第3节 生态系统的物质循环
知识点一 生物富集及探究土壤微生物的分解作用
1.某同学为探究土壤微生物对落叶的分解作用，进行了如下实验：
①取5 kg土壤，将土壤反复混匀后，平均分为a、b两组。
②将a组土壤进行高温干热灭菌，b组土壤不做处理，然后将两组土壤置于两个相同的花盆内。
③采集一定量的落叶，随机均分为两份，装入塑料袋内，分别埋在花盆内的相同位置。
④15 d后取出，观察落叶的分解情况。
下列分析错误的是（ ）
A.该实验中，a组土壤不应采用高温干热灭菌法进行灭菌
B.a组土壤无微生物为对照组，b组土壤含有微生物为实验组
C.两个花盆应置于温度、湿度等均相同的环境中
D.预计a组和b组的落叶分解情况无显著差异
2.生物富集作用是指通过生态系统中食物链或食物网的各营养级，使某些污染物在生物体内逐步富集的趋势。如图为某条食物链中各生物体内有毒物质的相对含量，其中甲、乙、丙、丁4种生物各自只占一个营养级，且构成一条食物链。下列叙述正确的是（ ）
A.甲可能为分解者，能将有机物分解成无机物被绿色植物再利用
B.乙为次级消费者，其粪便中含有的能量是上一营养级同化量的一部分
C.丙为生产者，其同化的能量去向有以热能形式散失和流向下一营养级甲
D.通过对食物链逐级富集过程的研究可认识污染物的迁移转化规律
知识点二 物质循环及其与能量流动的关系
3.在碳循环中，CO2通过哪些生理过程进入生物群落（ ）
①光合作用 ②细胞呼吸 ③化能合成作用
④燃烧作用 ⑤分解作用 ⑥蒸腾作用
A.①③④ B.①③
C.②③④ D.①⑤⑥
4.如图为某生态系统碳循环的部分示意图，下列说法不正确的是（ ）
A.C可能是动物，B不包括植物
B.图中的字母D表示大气中的CO2库，其含量夏季低于冬季
C.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量大于整个生物群落排放的CO2量
D.温室效应产生的主要原因是E→D大量加大，而D→A大量减少
5.下列是根据如图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，其中正确的是（ ）
A.碳元素在生物群落内部主要以CO2的形式传递
B.参与③过程的生物包括生产者、消费者和分解者
C.③过程增强后，②过程随之增强，不能通过增强③减少大气中的CO2
D.开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对①过程的依赖
6.如图是某自然生态系统中碳循环的部分图解，其中a、b、c、d构成生物群落，①～⑧表示相关过程。请回答下列问题：
（1）碳在非生物环境与生物群落之间的循环主要是以 的形式进行的。图示缺少两个重要过程，请用虚线箭头在图中表示出来。
（2）图示初级消费者粪便中的能量属于 （填字母）同化量的一部分。b同化的能量最终的去向有 。
若图中b的同化量增加1 kJ，则生产者的同化量至少需要增加 kJ。
（3）过度的人工碳排放，会破坏生态系统的 ，导致气温升高从而形成温室效应。为了避免温室效应的形成，可以采取的措施有 （写出两点）。
7.氮在自然界中以多种形式存在，它们在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈之间不断迁移变化。氮元素是组成蛋白质的基本元素，是一切生命结构的重要原料，氮循环对人类和其他生物都具有重要意义。下图是氮循环示意图，下列说法错误的是（ ）
A.氮循环是指氮元素在生物群落和非生物环境之间的循环过程
B.所有生物都不能直接吸收、利用大气中的氮进行生物合成
C.硝化细菌可以利用硝化作用进行能量转换合成含碳有机物
D.氨化作用主要靠分解者完成，同时伴随着能量流动
8.（多选）为研究森林生态系统的碳循环，对西黄松老龄生态系统（50～250年未砍伐）和幼龄（砍伐后22年）生态系统的有机碳库及年碳收支进行检测，结果如表所示。据表分析，以下结论错误的是（ ）
项目 生产者 活生物 量（g/m2） 净初级 生产力 [g/（m2·年）] 消费者和分 解者的呼吸 [g/（m2·年）]
老龄 12 730 470 440
幼龄 1 460 360 390
注：生产者活生物量：某一时刻单位面积内实存生产者的有机物总量；净初级生产力：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。
A.西黄松老龄群落每年每平方米有30 g碳用于生产者当年的生长、发育和繁殖
B.储存在生产者活生物量中的碳最终均会以CO2的形式返回大气中的CO2库
C.西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力小于老龄群落
D.根据年碳收支分析，西黄松老龄群落不能降低大气碳总量
9.研究发现，每升天然水中含0.01 mg汞或者0.1 mg 的杀虫剂，就会对人体造成危害。某研究小组开展了对某湖泊中环境问题的研究。他们首先选取了该湖泊中5种不同的生物A、B、C、D、E，并对其进行消化道内食物组成的分析；然后又请当地湖泊研究所的专家对这5种生物体内2种污染物的含量进行了测定，如下表所示。分析并回答下列问题：
生物种类 消化道内 食物组成 每千克体重 污染物含量/mg
汞 某种杀虫剂
A 鱼（甲） 鱼（乙） 78 96
B 河蚌 水蚤、小球藻 25 57
C 小球藻 — 3 5
D 鱼（乙） 水蚤 10 31
E 水蚤 小球藻 5 15
（1）表中生物可能形成的食物链（网）为 （用字母和箭头表示），河蚌（B）和水蚤（E）的种间关系是 。
（2）若C中的能量不变，将B的食物比例由C∶E＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10％计算，该生态系统传递给B的能量是原来的 倍。
（3）如图为该湖泊生态系统参与碳循环的示意图，甲、乙、丙、丁代表生态系统的4种成分，图中以CO2的形式流动的是 （填序号），①表示的生理过程主要是 ，该生态系统中丙为 。
（4）分析题表，你认为这一湖泊面临的主要环境问题是 。针对这一问题，你将提出的保护或改善建议为 。
第3节 生态系统的物质循环
1.B 在对土壤进行灭菌操作时，应避免土壤理化性质改变，而高温干热灭菌会使土壤中水分丧失，土壤理化性质改变，因此不应采用高温干热灭菌法进行灭菌，A正确；本实验中，不做处理的b组为对照组，B错误；两个花盆应置于温度、湿度等均相同的环境中，以排除无关变量对实验的干扰，C正确；两组落叶装入塑料袋内，不能和土壤接触，操作错误，因此两组落叶分解情况基本相同，D正确。
2.D 分解者不参与食物链的形成，A错误；乙为初级消费者，B错误；丙为三级消费者，C错误；由于污染物随着食物链中营养级别的升高在生物体内逐步富集，通过对食物链逐级富集过程的研究可认识污染物的迁移转化规律，D正确。
3.B 生产者的光合作用与化能合成作用，都能利用CO2和H2O合成有机物，从而使大气中的CO2进入生物群落，①③正确；动植物通过细胞呼吸将自身的有机物分解，其中的碳以CO2的形式释放到大气中，②错误；通过燃烧作用，可以将化石燃料中的碳以CO2的形式释放到大气中，④错误；微生物通过分解作用，将动植物遗体残骸等中的有机物分解，其中的碳以CO2的形式释放到大气中，⑤错误；蒸腾作用是指水以气体状态，从植物体内散失到大气中的过程，⑥错误。
4.A C代表分解者，可能是动物，如蜣螂，B代表消费者，可以包括营寄生生活的植物，A错误；D表示大气中的CO2库，由于许多因素的影响，如夏季光合作用强，吸收CO2多，因此其含量在夏季低于冬季，B正确；若此生态系统中的生物群落处在正常演替过程中，即为生长型生物群落，即此时生产者固定的全部太阳能的量大于所有生物的呼吸消耗，即生产者吸收的CO2量大于整个生物群落排放的CO2量，C正确；温室效应产生的主要原因是化石燃料的燃烧，即E→D大量加大，而D→A（植物固定的CO2量）大量减少，D正确。
5.D 碳元素在生物群落内部主要以含碳有机物的形式传递，A错误；③过程为CO2进入生物群落的过程，该过程主要为绿色植物的光合作用，参与③过程的生物是生产者，B错误；③过程为生产者固定CO2的过程，生产者固定CO2形成有机物，有机物中的碳一部分储存在动植物体内，因此能通过增强③减少大气中的CO2，C错误；减少大气中CO2的量最主要的方法是开发太阳能、水能、核能等新能源，以减少人类对化石燃料的依赖（①过程），D正确。
6.（1）CO2 如图所示
