3.3 生态系统的物质循环 学案 2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修2
文档属性
| 名称 | 3.3 生态系统的物质循环 学案 2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修2 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 318.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-08 21:20:47 | ||
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文档简介
第3节 生态系统的物质循环
【学习目标】
1.通过探究学习认识碳循环过程和生物富集现象，明确研究碳循环过程和生物富集现象的意义。(科学思维)
2.通过探究学习了解土壤微生物的分解作用，理解土壤微生物与物质循环之间的关系，逐步完善生态平衡观。(生命观念)
3.通过探究学习掌握碳循环、生物富集和土壤微生物的分解作用，掌握模型分析、实验探究等科学方法。(科学探究)
【自主预习】
一、生态系统的物质循环
1.概念: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.特点
(1)这里所说的生态系统是指 生物圈 ，物质循环具有 全球 性，又叫生物地球化学循环。
(2)物质在生态系统中 循环往复 运动。
二、碳循环
1.主要形式: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。
2.特点:具有全球性。
3.过程
(1)碳进入生物群落的途径:生产者的 光合 作用或 化能合成 作用。
(2)碳返回非生物环境的途径
①生产者、消费者的 呼吸 作用。
②分解者的 分解 作用(实质是呼吸作用)。
③化石燃料等的 燃烧 。
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:沿着 食物链 逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的 顶端 ；具有 全球性 。
四、能量流动和物质循环的关系
同时进行，彼此相互依存，不可分割。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。
【合作探究】
情境导入
材料:鲸起万物灭，鲸落万物生，一条鲸鱼在海洋中死亡，庞大的身躯经过一系列的演变，最后形成了独特的海洋生态系统。鲸落从盲鳗、睡鲨等食腐动物的吞食开始，到多毛类和甲壳类动物的入驻，接着鲸骨的脂类在厌氧细菌的分解中释放硫化物，一些硫细菌可通过氧化这些硫化物来制造有机物，为深海贻贝、蛤和海蜗牛一类生物提供营养。最终，鲸的遗骸作为礁岩，成为一大批海洋生物的宜居场所。鲸落是一种生命的奇迹，是地球上最壮美的重生。
问题探讨:
1.鲸鱼细胞中的核心元素是什么？它主要来自哪里？鲸鱼死亡后该元素又去了哪里？
提示 碳元素。来自摄取的有机物。该元素回到非生物环境。
2.鲸落后尸体有什么作用？
提示 尸体落入海底的过程长达数月至数年，会为多种生物，包括深海鱼类、甲壳类、多毛类，还有各种细小的生物提供食物。鲸的遗骸作为礁岩，成为一大批海洋生物的宜居场所。
任务1 认识碳循环和生物富集
活动1 认识碳循环和生物富集
1.生态系统的碳循环如下图所示，思考并回答下列问题:
(1)碳从非生物环境进入生物群落的生理过程是什么？
(2)碳在生物群落内部以什么形式传递？
(3)碳从生物群落进入非生物环境的生理过程有哪些？
(4)生态系统中产生CO2的非生物途径有哪些？
(5)化石燃料的过量开采和使用对环境可能会有什么影响？
(6)氢、氧、氮、硫、磷等元素的循环有什么共同特点？
(7)请结合图示分析能量流动和物质循环的区别与联系，将下表补充完整。
项目 能量流动 物质循环
图示
形式 以有机物为载体 因元素不同而异
特点
范围
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 ②物质是能量沿 流动的载体 ③能量是物质在生态系统中循环往返的 ④连接生物群落和非生物环境的两大成分是
提示 (1)生产者的光合作用或化能合成作用。
(2)碳在生物群落内部主要以含碳有机物的形式进行单向传递。
(3)生产者、消费者的呼吸作用和分解者的分解作用(呼吸作用)。
(4)化石燃料的燃烧和水圈释放CO2。
(5)在使用过程中，化石燃料中的碳迅速转变为CO2进入大气，使大气中的CO2浓度增大，加剧温室效应。
(6)这些元素不断地从非生物环境进入生物群落中，又从生物群落回到非生物环境中。
(7)单向流动、逐级递减 循环往复运动、具有全球性 生态系统各营养级 生物圈(全球性) 物质的合成和分解 食物链(网) 动力 生产者和分解者
