2020高中生物 第4章 第2节 生态系统稳态的维持 第2课时 生态系统中的物质循环学案 苏教版必修3

2020高中生物 第4章 第2节 生态系统稳态的维持 第2课时 生态系统中的物质循环学案 苏教版必修3

第2课时　生态系统中的物质循环 学习目标 知识概览(教师用书独具)‎ ‎1.举例说明生态系统中的物质循环。‎ ‎2.分析碳循环的过程及特点。(重点)‎ ‎3.说明物质循环与能量流动的关系及应用。(难点)‎ ‎[自 主 预 习·探 新 知]‎ ‎1．物质循环的概念和实例 ‎(1)概念：物质循环又称为生物地球化学循环，是指在生态系统中组成生物体的 C、H、O、N、P、Ca等元素，不断进行着从无机环境到生物群落，再回到无机环境的循环过程。‎ ‎(2)实例 ‎①水循环 ⅰ水循环受太阳能、大气环流等因素的影响；降水和蒸发是水循环过程中的主要环节；植物的蒸腾作用对水循环有重要的促进作用。‎ ⅱ水循环过程可以进行不断往复地迁移和转化(固态、液态和气态)。‎ ‎②碳循环 ⅰ碳在无机环境中的主要存在形式是CO2和碳酸盐，在生物群落与无机环境之间的循环形式是CO2，在生物群落内以含碳有机物形式流动。‎ ⅱ碳由无机环境进入生物群落的途径：光合作用或化能合成作用。‎ ⅲ碳由生物群落返回无机环境途径：动植物的呼吸作用、微生物的分解作用。‎ ‎(3)人类活动影响——水体富营养化 ‎①原因：水体中氮、磷含量过多。‎ ‎②结果：藻类等过度繁殖导致生态系统的稳态被破坏。‎ ‎2．能量流动和物质循环的关系 ‎(1)能量流动的特点是单向流动、逐级递减，而物质循环的特点是具有全球性、反复利用、循环流动。‎ ‎(2)物质循环的动力来自能量，而物质又是能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动。‎ ‎[基础自测]‎ ‎1．判断对错 ‎(1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。 (×)‎ 10‎ 提示：是C、H、O、N、P、Ca等元素。‎ ‎(2)碳循环在生物群落内部以CO2形式循环。 (×)‎ 提示：以含碳有机物形式流动。‎ ‎(3)化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。 (√)‎ ‎(4)物质循环中所说的“生态系统”是指一般的生态系统。 (×)‎ 提示：指的是生物圈。‎ ‎(5)沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用。 (×)‎ 提示：是物质循环利用。‎ ‎2．下列关于生态系统碳循环的叙述，不正确的是(　　)‎ A．碳在生物群落与无机环境之间主要以CO2的形式循环 B．生态系统的各种成分都参与碳循环过程 C．大气中的CO2要转变成含碳有机物只能通过绿色植物的光合作用 D．如果碳循环过程不能进行，生态系统将会被破坏 C　[碳在生物群落与无机环境之间主要以CO2的形式循环，在生物群落内部是以有机物的形式传递，A正确；生态系统的各种成分都参与碳循环过程，B正确；大气中的CO2要转变成含碳有机物主要通过绿色植物的光合作用，还可以通过部分原核生物的光合作用和化能合成作用合成有机物，C错误；如果碳循环过程不能进行，生态系统将会被破坏，D正确。]‎ ‎3．如图为生态系统中碳循环的模式图。相关叙述正确的是(　　) ‎ ‎【导学号：85732183】‎ A．1代表生产者，5可以代表化能合成作用 B．细菌在生态系统中只可以作为1、3所示成分 C．在食物链中占有碳元素最多的营养级是1所在营养级 D．碳元素的循环可以在任何一个结构完善的生态系统内独立进行 C　[分析题图可知，图中1是生产者、2是消费者、3是分解者、4是无机环境，5和7表示呼吸作用，6表示光合作用或化能合成作用，A错误；在生态系统中，细菌可以是1生产者(如硝化细菌)、2消费者(如寄生细菌)、3分解者(如腐生细菌)，B错误；在食物链中占有碳元素最多的营养级是1生产者所在营养级，C正确；碳元素的循环属于物质循环，具有全球性特点，D错误。]