第四节 生态系统中的物质能被循环利用
基础过关练
题组一 生态系统的物质循环
1.在生态系统物质循环和能量流动过程中,连接生物群落与非生物环境的主要的生物成分及其生理作用分别是( )
A.生产者、蒸腾作用;消费者、呼吸作用
B.消费者、呼吸作用;分解者、分解作用
C.生产者、光合作用;分解者、分解作用
D.分解者、分解作用;消费者、合成作用
2.生态系统中的物质能被循环利用,水循环、碳循环和氮循环是最常见的物质循环。下列有关叙述错误的是 ( )
A.水循环是由太阳能推动的,生物在全球水循环过程中作用不大
B.在生物群落内部,碳以有机物的形式沿着食物链进行单向转移
C.固氮菌和蓝藻都是自养生物,均在氮循环的固氮过程中发挥作用
D.物质的循环发生在生物群落和非生物环境之间,具有全球性
3.生态系统中的物质循环包括水循环、碳循环和氮循环等类型,下列有关叙述正确的是( )
A.水的主要循环路线是从地球表面进入大气中,从大气中回到地球表面
B.生产者固定的CO2等于其呼吸作用释放的CO2,是碳循环持续进行的保证
C.氮循环是指氮气在生物群落和无机环境之间的循环过程
D.硝化细菌将氨和铵盐氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程属于氮循环中的反硝化过程
4.如图是自然界碳循环的简图,据图分析,下列叙述错误的是( )
A.甲为分解者,乙为消费者,丙为生产者
B.①②③表示CO2通过甲、丙、乙的呼吸作用进入大气中
C.④主要表示大气中CO2通过光合作用进入生物群落
D.碳元素以无机物的形式在丙→乙→甲所示的渠道流动
5.下图为氮循环示意图,下列有关叙述不正确的是 ( )
A.①过程中的生物固氮是最重要的固氮途径
B.进行②过程的生物的代谢类型为异养需氧型
C.进行③和④过程的生物分别主要是生产者和消费者
D.⑤过程能增加土壤的肥力,有利于农业生产
6.如图是生态系统的物质循环中氮循环过程示意图。回答下列问题。
(1)根瘤菌和硝化细菌分别属于生态系统组成成分中的 。
(2)“生态系统的氮循环”中的生态系统指的是 。氮元素进入生产者体内后,能参与合成的有机化合物是
(写出3种)。
(3)虽然氮元素能在生物群落和非生物环境之间不断循环,但在种植小麦时仍要适量向农田中施加氮肥的原因是 。
7.下图表示某森林生态系统碳循环部分过程,甲~戊表示生态系统中的组成成分,箭头表示物质传递方向。回答下列问题:
(1)碳是构成生物体的重要元素之一,组成生物体的有机物都是以 作为结构基础的。碳循环的主要形式是 ,图中碳元素通过呼吸作用进入非生物环境的途径有 (用文字加箭头描述)。
(2)图中,乙、丙、丁之间碳以 的形式传递,图中缺少的环节是 (用文字加箭头描述)。
(3)从灌木阶段演替到该森林阶段的过程中,生产者固定的CO2量应大于 。
题组二 物质循环规律的应用
8.下图为“蔬菜-鸡、猪-沼气”系统模式图。下列叙述错误的是( )
A.该系统属于物质循环利用生态工程
B.流经该生态系统的总能量是蔬菜固定的太阳能
C.图中各营养级的生物量金字塔可能是倒置的
D.该系统提高了人类对光合作用所固定能量的利用效率
9.蚯蚓分解处理技术可实现固体废物的减量化和资源化。下图为某农业生态系统的示意图,下列叙述正确的是( )
A.该生态系统中的蚯蚓属于分解者
B.影响蚯蚓分解处理效率的因素只有含水量
C.由于物质不断循环,无需给该生态系统施加氮肥
D.该技术可增加食物链中营养级数量,以提高能量传递效率
能力提升练
题组 生态系统的物质循环及规律应用
1.下列关于物质循环、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.生物圈不需要从外界获得任何物质补给,就能长期维持其正常功能
C.食物链和食物网是能量流动、物质循环的渠道
D.尿酸、尿素等废物经某些细菌、放线菌等生物的代谢活动转化为氨的过程称为反硝化作用
2.如图为科研人员通过设置蚯蚓生态滤池的方式,利用蚯蚓进行禽畜废水处理的装置。下列叙述错误的是( )
A.所选用的蚯蚓应具有繁殖力强、能生活在较潮湿的环境中的特点
B.蚯蚓生态滤池能自给自足地进行物质循环
C.蚯蚓生态滤池的构建充分利用了生态系统中分解者的作用
