第05講生態系統的物質循環

【學習目標】

1.了解生態系統的功能物質循環途徑，以胡楊樹林為例，構建生態系統的物質循環概念，闡釋能量流動和物

質循環的關系。進一步培養結構與功能觀、物質與能量觀、穩態與平衡觀。

2.科學思維：通過概括能量流動和物質循環的關系，分析在維持生態系統的穩定性中的價值，并運用所學知

識解決問題。

3.科學探究：通過對案例的分析與討論，理解物質循環過程，并能解決實際問題。

4.能夠運用人體穩態與平衡觀，結合物質循環的過程，關注人與自然和諧相處的意義，提出改進農業生產方

式的新思路。

【基礎知識】

一、生態系統的物質循環

組成生物體的C、H、O、N、P、S等基本元素，不斷進行的從無機環境到生物群落，再從生物群落到無機

環境的往復循環過程。

歸納總結：

1.研究的對象是基本元素而不是化合物；

2.研究的范圍是整個生物圈，而不是某個具體的生態系統；

3.特點是循環往復，全球性。

二、碳循環的過程

.非牛物環境大氣。02

呼

光合

呼

呼

燃

吸

作用

吸

吸

/燒

作

作

作

分

用

用

用

解

作

用

生物群落含碳有機物

1.碳循環中各成分包括:生產者、消費者、分解者和大氣中的C02庫。

2.雙箭頭的一端是生產者(除雙箭頭外，其余箭頭都向外指)，另一端是無機環境(除雙箭頭外，其余箭頭

都指向自己)。

3.碳在無機環境的主要存在形式是CCh和碳酸鹽。

4.碳在生物群落內部以有機物形式存在。

5.系統分析法分析碳循環

主要物質形式主要參與生物主要生理作用

無機環境一生物群落生產者光合作用

co2

生物群落內部有機物生產者、消費者、分解者捕食、寄生、腐生

生物群落一無機環境生產者、消費者、分解者呼吸租用

co2

三、生物富集

生物體從周圍環境吸收、積蓄某種元素或難以降解的化合物，使其在機體內濃度超過環境濃度的現象。

歸納總結

1.研究對象：某種元素或難以降解的化合物：人工合成的有機物：如DDT、六六六，重金屬：如鉛(Pb)、鎘

(Cd)、汞(Hg)。

2.富集途徑：植物從環境吸收，人和其他生物沿食物鏈從食物吸收。

3.富集效應：隨著營養級升高濃度升高。

四、土壤微生物對落葉的分解作用

1.實驗原理：土壤中存在種類、數目繁多的細菌、絲狀真菌和呈放射狀的放線菌，它們在生態系統中的成分

為分解者。分解速度主要與環境溫度和濕度有關。

2.參考案例

提出問題落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎？

實驗假設落葉在土壤微生物的作用下可以腐爛

自變量土壤中是否含微生物

實驗設計實驗組對土壤滅菌處理

對照組對土壤不做任何處理(自然狀態)