2.下图表示铅在食物链中的富集情况。回答下列问题:
(1)什么是生物富集现象？
(2)生物富集现象具有哪些特点？
提示 (1)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)同一个生态系统中营养级越高的生物体内聚集的有害物质浓度越高；具有全球性。
认知生成
1.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.生态系统物质循环中的物质是指组成生物体的化学元素，而非化合物，在物质循环过程中伴随着复杂的物质和能量的转化。
3.碳在非生物环境中主要以碳酸盐和CO2的形式存在，碳在非生物环境与生物群落之间主要以CO2的形式传递，在生物群落内部主要以含碳有机物的形式传递。
4.大气中CO2的主要来源包括:动植物的细胞呼吸、分解者的分解作用、化石燃料的燃烧等。碳在非生物环境与生物群落之间传递时，只有生产者与非生物环境之间的传递是双向的，其他成分之间的传递都是单向的。
5.温室效应
(1)成因:①化石燃料的大量使用，使得沉积在地层中的碳在短时期内大量释放，超过植物的吸收量；②森林、草原等植被大面积被破坏，大大降低了对大气中CO2的固定能力。
(2)影响:使地球气候异常，灾难性气候增加，温度上升，加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。
(3)解决办法:①植树造林，增加绿地面积；②减少化石燃料的燃烧；③开发清洁能源，如利用太阳能、风能、水能等。
例1 右图为碳循环的模式图，图中甲、乙、丙表示生态系统的生物成分，箭头表示生理过程。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
【答案】A
【解析】丁为大气中的CO2库，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者。d过程代表呼吸作用，b过程可代表光合作用，A不正确；甲(生产者)在食物链中所含的有机物最多，即在食物链中占有的碳元素最多，B正确；碳元素在生物群落内部主要以含碳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CO2的形式进行传递，C正确；碳元素可以在生物群落和非生物环境之间循环往返，D正确。
对点练1 (不定选)下图为某生态系统碳循环过程示意图，其中字母代表生物类型，序号代表过程。据图判断，下列相关叙述正确的是( )。
A.图中A属于生产者，D和C属于消费者，B属于分解者
B.图中序号代表呼吸作用过程的有②③⑤，①代表的主要是光合作用
C.碳循环具有全球性，碳元素在①④⑥过程中均以有机物的形式传递
D.该图还缺少化石燃料的燃烧，该过程容易加剧温室效应
【答案】ABD
【解析】图中A与CO2之间为双向箭头，故A属于生产者，D和C属于消费者，B属于分解者，A正确；图中②③表示消费者的呼吸作用，⑤表示分解者的分解作用，其实质为分解者的呼吸作用，①主要代表绿色植物的光合作用，还包括化能合成作用，B正确；碳循环具有全球性，①表示碳由非生物环境进入生物群落，该过程中碳元素主要以二氧化碳的形式传递，④⑥表示碳在生物群落中传递，该过程中碳元素主要以有机物的形式传递，C错误；该图还缺少化石燃料的燃烧，化石燃料的燃烧过程中会产生大量的二氧化碳，因而容易加剧温室效应，D正确。
技巧总结 辨析碳循环过程中生态系统的各成分
据上述方法快速推断甲、乙、丙图中各成分:
1.图中双向箭头所指向的分别代表生产者、大气中的CO2库，其他所有成分都指向的为大气中的CO2库，即C为大气中的CO2库，A是生产者。
2.除了C之外，有最多被指向箭头的为分解者，即B为分解者。
3.三幅图的模式其实一致，不同的地方在于消费者的划分，图甲中消费者只有D，图乙中消费者有D、E，图丙中消费者有D、E、F。
4.图甲中的食物链为A→D，图乙中的食物链为A→D→E，图丙中的食物链为A→D→E→F。
素能提升
1.碳循环和温室效应(观察记忆能力)
气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表表示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/(kg C·a-1) 碳释放量/(kg C·a-1)
A 1.20×1014 1.20×1014
B 1.20×1014 1.26×1014
(1)生态系统碳的吸收主要是通过 作用实现的，碳的释放主要是通过 作用实现的。碳在生物群落的传递主要是以 的形式进行的。
(2)由碳循环可知，生态系统中，物质是可以循环的，而生态系统中能量流动的特点是 。
(3)表中 时期的生态系统处于稳定状态，原因是 。
