新人教高中生物必修三专题5.3 生态系统的物质循环

第5章
生态系统及其稳定性
第3节
生态系统的物质循环
1．碳循环
（1）范围：生物群落和________之间。
（2）循环形式：主要以________的形式进行。
（3）特点：________、循环性。
（4）过程（如图所示）
（5）①原因：大量________________的燃烧，打破了生物圈中________的平衡。
②危害：加快极地和高山冰川的融化，导致海平面________，进而威胁人类和其他生物的生存。
2．物质循环
（1）概念
①物质：组成生物体的________________________等元素。
②循环途径：无机环境 ________。
③范围：________。
（2）特点
①具有________。
②反复利用，________流动。
3．能量流动和物质循环的区别
（1）物质循环具有________和________的特点。
（2）能量流动是________的，是单方向的。
4．能量流动和物质循环的联系
（1）二者________，相互依存，不可分割。
（2）物质是能量流动的________，能量是物质循环的________。
5．探究土壤微生物的分解作用的实验原理
（1）土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们是生态系统中的________。
（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_______等生态因子相关。
6．探究土壤微生物的分解作用的实验流程
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
对土壤进行________处理
A烧杯中加入30
mL______
对照组
对土壤不作任何处理
B烧杯中加入30
mL蒸馏水
自变量
土壤中是否含微生物
是否含有微生物
实验现象
在相同时间内实验组落叶腐烂程度________对照组
A
A1
加碘液________
A2
加斐林试剂________
B
B1
加碘液________
B2
加斐林试剂________
结论分析
微生物对落叶有分解作用
土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
【课前小测】
1．判断正误：参与物质循环的是组成生物体的各种无机物。
2．判断正误：碳在生物群落内部以CO2形式循环。
3．判断正误：化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。
4．判断正误：物质的循环往复离不开能量的供应。
5．判断正误：物质循环和能量流动的终点相同。
6．判断正误：温度是影响土壤微生物分解作用的重要因素。
1．（1）无机环境
（2）CO2
（3）全球性
（4）CO2
植物
动物
（5）①煤、石油等化石燃料
碳循环
②上升
2．（1）①C、H、O、N、P、S
②生物群落
③生物圈
（2）①全球性
②循环
3．（1）全球性
循环性
（2）逐级递减
4．（1）同时进行
（2）载体
动力
5．（1）分解者
（2）温度、湿度
6．高温灭菌
土壤浸出液
小于
不变蓝
产生砖红色沉淀
变蓝
无砖红色沉淀
【课前小测】
1．
提示：参与物质循环的是组成生物体的各种元素。
2．
提示：碳在生物群落和无机环境之间以CO2形式循环，在生物群落内部以有机物形式流动。
3．
提示：化石燃料的大量燃烧及植被的破坏，均是造成温室效应的原因，其中前者是主要原因。
4．
提示：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。
5．
提示：能量流动的终点是以热能的形式散失到无机环境中，不能再利用。物质循环过程中物质是
循环利用的，没有终点。
6．
提示：土壤微生物的分解作用受温度的影响。
一、物质循环
（1）概念：组成生物体的各种元素在无机环境与生物群落间不断循环的过程。
（2）特点：全球性、反复利用、循环流动。
（3）与能量流动的关系：二者同时进行，相互依存，不可分割。
（4）意义：通过能量流动和物质循环，使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。
二、碳循环
（1）碳在无机环境中的存在形式：CO2和碳酸盐。
（2）碳在生物群落中的存在形式：含碳有机物。
（3）循环过程：碳从无机环境到生物群落是通过光合作用、化能合成作用实现的；从生物群落到无机环境则是通过呼吸作用和微生物的分解作用实现的。
