土壤微生物分解淀粉的情况,理解微生物分解的原理。
二、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,它们属于生态系统成分中的 。
2.分解者的作用是将环境中的 分解为 ,其分解速度与环境中的 等生态因子相关。
三、实验材料
土壤、落叶、淀粉、斐林试剂、碘液、烧杯、试管、恒温培养箱、纱布等。
四、实验流程
案例1:落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗
实验假设:土壤微生物能分解落叶使之腐烂。
实验设计
实验观察:观察落叶的腐烂程度。
案例2:探究土壤微生物对淀粉的分解作用。
实验假设:土壤微生物能分解淀粉。
实验设计:
实验组 A烧杯中加入30 mL 。 A1烧杯:加入 。
A2烧杯:加入斐林试剂
对照组 B烧杯中加入30 mL 。 B1烧杯:加入碘液
B2烧杯:加入 。
自变量 微生物的有无
实验观察:观察试管中溶液颜色的变化。
五、实验操作
1.操作提醒。
(1)探究活动最好在实验室中进行,以便更好地控制实验变量,避免环境中许多不可控制的因素的影响。
(2)各地气候与环境等因素不同,微生物分解落叶的能力也不同,需要的时间也有差异,一般需要温暖、湿润的条件。
2.实验报告。
实验时间 。 实验地点 。 实验环境 。
实验结果 实验记录 项目案例1案例2实验现象 。AA1 。A2 。BB1 。B2 。
实验结论 案例1: 。 案例2: 。
实验反思 成功 之处 。
不足 之处 。
3.实验拓展。
夏初落入土壤中的叶片比秋末落入土壤中的叶片分解得快,是因为夏天温度高,还是土壤湿度大,还是综合因素引起的
实验评价
1.若探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂,下列实验设计中不符合实验目的的是( )
A.可选择带有落叶的土壤为实验材料,筛选出落叶和土壤
B.将落叶平均分成两份,把土壤也平均分成两份
C.将灭菌的落叶设为实验组,不做处理的落叶设为对照组
D.将落叶分别埋入两组土壤中,观察腐烂情况
2.某生物学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,对土壤的处理见下表。下列有关叙述错误的是( )
组别 1组 2组 3组 4组
是否灭菌 灭菌 不灭菌 灭菌 不灭菌
湿度条件 湿润 湿润 较干燥 较干燥
A.探究的问题是不同土壤湿度条件下,土壤微生物对落叶的分解作用
B.预期结果是1、3组中的落叶不被分解,2、4组中的落叶被不同程度地分解
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.该实验的自变量为土壤是否灭菌处理,实验中的对照组是1组和3组
3.下图是两个生态系统中腐殖质总量随时间变化的情况示意图,这两个生态系统分别是 ( )
A.a是热带草原,b是热带雨林
B.a是热带雨林,b是温带草原
C.a是冻原,b是热带雨林
D.a是冻原,b是温带草原
4.(2021·湛江)为修复长期使用农药导致有机物污染的农田,研究人员向农田土壤中投放了多种微生物组成的复合菌剂。下列叙述错误的是 ( )
A.投入土壤的微生物能促进物质循环
B.加入菌剂后,可能会提高土壤营养结构的复杂性
C.微生物可能分泌胞外酶降解土壤中的有机污染物
D.投放复合菌剂后,会降低土壤小动物类群的丰富度
5.某实验小组欲探究“土壤微生物的分解作用”,请帮助他们完成探究实验设计。
(1)材料用具:土壤、落叶、玻璃容器、标签、塑料袋、恒温箱、纱布。
(2)实验步骤。
①取2个圆柱形的玻璃容器,一个贴上“ 组” 标签,另一个贴上“ 组” 标签。
②将准备好的土壤分别放入2个玻璃容器中,将其中的 组放入恒温箱, ℃灭菌 1 h。
③取落叶12片,分成2份,分别用 包好,埋入 2个容器中,深度约 5 cm。
④将2个容器放置于相同的实验室环境中, 1个月后,取出纱布包。
⑤观察比较对照组与实验组中落叶的 程度。
(3)实验结果及结论。
①结果:对照组与实验组的落叶相比, 。
②结论:土壤中的微生物对落叶具有 。
(4)问题思考。
①在对土壤进行取样时,是取表层土还是深层土 并说明理由。
