第3節生態系統的物質循環[基礎檢查]1.從物質循環的角度看,人體內的碳元素究其根源來自()A.燃料中的碳 B.植物中的碳C.食物中的碳 D.大氣中的二氧化碳解析:人體內的碳元素來自食物,則直接或間接來自綠色植物,而綠色植物中的碳元素存在于有機物中,有機物是由綠色植物進行光合作用將大氣中的二氧化碳固定所得,因此人體內的碳元素究其根源來自大氣中的二氧化碳。答案:D2.下列生物群落的生理活動與碳循環直接相關的是()①光合作用②呼吸作用③微生物的分解作用④蒸騰作用A.①②③ B.①③④C.②③④ D.①②④解析:綠色植物通過光合作用將二氧化碳轉變為有機物中的碳,①正確;生物通過呼吸作用能分解有機物,產生二氧化碳并釋放到大氣中,②正確;微生物的分解作用能將有機物分解,產生二氧化碳并釋放到大氣中,③正確;蒸騰作用是指植物體內的水散失到環境中,與碳循環無直接關系,④錯誤。答案:A3.某生態系統中,鎘在沿著食物鏈轉移的過程中產生生物富集。該生態系統中有甲、乙、丙、丁4個營養級,各營養級所積累的鎘的相對濃度如下圖所示。下列相關敘述錯誤的是()A.上述4個營養級可以構成食物網B.4個營養級中處于最高營養級的是丙C.鎘不屬于該生態系統的組成成分D.4個營養級所同化的能量值的關系可表示為丁>甲+乙+丙解析:同一生態系統中不同營養級的生物可以構成食物網,A項正確;某些有害物質沿食物鏈積累,因此體內含有鎘的量越多的生物,營養級越高,則丙所處的營養級最高,B項正確;生態系統的組成成分包括生物群落和非生物環境,鎘屬于生態系統的組成成分,C項錯誤;由題圖可知,丁含鎘量最低,說明其所處的營養級最低,則其固定的能量最多,由于能量是單向傳遞、逐級遞減的,因此4個營養級所同化的能量值的關系可表示為丁>甲+乙+丙,D項正確。答案:C4.兩名同學在觀看有關恐龍的影片時,甲同學提出:“我體內的能量中可能有遠古恐龍體內的能量。”乙同學也提出:“我體內的物質中也可能有遠古恐龍體內的物質。”這兩名同學的說法()A.都有道理B.都錯誤C.只有甲同學的說法有道理D.只有乙同學的說法有道理解析:生態系統中能量以有機物為載體沿著食物鏈和食物網單向流動、逐級遞減,最終以熱能的形式散失,不能循環利用;生態系統中物質可以在生物群落和非生物環境間循環。能量是單向流動、不循環的,所以遠古恐龍體內的能量最終轉化為熱能散失了,故甲同學的說法錯誤;物質是循環的、可重復利用的,遠古恐龍體內的元素可進入非生物環境,非生物環境中的物質可以被生物群落反復利用,所以乙同學的說法有道理。答案:D5.在生物圈中,物質和能量流動的特點是 ()A.