三、温室效应
（1）形成原因：大量化石燃料的燃烧，大气中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
（2）影响：导致气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
1．如图表示生物圈中碳元素的循环过程，其中A、B、C表示生态系统的不同成分。下列叙述中正确的是
A．③过程代表绿色植物的光合作用
B．A、B分别代表消费者和生产者
C．⑦是温室效应形成的主要原因
D．疏松土壤可能加快⑤过程
【参考答案】D
【试题解析】据图可知A是分解者，B是生产者，C是消费者；③过程代表生产者的呼吸作用；温室效应形成的主要原因是⑥化石燃料的大量燃烧；疏松土壤可增加土壤中O2的浓度，促进分解者的呼吸作用。
2．如图是生态系统中碳循环示意图，下列对该图的说法错误的是
A．本图是2条食物链
B．A和C之间是以CO2的形式转化的
C．B分解A、D、E时利用了它们同化的全部能量
D．E在食物链中最高是第3营养级
【参考答案】C
四、能量流动和物质循环的关系
生态系统能量流动与物质循环的比较
项目
能量流动
物质循环
形式
以有机物为载体
主要以无机物为载体
过程
沿食物链（网）单向流动
在无机环境与生物群落之间反复循环
范围
生态系统各营养级
生物圈
特点
单向流动、逐级递减
具全球性，反复利用、循环往复
联系
①能量的固定、储存、转移、释放离不开物质的合成和分解等过程，两者同时进行、相互依存、不可分割②能量流动和物质循环都借助食物链和食物网进行③物质是能量沿食物链（网）流动的载体④能量是物质在生态系统中反复循环的动力
3．下图是有关新型农业生态系统的简图，下列叙述正确的是
A．该生态系统实现了物质和能量的良性循环
B．该生态系统提高了各营养级之间的能量传递效率
C．建立该系统的目的是提高生态系统的能量利用率
D．该生态系统中,属于第二营养级的生物有家畜和蚯蚓
【参考答案】C
4．下列关于生态系统物质循环和能量流动的叙述，正确的是
A．物质循环发生在种群和无机环境之间
B．物质循环与能量流动是两个相对独立的过程
C．碳元素在生态系统内循环的主要形式是CO2和含碳有机物
D．生态系统中的物质和能量都是循环利用的
【参考答案】C
1．造成目前大气中CO2浓度增加的主要原因是
A．生物的呼吸作用
B．化石燃料的燃烧
C．臭氧层被破坏
D．火山爆发
2．某种甲虫以土壤中的落叶为主要食物，假如没有这些甲虫，落叶层将严重堆积，最终导致落叶林生长不良。下列叙述正确的是
A．该甲虫能促进落叶林的物质循环
B．该甲虫与落叶树之间为捕食关系
C．该甲虫属于生态系统成分中的初级消费者
D．落叶中有10%～20%的能量流入甲虫体内
3．生态系统的物质循环的特点不包括
A．具有全球性
B．物质是指组成生物体的元素
C．在生物群落与无机环境之间循环往复
D．在群落的各营养级之间循环往复
4．兴趣小组设计实验来探究土壤微生物对落叶的分解作用，下列操作及分析正确的是
A．可采用加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物
B．将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下进行
C．对照组中落叶的分解速度明显高于实验组的分解速度
D．实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验
5．“低碳生活”获得越来越多人的认同。根据如图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，不正确的是
A．无机环境和生物群落之间碳循环的形式是CO2
B．参与②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过程来减少大气中的CO2
D．开发太阳能、水能、核能等新能源，能缓解温室效应
6．“落红不是无情物，化作春泥更护花”体现了生态系统中物质循环的原理。根据这
一原理，下列说法正确的是
A．物质循环中的“物质”指的是组成细胞的各种化合物
B．物质循环中的“循环”指的是在食物链和食物网之间
C．传统农业中的耕地技术可以加快生态系统的物质循环
D．物质是能量的载体，物质循环也可以让能量循环利用
7．如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，箭头表示碳传递方向，字母表示碳传递途径。下列各项叙述不正确的是
