2018版高中生物(人教版)必修3同步教师用书：第5章 第3节 生态系统的物质循环

第3节生态系统的物质循环1．以碳循环为例分析生态系统的物质循环。

(重点)2．说明能量流动和物质循环的关系。

(难点)3．关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。

碳循环1．循环形式(1)在生物群落与无机环境间：主要以CO2的形式进行。

(2)在生物群落内：以含碳有机物的形式进行。

2．过程图解填写图中各序号表示的生物或生理过程：①光合作用，②呼吸作用，③分解者的分解作用，④植物，⑤动物。

3．特点：具有全球性、循环性。

4．温室效应(1)形成原因：化石燃料短时间内大量燃烧使大气中CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。

(2)危害：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。

[合作探讨]探讨1：使用农药DDT(难降解)的只有一小部分地区，可是远在南极的动物体内也发现了DDT，这说明物质循环具有什么特点？提示：全球性。

探讨2：下图是自然界碳循环的简图，据图分析下列有关问题：(1)图中的甲、乙、丙分别是什么？①、②、③分别表示什么过程？提示：分解者、消费者、生产者。

通过分解者、生产者、消费者的呼吸作用将生物群落内的有机物分解为CO2，返回大气中。

(2)大气中CO2进入生物群落的主要途径是什么？(用图中代号表示)提示：④探讨3：碳循环都是双向的吗？提示：不都是。

(1)CO2在生物群落和无机环境之间是双向循环的。

(2)在生物群落内部，沿食物链(网)传递时，碳循环不是双向的，只能由低营养级向高营养级单向传递。

[技法提炼]碳循环模式图中生态系统成分的判断(1)首先双向箭头的两端分别是生产者和大气中的CO2，因为只有生产者既能通过光合作用或化能合成作用从大气中吸收CO2，又能通过呼吸作用向大气中释放CO2，因此只有生产者与大气中的CO2之间具有双向箭头(如图1中的A与B、图2中的A与C、图3中的A与E、图4中的A与B)。

(2)在此基础上，其他成分都有箭头指向的为大气中的CO2，因为生产者、消费者、分解者都可通过呼吸作用向大气中释放CO2(如图1中的B、图2中的C、图3中的A、图4中A)，双向箭头的另一端则为生产者(如图1中的A、图2中的A、图3中的E、图4中的B)。

(3)除大气中的CO2外其他生物成分都有箭头指向的为分解者，因为动植物的遗体遗物都要被分解者分解(如图1中的D、图2中的E、图3中的C、图4中D)，剩下的成分为消费者(如图1中的C、图2中的B、D，图3中的B、D、F，图4中的C)。

1．关于物质循环的叙述正确的是()【导学号：67330034】A．生产者与无机环境之间可以直接进行碳循环B．消费者与无机环境之间可以直接进行碳循环C．物质循环沿着食物链进行D．不同的生态系统的物质循环在生态系统范围内独立地进行【解析】消费者体内的碳能通过呼吸作用进入无机环境，但无机环境中的碳不能直接进入消费者体内。

【答案】 A2．生态系统中C、N等元素流动的特点是()①单向的②循环的③逐级递减④反复出现，由一种形式转化成另一种形式A．①④B．②③C．①③D．②④【解析】生态系统中物质循环是指元素的循环，在生态系统中物质循环的特点是循环的，反复出现的，由一种形式转化成另一种形式。

【答案】 D3．下图表示某生态系统中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代表的生物一定是原核生物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【解析】从题图中可解读出如下信息：在该生态系统中，4代表非生物的物质和能量，1代表生产者，2代表消费者，3代表分解者。

1、2、3包含的所有种群才构成群落。

分解者可以是原核生物，如细菌，也可以是真核生物的真菌或小型的动物(蚯蚓)。

①代表摄食活动，②可以代表呼吸作用。

【答案】 D物质循环和能量流动的关系1．物质循环(1)概念①物质：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素。

②循环途径：无机环境生物群落。

③范围：生物圈。

(2)特点①具有循环性，物质可以被生物群落反复利用。

②具有全球性，因此又叫生物地球化学循环。

2．能量流动和物质循环的关系(1)区别①物质循环具有全球性和循环性的特点。

②能量流动是逐级递减的，是单方向的。

(2)联系①二者同时进行，相互依存，不可分割。

②物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力。

[合作探讨]探讨1：既然氮元素在生物群落和无机环境之间也是不断循环的，为什么还要往农田中不断地施加氮肥？提示：物质循环是指在生物圈范围内物质是循环的。

农田中不断有粮食产出，基本元素不断地被输出，所以要不断地施加氮肥。

探讨2：下图是某生态系统的结构模式图，该图中只表示物质流向的箭头是哪些？可表示能量流动的箭头有哪些？(用图中的数字标号表示)提示：②和⑤；①、③和④。

[归纳提炼]能量流动和物质循环的关系项目能量流动物质循环形式光能→化学能→热能化学元素(无机物→有机物→无机物) 特点单向流动、逐级递减往复循环范围生态系统各营养级生物圈(全球性)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，离不开物质的合成和分解；②物质是能量沿食物链(网)流动的载体；③能量是物质在生态系统中往复循环的动力图示4．下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述中，不正确的是()【导学号：67330035】A．生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程称为生态系统的能量流动B．生产者通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入生物群落C．物质是能量的载体，生态系统的能量是伴随物质而循环利用的D．物质是能量的载体，能量是物质循环的动力，两者同时存在，不可分割【解析】物质是能量的载体，能量流动则伴随着物质循环，能量流动又是物质循环的动力，但能量流动是单向的，不能循环利用。