②为什么要将土壤置于玻璃容器内
第3节 生态系统的物质循环
[基础检查]
1.从物质循环的角度看,人体内的碳元素究其根源来自( )
A.燃料中的碳 B.植物中的碳
C.食物中的碳 D.大气中的二氧化碳
解析:人体内的碳元素来自食物,则直接或间接来自绿色植物,而绿色植物中的碳元素存在于有机物中,有机物是由绿色植物进行光合作用将大气中的二氧化碳固定所得,因此人体内的碳元素究其根源来自大气中的二氧化碳。
答案:D
2.下列生物群落的生理活动与碳循环直接相关的是( )
①光合作用 ②呼吸作用 ③微生物的分解作用 ④蒸腾作用
A.①②③ B.①③④C.②③④ D.①②④
解析:绿色植物通过光合作用将二氧化碳转变为有机物中的碳,①正确;生物通过呼吸作用能分解有机物,产生二氧化碳并释放到大气中,②正确;微生物的分解作用能将有机物分解,产生二氧化碳并释放到大气中,③正确;蒸腾作用是指植物体内的水散失到环境中,与碳循环无直接关系,④错误。
答案:A
3.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。该生态系统中有甲、乙、丙、丁4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4个营养级可以构成食物网
B.4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.4个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁>甲+乙+丙
解析:同一生态系统中不同营养级的生物可以构成食物网,A项正确;某些有害物质沿食物链积累,因此体内含有镉的量越多的生物,营养级越高,则丙所处的营养级最高,B项正确;生态系统的组成成分包括生物群落和非生物环境,镉属于生态系统的组成成分,C项错误;由题图可知,丁含镉量最低,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4个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁>甲+乙+丙,D项正确。
答案:C
4.两名同学在观看有关恐龙的影片时,甲同学提出:“我体内的能量中可能有远古恐龙体内的能量。”乙同学也提出:“我体内的物质中也可能有远古恐龙体内的物质。”这两名同学的说法( )
A.都有道理B.都错误
C.只有甲同学的说法有道理D.只有乙同学的说法有道理
解析:生态系统中能量以有机物为载体沿着食物链和食物网单向流动、逐级递减,最终以热能的形式散失,不能循环利用;生态系统中物质可以在生物群落和非生物环境间循环。能量是单向流动、不循环的,所以远古恐龙体内的能量最终转化为热能散失了,故甲同学的说法错误;物质是循环的、可重复利用的,远古恐龙体内的元素可进入非生物环境,非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用,所以乙同学的说法有道理。
答案:D
5.在生物圈中,物质和能量流动的特点是 ( )
A.物质流动和能量流动都是循环的
B.物质的流动是不循环的,能量的流动也是不循环的
C.物质的流动是循环的,能量的流动是单向、不循环的
D.物质的流动是单向、不循环的,能量的流动是循环的
解析:生态系统中物质可以在生物群落与非生物环境之间循环往返;能量流动是单向的、逐级递减的。
答案:C
6.下图所示为碳循环的主要途径,下列有关叙述错误的是( )
A.图中B能实现光能→化学能的转化
B.B→C→D的能量传递效率是变化的
C.B、E是实现生物群落与非生物环境沟通的关键环节
D.E以B、C、D为食而处于第二、三、四营养级
解析:分析题图可知,A为非生物环境,B为生产者,E为分解者,C和D均为消费者。生产者(B)能进行光合作用,在光合作用过程中实现了光能→化学能的转化,A项正确;相邻两个营养级之间的能量传递效率为10%~20%,因此B→C→D能量传递效率是可以变化的,B项正确;生产者(B)能将无机物转化为有机物,同时储存能量,而分解者(E)能将有机物转化为无机物,并释放能量,因此B、E是实现生物群落与非生物环境沟通的关键环节,C项正确;分解者(E)不参与食物链的组成,D项错误。
