遼寧省2024-2025學(xué)年高中生物第5章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性第3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)學(xué)案

PAGE9-第3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1.以碳循環(huán)為例，分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)2.嘗摸索究土壤微生物的分解作用3.說(shuō)明能量流淌和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系4.關(guān)注碳循環(huán)平衡失調(diào)與溫室效應(yīng)的關(guān)系1.通過(guò)分析生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流淌的關(guān)系，建立生命系統(tǒng)的物質(zhì)和能量觀2.通過(guò)分析生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的模式圖，培育運(yùn)用理性思維分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的實(shí)力3.通過(guò)分析溫室效應(yīng)產(chǎn)生的緣由及減緩措施，培育環(huán)保意識(shí)一、物質(zhì)循環(huán)的概念及特點(diǎn)1．概念組成生物體的C、H、O、N、P、S等元素，都不斷地進(jìn)行著從無(wú)機(jī)環(huán)境到生物群落，又從生物群落到無(wú)機(jī)環(huán)境的循環(huán)過(guò)程。2．特點(diǎn)(1)全球性——生物地球化學(xué)循環(huán)。(2)循環(huán)性——物質(zhì)可被生物群落反復(fù)利用。二、物質(zhì)循環(huán)的實(shí)例——碳循環(huán)1．碳的存在形式(1)無(wú)機(jī)自然環(huán)境：以CO2和碳酸鹽(石灰?guī)r、珊瑚礁)等形式存在。(2)生物群落：主要以含碳有機(jī)物的形式存在。2．循環(huán)形式(1)在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境間：主要以CO2的形式進(jìn)行。(2)在生物群落內(nèi)：以含碳有機(jī)物的形式進(jìn)行。3．過(guò)程圖解(1)圖中①～⑥表示的過(guò)程分別是：①________，②________，③________，④________，⑤________，⑥________。(2)A、B、C、D表示的生物類(lèi)群是：A．________，B.________，C.________，D.________。答案：(1)①光合作用②呼吸作用③呼吸作用④捕食⑤分解作用⑥燃燒(2)生產(chǎn)者分解者次級(jí)消費(fèi)者初級(jí)消費(fèi)者4．溫室效應(yīng)(1)形成緣由：化學(xué)燃料短時(shí)間內(nèi)大量燃燒使大氣中CO2含量快速增加，打破了生物圈中碳循環(huán)的平衡。(2)危害：氣溫上升，加快極地和高山冰川的溶化，導(dǎo)致海平面上升，進(jìn)而對(duì)人類(lèi)和其他很多生物的生存構(gòu)成威逼。三、物質(zhì)循環(huán)和能量流淌的關(guān)系1．區(qū)分(1)物質(zhì)循環(huán)具有全球性和循環(huán)性的特點(diǎn)。(2)能量流淌是逐級(jí)遞減的，是單方向的。2．聯(lián)系(1)二者同時(shí)進(jìn)行，相互依存，不行分割。(2)物質(zhì)是能量流淌的載體，能量是物質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力。四、探究土壤生物的分解作用1．原理(1)土壤中存在種類(lèi)、數(shù)目繁多的細(xì)菌、真菌等微生物，它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中的成分為分解者。(2)分解者的作用是將環(huán)境中的有機(jī)物分解為無(wú)機(jī)物，其分解速度與環(huán)境中的溫度、水分等生態(tài)因子相關(guān)。2．試驗(yàn)方案案例1案例2試驗(yàn)假設(shè)微生物能分解落葉使之腐爛微生物能分解淀粉試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)組對(duì)土壤高溫處理A杯中加入30mL土壤浸出液比照組對(duì)土壤不做任何處理B杯中加入30_mL蒸餾水自變量土壤中是否含有微生物是否含有微生物試驗(yàn)現(xiàn)象在相同時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)組落葉腐爛程度小于比照組AA1不變藍(lán)A2產(chǎn)生磚紅色沉淀BB1變藍(lán)B2無(wú)磚紅色沉淀結(jié)論分析微生物對(duì)落葉有分解作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉推斷對(duì)錯(cuò)(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)1．碳可在森林群落和無(wú)機(jī)環(huán)境之間進(jìn)行循環(huán)。 ()2．無(wú)機(jī)環(huán)境中的物質(zhì)可以通過(guò)多種途徑被生物群落反復(fù)利用。 ()3．土壤微生物參加生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。 ()4．植物可通過(guò)呼吸作用和光合作用參加生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)。 ()5．生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流淌是獨(dú)立進(jìn)行的。 ()6．物質(zhì)是單向流淌、不行循環(huán)的。 ()提示：1.√2.√3.√4.√5．×生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流淌是同時(shí)進(jìn)行，相互依存，不行分割。6．×物質(zhì)在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境間可被循環(huán)利用。碳循環(huán)及其對(duì)環(huán)境的影響[問(wèn)題探究]1．下圖是自然界碳循環(huán)的簡(jiǎn)圖，據(jù)圖分析下列有關(guān)問(wèn)題：(1)圖中的甲、乙、丙分別是什么？①、②、③分別表示什么過(guò)程？提示：分解者、消費(fèi)者、生產(chǎn)者。通過(guò)分解者、生產(chǎn)者、消費(fèi)者的呼吸作用將生物群落內(nèi)的有機(jī)物分解為CO2，返回大氣中。(2)大氣中CO2進(jìn)入生物群落的主要途徑是什么？(用圖中代號(hào)表示)提示：④。(3)碳循環(huán)都是雙向的嗎？說(shuō)明理由。提示：不都是。①CO2在生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境之間是雙向循環(huán)的。②在生物群落內(nèi)部，沿食物鏈(網(wǎng))傳遞時(shí)，碳循環(huán)不是雙向的，只能由低養(yǎng)分級(jí)向高養(yǎng)分級(jí)單向傳遞。2．假如人們不按生態(tài)規(guī)律辦事，亂砍濫伐森林，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)有何影響？提示：打破碳循環(huán)平衡，使大氣CO2進(jìn)入生物群落過(guò)程受阻，大氣中CO2的含量就會(huì)明顯增多。eq\O([歸納總結(jié)])(1)碳循環(huán)分析①碳存在形式eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(無(wú)機(jī)環(huán)境：CO2和碳酸鹽,生物群落：含碳有機(jī)物))②碳循環(huán)形式：進(jìn)入生物群落生物群落內(nèi)部返回?zé)o機(jī)環(huán)境形式CO2含碳有機(jī)物CO2方式光合作用和化能合成作用通過(guò)食物鏈或食物網(wǎng)a.生產(chǎn)者和消費(fèi)者的呼吸作用b.分解者的分解作用c.化學(xué)燃料的燃燒方向在群落內(nèi)部單向，群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間雙向③碳元素的傳遞規(guī)律：碳元素在無(wú)機(jī)環(huán)境與生物群落之間傳遞時(shí)，只有生產(chǎn)者與無(wú)機(jī)環(huán)境之間的傳遞是雙向的，其他成分之間的傳遞都是單向的(推斷生態(tài)系統(tǒng)各成分的依據(jù))。(2)溫室效應(yīng)1.如圖表示生物圈中碳循環(huán)的部分示意圖。A、B、C、D構(gòu)成生物群落，箭頭①～⑨表示循環(huán)過(guò)程。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．大氣中的氣體X是指二氧化碳和一氧化碳B．完成①過(guò)程的能量主要是由⑧過(guò)程供應(yīng)的C．D經(jīng)⑤、⑥、⑦過(guò)程獲得的能量占A、B、C總能量的10%～20%D．C處于第三養(yǎng)分級(jí)D[生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間的碳循環(huán)是以CO2的形式進(jìn)行的，故圖中大氣中的氣體X代表CO2；圖中A為生產(chǎn)者，B為初級(jí)消費(fèi)者(其次養(yǎng)分級(jí))，C為次級(jí)消費(fèi)者(第三養(yǎng)分級(jí))；完成①過(guò)程的能量主要由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的活躍的化學(xué)能供應(yīng)；捕食食物鏈中相鄰兩養(yǎng)分級(jí)之間的能量傳遞效率約為10%～20%。故選D。](1)適度松土可以促進(jìn)圖中的什么過(guò)程？提示：適度松土可以促進(jìn)分解者的分解作用，即過(guò)程⑧。(2)若D中含有細(xì)胞核，則D中將含碳有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2的詳細(xì)場(chǎng)所是什么？提示：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)或線粒體基質(zhì)。(3)寫(xiě)出圖中的捕食鏈。提示：A→B→C。(4)圖中碳元素以有機(jī)物形式進(jìn)行傳遞的過(guò)程有哪些呢？提示：②③⑤⑥⑦。2．下圖表示某生態(tài)系統(tǒng)中4種成分之間的關(guān)系。以下相關(guān)敘述中，正確的是()A．1和2包含著全部種群構(gòu)成的群落B．3代表的生物肯定是原核生物C．①代表光合作用，②代表呼吸作用D．4可以表示大氣中的CO2D[從題圖中可解讀出如下信息：在該生態(tài)系統(tǒng)中，4代表非生物的物質(zhì)和能量，1代表生產(chǎn)者，2代表消費(fèi)者，3代表分解者。1、2、3包含的全部種群才構(gòu)成群落。