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．碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是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，则夏季a、b、c、e之间的关系可表示为a=b+c+e
8．多营养层次综合水产养殖法（IMTA）是一种全新的养殖方式。例如在加拿大的芬迪湾,人们用网笼养殖鲑鱼，鲑鱼的排泄物顺水而下，为贝类和海带提供养料。下列与之相关的说法中正确的是
A．IMTA有利于生态系统的物质循环
B．贝类和海带都属于生态系统组成成分中的分解者
C．IMTA的实施提高了能量的传递效率，使人类获得了更多的产品
D．笼养鲑鱼的种群密度远大于野生种群，是由于笼养区域的食物网更复杂
9．根据如图所示碳循环的部分过程进行的有关分析不正确的是
A．②过程增强后①过程随之增强，故不能通过增强②过程减少大气中的C02
B．参与①过程的生物包括生产者、消费者和分解者
C．生物群落内部碳循环的形式是含碳有机物
D．人类减少③过程的依赖是当前缓解温室效应的重要措施
10．下图为碳循环示意图，甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分，相关叙述正确的是
A．甲、乙、丙共同组成生态系统
B．乙在该生态系统中均处于第二营养级
C．碳循环是指二氧化碳在甲与丙之间不断循环的过程
D．生物X可能不具有细胞核，生物Y可能含有线粒体
11．如图所示是碳循环过程示意图，下列叙述正确的是
A．图中①～⑤所表示的生理过程是生物圈维持稳态的重要因素
B．增加图中A、D、E等各营养级生物的数量可提高该生态系统的抵抗力稳定性
C．图中的食物链只有3条
D．大气中C的含量增多是造成温室效应的主要原因，通过控制B、D、E的活动和增加A的数量能得到缓解
12．据下图判断，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
13．探究土壤微生物的分解作用。
（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取两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两个玻璃容器中，将其中的________组放入恒温箱，______°C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：说明土壤中的微生物对落叶具有______________。
（4）问题思考
①实验组的叶片腐烂程度低，原因是实验组的土壤进行了________，杀死了细菌、真菌等微生物。
②实验中的无关变量有哪些？______________________________。
14．（2016·新课标全国卷Ⅰ）在漫长的历史时期内，我们的祖先通过自身的生产和生活实践，积累了对生态方面的感性认识和经验，并形成了一些生态学思想，如：自然与人和谐统一的思想。根据这一思想和生态学知识，下列说法错误的是
A．生态系统的物质循环和能量流动有其自身的运行规律
B．若人与自然和谐统一，生产者固定的能量便可反复利用
C．“退耕还林、还草”是体现自然与人和谐统一思想的实例
D．人类应以保持生态系统相对稳定为原则，确定自己的消耗标准
15.（2016·江苏卷）为修复长期使用农药导致有机物污染的农田，向土壤中投放由多种微生物组成的符合菌剂。下列相关叙述错误的是
A.加入菌剂可增加土壤中的物种多样性，提高土壤生态系统的稳定性
B.该菌剂减少了残留农药进入农作物，一定程度上阻碍了土壤中的物质循环
C.土壤有毒物质的减少有利于增加农田动物的种类，降低害虫的优势度
D.农药降解菌具有分解农药的特殊代谢途径，体现了基因多样性的应用价值
16．（·新课标全国卷Ⅱ）下列有关生态系统的叙述，错误的是
A．生态系统的组成成分中含有非生物成分
B．生态系统相对稳定时无能量输入和散失
C．生态系统维持相对稳定离不开信息传递
D．负反馈调节有利于生态系统保持相对稳定
17．（2014·江苏卷）下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，正确的是
A．富营养化水体出现蓝藻水华的现象，可以说明能量流动的特点
B．生态系统中能量的初始来源只有太阳能
C．食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用
