2022届高考二轮复习生物第38讲生态系统的物质循环

第38讲│生态系统的物质循环第38讲生态系统的物质循环考点整合第38讲│考点整合C、H、O、N、P、S生物群落无机环境CO2气体各种含碳有机物化能合成作用温室效应第38讲│考点整合全球反复物质循环同时进行相互依存动力要点探究►探究点一生态系统物质循环概念及实例分析第38讲│要点探究1．生态系统的物质循环(1)概念：在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落回到无机环境的循环过程。物质循环具有全球性，故又称为生物地球化学循环。(2)循环规律①“物质”是指构成生物体的各种化学元素②循环范围：生物圈第38讲│要点探究③循环是指基本元素在生物群落与无机环境间往返出现④循环通道：食物链和食物网(3)循环特点：①具有全球性；②反复出现、循环流动(物质具有不灭性)应注意以下几点：①物质循环中的物质是指构成生物体的基本元素。②基本元素进入生物群落的途径，主要通过光合作用，也可以通过化能合成作用。③基本元素由生物群落回到无机环境的途径，主要是呼吸作用。④基本元素在生物群落中的传递，主要是靠食物链和食物网。第38讲│要点探究2．实例：碳循环(1)碳存在形式①无机环境：CO2和碳酸盐②生物群落：含碳有机物③碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的④生物群落中的含碳有机物是通过生物的呼吸作用和微生物的分解作用被分解成CO2和H2O，归还到无机环境中的(2)大气中CO2的主要来源：动植物的细胞呼吸、微生物的分解作用、化石燃料的燃烧。(3)过程第38讲│要点探究(4)温室效应①概念：温室效应是指太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长短辐射却被大气中的二氧化碳等气体所吸收，从而产生大气变暖的效应。除二氧化碳外，对产生温室效应有重要作用的其他气体还有甲烷、臭氧、氯氟烃和水汽等。另外引起酸雨、臭氧层破坏的主要气体污染物依次是二氧化硫和氟利昂。第38讲│要点探究②成因：人类大量燃烧化石燃料，使大气中的二氧化碳含量增加而形成。③缓解温室效应主要从两个方面加以考虑：一是减少CO2的释放，主要是减少化石燃料的燃烧，开发新能源(如太阳能、风能、核能等)替代化石能源；二是增加CO2的吸收量，主要是保护好森林和草原，大力提倡植树造林。第38讲│要点探究第38讲│要点探究第38讲│要点探究第38讲│要点探究C

第38讲│要点探究[解析]分析图可知，B为生产者，生产者除绿色植物外，还有一些细菌，如硝化细菌，体内不含色素。①过程为动物的呼吸作用，适度松土与动物的呼吸作用无关。化石燃料的燃烧是造成温室效应的主要原因。[点评]本例是有关碳循环过程的问题。在碳循环中，碳进入生物群落通过自养型生物的同化作用才能实现。自养型生物的同化作用有两种基本类型：一是绿色植物和蓝藻的光合作用；二是一些细菌的化能合成作用。生物群落中的碳回到无机环境中，必须通过异化作用才能实现，如动植物的呼吸作用、微生物的分解作用。温室效应形成的主要原因是人类大量燃烧化石燃料。下列变式题是有关温室效应的问题。第38讲│要点探究变式题【2011·辽源质检】近年来反常气候频现世界各地，突显严峻的全球气候变暖趋势。为此2009年12月7日～12月18日联合国在丹麦首都哥本哈根再次召开气候变暖大会，这次会议的全称是“《联合国气候变化框架公约》缔约方第15次会议”，缩写为“COP15”；同时，它还是《京都议定书》签字国第五次会议，本次会议被喻为“拯救人类的最后一次机会”。全球气候变暖其主要原因与碳循环不平衡有关。图38－6是生态系统中碳循环模式图，据图回答下列问题：第38讲│要点探究第38讲│要点探究(1)造成全球气候变暖的主要原因是______________________________________________________________________________________________________________。(2)天气异常带来了多方面的严重影响。如俄罗斯卫生官员1月17日说，由于暖冬导致俄罗斯西部地区大量人群感染啮齿动物(D)传播的疾病。其原因主要是_______________________________________________________.(3)某地区进行核试验造成A中出现部分白化苗，受其影响D、C的数量可能变化是________________。