（2）d 通过自身的呼吸作用散失和被分解者利用 25 （3）碳平衡（或碳循环的平衡） 尽量减少使用化石燃料；扩大绿化面积；增加绿色植物对CO2的吸收等（合理即可）
解析：（1）碳在非生物环境与生物群落之间的循环主要是以CO2的形式进行的；碳在生物群落内部是以含碳有机物的形式进行传递的。根据生态系统的碳循环特点可知，d为生产者，a为初级消费者，b为次级消费者，c为分解者。图中缺少a指向c的箭头和非生物环境指向d的箭头。（2）初级消费者（a）粪便中的能量属于生产者（d）同化量的一部分。b为最高营养级，其同化的能量最终的去向有通过自身的呼吸作用散失和被分解者利用。若b的同化量增加1 kJ，则生产者至少需要增加的同化量为1÷20％÷20％＝25（kJ）。（3）当碳过度排放到环境中时，会破坏生态系统的碳平衡，从而导致大气中的CO2增多，形成温室效应。为了避免温室效应的形成，采取的措施可以从碳的来源和去路两个方面进行分析。
7.B 生态系统的物质循环是指组成生物体的元素，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，故氮循环是指氮元素在生物群落和非生物环境之间的循环过程，A正确；据图分析可知，有的生物（根瘤菌）能直接吸收大气中的氮进行固氮，B错误；硝化细菌可以用外界环境中的无机物氧化释放的化学能，把CO2和H2O合成为储藏能量的有机物，即利用硝化作用进行能量转换合成含碳有机物，C正确；图中动植物遗体及排出物通过氨化作用形成氨态氮，所以氨化作用主要靠分解者完成，生态系统的物质循环过程中，同时伴随着能量流动，D正确。
8.ACD 根据题意可知，西黄松老龄群落每年每平方米用于生产者当年的生长、发育和繁殖的碳量可用图中的净初级生产力来表示，即470 g，A错误；分析表中数据可知，西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为360÷1 460≈0.247，西黄松老龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为470÷12 730≈0.037，前者大于后者，C错误；西黄松老龄群落的净初级生产力为470 g/（m2·年），大于消费者和分解者的呼吸440 g/（m2·年），大气碳总量的输入量大于输出量，因此西黄松老龄群落能降低大气碳总量，D错误。
9.（1） 捕食和种间竞争
（2）1.375 （3）①②⑤⑥ 光合作用 分解者 （4）重金属离子（汞）和杀虫剂污染 防止重金属离子、杀虫剂等有害物质进入水体（合理即可）
解析：（1）分析表格可知，小球藻为生产者，再根据各生物消化道中的食物组成可确定表中生物形成的食物链为C→E→D→A，C→E→B，C→B，据此可写出食物网（参见答案），河蚌（B）和水蚤（E）的种间关系是捕食和种间竞争。（2）B的食物比例为C∶E＝1∶1时，设B中的能量为x，则需要C的能量为x/2÷10％＋x/2÷10％÷10％＝55x；B的食物比例为C∶E＝2∶1时，设B中的能量为y，则需要C的能量为2y/3÷10％＋y/3÷10％÷10％＝40y；据题意C中的能量不变，则55x＝40y，y/x＝1.375。（3）据题图可知，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者，丁为大气中的CO2库。①过程主要为生产者的光合作用，②为生产者的呼吸作用。碳在生产者和大气中的CO2库之间是以CO2形式循环的，即①②过程是以CO2形式循环的，消费者的呼吸作用和分解者的分解作用中碳都是以CO2的形式进入大气的，即⑥和⑤过程中碳是以CO2的形式流动。（4）根据题表可知，该湖泊被重金属离子（汞）和杀虫剂污染。所以要保护或改善该湖泊，需要防止重金属离子、杀虫剂等有害物质进入水体。
4 / 4第3节 生态系统的物质循环
导学 聚焦 1.通过学习物质循环与能量流动的关系，使学生建立物质与能量观。 2.通过构建碳循环过程示意图，学会模型构建的一般方法。 3.根据物质循环和生物富集规律，关注温室效应和环境污染问题
知识点（一） 碳循环
1.碳循环的过程
（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 。
（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，打破了生物圈碳循环的平衡。
②应对方法：一方面要减少 ，
另一方面要提高 。
2.物质循环的概念
小提醒：生态系统物质循环中所说的“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； “物质”指的是组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，而非化合物。
3.判断下列有关表述的正误
（1）参与物质循环的对象是含有碳的糖类、脂肪、蛋白质等有机物。（ ）
（2）物质循环的范围是生物圈，而不是具体的某一生态系统。（ ）
（3）海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。（ ）
（4）碳循环在生物群落中以CO2形式进行。（ ）
（5）碳循环中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。（ ）
探讨一 构建碳循环过程模型，提高模型构建能力
1.结合教材P62图3-10，用关键词、线段、箭头等完善碳循环的过程。
探讨二 分析碳循环过程，提高理解能力
2.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。
（2）图中的字母分别表示什么过程？
（3）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？
（4）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？
1.碳循环分析
（1）碳存在形式
（2）碳循环形式
进入生 物群落 生物群 落内部 返回非生物环境
形式 CO2 含碳有机物 CO2
方式 光合作用和化能合成作用 通过食物链或食物网 a.生产者和消费者的呼吸作用；b.分解者的分解作用；c.化石燃料的燃烧
方向 在生物群落内部单向，在生物群落与非生物环境之间双向
2.碳循环图中生态系统中各种成分的判断模型
1.下列有关碳循环的叙述，错误的是（ ）
A.化石燃料的开采和使用是导致温室效应的主要原因
B.碳元素在生物群落和非生物环境之间主要以CO2的形式循环
C.CO2能够随着大气环流在全球范围内流动，故碳循环具有全球性
D.只要植树种草、秸秆还田就可以治理温室效应
2.如图为生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙述错误的是（ ）
A.④过程代表光合作用或化能合成作用，③过程代表呼吸作用
B.图中甲、乙、丙分别代表分解者、生产者和消费者
C.碳循环是指碳元素在甲、乙、丙之间以CO2的形式传递
D.图中甲、乙、丙包含的所有种群共同构成生物群落
知识点（二） 生物富集及能量流动和物质循环的关系
1.生物富集
2.能量流动和物质循环的关系
项目 能量流动 物质循环
范围 生态系统
特点
联系 （1）能量的 、 、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程；（2）物质是能量沿食物链（网）流动的 ；（3）能量是物质在生物群落和非生物环境之间循环往复的
3.判断下列有关表述的正误
（1）生物富集的物质会沿着食物链、食物网在生物体内聚集。（ ）
（2）营养级越高的生物，其体内富集的有害物质的浓度越高。（ ）
（3）能量流动伴随着物质循环在生态系统中反复利用。（ ）
（4）生态系统的物质循环和能量流动是独立进行的。（ ）
（5）沼渣、沼液作为肥料还田，使物质能够循环利用。（ ）
探讨一 分析生物富集现象，增强社会责任
1.根据水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图，回答问题：
（1）据图分析，写出分析结果： 。
（2）生物富集现象也有全球性吗？说出你的理由。
（3）如何有效地减少生物富集现象？
（4）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
