人教版高中生物选择性必修2第3章生态系统及其稳定性第3节生态系统的物质循环课件(共61张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版高中生物选择性必修2第3章生态系统及其稳定性第3节生态系统的物质循环课件(共61张PPT) |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 6.1MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-05-19 11:00:17 | ||
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文档简介
(共61张PPT)
第3章 生态系统及其稳定性
第3节 生态系统的物质循环
[素养目标] 1.运用物质与能量观，分析生态系统中的物质在生物群落和非生物环境 之间不断循环的过程及特点。2.运用物质与能量观，阐明某些有害物质会通过食物链 不断富集的现象。3.基于对物质循环的理解，构建碳循环模式图，并利用模式图解释 碳循环失衡与温室效应的关系，强化社会责任。
第*页
研习任务一 碳循环与生物富集
梳理教材
1. 碳循环
（1）循环形式：在生物群落与非生物环境间主要以 的形式循环。
（2）过程图解：
图中：① ，② ，③植物（生产者），④动物（消费者）， ⑤ ，⑥ 。
CO2
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
微生物的分解作用
（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， 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 。
（4）温室效应：
①形成原因：主要是 的开采和使用，使大气中 含量迅速增加， 打破了生物圈 的平衡。
②应对方法：一方面要 ，另一方面要提高 。
水圈
进入大气
化石燃料
CO2
碳循环
减少二氧化碳的排放
森林覆盖率
2. 物质循环
（1）概念：组成生物体的 等元素，都在不断进行 着从 到 ，又从 到 的 循环过程。
（2）特点：① 性，又称为生物地球化学循环。
②物质在生态系统中循环往复运动。
碳、氢、氧、氮、磷、硫
非生物环境
生物群落
生物群落
非生物环境
全球
【深度理解】
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的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。
3. 生物富集
（1）概念：是指生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或 ， 使其在机体内浓度 环境浓度的现象。
（2）物质种类：
①重金属：如：铅、镉、汞等。
②人工合成的有机化合物：如：DDT、六六六等。
③某些放射性物质。
难以降解的化合物
超过
（3）生物富集的条件：
①污染物在环境中必须是比较稳定的。
②污染物必须是生物能够吸收的。
③污染物是不易在生物代谢过程中被分解、排出的，如DDT在生态系统中的转 移和积累。
（4）特点
①沿食物链逐渐在生物体内 ，最终积累在食物链的顶端。
②具有全球性。
聚集
√
√
互动探究
1. 下图是某生态系统碳循环的示意图，请据图思考讨论：
（2）图中①②分别表示的生理过程是什么？
（3）同碳元素一样，氮元素在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的。那么为 什么还要往农田中不断地施加氮肥呢？
（4）据图提出一项实现“低碳”减缓温室效应的措施。
提示：（1）A、B、C、D；（含碳）有机物。
（2）光合作用和化能合成作用；呼吸作用。
（3）农田是人工生态系统，是以提高农作物的产量，使能量更多地流向人类，满足 人类需要为目的的。农田土壤中氮元素的含量往往不足以使作物高产，加之农产品源 源不断地自农田生态系统输出，其中的氮元素并不能都归还土壤，所以需要施加氮 肥。这与物质循环并不矛盾。
（4）减少化石燃料的使用（或者植树造林，增加植被；或开发水能、太阳能等新能 源）。
（1）图中字母代表生物群落的是哪些？碳在生物群落内部主要是以什么形式进行流 动的？
2. DDT是一种有机氯农药，化学结构稳定，在环境中不易被降解，作为杀虫剂具有 广谱杀虫、药效强劲持久、容易生产等诸多优点。然而大规模使用DDT对以游隼为代 表的猛禽来说，却是一场噩梦的开始。思考讨论：
（1）DDT作为杀虫剂使用，为什么会在顶级捕食者游隼体内的脂肪中大量积累？
（2）研究发现，世界各分布区的游隼体内均有不同程度的DDT积累，这反映出生物 富集具有什么特点及具有此特点的原因？
提示：（1）DDT是一种有机氯农药，化学结构稳定，在环境中不易降解，一旦进入 生物体，沿着食物链逐级递增，最终积累在顶级捕食者游隼体内的脂肪中。
（2）全球性。富集的物质可通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地，因此 具有全球性。
典题评析
[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