人们过度利用煤和石油使温室气体CO2大量释放，打破生物圈碳循环的平衡，大气中CO2浓度增加，形成温室效应暖冬使D的食物A增多，D的数量也增多都减少第38讲│要点探究(4)参与过程⑤的生物种类有_____________________________________，可主要用反应_______________________________________来表示。(5)若消耗生产者10000kg，位于最高营养级的生物最多可增加________kg。(6)图38－6食物链上的相邻物种之间存在着捕食关系，相邻物种的某些个体行为和种群特征为对方提供了大量的有用信息，这说明信息传递在生态系统中的作用是_______________________________________________________腐生生活的细菌和真菌及少数腐食性动物400调节种间关种，以维持生态系统的稳定第38讲│要点探究(7)由于碳循环具有________，为减缓温室气体的排放，为此联合国制定《京都议定书》。但西方有些发达国家至今仍然拒绝在《京都议定书》是签字，其原因主要是________________________________________________________________________.全球性担心会影响本国经济的发展，想把减少温室气体排放的责任推向发展中国家第38讲│要点探究[解析]碳在生物圈中的存在形式包括岩石圈中的碳酸盐和化石能源(煤和石油)、空气中的CO2、生物体内的有机碳等；海水的酸性增强主要是因为CO2气体的进入所致，随海水酸性的进一步增强，其吸收能力将逐步减弱，致使大量CO2气体在空中滞留从而加重温室效应。温室效应的结果一是会因海平面的上升而导致部分陆地被淹没，二是环境的剧烈变化可能加速物质的灭绝，三是温度的升高使光合产物积累减少；由图知A是生产者，A的减少将直接导致消费者(D、C)的数量减少。过程⑤是物质分解的过程，主要是腐食性细菌和真菌等腐食性生物完成，属于分解者，它们在碳循环中的作用主要是将有机碳转变为无机碳，这主要通是过有氧呼吸完成。由题意可知能量的传递效率按20%来计算。第38讲│要点探究►探究点二分析物质循环和能量流动的关系项目能量流动物质循环形式以有机物为载体无机物和有机物过程沿食物链(网)单向流动在无机环境和生物群落间反复循环特点单向传递、逐级递减反复出现，循环流动范围生态系统各营养级生物圈(全球性)联系①两者同时进行，彼此相互依存，不可分割；②能量的固定、储存、转移、释放，都离不开物质的合成和分解等过程；③物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动；能量是推动物质循环的动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返第38讲│要点探究第38讲│要点探究[易错点]物质循环流动，能量单向流动不循环，所以不能说能量伴随着物质循环而循环。第38讲│要点探究例2

【2012·盐城模拟】图38－7中1为某草原生态系统的碳循环示意图，图2表示在该生态系统中能量流经初级消费者的示意图。请据图分析回答：第38讲│要点探究(1)碳在生物群落内以________的形式被利用。(2)碳从无机环境进入生物群落的途径①主要是________作用；生物群落中的碳进入无机环境的途径为图1中的________(填数学序号)。(3)能量流入第二营养级后，一部分在初级消费者的________中以热能的形式散失了；一部分用于初级消费者_____________________等生命活动，储存在初级消费者的有机物中。构成初级消费者有机物中的能量，一部分随着__________________等分解者分解而释放出来；另一部分则被次级消费者摄入体内，能量流入________营养级。有机物光合③④⑤呼吸作用生长、发育和繁殖遗体、残骸第三第38讲│要点探究(4)从图2中可以总结出能量流动的特点是__________________________________。(5)狼是该生态系统没有的生物种类，现将它引入其中。请在给出的坐标图上用曲线表示狼的数量最可能的变化情况(纵坐标上的点表示狼的起始数量)。单向流动、逐级递减第38讲│要点探究[解析]碳循环中碳是通过食物链和食物网以有机物的形式在生物群落中被利用的。碳以二氧化碳的形式通过光合作用和某些自养微生物的化能合成作用进入到生物群落中，生物群落中的碳通过各种生物的呼吸作用又以二氧化碳形式返回到无机环境中。