‎ ‎[合 作 探 究·攻 重 难]‎ 10‎ 物质循环的概念和实例 ‎[思考交流]‎ 观察下面的碳循环模式图，讨论相关问题：‎ ‎1．CO2除通过生产者的光合作用进入生物群落外，还有进入生物群落的途径吗？‎ 提示：化能合成作用。‎ ‎2．与自然界的碳循环关系最密切的两种细胞器是什么？‎ 提示：叶绿体和线粒体。‎ ‎3．碳在生态系统各成分之间的传递都是双向的吗？‎ 提示：不是，只有生产者和无机环境之间的传递是双向的，而其他成分之间的传递均是单向的。‎ ‎4．如果人们大量燃烧化石燃料，或乱砍滥伐森林，对生态系统的碳循环有何影响？‎ 提示：大量燃烧化石燃料，会使CO2在很短时间内释放出来，乱砍滥伐森林，会使大气CO2进入群落过程受阻，打破碳循环平衡，使大气中CO2的含量增高，进而导致温室效应。‎ ‎[归纳总结] ‎ ‎1．图解法理解碳循环的过程 ‎2．表格法比较碳循环的形式 进入生物群落 生物群落内部 返回无机环境 形式 CO2‎ 含碳有机物 CO2‎ 方式 光合作用和化能合成作用 食物链和食物网 生产者和消费者的呼吸作用，分解者的分解作用，化石燃料的燃烧 ‎3．碳平衡分析及对环境的影响 ‎(1)碳平衡的含义：‎ 指碳的排放和吸收在数量或质量上相等，大气中的CO2浓度相对稳定。‎ ‎(2)碳平衡的失调——温室效应：‎ 10‎ ‎[典例通关]‎ 如图是生态系统中碳循环示意图，箭头表示碳流动的方向。下列说法正确的是(　　)‎ A．图中A是生产者，C是分解者 B．图中的A、D、E为该生态系统的营养结构 C．碳在生物群落与C之间以有机物的形式流动 D．E每增加‎1 kg的体重，至少需要‎25 kg的A ‎【技巧点拨】　快速确认碳循环的各环节 D　[据图分析，A是生产者，D、E是消费者，B是分解者，C是大气中的CO2库，A错误；生态系统的营养结构指的是食物链和食物网，图中A→D→E为该生态系统的营养结构，B错误；碳在生物群落与C之间以二氧化碳的形式流动，C错误；E每增加‎1 kg的体重，至少需要A＝1÷20%÷20%＝‎25 kg，D正确。]‎ ‎[活学活用]‎ 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(　　) ‎ ‎【导学号：85732184】‎ A．碳在生物群落与无机环境之间循环的物质形式是CO2‎ 10‎ B．参与②过程的生物有生产者、消费者和分解者 C．③过程增强后②过程随之增强，所以不能通过增强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 C　[碳元素在生物群落之间以含碳有机物的形式传递，在无机环境和生物群落之间以CO2形式循环，A正确；②过程包括动物、植物以及微生物的呼吸作用，B正确；③过程主要为绿色植物的光合作用，所以光合作用增强后，能减少大气中CO2，C错误；①过程表示化石燃料的燃烧，要减少人类对①过程的依赖，需要人们开发太阳能、水能、核能等新能源才行，D正确。]‎ ‎(备选习题)‎ 如图为碳循环的部分示意图，下列说法不正确的是(　　)‎ A．碳循环是指CO2在生物圈的循环过程 B．伴随A过程的进行，能量输入生物群落中 C．图中A和B所示的物质循环具有全球性 D．能完成该循环的生物不一定含有叶绿体和线粒体 A　[碳循环是指碳元素在生物圈的循环过程，A错误；A表示光合作用和化能合成作用，伴随A过程的进行，能量主要由光能转变为化学能输入生物群落中，B正确；物质循环是在全球范围内的循环，C正确；A表示生产者的光合作用和化能合成作用，光能自养型的蓝藻和进行化能合成作用的生物不含叶绿体，B可表示生物的呼吸作用，既可以是有氧呼吸，也可以是无氧呼吸，进行无氧呼吸的生物可以没有线粒体，D正确。]‎ 能量流动和物质循环的关系 ‎[思考交流]‎ 下图为能量流动与物质循环关系图示，讨论相关问题：‎ ‎1．物质循环和能量流动的起点和终点是否相同？‎ 10‎ 提示：不同。能量流动的起点和终点分别是生产者固定的太阳能和以热能的形式散失；而物质循环过程中物质是循环利用的，所以是没有起点和终点的。‎ ‎2．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的物质是循环的。