D．无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用
18.（2016·新课标全国卷Ⅲ）冻原生态系统因其生物的生存条件十分严酷而独具特色，有人曾将该生态系统所处的地区称为“不毛之地”。回答下列问题：
（1）由于温度的限制作用，冻原上物种的丰富度较低。丰富度是指
。
（2）与热带森林生态系统相比，通常冻原生态系统有利于土壤有机物质的积累，其原因是
。
（3）通常，生态系统的食物链不会很长，原因是
。
1．【答案】B
【解析】生物的呼吸作用对二氧化碳浓度的影响极小，A错误；大气中CO2浓度增加的主要原因是化石燃料和木材的大量燃烧，B正确；臭氧层被破坏与二氧化碳浓度变化没有直接关系，C错误；全球每年火山爆发次数和规模有限,不是CO2浓度增加的主要原因，D错误。
【点睛】注意：大气中CO2浓度增加的主要原因是化石燃料和木材的大量燃烧；降低大气中CO2含量的主要措施是一方面降低CO2排放，另一方面是植树造林，增加植被面积。
2．【答案】A
【解析】某种甲虫以土壤中的落叶为主要食物，说明该甲虫是分解者，能够促进生态系统的物质循环，A正确；甲虫为分解者，不构成捕食链，与落叶树之间没有捕食关系，B错误；该甲虫属于生态系统成分中的分解者，C错误；生态系统各营养级间的能量传递效率为10%～20%，甲虫不是食物链的成分，D错误。
3．【答案】D
4．【答案】C
【解析】探究土壤微生物对落叶的分解作用实验中，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，故A项错误；本实验探究自然条件下土壤微生物对落叶的分解作用，所以实验组和对照组的土壤都不能放在隔绝空气的条件下，B项错误；由于对照组的土壤中含有微生物，而实验组的土壤经过灭菌缺少微生物，所以对照组中落叶的分解速度明显高于实验组的分解速度，C项正确；该实验的自变量是土壤中微生物的有无，放入土壤中的落叶的种类和数量都属于无关变量，应保持相同，D项错误。
【点睛】本题的易错点是：
1．去除实验组微生物的方法要以尽可能避免改变土壤理化性质为宜，加热烘干会改变土壤的理化性质。
2．对照实验的设置一定要遵循单一变量原则。该实验的自变量是土壤中微生物的有无，其余的为无关变量，例如放入土壤中的落叶的种类和数量等都应保持相同。
3．自然界土壤微生物的分解作用都是在自然条件下而不是在隔绝空气条件下进行的，故本实验也不能在隔
绝空气条件下进行。
5．【答案】C
【解析】在无机环境和生物群落之间碳循环以CO2的形式进行；②过程通过生物的呼吸作用完成，参与的生物包括生产者、消费者和分解者；③过程主要是光合作用，该过程增强可减少大气中的CO2；开发新能源可减少煤和石油等化石燃料的燃烧，从一定程度上缓解温室效应。
6．【答案】C
【解析】物质循环中的“物质”指的是组成细胞的C、H、O、N、P、S等化学元素，A项错误；物质循环中的“循环”指的是在生物群落和无机环境之间，B项错误；传统农业中的耕地技术，使秸秆还田，秸秆被分解者分解为无机物供生产者利用，进而加快了生态系统的物质循环，C项正确；物质是能量的载体，生态系统的能量流动是单向的，不能循环利用，D项错误。
7．【答案】D
8．【答案】A
【解析】根据题意可知，IMTA有利于生态系统的物质循环，A项正确；贝类属于分解者，而海带属于生产者，B项错误；IMTA的实施提高了能量的利用率，但不能提高能量的传递效率，C项错误；笼养鲑鱼之所以密度大，主要是人工补充能量的结果，而且笼养区域的其他种群更少，可以给鲑鱼更多的生存空间，D项错误。学科
网
【点睛】本题考查生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用，以及生态系统的成分的相关知识。易错点是C选项，需要理解能量传递效率和能量利用率的区别：（1）能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10%～20%。
（2）能量利用效率：通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。
9．【答案】A