D
解析：据图分析，1是生产者，2是消费者，3是分解者，4是非生物的物质和能量，而 群落是指一定区域内的全部生物，A错误；3是分解者，主要指腐生的细菌和真菌，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；生态系统中，通过生物的呼吸作用向大气中释放CO2，同时又通过光合作用或化能合成作用将CO2转化成有机物，所以4可以表示大气中的CO2库，D正确。
“三看法”分析碳循环
A. “物质”指的是组成生物体的C、H、O、N、P、S等一些基本化学元素
B. “生态系统”是指地球上最大的生态系统——生物圈
C. “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：生态系统的物质循环中的“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；“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；“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。
D
A. 某些重金属盐、有机化合物、放射性化合物都存在生物富集现象
B. 生物体内不存在分解DDT、六六六等化合物的酶
C. 生物富集现象不具有全球性和沿食物链逐级增加等特点
D. 食物网中营养级越高的生物，生物富集物质的浓度越高
解析：生物富集现象具有全球性和沿食物链逐级累积等特点，C错误。
C
A. 大气中的气体X是指二氧化碳和一氧化碳
B. 完成①过程的能量主要是由⑧过程提供的
C. D经⑤⑥⑦过程获得的能量占A、B、C总能量的10％～20％
D. C处于第三营养级
D
解析：生物群落与非生物环境之间的碳循环是以CO2的形式进行的，故图中大气中的 气体X代表CO2，A错误；完成①过程的能量主要由太阳能转化的活跃的化学能提 供，B错误；捕食食物链中相邻两营养级之间的能量传递效率为10％～20％，D为分 解者，不存在于捕食食物链中，C错误；图中A为生产者，B为初级消费者（第二营养 级），C为次级消费者（第三营养级），D正确。
第*页
研习任务二 能量流动和物质循环的关系
载体
动力
循环往返
反复利
用
逐级递减
2. 图解
解析：能量是单向流动的，不能通过食物链和食物网循环。
解析：物质循环和能量流动相互依存，不可分割。
√
√
√
互动探究
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：
提示：（1）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）①联系：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。②区别：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，而且能 量流动是单方向、不循环的。
（2）概括物质循环和能量流动之间的区别和联系。
典题评析
[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 （ ）
C
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复
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：由图可知，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无机环境之间循环往复；碳在生物群落和非生物 环境之间的循环主要以CO2的形式进行，在各营养级之间传递主要以有机物的形式进 行，A、B、D不符合题意；图中未表示出生产者有一部分能量未被利用，且②中的能 量已包括③④中的部分能量，故能量①②③④的总和不等于生产者所固定的太阳能总 量，C符合题意。
随堂练习
A. ④和⑤可表示生物群落中能量的散失
B. ⑤可表示生物群落中的物质回归非生物环境
C. ②可表示能量在生物体之间单向流动
D. ①可表示碳元素从CO2转变为有机物
A
解析：由图可知，生物群落中能量以热能的形式散失——④呼吸作用，生物群落中的 物质回归非生物环境——⑤分解者的分解作用，A错误，B正确；能量在生物体之间 单向流动，如图中的②③，C正确；碳元素从CO2转变为有机物——①光合作用或化 能合成作用合成有机物，D正确。
A. 使用粪便作为肥料，其能量可以流向植物，实现了对能量的多级利用
B. 一只狼捕食了一只兔子，则这只兔子中有10％～20％的能量流入狼的体内
C. 非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用
D. 食物链中初级消费者数量越多，次级消费者能够获得的能量一定就越少
解析：使用粪便作为肥料是通过分解者将粪便中的有机物分解为无机物，植物利用的 是无机物，没有对能量进行多级利用，A错误；能量传递效率中的10％～20％指的是 营养级与营养级之间的传递效率，不是个体与个体之间，B错误；物质中的元素在生 态系统中具有循环往复性，C正确；食物链中的初级消费者越多，其总能量越多，又 因为能量在相邻两个营养级之间的传递效率是不变的，所以捕食它们的次级消费者获 得的能量越多，D错误。