有机汞浓度/ppm 0.05 7 0.51 68 0.39
探讨二 分析能量流动与物质循环的关系，提高模型构建能力
2.请在碳循环过程模型上用虚线绘制能量流动过程。
3.两位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：“我体内的物质中可能有远古恐龙体内的物质。”这两位同学的说法对吗？试分析原因。
物质循环与能量流动的区别与联系
1.下列关于物质循环和能量流动关系的叙述，错误的是（ ）
A.物质为能量的载体，使能量在生物群落与非生物环境之间循环往复
B.能量作为动力，使物质在生物群落与非生物环境之间循环往复
C.物质循环的过程中伴随着能量流动
D.二者相互依存，不可分割
2.多氯联苯（PCB）是人工合成、不易被降解的有机物，有强致畸性，青岛近海海域及生物体内PCB的含量如表。下列叙述错误的是（ ）
采样点 海域PCB 平均含量/ （ng·g－1） 肌肉组织PCB平均含量/（ng·g－1）
鱼类 软体类 虾类
1 6.58 116.4 97.5 90.8
2 10.76 547.3 386.7 121.4
3 9.16 524.9 138.3 154.7
A.PCB在生物体内积累造成生物富集现象
B.根据结果推测鱼类可能处于较高营养级
C.若PCB扩散到远海水域，则体现了物质循环具有全球性
D.PCB污染说明PCB在环境中的存在形式不稳定
知识点（三） 探究土壤微生物的分解作用
1.实验原理
（1）土壤中存在的细菌、真菌等微生物是 成分。
（2）分解者的作用是将环境中的 分解为无机物，分解速度与环境中的 、 等生态因子相关。
2.案例设计
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 处理 A烧杯中加入 30 mL土壤浸出液
对照组 对土壤 处理 B烧杯中加入 30 mL蒸馏水
自变量 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
B B1 变蓝
B2 不产生
结论分析 微生物对落叶 有 作用 土壤浸出液中的 微生物能分解淀粉
注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂并水浴加热。
3.判断下列有关表述的正误
（1）可采用加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物。（ ）
（2）应将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下。（ ）
（3）对照组中落叶的分解速度明显高于实验组。（ ）
（4）实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验。（ ）
探讨 分析实验过程，提高科学探究能力
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？
（2）在实验中是如何控制自变量的？
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？
1.为探究落叶是否是在土壤微生物的作用下腐烂的，下列实验设计中，错误的是（ ）
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，置于网兜中
C.把土壤分成两组，对照组土壤进行接种微生物处理，实验组土壤不做处理
D.将落叶连同网兜分别埋入对照组和实验组两组土壤中，观察腐烂情况
2.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.该实验的自变量为土壤是否灭菌处理和土壤的湿润条件，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
（1）生态系统的物质循环是指什么？
（2）生物富集是指什么？
（3）能量流动和物质循环的关系是什么？
1.下列有关生物圈中碳循环的叙述，错误的是（ ）
A.碳在非生物环境中主要以CO2和碳酸盐的形式存在
B.消费者的存在使生物圈中的碳循环过程加快
C.碳元素只能通过蓝细菌、绿色植物等的光合作用进入生物群落
D.碳在生物群落中沿着食物链（网）流动
2.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
3.如图为某生态系统的部分物质循环简图，其中M表示非生物的物质和能量。下列相关叙述正确的是（ ）
A.若M表示大气中的CO2库，则碳元素在图中④过程中是以有机物形式传递的
B.从图中我们可以看出能量伴随着物质循环而循环
C.若M表示大气中的CO2库，则碳元素可在生物群落中反复循环利用
D.若M表示非生物环境中的能量，则①的能量值小于②与③对应的能量值之和
4.某水域DDT的污染状况如下表。下列叙述错误的是（ ）
成分 水 底泥 水生 植物 浮游 动物 鲫鱼 乌鳢
DDT含量/ （μg/kg） 0.1 0.7 6.3 21.0 19.4 124.4
A.表中数据表明DDT存在生物富集现象，所列消费者中乌鳢的营养级最高
B.此水域中水生植物所含能量最多，浮游动物和鲫鱼可能属于同一营养级
C.DDT可以通过水和生物迁移等途径扩散到世界各地，说明生物富集现象具有全球性
D.DDT进入环境便参与生态系统的物质循环，其循环过程与碳循环过程相同
5.（2024·天津五校联考期末）关于“土壤中小动物类群丰富度的研究”和“落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂的探究”实验中叙述正确的是（ ）
A.诱虫器利用土壤小动物的趋光、趋热等特性进行诱捕
B.采集的小动物可以放入体积分数为70％的酒精溶液中
C.通过统计土壤小动物的个体数目来估算其丰富度
D.把土壤分成两组，在相同时间内实验组落叶腐烂程度大于对照组
6.如图为碳循环示意图，下列叙述错误的是（ ）
A.图中①过程代表光合作用，③过程代表呼吸作用
B.①～④过程伴随着能量的输入、传递、转化和散失
C.碳循环具有循环往复和全球性的特点
D.CO2在大气圈和水圈之间的交换有利于调节大气中的碳含量
7.如图是生态系统中碳循环示意图，其中“→”表示碳的流动方向。下列叙述错误的是（ ）
A.在碳循环过程中，同时伴随着能量流动
B.由于某种原因造成图中E生物数量大量减少，推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生的变化是D增多，F减少
C.该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、B
D.在AC过程中碳主要以CO2的形式进行循环，在F→B过程中以含碳有机物的形式进行流动
第3节 生态系统的物质循环
【核心要点·巧突破】
知识点（一）
自主学习
1.（1）CO2 （2）①光合作用 ②呼吸作用 ⑤呼吸作用
⑥分解者的分解作用 （3）水圈 进入大气 （4）①化石燃料 CO2 ②二氧化碳排放 森林覆盖率
2.C、H、O、N、P、S 全球性 种养结合
3.（1）× 提示：参与物质循环的是组成生物体的C、H、O、N、P、S等基本元素。
（2）√
（3）√
（4）× 提示：碳循环在生物群落内部以含碳有机物的形式进行。
（5）× 提示：温室效应形成的原因主要是化石燃料的过度开采和使用。
互动探究
1.提示：
2.（1）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）提示：b代表光合作用或化能合成作用，d和c代表呼吸作用，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。
（3）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。
（4）提示：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。
学以致用
1.D 温室效应是大气中CO2等气体含量增加，使全球气温升高的现象，产生的主要原因是化石燃料的开采和使用，治理温室效应除了植树种草、秸秆还田外，还应减少化石燃料的开采和使用等，A正确，D错误；碳元素在生物群落和非生物环境之间主要以CO2的形式循环，B正确；CO2能够随着大气环流在全球范围内流动，故碳循环具有全球性，C正确。