摄入到初级消费者体内的能量，只能够被同化一部分，且首先要用于呼吸作用，其次才能被下一营养级利用或者被分解者利用。由图2可看出能量流动的特点是单向流动、逐级递减。引入狼后，短期内狼的数量会迅速增长，但是由于食物和生活环境的限制，最终狼的数量会稳定在一个水平上。第38讲│要点探究[点评]本例是有关能量流动和物质循环的关系问题。生物群落中物质和能量最终来自无机环境，连接生物群落和无机环境的两大成分——生产者和分解者；碳在生物群落之间以有机物的形式进行循环。生产者除进行光合作用的生物外，还有利用化学能进行化能合成作用的生物。能量流动和物质循环均开始于生产者，通过光合作用合成有机物、固定太阳能，然后沿共同的渠道——食物链(网)一起进行。能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成与分解等过程。物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动；能量作为动力，使物质在生物群落和无机环境之间不断地循环往返。总体上体现了能量流动和物质循环的相互依存、不可分割，并且同时进行的关系。下列变式题涉及能量流动、物质循环和温室效应等问题。第38讲│要点探究变式题【2012·南京模拟】图38－9为某生态系统中能量传递示意图，据图回答：第38讲│要点探究(1)能量流动是从_____________________开始的，流入该生态系统的总能量为________kJ。(2)从A到B和从B到C的能量传递效率分别为_____%，_____%。(3)生态系统中沿食物链流动的能量逐级递减的原因是_______________________________________________________。(4)生态系统成分中A属于_____________，D属于_________。(5)能量流动和物质循环的关系是：同时进行，____________________________________。从理论上说，在研究生态系统功能时，若生态系统中没有________成分，其物质循环和能量流动是可以进行的。A(生产者)固定太阳能2501615各营养级自身消耗一部分能量，仅有一部分被下一营养级利用生产者分解者彼此相互依存，不可分割的消费者第38讲│要点探究第38讲│要点探究►探究点三关于生物富集作用1．概念：生物富集作用又叫生物浓缩。许多污染物在生物体内的浓度远远大于其在环境中的浓度，并且只要环境中这种污染物继续存在，生物体内污染物的浓度就会随着生长发育时间的延长而增加。对于一个受污染的生态系统而言，处于不同营养级上的生物体内的污染物浓度，不仅高于环境中污染物的浓度，而且具有明显的随营养级升高而增加的现象。2．生物体对环境中物质吸收的情况(1)直接从环境中摄取：①藻类植物、原生动物和多种微生物等，主要靠体表直接吸收。第38讲│要点探究②高等植物，主要靠根系吸收。(2)通过食物链进行摄取：大多数动物主要靠吞食进行吸收。3．物质进入生物体去向(1)若是生命必需的物质参加到生物体的组成中或参与新陈代谢过程。(2)若是非生命必需的物质或利用后多余的物质，则很快地分解掉并且排出体外。(3)少数不容易分解的物质(如DDT)长期残留在生物体内。4．研究生物富集作用的意义第38讲│要点探究(1)阐明物质在生态系统内的迁移和转化规律、评价和预测污染物进入生物体后可能造成的危害。(2)利用生物体对环境进行监测和净化。第38讲│要点探究例3

【2011·无锡调研】2009年夏，太湖爆发蓝藻灾害，导致水质严重恶化，无锡市因此出现饮用水荒。下面是针对蓝藻的几个问题，请回答：(1)太湖蓝藻爆发时湖面漂浮着一层绿膜，有人认为这是绿藻而不是蓝藻。对此，可以通过显微镜观察细胞是否具有___________________________________________________________________________来判断。(2)水位偏低是太湖蓝藻爆发的原因之一，从本质上来看这是降低了太湖生态系统的________________________________________。而温度是通过影响细胞内________的活性来影响蓝藻的生长。成形的细胞核(或叶绿体等细胞器，只要答出一种真核细胞特有的细胞器)自我调节能力(或抵抗力稳定性，或稳定性)