【答案】 C5．下面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。

相关叙述正确的是()A．若M表示大气中的CO2，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，则碳元素可在生物群落中反复循环利用D．若M表示无机环境中的能量，则①的能量值为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项正确；能量在生态系统中沿食物链单向流动，而不能循环利用，B项错误；碳循环是在无机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，C项错误；①代表的是生态系统中固定的总能量，它不仅包括②③，还包括消费者通过呼吸作用散失到无机环境中的能量，D项错误。

【答案】 A探究土壤生物的分解作用1．原理(1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为分解者。

(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温度、水分等生态因子相关。

2．过程案例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高温处理A杯中加入30 mL土壤浸出液对照组对土壤不做任何处理B杯中加入30_mL蒸馏水自变量土壤中是否含有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小于对照组AA1不变蓝A2产生砖红色沉淀BB1变蓝B2无砖红色沉淀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[合作探讨]探讨1：案例1中实验组应当如何处理？提示：实验组的土壤要进行处理，以尽可能排除土壤微生物的作用，同时要尽可能避免土壤理化性质的改变，例如，将土壤用塑料袋包好，放在60 ℃恒温箱中1 h灭菌。

探讨2：案例2中鉴定不同糖类用到的试剂分别是什么？使用时有什么注意事项？提示：鉴定淀粉需用碘液，碘液不可滴加过多，通常滴加1～2滴即可。

鉴定淀粉分解产生的还原糖可用斐林试剂，通常需要50～65 ℃水浴加热2 min。

探讨3：实验中应注意控制哪些无关变量？提示：如温度、湿度、pH、处理时间、埋藏深度等都属于无关变量，实验组与对照组的无关变量都应该是相同的。

[拓展归纳]实验组、对照组的确定(1)验证实验中二者的确定：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组即为实验组，没进行自变量处理，仅为排除无关变量干扰而设置的组为对照组。

(2)探究实验中二者的确定：接受自变量处理的结果是未知的组为实验组；未接受自变量处理的结果是已知的为对照组。

6．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，对土壤处理情况见下表。

下列有关叙述不．正确的是()1组2组3组4组灭菌不灭菌灭菌不灭菌土壤处理湿润湿润较干燥较干燥B．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C．该实验的自变量为土壤是否灭菌的处理，实验中的对照组是1和3组D．预期结论是1、3组的落叶不被分解，2、4组中的落叶被不同程度地分解【解析】该实验中1、2组是湿润土壤，3、4组是较干燥土壤，1、2组与3、4组对照，可以探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用；该实验中对土壤采取了灭菌和不灭菌的处理，这是对自变量的处理，落叶上存在的微生物属于无关变量，为了避免无关变量对实验的干扰，应将各组的落叶进行灭菌处理；该实验的自变量为土壤是否灭菌处理及土壤的湿度，实验中的对照组是1和2组。

【答案】 C1．生态系统中的物质循环中的物质，一般指的是组成生物体的( )A ．各种化合物B ．各种有机物C ．各种无机物D ．各种化学元素【解析】 本题考查对物质循环概念的理解。

生态系统内的物质循环是以组成生物体的各种化学元素的形式进行的。

各种化学元素在无机环境与生物群落内的具体存在形式在不断变化，如无机物与有机物的转化、不同有机物间的转化，因此物质循环不是以某种具体化合物的形式进行的，而是以元素的形式进行的。

【答案】 D2．在生态系统物质循环和能量流动过程中，连接生物群落与无机环境的重要的生理作用和重要环节分别是( )①蒸腾作用 ②光合作用 ③呼吸作用 ④生产者 ⑤消费者 ⑥分解者A ．①、②和④、⑥B ．②、③和④、⑥C ．②、③和④、⑤D ．①、③和④、⑥【解析】 连接生物群落与无机环境的重要生理作用是光合作用和呼吸作用，两个重要环节是生产者和分解者。

【答案】 B3．“哥本哈根气候变化大会”引起了人们对温室气体排放的关注，大会所倡导的低碳生活获得普遍认同。

根据下图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，正确的是 ( ) 化石燃料――→①大气中的CO 2②③生物群落A ．生物群落内部进行碳循环的物质形式是CO 2B ．参与过程②的生物只有消费者和分解者C．不能通过增强过程③减少大气中CO2的含量D．开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对过程①的依赖【解析】生物群落内部碳元素以有机物的形式循环；过程②指的是生物群落内部生产者、消费者、分解者通过细胞呼吸作用释放CO2；可以通过增强过程③减少空气中CO2的含量；开发新能源能减少人类对化石燃料的使用。