C
第*页
研习任务三 探究土壤微生物的分解作用
梳理教材
解析：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。
√
互动探究
1. 土壤微生物对落叶的分解作用
【实验情境】教材“探究落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？”分析下列问题：
（1）取材是在落叶多的地方取泥土还是落叶少的地方取？说明理由。
（2）取表面上层土还是深入地下？为什么？
（3）该实验的自变量是 。
无关变量有 、 、 等。
（4）实验过程中落叶是否需要特殊处理？
（5）实验中对照组和实验组的实验材料的改变要有衡量标准，本实验的衡量标准是 什么？
（6）“腐烂程度”通过什么表现？
（3）微生物的有无 温度 水分 空气
（4）需要去除水分，避免实验误差。
（5）落叶的“腐烂程度”。
（6）落叶的质量变化，视觉感受等。
提示：（1）落叶多的地方，这个地方微生物密集。
（2）表面上层土，因为大部分微生物需要进行呼吸作用。
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？
（2）实验中选用什么试剂检测因变量的变化？
（3）实验的设计思路是什么？
提示：（1）自变量是土壤微生物的有无；因变量是淀粉的分解程度。
（2）用碘液和斐林试剂检测。
（3）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中加入斐林试剂后水浴加热。观察试管中溶液的颜色变化， 记录实验结果。
典题评析
[例3] （2024·湖南期末）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（ ）
项目 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. 该实验的自变量之一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
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 生物的影响，C错误；1、3组灭菌后没有微生物，落叶不会被分解。而2、4组有微生 物，但是湿润程度不同，所以落叶被分解程度不同，D正确。
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，而没进行自变量处理，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。
A. 若要验证落叶腐烂是由于土壤微生物的分解作用，则实验的自变量是土壤微生物 的种类和数量
B. 土壤中的各种动物及微生物共同组成群落，各种微生物在生态系统中均属于分解 者
C. 若用等量的热带雨林土壤代替本地样品土壤进行实验，土壤中未腐烂的落叶的含 量将减少
D. 土壤微生物对落叶的分解是通过微生物的呼吸作用实现的，与之相关的细胞器是 线粒体
C
解析：若要验证落叶腐烂是由于土壤微生物的分解作用，则实验的自变量是土壤微生 物分解作用的有无及强弱，因变量是落叶的腐烂程度，应以自然状态的土壤作对照 组，以经杀菌处理的土壤作实验组，A错误；一定区域内的各种动物、植物及各种微 生物共同组成群落，土壤中营腐生生活的微生物属于分解者，B错误；热带雨林土壤 中微生物的分解能力强，若用等量的热带雨林土壤代替本地样品土壤进行实验，样品 土壤中未腐烂的落叶的含量减少，C正确；落叶的腐烂是由于土壤中微生物的分解作 用，实质是通过细胞呼吸将有机物分解，土壤中的微生物包括细菌和真菌，细菌是原 核生物，细胞中无线粒体，另外有些微生物进行的是无氧呼吸，也与线粒体无关，D 错误。
序号 实验处理
甲 乙
方案一 无菌条件 自然条件
方案二 先灭菌，再置于适宜条件下 自然条件
方案三 先灭菌，再置于适宜条件下 先灭菌，然后接种某种细菌，最后置于适宜条件下
C
A. 方案一
B. 方案二
C. 方案三
D. 三个方案都不能达到
解析：欲证明树叶的分解是由某种细菌所引起的，应先将树叶灭菌，排除其他微生物 对实验结果的干扰，然后应将灭菌后的树叶平均分成两组，一组接种该细菌，另一组 不接种，两组均置于适宜条件下培养，以便对比分析得出结论。
课堂小结
课堂记要：
第*页
课堂强研习 合作学习 精研重难
课堂小测试 诊断学习效果
A. 属于自养生物
B. 可以进行细胞呼吸
C. DNA位于细胞核中
D. 在物质循环中发挥作用
解析：蓝细菌能进行光合作用，属于自养生物，A正确；蓝细菌进行的是细胞呼吸， B正确；蓝细菌属于原核生物，没有细胞核，DNA主要位于拟核中，C错误；蓝细菌 在生态系统中属于生产者，在物质循环中发挥重要作用，D正确。
C
1
2
3
4
5
6
7
A. 生物的呼吸作用
B. 某些细菌的化能合成作用
C. 分解者的分解作用
D. 森林火灾
解析：生物群落中的碳返回大气中的途径有动植物的呼吸作用、微生物的分解作用以 及燃烧。某些细菌的化能合成作用是使非生物环境中的碳进入生物群落中的途径，B 符合题意。
B
1
2
3
4
5
6
7
项目 甲 乙 丙 丁
能量（kJ） 2.8×109 1.3×108 9.1×107 2.9×107
DDT浓度