實驗現象相同時間內對照組落葉腐爛，實驗組不腐爛

結論分析土壤微生物對落葉有分解作用

注意事項：

1.實驗組與對照組葉片種類、狀態、數量與大小要保持一致。

2.土壤的滅菌處理不能在高溫下進行，以避免改變土壤理化性質o土壤滅菌的方法是是將土壤用塑料袋包好,

放在60℃恒溫箱滅菌1小時。

五、土壤微生物對淀粉的分解作用

1.實驗原理：土壤中存在種類、數目繁多的細菌、絲狀真菌和呈放射狀的放線菌，它們在生態系統中的成分

為分解者。分解速度主要與環境溫度和濕度有關。

2.實驗步驟：配制土壤浸出液一在淀粉糊中分別加入土壤浸出液和等量蒸鐳水分解處理一檢測土壤分解效

果。

3.參考案例

提出問題土壤微生物能分解淀粉嗎？

實驗假設土壤微生物能分解淀粉。

實驗設計自變量是否加入土壤浸出液

實驗組A杯中加入適量淀粉糊+30mL土壤浸出液

對照組B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸儲水

實驗現象加入碘液Ai組不變藍

Bi組變藍

加入斐林試劑A2組出現磚紅色沉淀

B2組不出現磚紅色沉淀

實驗結論土壤微生物對淀粉有分解作用

,【考點剖析】

點一：生態系統的物質循環

例1“落紅不是無情物，化作春泥更護花”體現了生態系統中物質循環的原理。根據這一原理，下列

說法不正確的是（）

A.物質循環中的“物質”指的是組成生物體的各種元素

B.物質循環中的“循環”指的是在生物群落和無機環境之間的循環

C.物質是能量的載體，物質循環也可以促進能量循環利用

D.生態農業可以加快生態系統的物質循環

【答案】C

【解析】生態系統的物質循環（生物地球化學循環）：在生態系統中，組成生物體的C、H、0、N、P、Ca

等元素，不斷進行著從無機環境到生物群落，再回到無機環境的循環。物質循環的特點：循環往復、反復

利用，具有全球性。能量流動與物質循環之間的聯系：①兩者同時進行，彼此相互依存，不可分割；

②能量的固定、儲存、轉移、釋放，都離不開物質的合成和分解等過程；

③物質作為能量的載體，使能量沿著食物鏈（網）流動；能量是推動物質循環的動力，使物質能夠不斷地

在生物群落和無機環境之間循環往返。

物質循環中的“物質”指的是組成細胞的各種元素，A正確；物質循環中的“循環”指的是在無機環境與生物群

落之間，B正確；生態系統的能量流動是單向的，不能循環利用，C錯誤；生態農業中利用人的調控作用,

可以加快物質循環，D正確。

考點二：碳循環的過程

2.“碳中和”是指國家、企業或個人等通過植樹造林、節能減排等形式，以抵消自身產生的二氧化

碳或溫室氣體排放量，實現正負抵消，達到相對“零排放”，下列敘述錯誤的是（）

A.碳循環具有全球性，不是每個自然生態系統都可依靠自身實現“碳中和”