D.蚯蚓的穿梭觅食有利于好氧微生物的生长
3.碳循环是物质循环的主要类型,在生态系统的物质循环中有重要作用。下图为部分碳循环的示意图,Ⅰ~Ⅳ表示生态系统的组成成分,①~⑧表示相关过程。下列叙述错误的是( )
A.碳元素主要依靠生产者的光合作用固定
B.由生产者、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ构成的食物链中,能量是单向流动、逐级递减的
C.①⑦⑧过程主要以CO2的形式进行,②③④⑤⑥过程以含碳有机物的形式进行
D.生产者可以是真核生物,也可以是原核生物,但都是自养生物
4.稻鸭共作生态农业以种稻为中心,某兴趣小组绘制稻鸭共作农田生态系统中的部分碳元素转移过程,如图所示,箭头和字母分别表示碳元素的传递方向和转移量。回答下列问题:
(1)该生态系统的最主要的生物成分是 。丙和丁在该生态系统中通过食物关系加速了 。
(2)图中碳元素主要以 的形式进行转移,图中箭头指向需修改之处有:增加戊“→”甲、 。在水稻生长期,该生态系统中的碳元素转移量为:a (填“>”“=”或“<”)b+c+d+e。
(3)水稻光合作用固定的太阳能除了用于自身的生长和繁殖外,其余能量的流向是 。能量传递效率按10%计算,假设杂草中3/5的能量直接流向鸭,其余能量通过植食昆虫流向鸭,则鸭获得1 kJ能量,需消耗杂草的能量约为 (保留小数点后一位)。
(4)与水稻单作模式相比,由于鸭在稻田间的觅食活动,起到吃草、捕虫、踩草、 等作用,使得稻鸭共作模式提高了稻米的产量,从生态系统结构的角度分析,稻鸭共作模式增加了该生态系统中 的复杂性,因而该生态系统具有较强的自我调节能力。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 在生态系统中,生产者中的绿色植物能够利用光能将二氧化碳和水转变成储存能量的有机物,分解者又可以将动植物遗体残骸中的有机物分解成无机物,进入非生物环境,所以连接生物群落与非生物环境的主要的生物成分及其生理作用分别是生产者进行的光合作用和分解者进行的分解作用,C正确。
2.C 碳元素在生物群落和非生物环境之间主要以二氧化碳的形式循环,在生物群落内部以有机物的形式沿着食物链或食物网进行单向转移,B正确;固氮菌不一定是自养生物,如根瘤菌,C错误。
3.A 生产者固定的CO2>其呼吸作用释放的CO2,有利于生产者的正常生长,是碳循环持续进行的保证,B错误;氮循环是指氮元素在生物群落和无机环境之间的循环过程,C错误;硝化细菌将氨和铵盐氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程属于氮循环中的硝化过程,D错误。
4.D 根据丙和大气中的CO2库间存在双向箭头,可判断丙为生产者;根据围绕甲的箭头“多进一出”可判断甲为分解者,则乙为消费者,A正确。碳元素以含碳有机物的形式在生物群落(由甲、乙、丙构成)内部流动,D错误。
归纳总结 生态系统碳循环的模式图中,先看“双向箭头”确定生产者(箭头“一进多出”)和大气中的CO2库(箭头“一出多进”)。
5.B ①为固氮过程,②为硝化过程,③为合成有机物的过程,④为有机物分解过程,⑤为氨化过程,⑥为反硝化过程。进行②过程的生物是硝化细菌,是自养需氧型生物,B错误。
6.答案 (1)消费者、生产者 (2)生物圈 蛋白质、核酸、ATP (3)农产品不断地输出使部分氮元素不能返回农田生态系统
解析 (1)硝化细菌是化能自养型微生物,属于生产者,根瘤菌需要植物为其提供能量和物质,属于消费者。(2)地球上最大的生态系统是生物圈,物质循环具有全球性,故“生态系统的氮循环”中的生态系统指的是生物圈。氮元素进入生产者体内后,能参与合成的有机化合物是蛋白质、核酸、ATP等。(3)氮元素在生物群落和无机环境之间不断循环,但由于农产品不断地输出使部分氮元素不能返回农田生态系统,因此农田土壤中氮的含量往往不足,还要不断往农田中施加氮肥。
7.答案 (1)碳骨架 CO2 乙→甲,丙→甲,丁→甲,戊→甲 (2)有机物 化石燃料→甲 (3)生物群落(或所有生物)的CO2释放量