物質流動和能量流動都是循環的B.物質的流動是不循環的,能量的流動也是不循環的C.物質的流動是循環的,能量的流動是單向、不循環的D.物質的流動是單向、不循環的,能量的流動是循環的解析:生態系統中物質可以在生物群落與非生物環境之間循環往返;能量流動是單向的、逐級遞減的。答案:C6.下圖所示為碳循環的主要途徑,下列有關敘述錯誤的是()A.圖中B能實現光能→化學能的轉化B.B→C→D的能量傳遞效率是變化的C.B、E是實現生物群落與非生物環境溝通的關鍵環節D.E以B、C、D為食而處于第二、三、四營養級解析:分析題圖可知,A為非生物環境,B為生產者,E為分解者,C和D均為消費者。生產者(B)能進行光合作用,在光合作用過程中實現了光能→化學能的轉化,A項正確;相鄰兩個營養級之間的能量傳遞效率為10%~20%,因此B→C→D能量傳遞效率是可以變化的,B項正確;生產者(B)能將無機物轉化為有機物,同時儲存能量,而分解者(E)能將有機物轉化為無機物,并釋放能量,因此B、E是實現生物群落與非生物環境溝通的關鍵環節,C項正確;分解者(E)不參與食物鏈的組成,D項錯誤。答案:D7.中國農民幾千年來的耕作方法記載如下:積極種植能夠固氮的豆科作物,收集一切可能的有機物質,包括人畜糞便、枯枝落葉、殘羹剩飯、河泥、炕土、老墻土以及農產品加工過程中的廢棄物等,采用堆肥和漚肥等多種方式,把它們轉變為有機肥料,施用到農田中。這種做法不具有的優點是 ()A.改善了土壤結構B.培育了土壤微生物C.實現了土壤養分的循環利用D.實現了能量的循環利用解析:“無廢棄物農業”能改善土壤結構,培育土壤微生物,實現土壤養分(如氮、磷、鉀)的循環利用,但不能實現能量的循環利用。答案:D8.下圖所示為一個人工生態系統,下列敘述不符合其能量流動和物質循環特點的是()A.物質經過多級利用實現良性循環B.每一級生產環節都獲得產品,提高了生態經濟效益C.由于食物鏈延長,能量逐級損耗,系統總能量利用率降低D.由于各級產物都可以利用,減少了廢物和污染解析:題圖所示系統實現了物質的循環利用和能量的多級利用,系統總能量利用率提高。答案:C9.(2023·深圳)總生態系統生產力(GEP)是生態系統固定的碳總量,作為碳循環研究其組成部分,有著不可估量的生態價值。據此回答下列問題。(1)生態系統中生物群落的碳最終主要是通過植物的形成的,碳能夠在無機環境和生物群落之間循環,并且在生物群落內部進行傳遞。這里碳的循環和傳遞的形式分別是、(選填“二氧化碳”“有機物”或“碳元素”),碳排放問題的解決需要世界各國通力合作,因為碳循環具有的特點。