2.C 碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行，传递形式为含碳有机物，故碳元素在甲、乙、丙之间以含碳有机物的形式传递，C错误。
知识点（二）
自主学习
1. 不易 重金属 有机化合物 放射性物质 大气 水和生物
2.各营养级 全球性 单向流动，逐级递减 反复利用 固定 储存 载体 动力
3.（1）√
（2）√
（3）× 提示：物质可以循环利用，但能量不能反复利用。
（4）× 提示：生态系统的物质循环和能量流动同时进行，彼此相互依存，不可分割。
（5）√
互动探究
1.（1）铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高
（2）提示：它们可通过大气、水和生物迁移等途径扩散，因此具有全球性。
（3）提示：合理利用资源，减少排放，实施垃圾分类，种植能吸收有害重金属元素的植物等。
（4）提示：由于生物富集现象，随着营养级的增加，有机汞浓度增加，表中A有机汞浓度最低，处于第一营养级，含能量也最多，C和E的有机汞浓度差不多，表明两者属于同一营养级，D有机汞浓度最高，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：
2.提示：
3.提示：甲同学的说法错误，乙同学的说法正确。因为能量是单向流动的，不能循环利用，而物质是可以循环利用的。
学以致用
1.A 生态系统中物质是能量的载体，但能量不能在生物群落与非生物环境之间循环往复，A错误。
2.D 由题意可知，PCB不易被降解，其在环境中的存在形式较稳定，在生物体内积累造成生物富集现象，A正确，D错误；有毒物质会沿食物链流动并逐级积累，营养级越高有毒物质积累越多，由表可知，鱼类体内PCB平均含量最多，所以鱼类可能处于较高营养级，B正确；若PCB扩散到远海水域，则可随洋流等扩散至全球，体现了物质循环具有全球性，C正确。
知识点（三）
自主学习
1.（1）分解者 （2）有机物 温度 水
2.高温 不做任何 土壤中是否含微生物 砖红色沉淀
砖红色沉淀 分解
3.（1）× 提示：实验组一般放在60 ℃恒温箱中处理。
（2）×
（3）√
（4）× 提示：从单一变量角度，应选用相同种类的落叶。
互动探究
1.（1）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）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.（1）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）提示：用碘液和斐林试剂检测。
（3）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中加入斐林试剂并水浴加热。观察试管中溶液的颜色变化，记录实验结果。
学以致用
1.C 实验组和对照组的单一变量是土壤中是否含有微生物。所以对照组应为不做处理的自然土壤，而实验组应将土壤进行灭菌处理，尽可能排除土壤微生物的作用。
2.C 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组和4组，1组和3组是实验组，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，消除其他微生物的影响，C错误；根据以上分析已知，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，但是土壤湿润程度不同，所以落叶被分解程度不同，D正确。
【过程评价·勤检测】
网络构建
（1）提示：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）提示：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。
（3）提示：物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力。
课堂演练
1.C 碳元素除了通过蓝细菌、绿色植物等的光合作用进入生物群落之外，还可通过硝化细菌等的化能合成作用进入生物群落，C错误。
2.D 根据丙和大气中的二氧化碳库间存在双向箭头，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；在生物群落与非生物环境之间，CO2主要通过光合作用进入生物群落，再通过甲、丙、乙的呼吸作用进入大气中，B、C正确；碳元素以有机物的形式在丙→乙→甲所示的渠道流动，D错误。
3.A 碳元素在生物群落中是以含碳有机物的形式传递的，A正确；能量在生态系统中沿食物链（网）单向流动，而不能循环利用，B错误；碳元素在非生物环境和生物群落之间反复循环利用，而不是在生物群落的内部反复循环利用，C错误；①代表的是生态系统中生产者固定的总能量，它不仅包括②③，还包括消费者通过呼吸作用散失到非生物环境中的能量，D错误。
4.D 生物富集指某些在自然界不能降解或难降解的化学物质，在环境中通过食物链的延长和营养级的增加在生物体内逐级富集，浓度越来越大的现象。表中数据表明DDT具有生物富集现象，表中所列消费者中乌鳢的DDT含量最多，故其营养级最高，A正确；能量流动具有逐级递减的特点，水生植物为第一营养级，所含能量最多，浮游动物和鲫鱼体内的DDT的含量接近，因此浮游动物和鲫鱼可能属于同一营养级，B正确；DDT可以通过水和生物迁移等途径扩散到世界各地，因此，生物富集现象也是具有全球性的，C正确；DDT进入环境便参与生态系统的物质循环，其循环过程与碳循环过程不相同，D错误。
5.B 诱虫器是利用土壤小动物的趋暗、趋湿、避高温等特性来进行诱捕，A错误；采集的小动物可以放入体积分数为70％的酒精溶液中，也可以放在试管中，B正确；通过统计土壤小动物的种类数目来估算其丰富度，C错误；把土壤分成两组，将灭菌的土壤设为实验组，不做处理的土壤设为对照组，在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组，D错误。
6.A 图中①过程代表光合作用或化能合成作用，③过程代表呼吸作用，A错误；①～④过程表示能量流动过程，伴随着能量的输入、传递、转化和散失，B正确；由图可知，碳以CO2的形式在非生物环境和生物群落之间循环，且CO2可以随大气环流在全球流动，因此碳循环具有循环往复和全球性的特点，C正确；CO2在大气圈与水圈之间相互交换，有利于调节大气中的碳含量，D正确。
7.C 分析题图可知，A、B、D、E、F均有箭头指向C，则C是大气中的二氧化碳库；A、C之间为双向箭头，A为生产者；A、D、E、F均有箭头指向B，则B为分解者，D、E、F为消费者。图示中包含的食物网为，故E减少，短时间内D增多，F减少。碳在生物群落与非生物环境之间主要以CO2的形式循环，在生物群落内部是以含碳有机物的形式流动。
9 / 9(共98张PPT)
第3节 生态系统的物质循环
导学 聚焦 1.通过学习物质循环与能量流动的关系，使学生建立物质
与能量观。
2.通过构建碳循环过程示意图，学会模型构建的一般方
法。
3.根据物质循环和生物富集规律，关注温室效应和环境污
染问题
核心要点·巧突破
01
过程评价·勤检测
02
目录
CONTENTS
课时训练·提素能
03
核心要点·巧突破
01
精准出击 高效学习
知识点（一） 碳循环
1. 碳循环的过程
（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。
CO2
（2）过程图解
图中：① ，② ，③植物（生产
者），④动物（消费者），⑤ ，⑥
。
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
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， 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，打破了生物圈碳循环的平衡。
②应对方法：一方面要减少 ，另一方面要
提高 。
水圈
进入大气
化石燃料
CO2
二氧化碳排放
森林覆盖率
2. 物质循环的概念