分解者可以是原核生物，如細(xì)菌，也可以是真核生物的真菌或小型的動(dòng)物(蚯蚓)。①代表攝食活動(dòng)，②可以代表呼吸作用。]生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流淌的關(guān)系[問(wèn)題探究]1．兩位同學(xué)在觀看有關(guān)恐龍的影片時(shí)，甲同學(xué)提出：“我體內(nèi)的能量中可能有遠(yuǎn)古恐龍?bào)w內(nèi)的能量?！币彝瑢W(xué)也提出：“我體內(nèi)的物質(zhì)中可能有遠(yuǎn)古恐龍?bào)w內(nèi)的物質(zhì)?！边@兩位同學(xué)的說(shuō)法對(duì)嗎？試分析緣由。提示：甲同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤，乙同學(xué)的說(shuō)法正確。因?yàn)槟芰渴菃蜗蛄魈实?，不能循環(huán)利用，而物質(zhì)是可以循環(huán)利用的。2．下圖是某生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式圖，該圖中只表示物質(zhì)流向的箭頭是哪些？可表示能量流淌的箭頭有哪些？(用圖中的數(shù)字標(biāo)號(hào)表示)提示：②和⑤；①、③和④。eq\O([歸納總結(jié)])(1)能量流淌和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系項(xiàng)目能量流淌物質(zhì)循環(huán)形式光能→化學(xué)能→熱能化學(xué)元素(無(wú)機(jī)物→有機(jī)物→無(wú)機(jī)物)特點(diǎn)單向流淌、逐級(jí)遞減往復(fù)循環(huán)范圍生態(tài)系統(tǒng)各養(yǎng)分級(jí)生物圈(全球性)聯(lián)系①能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移、釋放離不開(kāi)物質(zhì)的合成和分解等過(guò)程，兩者同時(shí)進(jìn)行、相互依存、不行分割②能量流淌和物質(zhì)循環(huán)都借助食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行③物質(zhì)是能量沿食物鏈(網(wǎng))流淌的載體④能量是物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中反復(fù)循環(huán)的動(dòng)力(2)重金屬鹽和DDT等農(nóng)藥的生物富集作用生物富集作用與能量流淌正好相反，能量在沿食物鏈流淌時(shí)逐級(jí)遞減，而農(nóng)藥或重金屬鹽則存在“生物富集作用”，即養(yǎng)分級(jí)越高，該物質(zhì)濃度越高。如圖所示：DDT沿食物鏈放大1．如圖為某生態(tài)系統(tǒng)的部分物質(zhì)循環(huán)簡(jiǎn)圖，其中M表示非生物的物質(zhì)和能量。相關(guān)敘述正確的是()A．若M表示大氣中的CO2，則碳元素在圖中④過(guò)程中是以有機(jī)物形式傳遞的B．從圖中我們可以看出能量伴隨著物質(zhì)循環(huán)而循環(huán)C．若M表示大氣中的CO2，則碳元素可在生物群落中反復(fù)循環(huán)利用D．若M表示無(wú)機(jī)環(huán)境中的能量，則①的能量值為②與③對(duì)應(yīng)的能量值之和A[碳元素在生物群落中是以含碳有機(jī)物的形式傳遞的，A項(xiàng)正確；能量在生態(tài)系統(tǒng)中沿食物鏈單向流淌，而不能循環(huán)利用，B項(xiàng)錯(cuò)誤；碳循環(huán)在無(wú)機(jī)環(huán)境和生物群落之間反復(fù)循環(huán)利用，而不是在生物群落的內(nèi)部，C項(xiàng)錯(cuò)誤；①代表的是生態(tài)系統(tǒng)中固定的總能量，它不僅包括②③，還包括消費(fèi)者通過(guò)呼吸作用散失到無(wú)機(jī)環(huán)境中的能量，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]2．下圖為一個(gè)簡(jiǎn)化的生態(tài)系統(tǒng)能量流淌和物質(zhì)循環(huán)示意圖，對(duì)圖中箭頭的含義表述錯(cuò)誤的是()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質(zhì)回來(lái)無(wú)機(jī)環(huán)境C．②表示能量在生物體之間單向流淌D．①可表示碳元素從二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物A[讀圖可知，生物群落中能量的散失—④呼吸作用以熱能散失，生物群落中的物質(zhì)回來(lái)無(wú)機(jī)環(huán)境—⑤分解者的分解，A錯(cuò)誤，B正確；能量在生物體之間單向流淌，如圖中的②、③，C正確；碳元素從二氧化碳變有機(jī)物—①光合作用合成有機(jī)物，D正確。][課堂小結(jié)]知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語(yǔ)句歸納1.生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)是指組成生物體的C、H、O、N、P、S等元素，不斷地進(jìn)行著從無(wú)機(jī)環(huán)境到生物群落，又從生物群落到無(wú)機(jī)環(huán)境的過(guò)程。2.物質(zhì)循環(huán)具有全球性和循環(huán)性的特點(diǎn)。3.溫室效應(yīng)形成的緣由是化石燃料短時(shí)間內(nèi)大量燃燒使大氣中CO2含量快速增加，打破了生物圈碳循環(huán)的平衡。4.