(4)过度的人工碳排放，破坏了生态系统的 ，导致大气中 增加并引起全球气候变化。
(5)人们正在积极开发新能源以减少碳排放。例如，“叶绿素太阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特性而制造的，类囊体吸收光能的过程发生在光合作用的 阶段；经改造的蓝细菌能在细胞内将光合作用产生的 直接发酵转化为燃料乙醇。
【答案】(1)光合 呼吸 含碳有机物 (2)单向流动，逐级递减 (3)A 碳的吸收量等于碳的释放量 (4)碳平衡 CO2浓度 (5)光反应 有机物
【解析】(1)生态系统主要通过生产者的光合作用吸收CO2，而碳的释放主要是通过生物的呼吸作用实现的。(2)生态系统中能量流动的特点是单向流动，逐级递减。(3)A时期的生态系统碳吸收量与碳释放量相等，应该处于稳定状态。(4)过度的人工碳排放会破坏生态系统内正常的碳循环过程，导致大气中CO2浓度增加，从而引起全球气候变化。(5)光能的吸收过程发生在光合作用的光反应阶段。光合作用的直接产物葡萄糖可经无氧呼吸转化为乙醇(酒精)。
2.能量流动和物质循环的关系(简单推理能力)
为研究森林生态系统的碳循环，研究人员对西黄松老龄(未砍伐50~250年)和幼龄(砍伐后22年)生态系统的有机碳库及年碳收支进行测定，结果见下表。据表回答:
碳量 西黄松 生态系统 生产者 活生物量/ (g/m2) 死有 机质/ (g/m2) 土壤 有机碳/ (g/m2) 净初级 生产力/ [g/(m2·a)] 异养呼吸/ [g/(m2·a)]
老龄 12 730 2560 5330 470 440
幼龄 1460 3240 4310 360 390
注:净初级生产力指生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率。异养呼吸指消费者和分解者的呼吸作用。
(1)大气中的碳主要在叶绿体 中被固定，进入生物群落。每年每平方米的幼龄西黄松群落有 克碳用于生产者的生长、发育、繁殖，储存在生产者活生物量中；其中，部分通过生态系统中 的呼吸作用，部分转变为死有机质和土壤有机碳后通过 的分解作用，返回大气中的CO2库。
(2)西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力 (填“大于”、“等于”或“小于”)老龄群落。根据年碳收支分析，幼龄西黄松群落 (填“能”或“不能”)降低大气碳总量。
【答案】(1)基质 360 消费者 分解者 (2)大于 不能
【解析】(1)大气中的碳主要以CO2的形式在叶绿体基质中被固定，进入生物群落。用于生产者生长、发育、繁殖，储存在生产者活生物量中的碳=生产者的同化量-生产者的呼吸消耗量，即表格中的净初级生产力，每年每平方米的幼龄西黄松群落有360克碳用于生产者的生长、发育、繁殖，储存在生产者活生物量中。幼龄西黄松群落一部分被消费者食用，一部分(残枝败叶)转变为死有机质和土壤有机碳，二者分别通过消费者的呼吸作用和分解者的分解作用，返回大气中的CO2库。(2)由图可知，幼龄西黄松群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为360/1460≈0.25；老龄西黄松群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为470/12 730≈0.04，因此，西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力大于老龄群落。根据年碳收支分析，幼龄西黄松群落的净初级生产力为360 g/(m2·a)，异养呼吸消耗速率为390 g/(m2·a)，净初级生产力小于异养呼吸消耗速率，故幼龄群落不会有有机物的积累，即幼龄西黄松群落不能降低大气碳总量。
任务2 探究土壤微生物的分解作用
活动2 探究土壤微生物的分解作用
案例 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分别是什么？
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.实验中是如何控制自变量的？
提示 实验组土壤经高温处理，以排除土壤中微生物的作用，且同时要尽可能避免土壤理化性质的改变；对照组土壤不做任何处理。
案例2:探究土壤微生物对淀粉的分解作用
3.实验的自变量和因变量分别是什么？
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。
4.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。
认知生成
1.案例1中对照组的土壤不做处理(自然状态)；实验组的土壤要进行处理(如将土壤用塑料袋包好，放在60 ℃恒温箱中处理1 h)，以尽可能排除土壤微生物的作用，同时尽可能避免土壤理化性质的改变。