（ppm） 0.04 0.35 0.39 3.4
B
A. 该生态系统的水体中DDT的浓度小于0.04 ppm
B. 四个种群最简单的能量流动渠道是形成了一条食物链
C. 甲是该生态系统组成成分中的生产者
D. 丁种群个体死亡后释放的DDT还可能再进入丁种群
1
2
3
4
5
6
7
解析：表中数据是在该生态系统处于平衡时，甲、乙、丙、丁四个种群所含有的总能 量和残留DDT的平均浓度，其含量关系应符合能量传递和生物富集规律，因此，甲是 生产者，其残留DDT浓度为0.04 ppm，环境中的DDT浓度应小于0.04 ppm；乙和丙 位于同一营养级，均属于生态系统的初级消费者；丁是次级消费者，处于食物链的第 三营养级，四个种群形成两条食物链，丁种群个体死亡后释放的DDT难以被降解，可 能通过各级生物的富集再次进入丁种群，B错误，A、C、D正确。
1
2
3
4
5
6
7
A. 图中生产者、A、B、C构成了两条食物链
B. 大力增强过程①可一定程度上缓解温室效应
C. 经过程③的碳全部储存于B体内的有机物中
D. 农业上的中耕松土可以加强过程⑦
B
1
2
3
4
5
6
7
解析：据图分析可知，A表示大气中的二氧化碳库，B表示消费者，C表示分解者，食 物链中只有生产者和消费者，所以生产者、A、B、C不能构成食物链，A错误；过程 ①表示光合作用，大力增强该过程可以吸收较多的二氧化碳，能一定程度上缓解温室 效应，B正确；经③流向B的碳大部分通过呼吸作用以二氧化碳形式散失，少量的碳 元素储存于B体内的有机物中，C错误；过程⑦表示消费者的呼吸作用，农业上的中 耕松土可以加强过程②，即植物根细胞的呼吸作用，D错误。
1
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7
A
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4
5
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7
解析：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或分解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 费者的遗体残骸及粪便中的物质和能量可被分解者利用，A正确；消费者中的物质不 能进入生产者，B错误；分解者不能利用非生物环境中的物质，只能依靠有机物维持 生活，C、D错误。
1
2
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4
5
6
7
A. 与普通稻田相比，该稻田需要施加更多的肥料
B. 与普通稻田相比，该稻田需要使用更多的农药
C. 该稻田与普通稻田的群落空间结构完全相同
D. 该稻田比普通稻田的能量的利用率低
A
1
2
3
4
5
6
7
解析：该稻田生态系统的营养结构更复杂，其水稻产量还显著高于普通稻田，而运行 过程中不投放鸭饲料，因此与普通稻田相比，该稻田需要施加更多的肥料，A正确； 鸭取食害虫和杂草等，可以减少农药的使用，B错误；该稻田增加了鸭子，使得群落 的物种组成不同，因此该稻田与普通稻田的群落空间结构不完全相同，C错误；该稻 田的水稻产量显著高于普通稻田，且养鸭还会产生额外的经济效益，与普通稻田相 比，该稻田的能量利用率较高，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
7. （2022·湖北高考真题）如图为生态系统结构的一般模型，据图回答下列问题：
（1）图中A代表 ；肉食动物1的数量 （填“一定”或“不一 定”）少于植食性动物的数量。
分解者
不一定
1
2
3
4
5
6
7
（2）如果②③④代表能量流动过程，④代表的能量大约是②的 。
）1％～4％
控制（减少）植食性动物的数量，使棉花固定
的能量尽可能保留在棉花植株
合理密植，改善
通风条件，提供充足的CO2满足光合作用需求，减少无氧呼吸消耗；增施有机肥，分
解者分解有机物可产生更多无机盐、CO2满足棉花生长需要；喷淋降温，缓解强光照
和高温导致的“午休”，增加CO2的供应满足光合作用的需求
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解析：（1）据题意可知，A能将遗体、粪便、碎屑等中的有机物分解形成无机物， 返还回无机环境，因此A表示分解者。生态系统的能量流动是单向的、逐级递减的， 因此能量金字塔呈正金字塔形，而生物量金字塔和数量金字塔则可能倒置或部分倒 置，数量金字塔有时会出现高营养级的生物数量多于低营养级的生物数量，因此肉食 性动物1的数量不一定少于植食性动物的数量。（2）能量在相邻两个营养级间的传递 效率是10％～20％，②表示植食性动物的同化量，③表示肉食动物1的同化量，是② 的10％～20％，④表示肉食动物2的同化量，是③的10％～20％，因此④代表的能量 是②的1％～4％。（3）如果图中生产者是农作物棉花，提高棉花产量，针对途径 ②，可控制（减少）植食性动物的数量， 使棉花固定的能量尽可能保留在棉花植 株；针对途径⑦，可合理密植， 改善通风条件，提供充足的CO2满足光合作用需求， 减少无氧呼吸消耗；增施有机肥，通过分解者分解可产生更多无机盐、CO2满足棉花 生长需要；喷淋降温，缓解强光照和高温导致的“午休”，增加CO2供应满足光合作用的需求，从而可以增强光合作用。