(2)生態系統中生產者固定的碳通過食物鏈不能全部傳遞到消費者中,其中一部分會流向,還有一部分會通過作用散失。

(3)我國力爭在2030年前實現碳達峰,2060年前實現碳中和(CO2排放量與吸收量相等)。除了減少化石燃料燃燒以外還可采取的措施有

(答出一點即可)。

解析:物質循環是指組成生物體的化學元素不斷地從無機環境進入生物群落,再從生物群落返回到無機環境中的過程。(1)生態系統中生物群落的碳最終主要是通過植物的光合作用將空氣中的二氧化碳以含碳有機物的形式固定下來,此后以含碳有機物的形式在生物群落內部進行傳遞,最終通過分解者的分解作用變成二氧化碳返回到無機環境中,可見碳在無機環境和生物群落之間循環的方式是二氧化碳,而在生物群落內部是以含碳有機物的形式進行傳遞的,碳排放問題的解決需要世界各國通力合作,因為碳循環具有全球性、循環性的特點。(2)生態系統中生產者固定的碳通過食物鏈不能全部傳遞到消費者中,這是因為生產者同化的能量首先會通過呼吸消耗一部分,另一部分能量用于自身生長、發育和繁殖。這部分用于自身生長,發育和繁殖的能量中一部分會流向分解者,另外一部分未被利用,剩下的才流向消費者。(3)我國在2030年前實現碳達峰,即之后逐漸設法減少二氧化碳的排放量,除了減少化石燃料燃燒以外,還可通過植樹造林、開發太陽能等清潔能源來減少二氧化碳的排放。答案:(1)光合作用二氧化碳有機物全球性(2)分解者呼吸(3)植樹造林,開發太陽能等清潔能源[拓展應用]10.(2021·中山)下圖為部分碳循環示意圖,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ代表不同生物類群,①②代表相關的生理過程,相關敘述錯誤的是 ()A.圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共同構成生物群落B.該生態系統通過捕食關系構成的聯系是Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→ⅣC.經過②過程釋放的能量會重新經過①過程進入生物群落D.碳元素在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ之間以含碳有機物的形式傳遞解析:分析題圖可知,Ⅰ是生產者,Ⅱ是初級消費者,Ⅲ是次級消費者,Ⅳ是三級消費者,Ⅴ是分解者,①是光合作用,②是各生物的呼吸作用。圖中Ⅰ是生產者,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是消費者,Ⅴ是分解者,共同構成生物群落,A項正確;分解者不參與構成食物鏈,該生態系統構成的捕食關系是Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ,B項正確;能量是單向流動的,不能循環利用,C項錯誤;碳元素在生物群落之間以含碳有機物的形式傳遞,D項正確。答案:C11.下圖是我國北方處于平衡狀態的某森林生態系統的碳循環示意圖,其中箭頭表示碳的傳遞方向,字母表示碳傳遞途徑。下列敘述錯誤的是()A.碳從植物體流入動物體的主要形式是有機物B.a途徑是通過光合作用實現的,b、d、g途徑是通過呼吸作用實現的C.碳在生物群落與非生物環境之間的循環主要以二氧化碳的形式進行D.如果圖中的字母表示碳元素傳遞的數量,植物正常生長,則夏季a、b、c、e之間的關系可表示為a=b+c+e解析:碳從植物體內以含碳有機物的形式被動物攝食,并使得能量流入動物體內,A項正確;由圖形分析可知,a表示植物的光合作用,b表示植物的呼吸作用,d表示動物的呼吸作用,g表示分解者的分解作用(呼吸作用),B項正確;碳在生物群落與非生物環境之間的循環主要是以二氧化碳的形式進行的,在生物群落內部以含碳有機物的形式進行,C項正確;e、f代表動植物的遺體和動物的排遺物流向分解者,夏季植物正常生長,則植物體內存在有機物積累,進入植物體的碳元素數量應多于從植物體傳遞出的碳元素數量,則a>b+c+e,D項錯誤。答案:D12.(2022·普寧)下圖是某湖泊生態系統中存在捕食關系的三個魚種群一年內能量流動統計的部分數據。有關敘述不正確的是()A.種群Ⅱ全部生物的呼吸消耗能量小于5.45×107kJB.種群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和該湖泊其他動物及所有植物構成一個生物群落C.種群Ⅰ儲存在有機物中的能量占流入能量的比例與種群Ⅲ相同D.不同營養級之間的能量流動以有機物為載體解析:種群Ⅱ同化的能量=呼吸消耗的能量+被種群Ⅰ同化的能量+被分解者分解的能量+未被利用的能量,根據圖中數據可知,種群Ⅱ全部生物的呼吸消耗的能量應小于(1111541.5)×106=5.45×107(kJ),A項正確;一定區域中所有生物構成群落,題圖存在捕食關系的生物只有生產者和消費者,其與該湖泊其他動物及所有植物不能構成一個生物群落,B項錯誤;種群Ⅰ同化量為15,呼吸消耗是9,儲存在有機物中的能量為159=6,占流入能量的百分比為6÷15×100%=40%,而種群Ⅲ同化量為3.0,呼吸消耗的能量為1.8,則儲存在有機物中的能量為3.01.8=1.2,占流入能量的百分比為1.2÷3×100%=40%,即種群Ⅰ儲存在有機物中的能量占流入能量的比例與種群Ⅲ相同,C項正確;物質是能量的載體,生態系統中的能量以有機物的形式在不同營養級之間流動,D項正確。答案:B13.植樹造林不但可以保持水土、防風固沙,還可以帶來經濟效益。森林中的植物通過光合作用將大氣中的CO2固定在植被中,從而使大氣中的CO2濃度降低。植樹造林是促進碳循環和降低大氣CO2濃度的重要舉措。回答下列問題。(1)森林中的綠色植物通過光合作用固定的能量,一部分,另一部分用于。