答案:D
7.中国农民几千年来的耕作方法记载如下:积极种植能够固氮的豆科作物,收集一切可能的有机物质,包括人畜粪便、枯枝落叶、残羹剩饭、河泥、炕土、老墙土以及农产品加工过程中的废弃物等,采用堆肥和沤肥等多种方式,把它们转变为有机肥料,施用到农田中。这种做法不具有的优点是 ( )
A.改善了土壤结构B.培育了土壤微生物
C.实现了土壤养分的循环利用D.实现了能量的循环利用
解析:“无废弃物农业”能改善土壤结构,培育土壤微生物,实现土壤养分(如氮、磷、钾)的循环利用,但不能实现能量的循环利用。
答案:D
8.下图所示为一个人工生态系统,下列叙述不符合其能量流动和物质循环特点的是( )
A.物质经过多级利用实现良性循环
B.每一级生产环节都获得产品,提高了生态经济效益
C.由于食物链延长,能量逐级损耗,系统总能量利用率降低
D.由于各级产物都可以利用,减少了废物和污染
解析:题图所示系统实现了物质的循环利用和能量的多级利用,系统总能量利用率提高。
答案:C
9.(2023·深圳)总生态系统生产力(GEP)是生态系统固定的碳总量,作为碳循环研究其组成部分,有着不可估量的生态价值。据此回答下列问题。
(1)生态系统中生物群落的碳最终主要是通过植物的 形成的,碳能够在无机环境和生物群落之间循环,并且在生物群落内部进行传递。这里碳的循环和传递的形式分别是 、 (选填“二氧化碳”“有机物”或“碳元素”),碳排放问题的解决需要世界各国通力合作,因为碳循环具有 的特点。
(2)生态系统中生产者固定的碳通过食物链不能全部传递到消费者中,其中一部分会流向 ,还有一部分会通过 作用散失。
(3)我国力争在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和(CO2排放量与吸收量相等)。除了减少化石燃料燃烧以外还可采取的措施有 (答出一点即可)。
解析:物质循环是指组成生物体的化学元素不断地从无机环境进入生物群落,再从生物群落返回到无机环境中的过程。(1)生态系统中生物群落的碳最终主要是通过植物的光合作用将空气中的二氧化碳以含碳有机物的形式固定下来,此后以含碳有机物的形式在生物群落内部进行传递,最终通过分解者的分解作用变成二氧化碳返回到无机环境中,可见碳在无机环境和生物群落之间循环的方式是二氧化碳,而在生物群落内部是以含碳有机物的形式进行传递的,碳排放问题的解决需要世界各国通力合作,因为碳循环具有全球性、循环性的特点。(2)生态系统中生产者固定的碳通过食物链不能全部传递到消费者中,这是因为生产者同化的能量首先会通过呼吸消耗一部分,另一部分能量用于自身生长、发育和繁殖。这部分用于自身生长,发育和繁殖的能量中一部分会流向分解者,另外一部分未被利用,剩下的才流向消费者。(3)我国在2030年前实现碳达峰,即之后逐渐设法减少二氧化碳的排放量,除了减少化石燃料燃烧以外,还可通过植树造林、开发太阳能等清洁能源来减少二氧化碳的排放。
答案:(1) 光合作用 二氧化碳 有机物 全球性(2) 分解者 呼吸 (3) 植树造林,开发太阳能等清洁能源
[拓展应用]
10.(2021·中山)下图为部分碳循环示意图,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ代表不同生物类群,①②代表相关的生理过程,相关叙述错误的是 ( )
A.图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共同构成生物群落
B.该生态系统通过捕食关系构成的联系是Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ
C.经过②过程释放的能量会重新经过①过程进入生物群落
D.碳元素在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ之间以含碳有机物的形式传递