1
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第3章 生态系统及其稳定性
第3节 生态系统的物质循环
[素养目标] 1.运用物质与能量观，分析生态系统中的物质在生物群落和非生物环境 之间不断循环的过程及特点。2.运用物质与能量观，阐明某些有害物质会通过食物链 不断富集的现象。3.基于对物质循环的理解，构建碳循环模式图，并利用模式图解释 碳循环失衡与温室效应的关系，强化社会责任。
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研习任务一 碳循环与生物富集
梳理教材
1. 碳循环
（1）循环形式：在生物群落与非生物环境间主要以 的形式循环。
（2）过程图解：
图中：① ，② ，③植物（生产者），④动物（消费者）， ⑤ ，⑥ 。
CO2
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
微生物的分解作用
（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， 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 。
（4）温室效应：
①形成原因：主要是 的开采和使用，使大气中 含量迅速增加， 打破了生物圈 的平衡。
②应对方法：一方面要 ，另一方面要提高 。
水圈
进入大气
化石燃料
CO2
碳循环
减少二氧化碳的排放
森林覆盖率
2. 物质循环
（1）概念：组成生物体的 等元素，都在不断进行 着从 到 ，又从 到 的 循环过程。
（2）特点：① 性，又称为生物地球化学循环。
②物质在生态系统中循环往复运动。
碳、氢、氧、氮、磷、硫
非生物环境
生物群落
生物群落
非生物环境
全球
【深度理解】
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的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。
3. 生物富集
（1）概念：是指生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或 ， 使其在机体内浓度 环境浓度的现象。
（2）物质种类：
①重金属：如：铅、镉、汞等。
②人工合成的有机化合物：如：DDT、六六六等。
③某些放射性物质。
难以降解的化合物
超过
（3）生物富集的条件：
①污染物在环境中必须是比较稳定的。
②污染物必须是生物能够吸收的。
③污染物是不易在生物代谢过程中被分解、排出的，如DDT在生态系统中的转 移和积累。
（4）特点
①沿食物链逐渐在生物体内 ，最终积累在食物链的顶端。
②具有全球性。
聚集
√
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互动探究
1. 下图是某生态系统碳循环的示意图，请据图思考讨论：
（2）图中①②分别表示的生理过程是什么？
（3）同碳元素一样，氮元素在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的。那么为 什么还要往农田中不断地施加氮肥呢？
（4）据图提出一项实现“低碳”减缓温室效应的措施。
提示：（1）A、B、C、D；（含碳）有机物。
（2）光合作用和化能合成作用；呼吸作用。
（3）农田是人工生态系统，是以提高农作物的产量，使能量更多地流向人类，满足 人类需要为目的的。农田土壤中氮元素的含量往往不足以使作物高产，加之农产品源 源不断地自农田生态系统输出，其中的氮元素并不能都归还土壤，所以需要施加氮 肥。这与物质循环并不矛盾。
（4）减少化石燃料的使用（或者植树造林，增加植被；或开发水能、太阳能等新能 源）。
（1）图中字母代表生物群落的是哪些？碳在生物群落内部主要是以什么形式进行流 动的？
2. DDT是一种有机氯农药，化学结构稳定，在环境中不易被降解，作为杀虫剂具有 广谱杀虫、药效强劲持久、容易生产等诸多优点。然而大规模使用DDT对以游隼为代 表的猛禽来说，却是一场噩梦的开始。思考讨论：
（1）DDT作为杀虫剂使用，为什么会在顶级捕食者游隼体内的脂肪中大量积累？
（2）研究发现，世界各分布区的游隼体内均有不同程度的DDT积累，这反映出生物 富集具有什么特点及具有此特点的原因？
提示：（1）DDT是一种有机氯农药，化学结构稳定，在环境中不易降解，一旦进入 生物体，沿着食物链逐级递增，最终积累在顶级捕食者游隼体内的脂肪中。
（2）全球性。富集的物质可通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地，因此 具有全球性。
典题评析
[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
D
解析：据图分析，1是生产者，2是消费者，3是分解者，4是非生物的物质和能量，而 群落是指一定区域内的全部生物，A错误；3是分解者，主要指腐生的细菌和真菌，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；生态系统中，通过生物的呼吸作用向大气中释放CO2，同时又通过光合作用或化能合成作用将CO2转化成有机物，所以4可以表示大气中的CO2库，D正确。