解析 (1)碳是构成生物体的核心元素,组成生物体的有机物都是以碳骨架作为结构基础的;碳循环的主要形式是CO2;图中乙、丙、丁和戊都有箭头指向甲,故甲为大气中的CO2库;呼吸作用可以释放CO2,图中乙、丙、丁、戊都能进行呼吸作用。(2)甲为大气中的CO2库,甲与乙之间是双向箭头,故乙是生产者,乙、丙和丁都有箭头指向戊,故戊是分解者,丙、丁都是消费者,碳在它们(生物群落)之间以有机物的形式传递;化石燃料燃烧可以产生CO2,因此图中缺少化石燃料→甲。(3)从灌木阶段演替到该森林阶段的过程中,生物量增大,需要有机物的积累,因此生产者固定的CO2量应大于生物群落(或所有生物)的CO2释放量。
8.B 根据图示分析可知,该系统中一个环节产生的废弃物可被另一个环节利用,使得废物资源化,实现了物质循环利用,A正确;流经该生态系统的总能量是蔬菜固定的太阳能和农户投放的饲料中的化学能,B错误;由于该生态系统属于人工生态系统,人的作用较为突出,且有物质和能量的投入,因此图中各营养级的生物量金字塔可能是倒置的,C正确;该系统充分利用了废弃物中的能量,实现了物质循环再生和能量多级利用,因此提高了人类对光合作用所固定能量的利用效率,D正确。
9.A 温度和含水量等会影响蚯蚓的生命活动,所以影响蚯蚓分解处理效率的因素有温度和含水量等,B错误;该农业生态系统中,土壤中的氮元素随农产品大量输出,这些氮元素不能都归还土壤,因此需要给该生态系统施加氮肥,C错误;蚯蚓分解处理技术没有增加食物链中营养级数量,且生态系统的能量传递效率指营养级之间或食物链不同环节之间能量传递的百分比,即使增加食物链中营养级数量,也不能提高能量传递效率,D错误。
能力提升练
1.D 生态系统中,物质是能量流动的载体,使能量沿着食物链(网)流动;能量作为动力,使物质在生物群落与非生物环境之间往复循环,A、C正确。物质是可循环的,生物圈不需要从外界获得任何物质补给,就能长期维持其正常功能,B正确。反硝化作用是指反硝化细菌将含氮化合物转化为N2、NO、N2O的过程;尿酸、尿素等废物经某些细菌、放线菌等生物的代谢活动转化为氨的过程称为氨化作用,D错误。
2.B 蚯蚓生态滤池需要利用废水中的有机物作为蚯蚓的食物,蚯蚓将这些有机物分解成无机物回到水中,蚯蚓生态滤池并不能自给自足地进行物质循环,B错误;蚯蚓生态滤池利用了蚯蚓作为分解者将禽畜废水中的有机物分解的作用,C正确;好氧微生物需要氧气才可以进行生长和生存,蚯蚓的穿梭觅食使氧气更容易进入土壤,从而便于好氧微生物的生长,D正确。
3.B 图中双向箭头处的Ⅰ为非生物环境,Ⅱ为初级消费者,Ⅲ为次级消费者,Ⅳ为分解者,图中①主要是绿色植物的光合作用,②③为捕食过程,⑥为植物的残枝落叶,④⑤为动物的粪便和遗体残骸,⑦为微生物的分解作用。碳元素进入生物群落的途径主要是植物的光合作用,即碳元素主要依靠生产者的光合作用固定,A正确;由生产者、Ⅱ、Ⅲ构成的食物链中,能量是单向流动、逐级递减的,Ⅳ是分解者,不参与构成食物链,B错误;①⑦⑧过程发生在生物群落和无机环境之间,主要以CO2的形式进行,②③④⑤⑥过程发生在生物群落内部,以含碳有机物的形式进行,C正确;生产者一定是自养生物,可以是真核生物,也可以是原核生物,D正确。
4.答案 (1)乙(或水稻、杂草) 物质循环和能量流动 (2)二氧化碳(CO2)和有机物 取消丙“→”乙 > (3)呼吸作用散失(或以热能的形式散失) 15.6 (4)肥田 营养结构(或食物链和食物网)
解析 (2)图中碳元素在群落和大气之间主要以CO2的形式进行转移,在群落内以有机物的形式进行转移。图中需要取消丙“→”乙,因为捕食关系是单向的。在水稻生长期,有机物的积累量>0,故该生态系统中的碳元素转移量为a>b+c+d+e。(3)能量传递效率按10%计算,杂草中3/5的能量直接流向鸭,则2/5的能量通过植食昆虫流向鸭,可假设需消耗杂草的能量为x kJ,则根据鸭获得1 kJ能量,可列出方程式:3/5×x×10%+2/5×x×10%×10%=1,解得x=15.625,故需要消耗杂草的能量约为15.6 kJ。
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1.水循环过程
(1)蒸发和降水是水循环的两种方式,水循环由太阳能推动。
第四节 生态系统中的物质能被循环利用