解析:分析题图可知,Ⅰ是生产者,Ⅱ是初级消费者,Ⅲ是次级消费者,Ⅳ是三级消费者,Ⅴ是分解者,①是光合作用,②是各生物的呼吸作用。图中Ⅰ是生产者,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是消费者,Ⅴ是分解者,共同构成生物群落,A项正确;分解者不参与构成食物链,该生态系统构成的捕食关系是Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ,B项正确;能量是单向流动的,不能循环利用,C项错误;碳元素在生物群落之间以含碳有机物的形式传递,D项正确。
答案:C
11.下图是我国北方处于平衡状态的某森林生态系统的碳循环示意图,其中箭头表示碳的传递方向,字母表示碳传递途径。下列叙述错误的是( )
A.碳从植物体流入动物体的主要形式是有机物
B.a途径是通过光合作用实现的,b、d、g途径是通过呼吸作用实现的
C.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要以二氧化碳的形式进行
D.如果图中的字母表示碳元素传递的数量,植物正常生长,则夏季a、b、c、e之间的关系可表示为a=b+c+e
解析:碳从植物体内以含碳有机物的形式被动物摄食,并使得能量流入动物体内,A项正确;由图形分析可知,a表示植物的光合作用,b表示植物的呼吸作用,d表示动物的呼吸作用,g表示分解者的分解作用(呼吸作用),B项正确;碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的,在生物群落内部以含碳有机物的形式进行,C项正确;e、f代表动植物的遗体和动物的排遗物流向分解者,夏季植物正常生长,则植物体内存在有机物积累,进入植物体的碳元素数量应多于从植物体传递出的碳元素数量,则a>b+c+e,D项错误。
答案:D
12.(2022·普宁)下图是某湖泊生态系统中存在捕食关系的三个鱼种群一年内能量流动统计的部分数据。有关叙述不正确的是( )
A.种群Ⅱ全部生物的呼吸消耗能量小于5.45×107kJ
B.种群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和该湖泊其他动物及所有植物构成一个生物群落
C.种群Ⅰ储存在有机物中的能量占流入能量的比例与种群Ⅲ相同
D.不同营养级之间的能量流动以有机物为载体
解析:种群Ⅱ同化的能量=呼吸消耗的能量+被种群Ⅰ同化的能量+被分解者分解的能量+未被利用的能量,根据图中数据可知,种群Ⅱ全部生物的呼吸消耗的能量应小于(111-15-41.5)×106=5.45×107(kJ),A项正确;一定区域中所有生物构成群落,题图存在捕食关系的生物只有生产者和消费者,其与该湖泊其他动物及所有植物不能构成一个生物群落,B项错误;种群Ⅰ同化量为15,呼吸消耗是9,储存在有机物中的能量为15-9=6,占流入能量的百分比为6÷15×100%=40%,而种群Ⅲ同化量为3.0,呼吸消耗的能量为1.8,则储存在有机物中的能量为3.0-1.8=1.2,占流入能量的百分比为1.2÷3×100%=40%,即种群Ⅰ储存在有机物中的能量占流入能量的比例与种群 Ⅲ相同,C项正确;物质是能量的载体,生态系统中的能量以有机物的形式在不同营养级之间流动,D项正确。
答案:B
13.植树造林不但可以保持水土、防风固沙,还可以带来经济效益。森林中的植物通过光合作用将大气中的CO2固定在植被中,从而使大气中的CO2浓度降低。植树造林是促进碳循环和降低大气CO2浓度的重要举措。回答下列问题。
(1)森林中的绿色植物通过光合作用固定的能量,一部分 ,另一部分用于 。
(2)若因管理不善导致森林发生火灾,则森林也可能成为一种碳排放源。某地区广泛种植的桉树人工林由于树种单一,易受林火干扰。科研人员以桉树林为研究对象,研究了不同强度林火干扰对植被碳密度(反映各组分在光合作用中固碳能力的差异)的影响,结果如下图所示,由图分析可知,林火主要干扰了 (填植物种类)的碳密度,使植被总的碳密度减小。轻度林火干扰对植被碳密度影响的差异不显著,这说明 ,但是林火干扰在一定程度上增大了草本植物的碳密度,其主要原因是 。
(3)植树造林的过程中需要提高森林的固碳能力,从物种及生态系统稳定性方面考虑,在引种时需要考虑的因素有 (答出两点)。