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。‎ ‎3．能量在沿食物链流动时逐级递减，环境中的一些有毒物质比如农药或重金属盐是不是浓度也越来越低？‎ 提示：伴随着物质循环过程，环境中的一些有毒物质会出现生物富集现象，即沿着食物链，营养级越高，富集物浓度越高。‎ ‎[归纳总结] ‎ ‎1．物质循环和能量流动的区别 项目 物质循环 能量流动 形式 以化学元素形式流动 光能→化学能→热能(一般形式)‎ 过程 在无机环境和生物群落间往复循环 沿食物链(网)单向流动 范围 生物圈 生态系统各营养级 特点 反复利用，循环流动 单向流动，逐级递减 ‎2．物质循环和能量流动的联系 ‎(1)能量的固定、储存、转移、释放离不开物质的合成和分解。‎ ‎(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。‎ 特别提醒：生态系统物质循环和能量流动“平衡”的相对性 ‎(1)一个生态系统的能量流动和物质循环保持着相对的平衡，这是生态系统相对稳定的重要保证。‎ ‎(2)在生物圈范围内物质是循环的，但是农田中不断有粮食产出，所以要不断地补充物质，如施加氮肥。‎ ‎[典例通关]‎ 图示为一个简化的草原生态系统能量流动和物质循环示意图，据图对图中箭头的含义进行表中所列项目的分类，正确的是(　　)‎ 10‎ 含义 所属箭头号码 ‎①生物群落中能量的散失 ‎②生物群落中的物质回归无机环境 ‎③无机环境中的能量进入生物群落 ‎④能量在生物之间单向流动 ‎⑤能量在食物链中流动 ‎⑥碳元素从有机物变为二氧化碳 ‎⑦碳元素从二氧化碳变为有机物 A．①——(2)(3)(5)‎ B．②——(5)，③——(1)‎ C．④——(2)(3)(5)，⑤——(2)‎ D．⑥——(4)，⑦——(1)‎ ‎【技巧点拨】　(1)回顾碳循环的过程及与能量流动的关系；(2)识别题干信息中各标号的含义。‎ D　[①各种生物成分通过呼吸作用，一部分能量以热能的形式散失，对应图中(4)；②物质返回无机环境中，也是通过呼吸作用，对应图中(4)；③通过生产者固定太阳能，对应图中(1)；④能量在生物之间单向流动和⑤能量在食物链中流动，对应图中的(2)；⑥碳元素从有机物变为二氧化碳，也是来自呼吸作用，对应(4)；⑦碳元素从二氧化碳变为有机物是通过光合作用实现的，对应图中(1)。]‎ ‎[活学活用]‎ 下图为生态系统中能量流动和碳循环的关系图，据图回答下列问题。‎ ‎(1)对物质循环起关键作用的生态系统的成分是[　]________和[　]________。‎ ‎(2)图中的①③⑤表示的生理过程分别是：①________，③________，⑤________。‎ ‎(3)c生物处于第________营养级，若要使c增加‎200 kg至少需要消耗a________kg。‎ ‎[解析]　据生态系统的能量流动和物质循环的原理可知，a为生产者，①是光合作用；b是初级消费者，c为次级消费者，②③④为呼吸作用；d为分解者，⑤为分解作用。按照能量逐级递减的原则，若使c增加‎200 kg至少需要a的量为200÷20%÷20%＝5 000(kg)。‎ ‎[答案]　(1)a　生产者D　分解者　(2)光合作用　呼吸作用　分解作用 10‎ ‎(3)三　5 000‎ ‎(备选习题)‎ 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．①②；④⑥　　　 B．②③；④⑥‎ C．②③；④⑤ D．①③；④⑥‎ B　[连接生物群落与无机环境的重要生理作用：光合作用将无机物转变成有机物进入生物群落，将光能转变成化学能流入生物群落；呼吸作用将有机物转变成无机物，归还给无机环境，同时将化学能释放出来。两个主要环节：生产者进行光合作用，它是能量流动的起点，在物质循环中将无机物转变成有机物进入生物群落；分解者将复杂的有机物转变成无机物，是能量流动的终点，在物质循环中将进入生物群落的物质重新归还给无机环境。]‎ ‎[当 堂 达 标·固 双 基]‎ ‎1．