2.本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。
3.各地气候与环境等因素不同，落叶在土壤中被分解的时间也有差异，落叶的分解一般需要适宜的温度、湿度等条件。
例2 (2022·六安月考)为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂，探究人员对实验进行了以下设计，其中不符合实验目的的步骤是( )。
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.将灭菌的落叶设为对照组，不做处理的落叶设为实验组
D.将落叶分别埋入两组土壤中，观察腐烂情况
【答案】C
【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，筛选出落叶和土壤，A不符合题意；由实验目的可知，实验应分两组，一组为实验组，一组为对照组，所以要将落叶平均分成两份，把土壤也平均分成两份，B不符合题意；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符合题意；将落叶分别埋入两组土壤中，一段时间后，观察腐烂情况，D不符合题意。
对点练2 为验证土壤微生物能分解农药，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组中喷入等量的“敌草隆”，再将两容器置于同一恒温箱中培养相同时间
B.检测“敌草隆”的含量变化，预计a组中的“敌草隆”大量减少，b组中的“敌草隆”含量基本不变
C.只用沙土的实验效果比用几种典型土壤混合的好
D.再增加c组作为对照，c组不喷入“敌草隆”，其他处理与a、b组相同
【答案】A
【解析】实验组为a组，对照组为b组，实验遵循单一变量原则，A正确；a组中“敌草隆”含量应该不变，b组中“敌草隆”含量可能会减少，B错误；典型土壤中含微生物多，所以用几种典型土壤混合的效果比只用沙土的好，C错误；本实验的目的是验证土壤中的微生物对农药“敌草隆”具有分解作用，若不喷入“敌草隆”，则不能证明土壤中的微生物的分解作用，D错误。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
1.碳可在森林群落和非生物环境之间进行循环。 (√) 2.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。 (√) 3.生物富集具有全球性。 (√) 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.生态系统的物质循环和能量流动是独立进行的。 (×) 6.物质是单向流动、不可循环的。 (×)
2
【学习目标】
1.通过探究学习认识碳循环过程和生物富集现象，明确研究碳循环过程和生物富集现象的意义。(科学思维)
2.通过探究学习了解土壤微生物的分解作用，理解土壤微生物与物质循环之间的关系，逐步完善生态平衡观。(生命观念)
3.通过探究学习掌握碳循环、生物富集和土壤微生物的分解作用，掌握模型分析、实验探究等科学方法。(科学探究)
【自主预习】
一、生态系统的物质循环
1.概念: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.特点
(1)这里所说的生态系统是指 生物圈 ，物质循环具有 全球 性，又叫生物地球化学循环。
(2)物质在生态系统中 循环往复 运动。
二、碳循环
1.主要形式: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。
2.特点:具有全球性。
3.过程
(1)碳进入生物群落的途径:生产者的 光合 作用或 化能合成 作用。
(2)碳返回非生物环境的途径
①生产者、消费者的 呼吸 作用。
②分解者的 分解 作用(实质是呼吸作用)。
③化石燃料等的 燃烧 。
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:沿着 食物链 逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的 顶端 ；具有 全球性 。
四、能量流动和物质循环的关系
同时进行，彼此相互依存，不可分割。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。
【合作探究】
情境导入
材料:鲸起万物灭，鲸落万物生，一条鲸鱼在海洋中死亡，庞大的身躯经过一系列的演变，最后形成了独特的海洋生态系统。鲸落从盲鳗、睡鲨等食腐动物的吞食开始，到多毛类和甲壳类动物的入驻，接着鲸骨的脂类在厌氧细菌的分解中释放硫化物，一些硫细菌可通过氧化这些硫化物来制造有机物，为深海贻贝、蛤和海蜗牛一类生物提供营养。最终，鲸的遗骸作为礁岩，成为一大批海洋生物的宜居场所。鲸落是一种生命的奇迹，是地球上最壮美的重生。