解析:(1)同化量=自身呼吸作用中以热能形式散失的量+自身生长、发育和繁殖等生命活动的消耗量。森林中植物通过光合作用固定的能量,一部分通过自身呼吸作用以热能形式散失,另外一部分用于自身的生长、发育和繁殖等生命活动。(2)由图可知,随着林火程度加重,乔木减少,而灌木和草本植物增加,则林火主要干扰了乔木的碳密度。轻度林火干扰对植被碳密度影响差异不显著,说明生态系统具有一定的自我调节能力,但是这种自我调节能力是有一定限度的。林火干扰能提高草本植物的碳密度,说明草本通过光合作用固定的有机物总量增多了,由此推测主要原因是火灾后草本植物接受的光照更加充足,土壤中无机养料增多,从而提高草本植物的碳密度。(3)要提高森林的固碳能力,在引种时需要考虑引种植物对盐的耐受力是否在本土环境盐度范围内,引种植物是否会对本地其他植物造成生态威胁等不良的影响,引种植物在森林中的生态位等因素,即需要考虑的因素有:营造混交林,引进适应当地环境的树种,对引进树种进行遗传改良等。
答案:(1)经自身呼吸作用以热能的形式散失 自身的生长、发育和繁殖等生命活动 (2)乔木 生态系统具有一定的自我调节能力 火灾后草本植物接受的光照更加充足;火灾后土壤中的无机养料增多 (3)营造混交林;引进能适应当地环境且不会对本地物种产生危害的树种;对引进树种进行遗传改良
探究实践课:探究土壤微生物的分解作用
一、实验目的
1.设计和进行对照实验,尝试探究土壤微生物的分解作用,提升科学探究能力。
2.分析土壤微生物分解淀粉的情况,理解微生物分解的原理。
二、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,它们属于生态系统成分中的分解者。
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。
三、实验材料
土壤、落叶、淀粉、斐林试剂、碘液、烧杯、试管、恒温培养箱、纱布等。
四、实验流程
案例1:落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗
实验假设:土壤微生物能分解落叶使之腐烂。
实验设计
实验观察:观察落叶的腐烂程度。
案例2:探究土壤微生物对淀粉的分解作用。
实验假设:土壤微生物能分解淀粉。
实验设计:
实验组 A烧杯中加入30 mL土壤浸出液 A1烧杯:加入碘液
A2烧杯:加入斐林试剂
对照组 B烧杯中加入30 mL蒸馏水 B1烧杯:加入碘液
B2烧杯:加入斐林试剂
自变量 微生物的有无
实验观察:观察试管中溶液颜色的变化。
五、实验操作
1.操作提醒。
(1)探究活动最好在实验室中进行,以便更好地控制实验变量,避免环境中许多不可控制的因素的影响。
(2)各地气候与环境等因素不同,微生物分解落叶的能力也不同,需要的时间也有差异,一般需要温暖、湿润的条件。
2.实验报告。
实验时间 某年某月某日。 实验地点 实验室。 实验环境 常温、常压,温度20 ℃等。
实验结果 实验记录 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AA1不变蓝A2产生砖红色沉淀BB1变蓝B2无砖红色沉淀产生
实验结论 案例1:土壤微生物能分解落叶使之腐烂。 案例2:土壤微生物能分解淀粉。
实验反思 成功 之处 设计对照实验,通过对比,使实验现象更加明显。
不足 之处 采集的土壤样本不够肥沃,其中的微生物数量相对较少。
3.实验拓展。
夏初落入土壤中的叶片比秋末落入土壤中的叶片分解得快,是因为夏天温度高,还是土壤湿度大,还是综合因素引起的
提示:温度与湿度为两个自变量,设计高温高湿、高温低湿、低温高湿、低温低湿共四个环境,去探究在不同环境下落叶的分解。
实验评价
1.若探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂,下列实验设计中不符合实验目的的是( )
A.可选择带有落叶的土壤为实验材料,筛选出落叶和土壤
B.将落叶平均分成两份,把土壤也平均分成两份
C.将灭菌的落叶设为实验组,不做处理的落叶设为对照组
D.将落叶分别埋入两组土壤中,观察腐烂情况
解析:该实验是为了探究落叶的腐烂是否与土壤微生物有关,所以该实验的自变量是土壤中是否含微生物,其他无关变量应保持一致。
答案:C