【解析】绿色植物在光合作用中制造的氧，超过了自身呼吸作用对氧的需要，其余的氧气都以气体形式排到了大气中；绿色植物还通过光合作用，不断消耗大气中的二氧化碳，这样就维持了生物圈中二氧化碳和氧气的相对平衡，简称碳—氧平衡，A错误；呼吸是生物的共同特征，呼吸作用能产生二氧化碳，①过程是产生二氧化碳的过程，生产者的呼吸作用、消费者的呼吸作用、分解者的分解作用（呼吸作用）都能产生二氧化碳，B正确；在生物群落间是通过生产者固定太阳能，合成有机物，再被下一营养级捕食等传递物质和能量，因此碳在生物群落内以含碳有机物的形式循环，C正确；温室效应加剧主要是由于现代化工业社会燃烧过多煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的；因此人类减少对③的依赖是当前缓解温室效应的重要措施，D正确。
10．【答案】D
【解析】A项错误：图中甲为生产者，乙为消费者，丙是分解者，它们共同组成生物群落；B项错误：不同消费者在食物链中可处于第二、三、四等不同的营养级；C项错误：碳循环是指碳元素在生物和非生物环境之间不断循环的过程；D项正确：原核生物也可以是生产者，如硝化细菌；真核生物也可以成为分解者，如蚯蚓、蜣螂等，它们含有线粒体。
11．【答案】A
【点睛】解答本题的切入点在于对图中A、B、C、D、E所示生态系统成分的判断：首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分，即大气中的CO2库C和生产者A，然后观察剩余的成分，其中其他生物的箭头都指向B，所以B是分解者，剩余的D、E则为消费者。
12．【答案】C
【解析】图示是一个人工生态系统，该系统实现了物质循环利用和能量的多级利用，系统总能量利用率得到提高。
13．【答案】（2）①实验
对照
②实验
60
③纱布
⑤腐烂
（3）①腐烂程度要高
②分解作用
（4）①灭菌处理
②土壤的多少，实验处理时间的长短，落叶的种类等
【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，如本实验采用60
°C对土壤进行1
h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、大小要相同并分成两等份。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。
14．【答案】B
【名师点睛】本题的易错点在于：容易忽略生态系统的能量流动是单向的。
15.【答案】B
【考点定位】生物多样性，物质循环，生态系统稳定性
【名师点睛】此题是对生态系统稳定性的考查，解答本题的关键在于理解加入菌剂的作用，分解农药，有利于其它动物的生存，降低害虫的优势度，提高生态系统的稳定性。同时理解基因多样性的含义是指不同生物含有不同的基因，具有特定的价值。
16．【答案】B
【解析】生态系统的组成成分包括非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者，A正确；生态系统相对稳定时能量的输入和散失达到一种平衡状态，B错误；生态系统的信息传递能够调节生物的种间关系，有利于生态系统的稳定，C正确；负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，有利于生态系统保持相对稳定，D正确。
17．【答案】D
【解析】A项，富营养化水体出现蓝藻水华现象，是由于N、P等植物生长所需的矿质元素过多，引起植物大量繁殖，未涉及沿食物链进行的能量流动。B项，生态系统中能量的初始来源也可能是化学能，如硝化细菌的化能合成作用。C项，能量是单向流动、逐级递减的，每个营养级约有10%～20%的能量流向下一营养级，而不是被分解者利用。D项，无机环境中的物质可以通过多种途径如光合作用、化能合成作用、根的吸收等进入生物群落被生物利用。
18.【答案】（1）群落中物种数目的多少
（2）低温下，分解者的分解作用弱
（3）能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的
【考点定位】群落的物种组成、生态系统的结构和功能
【名师点睛】生态系统的能量流动特点及原因分析
（1）单向流动：
①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。
②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。
（2）逐级递减：
①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量，供自身利用和以热能形式散失。
②各营养级的能量都会有一部分流入分解者。
③每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级利用。