小提醒：生态系统物质循环中所说的“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； “物质”指
的是组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，而非化合物。
3. 判断下列有关表述的正误
（1）参与物质循环的对象是含有碳的糖类、脂肪、蛋白质等有机
物。 （ × ）
提示：参与物质循环的是组成生物体的C、H、O、N、P、S
等基本元素。
（2）物质循环的范围是生物圈，而不是具体的某一生态系统。
（ √ ）
（3）海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。
（ √ ）
×
√
√
（4）碳循环在生物群落中以CO2形式进行。 （ × ）
提示：碳循环在生物群落内部以含碳有机物的形式进行。
（5）碳循环中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。 （ × ）
提示：温室效应形成的原因主要是化石燃料的过度开采和
使用。
×
×
探讨一 构建碳循环过程模型，提高模型构建能力
1. 结合教材P62图3-10，用关键词、线段、箭头等完善碳循环的过
程。
提示：
探讨二 分析碳循环过程，提高理解能力
2. 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）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代表呼吸作用，
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。
（3）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。
（4）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？
提示：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。
1. 碳循环分析
（1）碳存在形式
（2）碳循环形式
进入生 物群落 生物群 落内部 返回非生物环境
形式 CO2 含碳有机物 CO2
方式 光合作用和化能
合成作用 通过食物链或食物网 a.生产者和消费者
的呼吸作用；b.分
解者的分解作用；
c.化石燃料的燃烧
方向 在生物群落内部单向，在生物群落与非生物环境之间双向 2. 碳循环图中生态系统中各种成分的判断模型
1. 下列有关碳循环的叙述，错误的是（ ）
A. 化石燃料的开采和使用是导致温室效应的主要原因
B. 碳元素在生物群落和非生物环境之间主要以CO2的形式循环
C. CO2能够随着大气环流在全球范围内流动，故碳循环具有全球性
D. 只要植树种草、秸秆还田就可以治理温室效应
解析： 温室效应是大气中CO2等气体含量增加，使全球气温升
高的现象，产生的主要原因是化石燃料的开采和使用，治理温室效
应除了植树种草、秸秆还田外，还应减少化石燃料的开采和使用
等，A正确，D错误；碳元素在生物群落和非生物环境之间主要以
CO2的形式循环，B正确；CO2能够随着大气环流在全球范围内流
动，故碳循环具有全球性，C正确。
2. 如图为生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙述错误的是（ ）
A. ④过程代表光合作用或化能合
成作用，③过程代表呼吸作用
B. 图中甲、乙、丙分别代表分解者、生产者和消费者
C. 碳循环是指碳元素在甲、乙、丙之间以CO2的形式传递
D. 图中甲、乙、丙包含的所有种群共同构成生物群落
解析： 碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进
行，传递形式为含碳有机物，故碳元素在甲、乙、丙之间以含碳有
机物的形式传递，C错误。
知识点（二） 生物富集及能量流动和物质循环的关系
1. 生物富集
2. 能量流动和物质循环的关系
项目 能量流动 物质循环
范围 生态系统
特点
联系 （1）能量的 、 、转移和释放，都离不
开物质的合成和分解等过程；（2）物质是能量沿食物链
（网）流动的 ；（3）能量是物质在生物群落和
非生物环境之间循环往复的 各营养级
全球性
单向流动，逐级递减
反复利用
固定
储存
载体
动力
3. 判断下列有关表述的正误
（1）生物富集的物质会沿着食物链、食物网在生物体内聚集。
（ √ ）
（2）营养级越高的生物，其体内富集的有害物质的浓度越高。
（ √ ）
（3）能量流动伴随着物质循环在生态系统中反复利用。
（ × ）
提示：物质可以循环利用，但能量不能反复利用。
√
√
×
（4）生态系统的物质循环和能量流动是独立进行的。 （ × ）
提示：生态系统的物质循环和能量流动同时进行，彼此相互
依存，不可分割。
（5）沼渣、沼液作为肥料还田，使物质能够循环利用。
（ √ ）
×
√
探讨一 分析生物富集现象，增强社会责任
1. 根据水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图，回答问题：
（1）据图分析，写出分析结果：
。
（2）生物富集现象也有全球性吗？说出你的理由。
提示：它们可通过大气、水和生物迁移等途径扩散，因此具
有全球性。
（3）如何有效地减少生物富集现象？
提示：合理利用资源，减少排放，实施垃圾分类，种植能吸
收有害重金属元素的植物等。
铅在生物体内的浓度沿食物链
不断升高
（4）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
有机汞浓
度/ppm 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，有机汞浓度增加，表中A有机汞浓度最
低，处于第一营养级，含能量也最多，C和E的有机汞浓度差不多，表明两者属于同一营养级，D有机汞浓度最高，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：
探讨二 分析能量流动与物质循环的关系，提高模型构建能力
2. 请在碳循环过程模型上用虚线绘制能量流动过程。
提示：
3. 两位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
中可能有远古恐龙体内的物质。”这两位同学的说法对吗？试分析
原因。
提示：甲同学的说法错误，乙同学的说法正确。因为能量是单向流
动的，不能循环利用，而物质是可以循环利用的。
物质循环与能量流
动的区别与联系
1. 下列关于物质循环和能量流动关系的叙述，错误的是（ ）
A. 物质为能量的载体，使能量在生物群落与非生物环境之间循环往
复
B. 能量作为动力，使物质在生物群落与非生物环境之间循环往复
C. 物质循环的过程中伴随着能量流动
D. 二者相互依存，不可分割
解析： 生态系统中物质是能量的载体，但能量不能在生物群落
与非生物环境之间循环往复，A错误。
2. 多氯联苯（PCB）是人工合成、不易被降解的有机物，有强致畸
性，青岛近海海域及生物体内PCB的含量如表。下列叙述错误的是
（ ）
采样点 海域PCB 平均含量/ （ng·g－1） 肌肉组织PCB平均 含量/（ng·g－1） 鱼类 软体类 虾类
1 6.58 116.4 97.5 90.8
2 10.76 547.3 386.7 121.4
3 9.16 524.9 138.3 154.7
A. PCB在生物体内积累造成生物富集现象
B. 根据结果推测鱼类可能处于较高营养级
C. 若PCB扩散到远海水域，则体现了物质循环具有全球性
D. PCB污染说明PCB在环境中的存在形式不稳定
解析： 由题意可知，PCB不易被降解，其在环境中的存在形式
较稳定，在生物体内积累造成生物富集现象，A正确，D错误；有
毒物质会沿食物链流动并逐级积累，营养级越高有毒物质积累越
多，由表可知，鱼类体内PCB平均含量最多，所以鱼类可能处于较
高营养级，B正确；若PCB扩散到远海水域，则可随洋流等扩散至
全球，体现了物质循环具有全球性，C正确。
知识点（三） 探究土壤微生物的分解作用
1. 实验原理
（1）土壤中存在的细菌、真菌等微生物是 成分。
（2）分解者的作用是将环境中的 分解为无机物，分解
速度与环境中的 、 等生态因子相关。
分解者
有机物
温度
水
2. 案例设计