“三看法”分析碳循环
A. “物质”指的是组成生物体的C、H、O、N、P、S等一些基本化学元素
B. “生态系统”是指地球上最大的生态系统——生物圈
C. “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：生态系统的物质循环中的“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；“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；“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。
D
A. 某些重金属盐、有机化合物、放射性化合物都存在生物富集现象
B. 生物体内不存在分解DDT、六六六等化合物的酶
C. 生物富集现象不具有全球性和沿食物链逐级增加等特点
D. 食物网中营养级越高的生物，生物富集物质的浓度越高
解析：生物富集现象具有全球性和沿食物链逐级累积等特点，C错误。
C
A. 大气中的气体X是指二氧化碳和一氧化碳
B. 完成①过程的能量主要是由⑧过程提供的
C. D经⑤⑥⑦过程获得的能量占A、B、C总能量的10％～20％
D. C处于第三营养级
D
解析：生物群落与非生物环境之间的碳循环是以CO2的形式进行的，故图中大气中的 气体X代表CO2，A错误；完成①过程的能量主要由太阳能转化的活跃的化学能提 供，B错误；捕食食物链中相邻两营养级之间的能量传递效率为10％～20％，D为分 解者，不存在于捕食食物链中，C错误；图中A为生产者，B为初级消费者（第二营养 级），C为次级消费者（第三营养级），D正确。
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研习任务二 能量流动和物质循环的关系
载体
动力
循环往返
反复利
用
逐级递减
2. 图解
解析：能量是单向流动的，不能通过食物链和食物网循环。
解析：物质循环和能量流动相互依存，不可分割。
√
√
√
互动探究
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：
提示：（1）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）①联系：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。②区别：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，而且能 量流动是单方向、不循环的。
（2）概括物质循环和能量流动之间的区别和联系。
典题评析
[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 （ ）
C
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复
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：由图可知，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无机环境之间循环往复；碳在生物群落和非生物 环境之间的循环主要以CO2的形式进行，在各营养级之间传递主要以有机物的形式进 行，A、B、D不符合题意；图中未表示出生产者有一部分能量未被利用，且②中的能 量已包括③④中的部分能量，故能量①②③④的总和不等于生产者所固定的太阳能总 量，C符合题意。
随堂练习
A. ④和⑤可表示生物群落中能量的散失
B. ⑤可表示生物群落中的物质回归非生物环境
C. ②可表示能量在生物体之间单向流动
D. ①可表示碳元素从CO2转变为有机物
A
解析：由图可知，生物群落中能量以热能的形式散失——④呼吸作用，生物群落中的 物质回归非生物环境——⑤分解者的分解作用，A错误，B正确；能量在生物体之间 单向流动，如图中的②③，C正确；碳元素从CO2转变为有机物——①光合作用或化 能合成作用合成有机物，D正确。
A. 使用粪便作为肥料，其能量可以流向植物，实现了对能量的多级利用
B. 一只狼捕食了一只兔子，则这只兔子中有10％～20％的能量流入狼的体内
C. 非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用
D. 食物链中初级消费者数量越多，次级消费者能够获得的能量一定就越少
解析：使用粪便作为肥料是通过分解者将粪便中的有机物分解为无机物，植物利用的 是无机物，没有对能量进行多级利用，A错误；能量传递效率中的10％～20％指的是 营养级与营养级之间的传递效率，不是个体与个体之间，B错误；物质中的元素在生 态系统中具有循环往复性，C正确；食物链中的初级消费者越多，其总能量越多，又 因为能量在相邻两个营养级之间的传递效率是不变的，所以捕食它们的次级消费者获 得的能量越多，D错误。
C
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研习任务三 探究土壤微生物的分解作用