2.某生物学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,对土壤的处理见下表。下列有关叙述错误的是( )
组别 1组 2组 3组 4组
是否灭菌 灭菌 不灭菌 灭菌 不灭菌
湿度条件 湿润 湿润 较干燥 较干燥
A.探究的问题是不同土壤湿度条件下,土壤微生物对落叶的分解作用
B.预期结果是1、3组中的落叶不被分解,2、4组中的落叶被不同程度地分解
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.该实验的自变量为土壤是否灭菌处理,实验中的对照组是1组和3组
解析:由2组和4组可知,该实验探究的问题是不同土壤湿度条件下,土壤微生物对落叶的分解作用,A项正确;1、3组土壤灭菌,没有微生物,落叶不被分解;2、4组土壤不灭菌,有微生物,但湿度不同,则落叶分解程度不同,B项正确;该实验中微生物来自土壤,所以为控制无关变量,落叶应进行灭菌处理,C项正确;该实验的自变量为土壤是否灭菌和湿度条件,对照实验需遵循单一变量原则,在湿润条件下1、2组形成对照,对照组为2组;在较干燥条件下3、4组形成对照,对照组为4组,D项错误。
答案:D
3.下图是两个生态系统中腐殖质总量随时间变化的情况示意图,这两个生态系统分别是 ( )
A.a是热带草原,b是热带雨林
B.a是热带雨林,b是温带草原
C.a是冻原,b是热带雨林
D.a是冻原,b是温带草原
解析:土壤腐殖质总量与落叶量、微生物分解能力等因素有关。热带雨林落叶量较大,微生物分解能力强,故土壤腐殖质总量少;冻原落叶较热带雨林少,但微生物活动弱,故土壤腐殖质总量多。
答案:C
4.(2021·湛江)为修复长期使用农药导致有机物污染的农田,研究人员向农田土壤中投放了多种微生物组成的复合菌剂。下列叙述错误的是 ( )
A.投入土壤的微生物能促进物质循环
B.加入菌剂后,可能会提高土壤营养结构的复杂性
C.微生物可能分泌胞外酶降解土壤中的有机污染物
D.投放复合菌剂后,会降低土壤小动物类群的丰富度
解析:投入土壤的微生物能把农田中的有机污染物分解成无机物,进入无机环境,参与物质循环,因此能促进物质循环,A项正确;加入菌剂后,这些微生物能分解有机质,比如作物的残根败叶和施入土壤中的有机肥料等,只有经过土壤微生物的作用,才能腐烂分解,释放出营养元素,供作物利用,并形成腐殖质,提高土壤营养结构的复杂性,B项正确;投放复合菌剂后,土壤有机污染物被降解,可能是微生物分泌胞外酶降解土壤中的有机污染物,C项正确;投放复合菌剂后,土壤有机污染物被降解,同时提高了土壤的肥力,使土壤生物增多,而且会吸引更多的土壤动物,因此投放复合菌剂会提高土壤小动物类群的丰富度,D项错误。
答案:D
5.某实验小组欲探究“土壤微生物的分解作用”,请帮助他们完成探究实验设计。
(1)材料用具:土壤、落叶、玻璃容器、标签、塑料袋、恒温箱、纱布。
(2)实验步骤。
①取2个圆柱形的玻璃容器,一个贴上“ 组” 标签,另一个贴上“ 组” 标签。
②将准备好的土壤分别放入2个玻璃容器中,将其中的 组放入恒温箱, ℃灭菌 1 h。
③取落叶12片,分成2份,分别用 包好,埋入 2个容器中,深度约 5 cm。
④将2个容器放置于相同的实验室环境中, 1个月后,取出纱布包。
⑤观察比较对照组与实验组中落叶的 程度。
(3)实验结果及结论。
①结果:对照组与实验组的落叶相比, 。
②结论:土壤中的微生物对落叶具有 。
(4)问题思考。
①在对土壤进行取样时,是取表层土还是深层土 并说明理由。
②为什么要将土壤置于玻璃容器内
解析:本题属于分析类实验,以教材实验为基础,从一般设计实验程序的角度,采用对照实验的方法,对实验进行分析。对照实验中需要对实验组进行处理,如本实验在60℃恒温条件下对土壤进行 1h灭菌处理;此外,对照实验遵循等量对照,如本实验中对落叶的选取要求形态、 大小相同并分成2等份。分析对照组和实验组的实验材料的改变,要有衡量标准,如本实验中的衡量标准是落叶的腐烂程度。
答案:(2)①实验 对照 ②实验 60 ③纱布 ⑤腐烂(3)①腐烂程度高 ②分解作用 (4)①取表层土。因为大部分微生物需要进行呼吸作用,表层土中微生物种类及数量更加丰富。 ②将土壤置于玻璃容器内是为了避免空气中的微生物对实验造成影响。