物質(zhì)作為能量的載體，使能量沿食物鏈流淌；能量作為動(dòng)力，使物質(zhì)不斷地在生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境之間循環(huán)來(lái)回。1．下列關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的敘述，不正確的是()A．所指的物質(zhì)是組成生物體的C、H、O、N、P、S等基本化學(xué)元素B．所說(shuō)的生態(tài)系統(tǒng)是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)——生物圈C．所說(shuō)的循環(huán)是指物質(zhì)在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間反復(fù)出現(xiàn)、循環(huán)流淌D．物質(zhì)在循環(huán)過(guò)程中不斷遞減D[D項(xiàng)敘述的為能量流淌的特點(diǎn)，由此判定D項(xiàng)敘述錯(cuò)誤。]2．碳在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間的循環(huán)主要是通過(guò)()A．光合作用 B．呼吸作用和光合作用C．呼吸作用 D．蒸騰作用和呼吸作用B[在生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過(guò)程中，碳循環(huán)是以有機(jī)物和二氧化碳的形式進(jìn)行的。通過(guò)綠色植物的光合作用，使無(wú)機(jī)環(huán)境中的二氧化碳進(jìn)入生物群落，生物群落中的碳以有機(jī)物形式存在，生產(chǎn)者、各級(jí)消費(fèi)者及分解者又通過(guò)呼吸作用將有機(jī)物分解成二氧化碳而回到無(wú)機(jī)環(huán)境中去。因此，碳在生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境之間的循環(huán)是通過(guò)光合作用和呼吸作用進(jìn)行的。]3．下列關(guān)于物質(zhì)循環(huán)和能量流淌的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是()A．物質(zhì)是能量流淌的載體，能量是物質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力B．無(wú)機(jī)環(huán)境中的物質(zhì)可以通過(guò)多種途徑被生物群落反復(fù)利用C．通過(guò)綠色植物的光合作用，可完成生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)D．食物鏈和食物網(wǎng)是能量流淌和物質(zhì)循環(huán)的渠道C[綠色植物的光合作用能將二氧化碳中的碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中的碳，這只是碳循環(huán)的一步，并沒(méi)有完成生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)，C項(xiàng)錯(cuò)誤。]4．某同學(xué)完成了土壤微生物的分解作用的比照試驗(yàn)，比照組是()A．土壤不做處理，自然狀態(tài)B．土壤進(jìn)行處理C．解除土壤微生物的作用D．盡可能避開(kāi)變更土壤理化性質(zhì)A[試驗(yàn)組和比照組的單一變量是土壤中是否含有微生物，所以比照組應(yīng)為不做處理的自然土壤，而試驗(yàn)組應(yīng)將土壤進(jìn)行滅菌處理，盡可能解除土壤微生物的作用。]5.如圖為我國(guó)北方處于穩(wěn)定狀態(tài)的某森林生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)示意圖，圖中A、B、C、D分別代表生態(tài)系統(tǒng)的組成成分，①～⑦代表碳元素的傳遞過(guò)程。請(qǐng)據(jù)圖回答問(wèn)題。(1)寫(xiě)出字母或標(biāo)號(hào)代表的生態(tài)系統(tǒng)的組成成分或碳循環(huán)過(guò)程B________；C________；①________；⑥________。(2)碳元素是通過(guò)[]________由無(wú)機(jī)環(huán)境進(jìn)入生物群落的，而在生物群落中是以________的形式沿____________傳遞的。(3)生物群落中的碳元素歸還到無(wú)機(jī)環(huán)境中主要依靠各類(lèi)生物的________，而另一部分碳元素則以________的形式貯存于地層中。(4)從碳循環(huán)的過(guò)程可知生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)是________和________；與碳元素的循環(huán)過(guò)程相比，能量流淌的特點(diǎn)是________和________。(5)人類(lèi)大量開(kāi)采并燃燒由古代動(dòng)植物遺體形成的煤和石油等，使地層中經(jīng)過(guò)千百萬(wàn)年積存的碳元素在短期內(nèi)大量釋放，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響主要是____________________________________________________________________。解析：(1)據(jù)圖可推斷，B代表生產(chǎn)者，C代表消費(fèi)者，①表示光合作用，⑥表示分解者的分解作用。(2)無(wú)機(jī)環(huán)境中的碳主要通過(guò)[①]光合作用