梳理教材
解析：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。
√
互动探究
1. 土壤微生物对落叶的分解作用
【实验情境】教材“探究落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？”分析下列问题：
（1）取材是在落叶多的地方取泥土还是落叶少的地方取？说明理由。
（2）取表面上层土还是深入地下？为什么？
（3）该实验的自变量是 。
无关变量有 、 、 等。
（4）实验过程中落叶是否需要特殊处理？
（5）实验中对照组和实验组的实验材料的改变要有衡量标准，本实验的衡量标准是 什么？
（6）“腐烂程度”通过什么表现？
（3）微生物的有无 温度 水分 空气
（4）需要去除水分，避免实验误差。
（5）落叶的“腐烂程度”。
（6）落叶的质量变化，视觉感受等。
提示：（1）落叶多的地方，这个地方微生物密集。
（2）表面上层土，因为大部分微生物需要进行呼吸作用。
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？
（2）实验中选用什么试剂检测因变量的变化？
（3）实验的设计思路是什么？
提示：（1）自变量是土壤微生物的有无；因变量是淀粉的分解程度。
（2）用碘液和斐林试剂检测。
（3）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中加入斐林试剂后水浴加热。观察试管中溶液的颜色变化， 记录实验结果。
典题评析
[例3] （2024·湖南期末）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（ ）
项目 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. 该实验的自变量之一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
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 生物的影响，C错误；1、3组灭菌后没有微生物，落叶不会被分解。而2、4组有微生 物，但是湿润程度不同，所以落叶被分解程度不同，D正确。
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，而没进行自变量处理，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。
A. 若要验证落叶腐烂是由于土壤微生物的分解作用，则实验的自变量是土壤微生物 的种类和数量
B. 土壤中的各种动物及微生物共同组成群落，各种微生物在生态系统中均属于分解 者
C. 若用等量的热带雨林土壤代替本地样品土壤进行实验，土壤中未腐烂的落叶的含 量将减少
D. 土壤微生物对落叶的分解是通过微生物的呼吸作用实现的，与之相关的细胞器是 线粒体
C
解析：若要验证落叶腐烂是由于土壤微生物的分解作用，则实验的自变量是土壤微生 物分解作用的有无及强弱，因变量是落叶的腐烂程度，应以自然状态的土壤作对照 组，以经杀菌处理的土壤作实验组，A错误；一定区域内的各种动物、植物及各种微 生物共同组成群落，土壤中营腐生生活的微生物属于分解者，B错误；热带雨林土壤 中微生物的分解能力强，若用等量的热带雨林土壤代替本地样品土壤进行实验，样品 土壤中未腐烂的落叶的含量减少，C正确；落叶的腐烂是由于土壤中微生物的分解作 用，实质是通过细胞呼吸将有机物分解，土壤中的微生物包括细菌和真菌，细菌是原 核生物，细胞中无线粒体，另外有些微生物进行的是无氧呼吸，也与线粒体无关，D 错误。
序号 实验处理
甲 乙
方案一 无菌条件 自然条件
方案二 先灭菌，再置于适宜条件下 自然条件
方案三 先灭菌，再置于适宜条件下 先灭菌，然后接种某种细菌，最后置于适宜条件下
C
A. 方案一
B. 方案二
C. 方案三
D. 三个方案都不能达到
解析：欲证明树叶的分解是由某种细菌所引起的，应先将树叶灭菌，排除其他微生物 对实验结果的干扰，然后应将灭菌后的树叶平均分成两组，一组接种该细菌，另一组 不接种，两组均置于适宜条件下培养，以便对比分析得出结论。
课堂小结
课堂记要：
第*页
课堂强研习 合作学习 精研重难
课堂小测试 诊断学习效果
A. 属于自养生物
B. 可以进行细胞呼吸
C. DNA位于细胞核中
D. 在物质循环中发挥作用
解析：蓝细菌能进行光合作用，属于自养生物，A正确；蓝细菌进行的是细胞呼吸， B正确；蓝细菌属于原核生物，没有细胞核，DNA主要位于拟核中，C错误；蓝细菌 在生态系统中属于生产者，在物质循环中发挥重要作用，D正确。
C
1
2
3
4
5
6
7
A. 生物的呼吸作用
B. 某些细菌的化能合成作用
C. 分解者的分解作用
D. 森林火灾
解析：生物群落中的碳返回大气中的途径有动植物的呼吸作用、微生物的分解作用以 及燃烧。某些细菌的化能合成作用是使非生物环境中的碳进入生物群落中的途径，B 符合题意。
B
1
2
3
4
5
6
7
项目 甲 乙 丙 丁
能量（kJ） 2.8×109 1.3×108 9.1×107 2.9×107
DDT浓度
（ppm） 0.04 0.35 0.39 3.4
B