(2)若因管理不善導致森林發生火災,則森林也可能成為一種碳排放源。某地區廣泛種植的桉樹人工林由于樹種單一,易受林火干擾。科研人員以桉樹林為研究對象,研究了不同強度林火干擾對植被碳密度(反映各組分在光合作用中固碳能力的差異)的影響,結果如下圖所示,由圖分析可知,林火主要干擾了(填植物種類)的碳密度,使植被總的碳密度減小。輕度林火干擾對植被碳密度影響的差異不顯著,這說明,但是林火干擾在一定程度上增大了草本植物的碳密度,其主要原因是

。

(3)植樹造林的過程中需要提高森林的固碳能力,從物種及生態系統穩定性方面考慮,在引種時需要考慮的因素有

(答出兩點)。

解析:(1)同化量=自身呼吸作用中以熱能形式散失的量+自身生長、發育和繁殖等生命活動的消耗量。森林中植物通過光合作用固定的能量,一部分通過自身呼吸作用以熱能形式散失,另外一部分用于自身的生長、發育和繁殖等生命活動。(2)由圖可知,隨著林火程度加重,喬木減少,而灌木和草本植物增加,則林火主要干擾了喬木的碳密度。輕度林火干擾對植被碳密度影響差異不顯著,說明生態系統具有一定的自我調節能力,但是這種自我調節能力是有一定限度的。林火干擾能提高草本植物的碳密度,說明草本通過光合作用固定的有機物總量增多了,由此推測主要原因是火災后草本植物接受的光照更加充足,土壤中無機養料增多,從而提高草本植物的碳密度。(3)要提高森林的固碳能力,在引種時需要考慮引種植物對鹽的耐受力是否在本土環境鹽度范圍內,引種植物是否會對本地其他植物造成生態威脅等不良的影響,引種植物在森林中的生態位等因素,即需要考慮的因素有:營造混交林,引進適應當地環境的樹種,對引進樹種進行遺傳改良等。答案:(1)經自身呼吸作用以熱能的形式散失自身的生長、發育和繁殖等生命活動(2)喬木生態系統具有一定的自我調節能力火災后草本植物接受的光照更加充足;火災后土壤中的無機養料增多(3)營造混交林;引進能適應當地環境且不會對本地物種產生危害的樹種;對引進樹種進行遺傳改良探究實踐課:探究土壤微生物的分解作用一、實驗目的1.設計和進行對照實驗,嘗試探究土壤微生物的分解作用,提升科學探究能力。2.分析土壤微生物分解淀粉的情況,理解微生物分解的原理。二、實驗原理1.土壤中存在種類、數目繁多的細菌、真菌等微生物,它們屬于生態系統成分中的分解者。2.分解者的作用是將環境中的有機物分解為無機物,其分解速度與環境中的溫度、水分等生態因子相關。三、實驗材料土壤、落葉、淀粉、斐林試劑、碘液、燒杯、試管、恒溫培養箱、紗布等。四、實驗流程案例1:落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎?實驗假設:土壤微生物能分解落葉使之腐爛。實驗設計實驗組:對土壤實驗觀察:觀察落葉的腐爛程度。案例2:探究土壤微生物對淀粉的分解作用。實驗假設:土壤微生物能分解淀粉。實驗設計:實驗組A燒杯中加入30mL土壤浸出液A1燒杯:加入碘液A2燒杯:加入斐林試劑對照組B燒杯中加入30mL蒸餾水B1燒杯:加入碘液B2燒杯:加入斐林試劑自變量微生物的有無實驗觀察:觀察試管中溶液顏色的變化。五、實驗操作1.操作提醒。(1)探究活動最好在實驗室中進行,以便更好地控制實驗變量,避免環境中許多不可控制的因素的影響。(2)各地氣候與環境等因素不同,微生物分解落葉的能力也不同,需要的時間也有差異,一般需要溫暖、濕潤的條件。2.實驗報告。實驗時間某年某月某日。實驗地點實驗室。實驗環境常溫、常壓,溫度20℃等。