酶第38讲│要点探究(3)研究人员发现居住在太湖附近的渔民体内某重金属含量是太湖水中重金属含量的40倍，请分析原因：_______________________________________________________。(4)环保部门加强对太湖上游流域沿岸工厂的监测，对某工厂排污口进行了检测。检测员沿河每隔100米取水样一次，共取9份并依次编号为①～⑨，已知⑤号水样正对工厂排水口。检验员对所取水样进行了如下处理：Ⅰ.检测水样中的蓝藻数量(A组)；Ⅱ.滤除水样中全部蓝藻后，每份水样分为三等份，编号B、C、D，其中B、C组分别添加适量的N和P，D组不添加无机盐。然后加入等量的蓝藻，放置在阳光下若干天，再检测水样中蓝藻量，统计数据如下表(蓝藻数量，单位：百万细胞/mm3)。渔民常以太湖中鱼作为食物，某重金属通过食物链在其体内富集第38讲│要点探究水样编号①②③④⑤⑥⑦⑧⑨A组(原始水样)0.20.30.311010776.5B组(添加N)11.522.52019181718C组(添加P)899.510119.57.57.57D组(无添加)0.20.20.31109776.5第38讲│要点探究回答下列问题：①通过A组数据可以判断该工厂是污染源，依据是______________________________________________________。②进行B、C、D分组实验的目的是探究________________________________________________，其中D组起________作用。实验结果显示，工厂上游和下游水域限制蓝藻增长的主要因素分别是______和______，由此得出的结论是_____________________________________________________。工厂排水口和下游河水中的蓝藻数量明显多于上游(工厂排出的)污染物主要是N含量超标还是P含量超标对照PN工厂排出的污染物主要是P含量超标第38讲│要点探究[解析]绿藻属于真核生物，蓝藻属于原核生物无成形细胞核及大多数细胞器，通过显微镜检测可以判断区分。太湖蓝藻大量爆发说明污染已经大大超出了该生态系统的自我调节能力。渔民常以太湖中鱼作为食物，重金属通过食物链：植物→鱼→人。在体内生物富集。由A组数据可知，在工厂排水口附近及下游中的蓝藻数量明显增多，故可判断该工厂是污染源。第38讲│要点探究[点评]关于生物富集作用的题，往往与相关知识点联系命题。本例涉及原核生物与真核生物比较、影响酶活性的因素和生物富集等知识及探究工厂污染物对蓝藻生长的影响等。下列变式题是有关水体富营养化的问题。第38讲│要点探究变式题【2011·惠州二调】含氮污染是造成水体富营养化和环境污染的重要物质，近十多年来，利用微生物技术强化生物脱氮已成为生物脱氮领域研究的热点之一，图38－10是生物脱氮的相关结果。(1)从图中曲线可知，温度为________时NH－N去除率较高，而温度为________________________________时反之，这可能的原因是C/NNH－N(mg/L)进水出水去除率(%)7.823.9517.0029.0215.924.1513.9542.2427.423.157.6067.17不同C/N条件下的NH－N去除实验数据20℃40℃不是酶催化反应的最适温度第38讲│要点探究第38讲│要点探究(2)由表中数据可以发现，NH－N去除率随C/N的增加而________，C/N可能影响微生物的________________________。(3)假如在某温带草原上存在如图38－11所示的食物网。该食物网的各种生物中，含有能量最多的是________。能量的最终来源是________，其能量流动的特点是__________________________________。增加生长繁殖(或代谢产物的合成)草光能单向流动，逐级递减第38讲│要点探究[解析](1)分析坐标曲线图可知：随着时间的增加，NH－N去除率增加，温度20℃时NH－N去除率较高，温度为40℃反而去除率较低，说明此温度不是酶的最适温度。(2)分析表中数据可见：C/N比为7.8时，去除率为29.02%，C/N为15.9时，去除率为42.24%，C/N为27.4时，去除率达到67.17%。(3)能量的最终来源是生产者(草)所固定的太阳能，能量流动的特点是单向流动、逐级递减。备用习题第38讲│备用习题1．[2011·佛山一检](双选)下图为碳循环示意图，甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分，下列叙述正确的是