A. 该生态系统的水体中DDT的浓度小于0.04 ppm
B. 四个种群最简单的能量流动渠道是形成了一条食物链
C. 甲是该生态系统组成成分中的生产者
D. 丁种群个体死亡后释放的DDT还可能再进入丁种群
1
2
3
4
5
6
7
解析：表中数据是在该生态系统处于平衡时，甲、乙、丙、丁四个种群所含有的总能 量和残留DDT的平均浓度，其含量关系应符合能量传递和生物富集规律，因此，甲是 生产者，其残留DDT浓度为0.04 ppm，环境中的DDT浓度应小于0.04 ppm；乙和丙 位于同一营养级，均属于生态系统的初级消费者；丁是次级消费者，处于食物链的第 三营养级，四个种群形成两条食物链，丁种群个体死亡后释放的DDT难以被降解，可 能通过各级生物的富集再次进入丁种群，B错误，A、C、D正确。
1
2
3
4
5
6
7
A. 图中生产者、A、B、C构成了两条食物链
B. 大力增强过程①可一定程度上缓解温室效应
C. 经过程③的碳全部储存于B体内的有机物中
D. 农业上的中耕松土可以加强过程⑦
B
1
2
3
4
5
6
7
解析：据图分析可知，A表示大气中的二氧化碳库，B表示消费者，C表示分解者，食 物链中只有生产者和消费者，所以生产者、A、B、C不能构成食物链，A错误；过程 ①表示光合作用，大力增强该过程可以吸收较多的二氧化碳，能一定程度上缓解温室 效应，B正确；经③流向B的碳大部分通过呼吸作用以二氧化碳形式散失，少量的碳 元素储存于B体内的有机物中，C错误；过程⑦表示消费者的呼吸作用，农业上的中 耕松土可以加强过程②，即植物根细胞的呼吸作用，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
A
1
2
3
4
5
6
7
解析：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或分解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 费者的遗体残骸及粪便中的物质和能量可被分解者利用，A正确；消费者中的物质不 能进入生产者，B错误；分解者不能利用非生物环境中的物质，只能依靠有机物维持 生活，C、D错误。
1
2
3
4
5
6
7
A. 与普通稻田相比，该稻田需要施加更多的肥料
B. 与普通稻田相比，该稻田需要使用更多的农药
C. 该稻田与普通稻田的群落空间结构完全相同
D. 该稻田比普通稻田的能量的利用率低
A
1
2
3
4
5
6
7
解析：该稻田生态系统的营养结构更复杂，其水稻产量还显著高于普通稻田，而运行 过程中不投放鸭饲料，因此与普通稻田相比，该稻田需要施加更多的肥料，A正确； 鸭取食害虫和杂草等，可以减少农药的使用，B错误；该稻田增加了鸭子，使得群落 的物种组成不同，因此该稻田与普通稻田的群落空间结构不完全相同，C错误；该稻 田的水稻产量显著高于普通稻田，且养鸭还会产生额外的经济效益，与普通稻田相 比，该稻田的能量利用率较高，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
7. （2022·湖北高考真题）如图为生态系统结构的一般模型，据图回答下列问题：
（1）图中A代表 ；肉食动物1的数量 （填“一定”或“不一 定”）少于植食性动物的数量。
分解者
不一定
1
2
3
4
5
6
7
（2）如果②③④代表能量流动过程，④代表的能量大约是②的 。
）1％～4％
控制（减少）植食性动物的数量，使棉花固定
的能量尽可能保留在棉花植株
合理密植，改善
通风条件，提供充足的CO2满足光合作用需求，减少无氧呼吸消耗；增施有机肥，分
解者分解有机物可产生更多无机盐、CO2满足棉花生长需要；喷淋降温，缓解强光照
和高温导致的“午休”，增加CO2的供应满足光合作用的需求
1
2
3
4
5
6
7
解析：（1）据题意可知，A能将遗体、粪便、碎屑等中的有机物分解形成无机物， 返还回无机环境，因此A表示分解者。生态系统的能量流动是单向的、逐级递减的， 因此能量金字塔呈正金字塔形，而生物量金字塔和数量金字塔则可能倒置或部分倒 置，数量金字塔有时会出现高营养级的生物数量多于低营养级的生物数量，因此肉食 性动物1的数量不一定少于植食性动物的数量。（2）能量在相邻两个营养级间的传递 效率是10％～20％，②表示植食性动物的同化量，③表示肉食动物1的同化量，是② 的10％～20％，④表示肉食动物2的同化量，是③的10％～20％，因此④代表的能量 是②的1％～4％。（3）如果图中生产者是农作物棉花，提高棉花产量，针对途径 ②，可控制（减少）植食性动物的数量， 使棉花固定的能量尽可能保留在棉花植 株；针对途径⑦，可合理密植， 改善通风条件，提供充足的CO2满足光合作用需求， 减少无氧呼吸消耗；增施有机肥，通过分解者分解可产生更多无机盐、CO2满足棉花 生长需要；喷淋降温，缓解强光照和高温导致的“午休”，增加CO2供应满足光合作用的需求，从而可以增强光合作用。
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2
3
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5
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