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 处理 A烧杯中加入
30 mL土壤浸出液
对照组 对土壤 处理 B烧杯中加入
30 mL蒸馏水
自变量
溶液中是否含有
分解淀粉的微生物
高温
不做任何
土壤中是否 含微生
物
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 A A1 不变蓝
A2 产生
B B1 变蓝
B2 不产生
结论
分析 微生物对落叶 有 作用 土壤浸出液中的 微生物能分解淀粉 砖红色沉淀
砖红色沉淀
分解
注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂并水浴加热。
3. 判断下列有关表述的正误
（1）可采用加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物。
（ × ）
提示：实验组一般放在60 ℃恒温箱中处理。
（2）应将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下。
（ × ）
（3）对照组中落叶的分解速度明显高于实验组。 （ √ ）
（4）实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验。
（ × ）
提示：从单一变量角度，应选用相同种类的落叶。
×
×
√
×
探讨 分析实验过程，提高科学探究能力
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中加入斐林试剂并水浴加
热。观察试管中溶液的颜色变化，记录实验结果。
1. 为探究落叶是否是在土壤微生物的作用下腐烂的，下列实验设计
中，错误的是（ ）
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，置于网兜中
C. 把土壤分成两组，对照组土壤进行接种微生物处理，实验组土壤
不做处理
D. 将落叶连同网兜分别埋入对照组和实验组两组土壤中，观察腐烂
情况
解析： 实验组和对照组的单一变量是土壤中是否含有微生物。
所以对照组应为不做处理的自然土壤，而实验组应将土壤进行灭菌
处理，尽可能排除土壤微生物的作用。
2. 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. 该实验的自变量为土壤是否灭菌处理和土壤的湿润条件，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
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组和4组，1组和3组是实验组，
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，消除其他微生物的影响，C错误；根据以上分析已
知，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，但是土壤湿润程度不同，所以落叶被分解程度不同，D正确。
过程评价·勤检测
02
反馈效果 筑牢基础
（1）生态系统的物质循环是指什么？
提示：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）生物富集是指什么？
提示：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。
（3）能量流动和物质循环的关系是什么？
提示：物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质循环的
动力。
1. 下列有关生物圈中碳循环的叙述，错误的是（ ）
A. 碳在非生物环境中主要以CO2和碳酸盐的形式存在
B. 消费者的存在使生物圈中的碳循环过程加快
C. 碳元素只能通过蓝细菌、绿色植物等的光合作用进入生物群落
D. 碳在生物群落中沿着食物链（网）流动
解析： 碳元素除了通过蓝细菌、绿色植物等的光合作用进入生
物群落之外，还可通过硝化细菌等的化能合成作用进入生物群落，
C错误。
2. 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
解析： 根据丙和大气中的二氧化碳库间存在双向箭头，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；在生物群落与非生物环境之间，CO2主要
通过光合作用进入生物群落，再通过甲、丙、乙的呼吸作用进入大
气中，B、C正确；碳元素以有机物的形式在丙→乙→甲所示的渠
道流动，D错误。
3. 如图为某生态系统的部分物质循环简图，其中M表示非生物的物质和能量。下列相关叙述正确的是（ ）
A. 若M表示大气中的CO2库，则碳元素在图中④过程中是以有机物形式传递的
B. 从图中我们可以看出能量伴随着物质循环而循环
C. 若M表示大气中的CO2库，则碳元素可在生物群落中反复循环利用
D. 若M表示非生物环境中的能量，则①的能量值小于②与③对应的
能量值之和
解析： 碳元素在生物群落中是以含碳有机物的形式传递的，A
正确；能量在生态系统中沿食物链（网）单向流动，而不能循环利
用，B错误；碳元素在非生物环境和生物群落之间反复循环利用，
而不是在生物群落的内部反复循环利用，C错误；①代表的是生态
系统中生产者固定的总能量，它不仅包括②③，还包括消费者通过
呼吸作用散失到非生物环境中的能量，D错误。
4. 某水域DDT的污染状况如下表。下列叙述错误的是（ ）
成分 水 底泥 水生 植物 浮游 动物 鲫鱼 乌鳢
DDT含量/ （μg/kg） 0.1 0.7 6.3 21.0 19.4 124.4
A. 表中数据表明DDT存在生物富集现象，所列消费者中乌鳢的营养
级最高
B. 此水域中水生植物所含能量最多，浮游动物和鲫鱼可能属于同一
营养级
C. DDT可以通过水和生物迁移等途径扩散到世界各地，说明生物富
集现象具有全球性
D. DDT进入环境便参与生态系统的物质循环，其循环过程与碳循环
过程相同
解析： 生物富集指某些在自然界不能降解或难降解的化学物
质，在环境中通过食物链的延长和营养级的增加在生物体内逐级富
集，浓度越来越大的现象。表中数据表明DDT具有生物富集现
象，表中所列消费者中乌鳢的DDT含量最多，故其营养级最高，A
正确；能量流动具有逐级递减的特点，水生植物为第一营养级，所
含能量最多，浮游动物和鲫鱼体内的DDT的含量接近，因此浮游
动物和鲫鱼可能属于同一营养级，B正确；DDT可以通过水和生物
迁移等途径扩散到世界各地，因此，生物富集现象也是具有全球性
的，C正确；DDT进入环境便参与生态系统的物质循环，其循环过
程与碳循环过程不相同，D错误。
5. （2024·天津五校联考期末）关于“土壤中小动物类群丰富度的研
究”和“落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂的探究”实验中叙述
正确的是（ ）
A. 诱虫器利用土壤小动物的趋光、趋热等特性进行诱捕
B. 采集的小动物可以放入体积分数为70％的酒精溶液中
C. 通过统计土壤小动物的个体数目来估算其丰富度
D. 把土壤分成两组，在相同时间内实验组落叶腐烂程度大于对照组
解析： 诱虫器是利用土壤小动物的趋暗、趋湿、避高温等特性
来进行诱捕，A错误；采集的小动物可以放入体积分数为70％的酒
精溶液中，也可以放在试管中，B正确；通过统计土壤小动物的种
类数目来估算其丰富度，C错误；把土壤分成两组，将灭菌的土壤
设为实验组，不做处理的土壤设为对照组，在相同时间内实验组落
叶腐烂程度小于对照组，D错误。
6. 如图为碳循环示意图，下列叙述错误的是（ ）
A. 图中①过程代表光合作用，③过程
代表呼吸作用
B. ①～④过程伴随着能量的输入、传
递、转化和散失
C. 碳循环具有循环往复和全球性的
特点
D. CO2在大气圈和水圈之间的交换有利于调节大气中的碳含量
解析： 图中①过程代表光合作用或化能合成作用，③过程代表
呼吸作用，A错误；①～④过程表示能量流动过程，伴随着能量的
输入、传递、转化和散失，B正确；由图可知，碳以CO2的形式在
非生物环境和生物群落之间循环，且CO2可以随大气环流在全球流
动，因此碳循环具有循环往复和全球性的特点，C正确；CO2在大