问题探讨:
1.鲸鱼细胞中的核心元素是什么？它主要来自哪里？鲸鱼死亡后该元素又去了哪里？
提示 碳元素。来自摄取的有机物。该元素回到非生物环境。
2.鲸落后尸体有什么作用？
提示 尸体落入海底的过程长达数月至数年，会为多种生物，包括深海鱼类、甲壳类、多毛类，还有各种细小的生物提供食物。鲸的遗骸作为礁岩，成为一大批海洋生物的宜居场所。
任务1 认识碳循环和生物富集
活动1 认识碳循环和生物富集
1.生态系统的碳循环如下图所示，思考并回答下列问题:
(1)碳从非生物环境进入生物群落的生理过程是什么？
(2)碳在生物群落内部以什么形式传递？
(3)碳从生物群落进入非生物环境的生理过程有哪些？
(4)生态系统中产生CO2的非生物途径有哪些？
(5)化石燃料的过量开采和使用对环境可能会有什么影响？
(6)氢、氧、氮、硫、磷等元素的循环有什么共同特点？
(7)请结合图示分析能量流动和物质循环的区别与联系，将下表补充完整。
项目 能量流动 物质循环
图示
形式 以有机物为载体 因元素不同而异
特点
范围
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 ②物质是能量沿 流动的载体 ③能量是物质在生态系统中循环往返的 ④连接生物群落和非生物环境的两大成分是
提示 (1)生产者的光合作用或化能合成作用。
(2)碳在生物群落内部主要以含碳有机物的形式进行单向传递。
(3)生产者、消费者的呼吸作用和分解者的分解作用(呼吸作用)。
(4)化石燃料的燃烧和水圈释放CO2。
(5)在使用过程中，化石燃料中的碳迅速转变为CO2进入大气，使大气中的CO2浓度增大，加剧温室效应。
(6)这些元素不断地从非生物环境进入生物群落中，又从生物群落回到非生物环境中。
(7)单向流动、逐级递减 循环往复运动、具有全球性 生态系统各营养级 生物圈(全球性) 物质的合成和分解 食物链(网) 动力 生产者和分解者
2.下图表示铅在食物链中的富集情况。回答下列问题:
(1)什么是生物富集现象？
(2)生物富集现象具有哪些特点？
提示 (1)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)同一个生态系统中营养级越高的生物体内聚集的有害物质浓度越高；具有全球性。
认知生成
1.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.生态系统物质循环中的物质是指组成生物体的化学元素，而非化合物，在物质循环过程中伴随着复杂的物质和能量的转化。
3.碳在非生物环境中主要以碳酸盐和CO2的形式存在，碳在非生物环境与生物群落之间主要以CO2的形式传递，在生物群落内部主要以含碳有机物的形式传递。
4.大气中CO2的主要来源包括:动植物的细胞呼吸、分解者的分解作用、化石燃料的燃烧等。碳在非生物环境与生物群落之间传递时，只有生产者与非生物环境之间的传递是双向的，其他成分之间的传递都是单向的。
5.温室效应
(1)成因:①化石燃料的大量使用，使得沉积在地层中的碳在短时期内大量释放，超过植物的吸收量；②森林、草原等植被大面积被破坏，大大降低了对大气中CO2的固定能力。
(2)影响:使地球气候异常，灾难性气候增加，温度上升，加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。
(3)解决办法:①植树造林，增加绿地面积；②减少化石燃料的燃烧；③开发清洁能源，如利用太阳能、风能、水能等。
例1 右图为碳循环的模式图，图中甲、乙、丙表示生态系统的生物成分，箭头表示生理过程。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
【答案】A
【解析】丁为大气中的CO2库，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者。d过程代表呼吸作用，b过程可代表光合作用，A不正确；甲(生产者)在食物链中所含的有机物最多，即在食物链中占有的碳元素最多，B正确；碳元素在生物群落内部主要以含碳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CO2的形式进行传递，C正确；碳元素可以在生物群落和非生物环境之间循环往返，D正确。
对点练1 (不定选)下图为某生态系统碳循环过程示意图，其中字母代表生物类型，序号代表过程。据图判断，下列相关叙述正确的是( )。
A.图中A属于生产者，D和C属于消费者，B属于分解者
B.图中序号代表呼吸作用过程的有②③⑤，①代表的主要是光合作用
C.碳循环具有全球性，碳元素在①④⑥过程中均以有机物的形式传递
D.该图还缺少化石燃料的燃烧，该过程容易加剧温室效应
【答案】ABD