B.碳循環指CO?不斷進行著從無機環境到生物群落，又從生物群落到無機環境的循環過程

C.植樹造林和減少化石燃料的燃燒，有利于“碳中和”提前實現

D.過度的人工碳排放可能會導致海平面上升

【答案】B

【解析】碳循環過程為：無機環境中的碳通過光合作用和化能合成作用進入生物群落，生物群落中的碳通

過呼吸作用、微生物的分解作用、燃燒進入無機環境。碳循環具有全球性，“碳中和”是全球性的，不是單獨

的生態系統依靠自身能實現，A正確；碳循環是指C元素不斷進行著從無機環境到生物群落，又從生物群

落到無機環境的循環過程，B錯誤：實現“碳中和”，可以增加生產者的數量，提高生產者對二氧化碳的消耗,

C正確；過度的人工碳排放可能會導致大氣中二氧化碳濃度增加，溫室效應的產生導致海平面的上升，D正

確。

考點三：生態系統的碳循環

例3.生態系統的物質循環包括碳循環和氮循環等過程。下列有關碳循環的敘述，錯誤的是（）

A.消費者沒有參與碳循環的過程

B.生產者的光合作用是碳循環的重要環節

C.土壤中微生物的呼吸作用是碳循環的重要環節

D.碳在非生物環境與生物群落之間主要以CO2形式循環

【答案】A

【解析】生態系統指在自然界的一定的空間內，生物與環境構成的統一整體，在這個統一整體中，生物與

環境之間相互影響、相互制約，并在一定時期內處于相對穩定的動態平衡狀態。生態系統的范圍可大可小,

相互交錯，太陽系就是一個生態系統，太陽就像一臺發動機，源源不斷給太陽系提供能量。消費者的存在

能加快生態系統的物質循環（碳循環），A錯誤；光合作用是指生產者利用光能，將二氧化碳和水轉化成

有機物，并且釋放出氧氣的過程，大氣CO2庫中的碳進入生物群落是通過生產者的光合作用或化能合成作

用實現的，生產者的光合作用是碳循環的重要環節，B正確；土壤中的微生物可以通過呼吸作用將含碳有機

物中的碳返回大氣中，土壤中微生物的呼吸作用是碳循環的重要環節，C正確；碳在生物群落和非生物環境

之間的循環主要以C02的形式進行，在生物群落內部主要以含碳有機物的形式傳遞，D正確。

考點四、物質循環和能量流動的聯系

4.下列關于生態系統中物質循環和能量流動的敘述，錯誤的是（

A.使用糞便作為肥料，其能量可以流向植物，實現了對能量的循環利用

B.碳在生物群落與非生物環境之間的循環主要是以CO2的形式進行的

C.非生物環境中的物質可以被生物群落反復利用

D.能量流動和物質循環是同時進行的，彼此相互依存，不可分割

【答案】A

【解析】A、使用糞便作肥料，其被微生物分解產生的無機物可以被植物利用，實現了物質的循環再生，但

能量以熱能的形式散失，不能被植物利用，A錯誤；

B、碳在生物群落與無機環境之間的循環主要是以C02的形式進行的，B正確；

C、物質循環具有反復性，無機環境中的物質可以通過多種途徑被生物群落反復利用，C正確；

D、生態系統的功能中，物質循環和能量流動同時進行，彼此相互依存、不可分割，D正確。

【真題演練】

1.（2022.北京.高考真題）魚腥藍細菌分布廣泛，它不僅可以進行光合作用，還具有固氮能力。關于該藍

細菌的敘述，不正確的是（）

A.屬于自養生物B.可以進行細胞呼吸

C.DNA位于細胞核中D.在物質循環中發揮作用

2.（2021?北京?高考真題）野生草本植物多具有根系發達、生長較快、抗逆性強的特點，除用于生態治理

外，其中一些可替代木材栽培食用菌，收獲后剩余的菌渣可作肥料或飼料。相關敘述錯誤的是（）

A.種植此類草本植物可以減少水土流失

B.菌渣作為農作物的肥料可實現能量的循環利用

C.用作培養基的草本植物給食用菌提供碳源和氮源

D.菌渣作飼料實現了物質在植物、真菌和動物間的轉移

3.（2022?河北高考）（多選）18.某林場對林下無植被空地進行開發，采用了“上層林木+中層藤本藥材+下

層草本藥材+地表藥用真菌，，的立體復合種植模式。下列敘述正確的是（）

A.林、藤、草和真菌等固定的太陽能是流入該生態系統的總能量

B.該模式改變了生態系統物質循環的渠道

該模式提高了生態系統的抵抗力穩定性

D.該模式利用群落的垂直結構提高了群落利用環境資源的能力

4.（2022?湖北高考）22.如圖為生態系統結構的一般模型，據圖回答下列問題:

（填“一定”或“不一定”）少于植食性動物的

數量。

（2）如果②、③、④代表能量流動過程，④代表的能量大約是②的

（3）如果圖中生產者是農作物棉花，為了提高棉花產量，從物質或能量的角度分析，針對②的調控措施及

理由分別是;針對⑦的調控措施及理由分別是

【過關檢測】

1.下圖是生態系統中碳循環示意圖，其中“一”表示碳的流動方向。下列敘述錯誤的是（）

A.在碳循環過程中，同時伴隨著能量流動

B.由于某種原因造成圖中E生物數量大量減少，推測短期內與之相鄰的兩個營養級生物數量發生的變化是

D增多，F減少

C.該生態系統的消費者包括圖中的D、E、F、B

D.在A-C過程中碳主要以C02的形式進行流動，在F-B過程中以含碳有機物的形式進行流動

2.碳循環是物質循環的主要類型，在生態系統的物質循環中具有重要作用。下列關于碳循環的敘述，錯誤

的是（）

A.碳循環過程中伴隨著能量流動

B.碳元素主要是依靠生產者光合作用固定的

C.由于海洋的含碳量高，所以對大氣圈中含碳量的調節起著非常重要的作用

D.生產者固定的C02與自身呼吸作用釋放的C02相等時，可維持大氣中的C02穩定

3.森林野火會導致海洋中藍藻和綠藻的大量繁殖，形成水華。這與野火能增加碳排放量以及促進氮和磷等

物質的遷移密切相關。下列相關敘述錯誤的是（）

A.藍藻和綠藻都含有光合色素，都能夠進行光合作用

B.與綠藻不同，藍藻以染色體DNA作為遺傳物質

C.藍藻和綠藻吸收較多的氮和磷有利于其大量繁殖，從而影響水生動物的生存

D.森林野火會增加大氣中C02的含量，對生物圈的碳氧平衡產生影響

4.下列關于生態系統的碳循環的分析，錯誤的是（）

A.碳循環是指碳元素在食物鏈和食物網中循環流動

B.生物群落的碳元素可通過呼吸作用以CO2的形式進入無機環境

C.綠色植物體內的碳元素主要以有機物的形式流入消費者和分解者

D.火山噴發和燃料燃燒產生的CO2都是通過生產者進入生物群落的

5.為探究落葉是否在土壤微生物的作用下腐爛，下列各項構成了一個實驗設計，其中不符合實驗目的的步

驟是（）

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.將滅菌的落葉設為對照組，不做處理的落葉設為實驗組

D.將落葉分別埋入兩組土壤中，觀察腐爛情況

6.使用催腐劑（含腐生細菌、真菌）有助于解決由焚燒秸稈、稻草等帶來的環境污染、土地肥力下降等問

題。為探究催腐劑對植物落葉的分解作用，某研究小組將帶有落葉的表層土壤均分為甲、乙、丙三組，其

中甲組不作處理，澆上等量的蒸儲水。三組均放在無菌且其他條件適宜的環境中，每隔一段時間測定未腐

爛的落葉量，結果如圖所示。下列相關分析合（）

A.乙組可能是對帶有落葉的表層土壤進行了滅菌處理

B.甲組中參與落葉中有機物分解的生物都是細菌或真菌

C.丙組是一段時間后在滅菌的帶有落葉的表層土壤中加入了催腐劑

D.催腐劑降解落葉產生的能量和C02可被植物重新吸收利用

7.高密度水產養殖常會引起池塘水體富營養化。下圖為利用稻田生態系統凈化魚塘尾水的示意圖，箭頭所

指為水流方向。相關敘述正確的是（）

A.稻田生態系統凈化魚塘尾水的過程實現了水資源循環利用

B.魚塘富營養化水為水稻生長提供了一定的N、P等微量元素

C.魚塘尾水中的可溶性有機物能為稻田中的植物提供物質和能量

D.魚塘尾水流經稻田后，B處水樣中藻類數量有所增加

8.下列有關生物富集作用的說法，不正確的是（）

A.生物富集作用與人類的活動有關

B.環境中的有害物質可以被植物、動物直接吸收

C.食物鏈越高，有害重金屬沉積越高

D.生物富集現象是局部的，不具有全球性

9.下列關于生態學問題的敘述中不正確的是（）

A.被有機物輕度污染的流動水體中，距排污口越近的水體中溶解氧越多，N、P等無機鹽也越多

B.大力植樹造林，改善能源結構，提高能源效率，是緩解溫室效應的最佳途徑

C.從廢棄的農田到蘆葦濕地的變化，體現了人類的活動使群落演替按照不同于自然演替的方向和速度進行

D.當水和土壤被重金屬污染時，營養級越高的消費者體內的重金屬含量越高

10.為更好地建設雄安新區，科研人員調查白洋淀水域生態系統各成分中難降解的有機氯農藥DDT污染的

狀況，得到下表所示檢測結果。下列敘述錯誤的是（）

不同成分水底泥水生植物浮游動物底棲動物鯽魚烏鰻

DDT含量

0.10.76.321.037.919.4124.4

(Hg/Kg)