气圈与水圈之间相互交换，有利于调节大气中的碳含量，D正确。
7. 如图是生态系统中碳循环示意图，其中“→”表示碳的流动方向。
下列叙述错误的是（ ）
A. 在碳循环过程中，同时伴随着能量流动
B. 由于某种原因造成图中E生物数量大量减少，推
测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生
的变化是D增多，F减少
C. 该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、B
D. 在A C过程中碳主要以CO2的形式进行循环，
在F→B过程中以含碳有机物的形式进行流动
解析： 分析题图可知，A、B、D、E、F均有箭头指向C，则C
是大气中的二氧化碳库；A、C之间为双向箭头，A为生产者；A、
D、E、F均有箭头指向B，则B为分解者，D、E、F为消费者。图
示中包含的食物网为 ，故E减少，短时间内D增多，F
减少。碳在生物群落与非生物环境之间主要以CO2的形式循环，在
生物群落内部是以含碳有机物的形式流动。
课时训练·提素能
03
分级练习 巩固提升
知识点一 生物富集及探究土壤微生物的分解作用
1. 某同学为探究土壤微生物对落叶的分解作用，进行了如下实验：
①取5 kg土壤，将土壤反复混匀后，平均分为a、b两组。
②将a组土壤进行高温干热灭菌，b组土壤不做处理，然后将两组土
壤置于两个相同的花盆内。
③采集一定量的落叶，随机均分为两份，装入塑料袋内，分别埋在
花盆内的相同位置。
④15 d后取出，观察落叶的分解情况。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
下列分析错误的是（ ）
A. 该实验中，a组土壤不应采用高温干热灭菌法进行灭菌
B. a组土壤无微生物为对照组，b组土壤含有微生物为实验组
C. 两个花盆应置于温度、湿度等均相同的环境中
D. 预计a组和b组的落叶分解情况无显著差异
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析： 在对土壤进行灭菌操作时，应避免土壤理化性质改变，
而高温干热灭菌会使土壤中水分丧失，土壤理化性质改变，因此不
应采用高温干热灭菌法进行灭菌，A正确；本实验中，不做处理的
b组为对照组，B错误；两个花盆应置于温度、湿度等均相同的环
境中，以排除无关变量对实验的干扰，C正确；两组落叶装入塑料
袋内，不能和土壤接触，操作错误，因此两组落叶分解情况基本相
同，D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2. 生物富集作用是指通过生态系统中食物链或食
物网的各营养级，使某些污染物在生物体内逐
步富集的趋势。如图为某条食物链中各生物体
内有毒物质的相对含量，其中甲、乙、丙、丁
4种生物各自只占一个营养级，且构成一条食
物链。下列叙述正确的是（ ）
A. 甲可能为分解者，能将有机物分解成无机物被绿色植物再利用
B. 乙为次级消费者，其粪便中含有的能量是上一营养级同化量的一
部分
C. 丙为生产者，其同化的能量去向有以热能形式散失和流向下一营
养级甲
D. 通过对食物链逐级富集过程的研究可认识污染物的迁移转化规律
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析： 分解者不参与食物链的形成，A错误；乙为初级消费
者，B错误；丙为三级消费者，C错误；由于污染物随着食物链中
营养级别的升高在生物体内逐步富集，通过对食物链逐级富集过程
的研究可认识污染物的迁移转化规律，D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
知识点二 物质循环及其与能量流动的关系
3. 在碳循环中，CO2通过哪些生理过程进入生物群落（ ）
①光合作用 ②细胞呼吸 ③化能合成作用 ④燃烧作用 ⑤分
解作用 ⑥蒸腾作用
A. ①③④ B. ①③
C. ②③④ D. ①⑤⑥
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析： 生产者的光合作用与化能合成作用，都能利用CO2和
H2O合成有机物，从而使大气中的CO2进入生物群落，①③正确；
动植物通过细胞呼吸将自身的有机物分解，其中的碳以CO2的形式
释放到大气中，②错误；通过燃烧作用，可以将化石燃料中的碳以
CO2的形式释放到大气中，④错误；微生物通过分解作用，将动植
物遗体残骸等中的有机物分解，其中的碳以CO2的形式释放到大气
中，⑤错误；蒸腾作用是指水以气体状态，从植物体内散失到大气
中的过程，⑥错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
4. 如图为某生态系统碳循环的部分示意图，下列说法不正确的是（ ）
A. C可能是动物，B不包括植物
B. 图中的字母D表示大气中的CO2
库，其含量夏季低于冬季
C. 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量大于整个生物群落排放的CO2量
D. 温室效应产生的主要原因是E→D大量加大，而D→A大量减少
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析： C代表分解者，可能是动物，如蜣螂，B代表消费者，
可以包括营寄生生活的植物，A错误；D表示大气中的CO2库，由
于许多因素的影响，如夏季光合作用强，吸收CO2多，因此其含量
在夏季低于冬季，B正确；若此生态系统中的生物群落处在正常演
替过程中，即为生长型生物群落，即此时生产者固定的全部太阳能
的量大于所有生物的呼吸消耗，即生产者吸收的CO2量大于整个生
物群落排放的CO2量，C正确；温室效应产生的主要原因是化石燃
料的燃烧，即E→D大量加大，而D→A（植物固定的CO2量）大量
减少，D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
5. 下列是根据如图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，其中正确
的是（ ）
A. 碳元素在生物群落内部主要以CO2的形式传递
B. 参与③过程的生物包括生产者、消费者和分解者
C. ③过程增强后，②过程随之增强，不能通过增强③减少大气中的
CO2
D. 开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对①过程的依赖
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析： 碳元素在生物群落内部主要以含碳有机物的形式传
递，A错误；③过程为CO2进入生物群落的过程，该过程主要为
绿色植物的光合作用，参与③过程的生物是生产者，B错误；
③过程为生产者固定CO2的过程，生产者固定CO2形成有机物，
有机物中的碳一部分储存在动植物体内，因此能通过增强③减
少大气中的CO2，C错误；减少大气中CO2的量最主要的方法是
开发太阳能、水能、核能等新能源，以减少人类对化石燃料的
依赖（①过程），D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
6. 如图是某自然生态系统中碳循环的部分图解，其中a、b、c、d构成
生物群落，①～⑧表示相关过程。请回答下列问题：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（1）碳在非生物环境与生物群落之间的循环主要是以 的
形式进行的。图示缺少两个重要过程，请用虚线箭头在图中
表示出来。
答案：如图所示
CO2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析： 碳在非生物环境与生物群落之间的循环主要是以
CO2的形式进行的；碳在生物群落内部是以含碳有机物的形
式进行传递的。根据生态系统的碳循环特点可知，d为生产
者，a为初级消费者，b为次级消费者，c为分解者。图中缺少
a指向c的箭头和非生物环境指向d的箭头。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（2）图示初级消费者粪便中的能量属于 （填字母）同化量的
一部分。b同化的能量最终的去向有