【解析】图中A与CO2之间为双向箭头，故A属于生产者，D和C属于消费者，B属于分解者，A正确；图中②③表示消费者的呼吸作用，⑤表示分解者的分解作用，其实质为分解者的呼吸作用，①主要代表绿色植物的光合作用，还包括化能合成作用，B正确；碳循环具有全球性，①表示碳由非生物环境进入生物群落，该过程中碳元素主要以二氧化碳的形式传递，④⑥表示碳在生物群落中传递，该过程中碳元素主要以有机物的形式传递，C错误；该图还缺少化石燃料的燃烧，化石燃料的燃烧过程中会产生大量的二氧化碳，因而容易加剧温室效应，D正确。
技巧总结 辨析碳循环过程中生态系统的各成分
据上述方法快速推断甲、乙、丙图中各成分:
1.图中双向箭头所指向的分别代表生产者、大气中的CO2库，其他所有成分都指向的为大气中的CO2库，即C为大气中的CO2库，A是生产者。
2.除了C之外，有最多被指向箭头的为分解者，即B为分解者。
3.三幅图的模式其实一致，不同的地方在于消费者的划分，图甲中消费者只有D，图乙中消费者有D、E，图丙中消费者有D、E、F。
4.图甲中的食物链为A→D，图乙中的食物链为A→D→E，图丙中的食物链为A→D→E→F。
素能提升
1.碳循环和温室效应(观察记忆能力)
气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表表示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/(kg C·a-1) 碳释放量/(kg C·a-1)
A 1.20×1014 1.20×1014
B 1.20×1014 1.26×1014
(1)生态系统碳的吸收主要是通过 作用实现的，碳的释放主要是通过 作用实现的。碳在生物群落的传递主要是以 的形式进行的。
(2)由碳循环可知，生态系统中，物质是可以循环的，而生态系统中能量流动的特点是 。
(3)表中 时期的生态系统处于稳定状态，原因是 。
(4)过度的人工碳排放，破坏了生态系统的 ，导致大气中 增加并引起全球气候变化。
(5)人们正在积极开发新能源以减少碳排放。例如，“叶绿素太阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特性而制造的，类囊体吸收光能的过程发生在光合作用的 阶段；经改造的蓝细菌能在细胞内将光合作用产生的 直接发酵转化为燃料乙醇。
【答案】(1)光合 呼吸 含碳有机物 (2)单向流动，逐级递减 (3)A 碳的吸收量等于碳的释放量 (4)碳平衡 CO2浓度 (5)光反应 有机物
【解析】(1)生态系统主要通过生产者的光合作用吸收CO2，而碳的释放主要是通过生物的呼吸作用实现的。(2)生态系统中能量流动的特点是单向流动，逐级递减。(3)A时期的生态系统碳吸收量与碳释放量相等，应该处于稳定状态。(4)过度的人工碳排放会破坏生态系统内正常的碳循环过程，导致大气中CO2浓度增加，从而引起全球气候变化。(5)光能的吸收过程发生在光合作用的光反应阶段。光合作用的直接产物葡萄糖可经无氧呼吸转化为乙醇(酒精)。
2.能量流动和物质循环的关系(简单推理能力)
为研究森林生态系统的碳循环，研究人员对西黄松老龄(未砍伐50~250年)和幼龄(砍伐后22年)生态系统的有机碳库及年碳收支进行测定，结果见下表。据表回答:
碳量 西黄松 生态系统 生产者 活生物量/ (g/m2) 死有 机质/ (g/m2) 土壤 有机碳/ (g/m2) 净初级 生产力/ [g/(m2·a)] 异养呼吸/ [g/(m2·a)]
老龄 12 730 2560 5330 470 440
幼龄 1460 3240 4310 360 390
注:净初级生产力指生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率。异养呼吸指消费者和分解者的呼吸作用。
(1)大气中的碳主要在叶绿体 中被固定，进入生物群落。每年每平方米的幼龄西黄松群落有 克碳用于生产者的生长、发育、繁殖，储存在生产者活生物量中；其中，部分通过生态系统中 的呼吸作用，部分转变为死有机质和土壤有机碳后通过 的分解作用，返回大气中的CO2库。
(2)西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力 (填“大于”、“等于”或“小于”)老龄群落。根据年碳收支分析，幼龄西黄松群落 (填“能”或“不能”)降低大气碳总量。
【答案】(1)基质 360 消费者 分解者 (2)大于 不能