从物质循环的角度看，人体内的碳元素究其根源来自(　　)‎ A．燃料中的碳　　　 B．所食动物体内的碳 C．食物中的碳 D．大气中的二氧化碳 D　[人类直接或间接以生产者为食，碳元素都是来自生产者，而生产者固定的CO2来自大气。]‎ ‎2．关于生态系统的物质循环的叙述，不正确的是(　　)‎ A．所说的物质是指组成生物体的一些基本化学元素 B．所说的生态系统是地球最大的生态系统——生物圈 C．所说的循环是指物质在生物与无机环境之间反复出现、循环流动 D．物质在循环过程中不断递减 D　[物质循环的实质为元素在生物圈这个最大的生态系统中往复出现、循环利用，在这个过程中物质是守恒的。]‎ ‎3．下列关于生态系统功能的叙述中，不正确的是(　　)‎ A．能量只能由较低营养级流向较高营养级 B．食物链中的营养级可能是无限的 C．能量流动和物质循环可以长期地保持动态平衡 D．生态系统中的能量最终以热能的形式散失到环境中 B　[能量沿食物链流动的特点是逐级递减，即营养级越高，所能获得的能量越少，所以食物链中的营养级不可能是无限的。]‎ ‎4．如图表示生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙述正确的是(　　) ‎ 10‎ ‎【导学号：85732185】‎ A．③过程代表绿色植物的光合作用 B．图中A、B分别代表消费者和生产者 C．农业生产中的中耕松土可以增大⑤过程 D．温室效应主要是由⑦过程造成的 D　[据图可知B是生产者，③过程表示生产者的呼吸作用，④过程表示生产者的光合作用，A错误；根据图中各成分之间的关系判断：B是生产者，A是分解者，C是消费者，B错误；图中⑤过程为消费者(动物)的呼吸作用，动物一般在地面活动，所以农业生产中的中耕松土对⑤过程几乎没有影响，C错误；温室效应是由于大气中二氧化碳骤然增多导致的，大气中二氧化碳的来源有各种生物的呼吸作用和化石燃料的燃烧，而化石燃料的燃烧是大气中二氧化碳增多的主要原因，D正确。]‎ ‎5．下图是生态系统的碳循环图解。图中A～D代表生态系统的4种成分，①～⑦代表碳元素在生态系统中循环的途径。请仔细分析图，并回答下列问题：‎ ‎(1)图中A代表________，碳在C中以________形式存在。‎ ‎(2)图中代表光合作用的是________，代表分解作用的是________，代表呼吸作用的是________。‎ ‎(3)图中B代表________，它在生态系统中的作用是_______________________________________________________________‎ ‎___________________________________________________________。‎ ‎(4)碳元素在⑤和⑦中是以________形式流动，在①和⑥中是以________的形式流动。‎ ‎[解析]　图中A和D进行双向的物质传递，而且A指向B、C、D，而A、B、C指向D，可知A是生产者，C是消费者，B为分解者，D为无机环境。图中的箭头表现了生物群落中的不同生物与无机环境的相互作用。③是光合作用，将无机环境中的CO2转化为有机物中的碳。动植物的遗体、排出物和残落物等复杂的有机物通过B分解者分解为简单的无机物。②⑤为生物群落中的各种生物将有机物通过细胞呼吸分解为CO2返回无机环境的过程，即细胞呼吸。‎ 10‎ ‎[答案]　(1)生产者　有机物　(2)③　⑦　②⑤‎ ‎(3)分解者　将动植物的遗体、排出物和残落物等复杂的有机物分解为简单的无机物　(4)CO2　有机物 ‎[核心语句归纳]‎ ‎1．生态系统中的物质循环又称为生物地球化学循环，是指在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等元素，不断进行着从无机环境到生物群落，再回到无机环境的循环。‎ ‎2．物质循环和能量流动密切相关，又有本质区别。物质循环的动力来自能量，而物质又是能量的载体。‎ ‎3．在无机环境中，碳主要是以CO2和碳酸盐的形式存在的。‎ ‎4．碳循环过程中两个重要的生理过程是光合作用和细胞呼吸。‎ 10‎