注：鯽魚主要以植物為食，烏鰻為肉食魚。A.表格中各成分共同構成了該生態系統的營養結構

B.DDT幾乎污染了白洋淀生態系統所有成分

C.營養級越高，生物體內的DDT含量越高

D.水生植物同化的太陽能只有少部分傳遞給烏鰻

11.某些人工合成的化合物如農藥DDT、六六六等，進入環境后便參與生態系統的物質循環，但是，這些

化合物難以被降解并在生物體內蓄積。下表是某水域生態系統在結構和功能處于相對穩定狀態時，甲、乙、

丙、丁四個種群所含有的總能量和殘留DDT的平均濃度。下列說法錯誤的是（）

甲乙丙T

能量（kJ）2.8x1091.3x1089.1x1072.9x107

DDT濃度(ppm)0.040.350.393.4

A.該生態系統的水體中DDT的濃度小于0.04ppm

B.四個種群最簡單的能量流動渠道是形成一條食物鏈

C.甲是該生態系統組成成分中的生產者

D.丁種群個體死亡后釋放的DDT還可能再進入丁種群

12.為探究落葉是否在土壤微生物的作用下腐爛，進行如下實驗設計，其中不符合實驗目的的步驟是（）

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，不作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

13.某小組為探究土壤微生物的分解作用，進行了相關實驗。下列相關敘述錯誤的是（）

A.本實驗設置的因變量是土壤中微生物的種類以及數量

B.根據土壤中同種落葉的腐爛程度可以判斷土壤微生物的作用

C.將帶有落葉的土壤在60℃恒溫箱中處理lh的目的是殺死土壤微生物

D.實驗中土壤的溫度和含水量、落葉的種類和大小都應保持相同且適宜

14.下列關于生態系統的物質循環的說法，正確的是（）

A.非生物環境中的氮元素無法被生物群落反復利用

B.各種化合物在生物群落與非生物環境之間可以往復循環

C.碳元素在非生物環境和生物群落之間主要以碳酸鹽的形式循環

D.減少化石燃料的燃燒和植樹造林可有效緩解溫室效應

15.“哥本哈根氣候變化大會”再次引起人們對溫室氣體排放的關注，以低能耗、低污染、低排放為基礎的低

碳經濟模式，越來越成為促進國家經濟持續增長和可持續發展的重要經濟模式。下列有關說法正確的是（）

A.生物群落內部進行碳循環的物質形式是CO2

B.煤、石油和天然氣的大量燃燒，致使大氣中的CO2急劇增加

C.大氣中CO2進入生物群落的方式只有植物的光合作用

D.大力植樹造林是緩解溫室效應的唯一方法

16.某科研小組對薇甘菊入侵紅樹林的有關情況進行研究，選取未受入侵的紅樹林群落、輕度入侵的“紅樹

林一薇甘菊”群落、重度入侵的以薇甘菊為主的群落和無植被覆蓋的光灘（分別編號為A、B、C、D）進行

實驗，實驗結果如下表。該小組還研究了紅樹林植被的碳轉移途徑，如下圖所示。請回答下列問題：

群落ABCD

紅樹林植被碳轉移模式圖[單位：t/(hin2a)]

(1)由表中結果可知，該實驗的自變量是,因變量是o

(2)薇甘菊入侵使表層土壤有機碳含量減少，最可能的原因是o

⑶薇甘菊與某種紅樹之間存在的種間關系是。從無植被覆蓋的光灘上開始的演替屬于

____________演替。

(4)據圖分析，途徑①是指,一年內植被碳儲量的凈增加量是。

17.2020年11月17日習近平總書記在金磚國家領導人會議上承諾我國力爭2030年前達到碳達峰，2060

年前實現碳中和；碳達峰是指我國承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長，達到峰值之后逐步降低；碳

中和是指企業、團體或個人測算在一定時間內直接或間接產生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節能

減排等形式，抵消自身產生的二氧化碳排放量，實現二氧化碳“零排放”。回答下列問題：

貓頭縻

⑴生態系統中碳循環過程，圖一中表示生態系統的成分：A是；碳循環的主要形式為

(2)此生態系統(圖二)有條食物鏈，貓頭鷹與蛇的關系是;流經此生態系

統的總能量是O

(3)我國要實現碳中和，你認為需要采取的措施是(至少1條)。

18.下圖是某生態系統食物網的示意圖，A?E表示不同種生物。假如A被有機磷農藥污染，則受危害最嚴

重的生物是哪種(用圖中字母表示)？為什么？

危害最嚴重:，原因:

19.下圖是某生態系統中能量與物質流動關系示意圖，圖中△為有毒物質濃度(百萬分之一，即