知识点 1 生态系统的水循环
必备知识 清单破
(2)地球表面的蒸发量和降水量基本持平,但海洋的蒸发量大于降水量,陆地的蒸发量小于降
水量,海洋亏损的水分通过陆地江河的汇集流入海洋而得以弥补。
(3)生物在全球水循环中起的作用很小。
2.水循环的意义
(1)各种营养物质会随水的流动而从一个生态系统到另一个新的生态系统,有利于补充某些
生态系统的营养物质。
(2)因水从高处往低处流动,往往造成高处营养物质流失而土壤贫瘠,低处营养物质汇集而土
壤肥沃。
1.CO2是碳循环的主要形式。
2.大气圈中的CO2可经生产者的光合作用进入生物群落。
3.生物群落中的碳通过呼吸作用、分解作用、化石燃料的燃烧回归大气圈。
4.海洋对调节大气圈中的碳含量起着非常重要的作用。
知识点 2 生态系统的碳循环
知识点 3 生态系统的氮循环
1.固氮的途径
2.氨化作用
生物体内的有机氮 尿素和尿酸等产物 氨
3.硝化作用:氨和铵盐被硝化细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程。一般氨和铵盐难以被直
接利用,必须通过硝化作用转化为硝酸盐。
4.反硝化作用:硝酸盐等含氮化合物在反硝化细菌的作用下转化为N2、NO和N2O的过程。硝
酸盐等含氮化合物通过反硝化作用使氮重返大气。
特别提醒 氮循环的过程中微生物起着重要作用,参与氮循环的微生物包括固氮菌、蓝藻、
硝化细菌、反硝化细菌、异养细菌、放线菌、真菌等。
(1)N2 氨(NH3)。
(2)氨 硝酸盐(N )。
(3)硝酸盐 氮气(N2)等。
(4)含氮有机物 氨(NH3)。
知识点 4 物质循环规律的应用
知识辨析
1.氮在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的,所以不需要向农田生态系统不断地施加
氮肥,这种说法正确吗
不正确。农田土壤中氮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,所以需要向农田施加氮肥。这与物质循环并不矛盾。
2.生物群落是生态系统的重要组成成分,对生态系统的水循环、碳循环、氮循环起重要作用,
这种说法正确吗
不正确。生物在水循环中起的作用很小。
3.农业生态工程可以实现物质和能量的多层次、循环利用,这种说法正确吗
不正确。农业生态工程可以实现物质的多层次、循环利用,但能量不能循环利用。
提示
提示
提示
1.生态系统的碳循环
(1)生物群落与非生物环境之间——CO2等。
(2)生物群落内部——含碳有机物。
定点 分析生态系统的碳循环
关键能力 定点破
2.碳循环示意图中各组成成分的判断
(1)图甲:先根据A、B之间为双向箭头且指向B的箭头最多可判断:B为大气中的CO2库,A为生
产者。再根据A、C均有箭头指向D可判断:D为分解者,则C为消费者。
(2)图乙:根据A、C之间为双向箭头且指向C的箭头最多可判断:A是生产者,C是大气中的CO2
库。根据A、B、D均有箭头指向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。
方法技巧 图中的“双向箭头”只出现在生产者和大气中的CO2库之间。
典例 如图是生态系统中碳循环示意图,箭头表示碳的流动方向,下列说法正确的是 ( )
A.该生态系统的营养结构包括A、B、C、D、E
B.该生态系统中食物链可表示为:A→D→E→B
C.碳循环进行的同时一定伴随着能量流动
D.碳以二氧化碳的形式在生物群落与无机环境之间及生物群落内部往复循环,这种循环带有
全球性
C
思路点拨 A、C间为双向箭头,且指向C的箭头最多,则C为大气中的CO2库,A为生产者;有多
个箭头指向B(箭头“多进一出”)且无双向箭头,则B为分解者;D、E分别为初级消费者和次
级消费者。
解析 生态系统的营养结构是食物链和食物网,故题图生态系统的营养结构包括A、D、E,A
错误;该生态系统中的一条食物链可表示为:A→D→E,不包括B分解者,B错误;碳循环进行的
同时一定伴随着能量流动,C正确;碳循环具有全球性,碳主要以CO2的形式在生物群落与无机
环境之间往复循环,碳以含碳有机物的形式在生物群落内部流动,D错误。