【解析】(1)大气中的碳主要以CO2的形式在叶绿体基质中被固定，进入生物群落。用于生产者生长、发育、繁殖，储存在生产者活生物量中的碳=生产者的同化量-生产者的呼吸消耗量，即表格中的净初级生产力，每年每平方米的幼龄西黄松群落有360克碳用于生产者的生长、发育、繁殖，储存在生产者活生物量中。幼龄西黄松群落一部分被消费者食用，一部分(残枝败叶)转变为死有机质和土壤有机碳，二者分别通过消费者的呼吸作用和分解者的分解作用，返回大气中的CO2库。(2)由图可知，幼龄西黄松群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为360/1460≈0.25；老龄西黄松群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为470/12 730≈0.04，因此，西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力大于老龄群落。根据年碳收支分析，幼龄西黄松群落的净初级生产力为360 g/(m2·a)，异养呼吸消耗速率为390 g/(m2·a)，净初级生产力小于异养呼吸消耗速率，故幼龄群落不会有有机物的积累，即幼龄西黄松群落不能降低大气碳总量。
任务2 探究土壤微生物的分解作用
活动2 探究土壤微生物的分解作用
案例 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分别是什么？
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.实验中是如何控制自变量的？
提示 实验组土壤经高温处理，以排除土壤中微生物的作用，且同时要尽可能避免土壤理化性质的改变；对照组土壤不做任何处理。
案例2:探究土壤微生物对淀粉的分解作用
3.实验的自变量和因变量分别是什么？
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。
4.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。
认知生成
1.案例1中对照组的土壤不做处理(自然状态)；实验组的土壤要进行处理(如将土壤用塑料袋包好，放在60 ℃恒温箱中处理1 h)，以尽可能排除土壤微生物的作用，同时尽可能避免土壤理化性质的改变。
2.本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。
3.各地气候与环境等因素不同，落叶在土壤中被分解的时间也有差异，落叶的分解一般需要适宜的温度、湿度等条件。
例2 (2022·六安月考)为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂，探究人员对实验进行了以下设计，其中不符合实验目的的步骤是( )。
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.将灭菌的落叶设为对照组，不做处理的落叶设为实验组
D.将落叶分别埋入两组土壤中，观察腐烂情况
【答案】C
【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，筛选出落叶和土壤，A不符合题意；由实验目的可知，实验应分两组，一组为实验组，一组为对照组，所以要将落叶平均分成两份，把土壤也平均分成两份，B不符合题意；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符合题意；将落叶分别埋入两组土壤中，一段时间后，观察腐烂情况，D不符合题意。
对点练2 为验证土壤微生物能分解农药，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组中喷入等量的“敌草隆”，再将两容器置于同一恒温箱中培养相同时间
B.检测“敌草隆”的含量变化，预计a组中的“敌草隆”大量减少，b组中的“敌草隆”含量基本不变
C.只用沙土的实验效果比用几种典型土壤混合的好
D.再增加c组作为对照，c组不喷入“敌草隆”，其他处理与a、b组相同
【答案】A
【解析】实验组为a组，对照组为b组，实验遵循单一变量原则，A正确；a组中“敌草隆”含量应该不变，b组中“敌草隆”含量可能会减少，B错误；典型土壤中含微生物多，所以用几种典型土壤混合的效果比只用沙土的好，C错误；本实验的目的是验证土壤中的微生物对农药“敌草隆”具有分解作用，若不喷入“敌草隆”，则不能证明土壤中的微生物的分解作用，D错误。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
1.碳可在森林群落和非生物环境之间进行循环。 (√) 2.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。 (√) 3.生物富集具有全球性。 (√) 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.生态系统的物质循环和能量流动是独立进行的。 (×) 6.物质是单向流动、不可循环的。 (×)
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