。若图中b的同化量增加1 kJ，则生产者
的同化量至少需要增加 kJ。
d
通过自身的呼吸作用散
失和被分解者利用
25
解析：初级消费者（a）粪便中的能量属于生产者（d）同化量的一部分。b为最高营养级，其同化的能量最终的去向有通过自身的呼吸作用散失和被分解者利用。若b的同化量增加1 kJ，则生产者至少需要增加的同化量为1÷20％÷20％＝25（kJ）。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（3）过度的人工碳排放，会破坏生态系统的
，导致气温升高从而形成温室效应。为了避免温室
效应的形成，可以采取的措施有
（写出两点）。
碳平衡（或碳循环的
平衡）
尽量减少使用化石燃料；
扩大绿化面积；增加绿色植物对CO2的吸收等（合理即
可）
解析： 当碳过度排放到环境中时，会破坏生态系统的碳平衡，从而导致大气中的CO2增多，形成温室效应。为了避免温室效应的形成，采取的措施可以从碳的来源和去路两个方面进行分析。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
7. 氮在自然界中以多种形式存在，它们在岩石圈、水圈、大气圈、生
物圈之间不断迁移变化。氮元素是组成蛋白质的基本元素，是一切
生命结构的重要原料，氮循环对人类和其他生物都具有重要意义。
下图是氮循环示意图，下列说法错误的是（ ）
A. 氮循环是指氮元素在生物群落和非生物环境之间的循环过程
B. 所有生物都不能直接吸收、利用大气中的氮进行生物合成
C. 硝化细菌可以利用硝化作用进行能量转换合成含碳有机物
D. 氨化作用主要靠分解者完成，同时伴随着能量流动
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析： 生态系统的物质循环是指组成生物体的元素，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，故氮循环是指氮元素在生物群落和非生物环境之间的循环过
程，A正确；据图分析可知，有的生物（根瘤菌）能直接吸收大气
中的氮进行固氮，B错误；硝化细菌可以用外界环境中的无机物氧
化释放的化学能，把CO2和H2O合成为储藏能量的有机物，即利用
硝化作用进行能量转换合成含碳有机物，C正确；图中动植物遗体
及排出物通过氨化作用形成氨态氮，所以氨化作用主要靠分解者完
成，生态系统的物质循环过程中，同时伴随着能量流动，D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
8. （多选）为研究森林生态系统的碳循环，对西黄松老龄生态系统
（50～250年未砍伐）和幼龄（砍伐后22年）生态系统的有机碳库
及年碳收支进行检测，结果如表所示。据表分析，以下结论错误的
是（ ）
项目 生产者活生物 量（g/m2） 净初级生产力 [g/（m2·年）] 消费者和分解者的呼
吸
[g/（m2·年）]
老龄 12 730 470 440
幼龄 1 460 360 390
1
2
3
4
5
6
7
8
9
注：生产者活生物量：某一时刻单位面积内实存生产者的有机物总
量；净初级生产力：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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A. 西黄松老龄群落每年每平方米有30 g碳用于生产者当年的生长、发
育和繁殖
B. 储存在生产者活生物量中的碳最终均会以CO2的形式返回大气中的
CO2库
C. 西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力小于老龄
群落
D. 根据年碳收支分析，西黄松老龄群落不能降低大气碳总量
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析： 根据题意可知，西黄松老龄群落每年每平方米用于
生产者当年的生长、发育和繁殖的碳量可用图中的净初级生产力来
表示，即470 g，A错误；分析表中数据可知，西黄松幼龄群落中每
克生产者活生物量的净初级生产力为360÷1 460≈0.247，西黄松
老龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为470÷
12 730≈0.037，前者大于后者，C错误；西黄松老龄群落的净初级
生产力为470 g/（m2·年），大于消费者和分解者的呼吸440 g/
（m2·年），大气碳总量的输入量大于输出量，因此西黄松老龄群
落能降低大气碳总量，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
9. 研究发现，每升天然水中含0.01 mg汞或者0.1 mg 的杀虫剂，就会
对人体造成危害。某研究小组开展了对某湖泊中环境问题的研究。
他们首先选取了该湖泊中5种不同的生物A、B、C、D、E，并对其
进行消化道内食物组成的分析；然后又请当地湖泊研究所的专家对
这5种生物体内2种污染物的含量进行了测定，如下表所示。分析并
回答下列问题：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
生物种类 消化道内食物 组成 每千克体重污染物含量/mg 汞 某种杀虫剂
A 鱼（甲） 鱼（乙） 78 96
B 河蚌 水蚤、小球藻 25 57
C 小球藻 — 3 5
D 鱼（乙） 水蚤 10 31
E 水蚤 小球藻 5 15
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（1）表中生物可能形成的食物链（网）为 （用
字母和箭头表示），河蚌（B）和水蚤（E）的种间关系
是 。
捕食和种间竞争
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析： 分析表格可知，小球藻为生产者，再根据各生物消化道中的食物组成可确定表中生物形成的食物链为C→E→D→A，C→E→B，C→B，据此可写出食物网（参见答案），河蚌
（B）和水蚤（E）的种间关系是捕食和种间竞争。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（2）若C中的能量不变，将B的食物比例由C∶E＝1∶1调整为
2∶1，能量传递效率按10％计算，该生态系统传递给B的能
量是原来的 倍。
1.375
解析： B的食物比例为C∶E＝1∶1时，设B中的能量为 x ，则需要C的能量为 x /2÷10％＋ x /2÷10％÷10％＝55 x ；B的
食物比例为C∶E＝2∶1时，设B中的能量为 y ，则需要C的能量为2 y /3÷10％＋ y /3÷10％÷10％＝40 y ；据题意C中的能量不变，则55 x ＝40 y ， y / x ＝1.375。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（3）如图为该湖泊生态系统参与碳循环的示意图，甲、乙、丙、
丁代表生态系统的4种成分，图中以CO2的形式流动的是
（填序号），①表示的生理过程主要是
，该生态系统中丙为 。
①
②⑤⑥
光合作
用
分解者
解析： 据题图可知，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者，丁为大气中的CO2库。①过程主要为生产者的光合作
用，②为生产者的呼吸作用。碳在生产者和大气中的CO2库之间是以CO2形式循环的，即①②过程是以CO2形式循环的，消
费者的呼吸作用和分解者的分解作用中碳都是以CO2的形式进入大气的，即⑥和⑤过程中碳是以CO2的形式流动。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（4）分析题表，你认为这一湖泊面临的主要环境问题是
。针对这一问题，你将提出的保
护或改善建议为
。
解析： 根据题表可知，该湖泊被重金属离子（汞）和杀虫剂污染。所以要保护或改善该湖泊，需要防止重金属离子、
杀虫剂等有害物质进入水体。
重金属
离子（汞）和杀虫剂污染
防止重金属离子、杀虫剂等有害物质进入
水体（合理即可）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
感 谢 观 看!