實驗結果實驗記錄項目案例1案例2實驗現象在相同時間內,實驗組落葉腐爛程度小于對照組AA1不變藍A2產生磚紅色沉淀BB1變藍B2無磚紅色沉淀產生實驗結論案例1:土壤微生物能分解落葉使之腐爛。案例2:土壤微生物能分解淀粉。實驗反思成功之處設計對照實驗,通過對比,使實驗現象更加明顯。不足之處采集的土壤樣本不夠肥沃,其中的微生物數量相對較少。3.實驗拓展。夏初落入土壤中的葉片比秋末落入土壤中的葉片分解得快,是因為夏天溫度高,還是土壤濕度大,還是綜合因素引起的?提示:溫度與濕度為兩個自變量,設計高溫高濕、高溫低濕、低溫高濕、低溫低濕共四個環境,去探究在不同環境下落葉的分解。實驗評價1.若探究落葉是否在土壤微生物的作用下腐爛,下列實驗設計中不符合實驗目的的是()A.可選擇帶有落葉的土壤為實驗材料,篩選出落葉和土壤B.將落葉平均分成兩份,把土壤也平均分成兩份C.將滅菌的落葉設為實驗組,不做處理的落葉設為對照組D.將落葉分別埋入兩組土壤中,觀察腐爛情況解析:該實驗是為了探究落葉的腐爛是否與土壤微生物有關,所以該實驗的自變量是土壤中是否含微生物,其他無關變量應保持一致。答案:C2.某生物學興趣小組以帶有落葉的表層土壤(深5cm左右)為實驗材料,研究土壤微生物在適宜溫度下的分解作用,對土壤的處理見下表。下列有關敘述錯誤的是()組別1組2組3組4組是否滅菌滅菌不滅菌滅菌不滅菌濕度條件濕潤濕潤較干燥較干燥A.探究的問題是不同土壤濕度條件下,土壤微生物對落葉的分解作用B.預期結果是1、3組中的落葉不被分解,2、4組中的落葉被不同程度地分解C.為了控制實驗中的無關變量,作為實驗材料的落葉也應進行滅菌處理D.該實驗的自變量為土壤是否滅菌處理,實驗中的對照組是1組和3組解析:由2組和4組可知,該實驗探究的問題是不同土壤濕度條件下,土壤微生物對落葉的分解作用,A項正確;1、3組土壤滅菌,沒有微生物,落葉不被分解;2、4組土壤不滅菌,有微生物,但濕度不同,則落葉分解程度不同,B項正確;該實驗中微生物來自土壤,所以為控制無關變量,落葉應進行滅菌處理,C項正確;該實驗的自變量為土壤是否滅菌和濕度條件,對照實驗需遵循單一變量原則,在濕潤條件下1、2組形成對照,對照組為2組;在較干燥條件下3、4組形成對照,對照組為4組,D項錯誤。答案:D3.下圖是兩個生態系統中腐殖質總量隨時間變化的情況示意圖,這兩個生態系統分別是 ()A.a是熱帶草原,b是熱帶雨林B.a是熱帶雨林,b是溫帶草原C.a是凍原,b是熱帶雨林D.a是凍原,b是溫帶草原解析:土壤腐殖質總量與落葉量、微生物分解能力等因素有關。熱帶雨林落葉量較大,微生物分解能力強,故土壤腐殖質總量少;凍原落葉較熱帶雨林少,但微生物活動弱,故土壤腐殖質總量多。答案:C4.(2021·湛江)為修復長期使用農藥導致有機物污染的農田,研究人員向農田土壤中投放了多種微生物組成的復合菌劑。下列敘述錯誤的是()A.投入土壤的微生物能促進物質循環B.加入菌劑后,可能會提高土壤營養結構的復雜性C.微生物可能分泌胞外酶降解土壤中的有機污染物D.投放復合菌劑后,會降低土壤小動物類群的豐富度解析:投入土壤的微生物能把農田中的有機污染物分解成無機物,進入無機環境,參與物質循環,因此能促進物質循環,A項正確;加入菌劑后,這些微生物能分解有機質,比如作物的殘根敗葉和施入土壤中的有機肥料等,只有經過土壤微生物的作用,才能腐爛分解,釋放出營養元素,供作物利用,并形成腐殖質,提高土壤營養結構的復雜性,B項正確