2023-2024学年浙科版选择性必修2 第三章第四节　生态系统中的物质能被循环利用 学案

第四节生态系统中的物质能被循环利用导学聚焦1.生命观念——通过对水循环、碳循环、氮循环等常见物质的循环过程分析，明确自然界中的物质不是凭空产生的，而是循环利用的，形成稳态与平衡观。2.科学思维——①运用归纳与概括，比较分析水循环、碳循环、氮循环的过程及特点；②基于模型与建模构建碳循环、氮循环的模型，认同物质循环在生物与环境连接中的纽带作用。3.社会责任——通过对水循环、碳循环、氮循环比较分析，能利用相关原理知道生产过程，提高物质的利用效率。知识点生态系统的物质循环1.生物在水循环中起的作用很小（1）水循环的概念：指地球上的水通过蒸发、冷凝等过程进行不断的循环过程。（2）水循环方式：降水和蒸发。（3）水循环的动力：太阳能。（4）水循环对生态系统的影响：促进营养物质从一个生态系统到另一个新的生态系统。（5）生物因素与水循环的关系：生物因素在全球水循环过程中所起的作用很小。2.二氧化碳是碳循环的主要形式（1）碳的存在形式非生物环境：（2）碳循环的路线大气圈→植物和动物→分解者→大气圈。（3）碳循环过程请写出图中各标号的名称：①呼吸作用；②光合作用；③摄食；④呼吸作用；⑤燃烧；⑥分解作用。3.固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用（1）氮循环概念自然生态系统中，一方面通过各种固氮作用使氮可以被生物所利用，另一方面又通过反硝化作用使氮不断重返大气，从而使自然环境与生物群落中的氮处于动态的平衡中。氮循环包括固氮、氨化、硝化和反硝化等过程。（2）固氮途径①高能固氮：通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发等所释放的能量进行固氮。②工业固氮：在高温、高压、催化剂的作用下，将氮气还原为氨气。③生物固氮：通过固氮菌和蓝细菌等自养或异养微生物进行固氮。（3）氨化作用：指尿素和尿酸等通过土壤和水中的异养细菌、放线菌和真菌的代谢活动，转变为无机化合物（氨）并把它释放出来的过程。（4）硝化作用：指氨和铵盐被硝化细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程。（5）反硝化作用：硝酸盐等含氮化合物在反硝化细菌的作用下转化为N2、NO和N2O的过程。4.人类运用生态系统的物质循环规律，在生产实践中实现资源多层次利用（1）意义运用物质循环的规律，可以帮助人们合理地调整生态系统的物质循环和能量流动，使物质中的能量更多地流向对人类有益的方向。（2）举例①物质循环利用的生态工程。a.农作物秸秆的“过腹还田”。b.桑基鱼塘的农业生态工程。c.“蔬菜—鸡、猪—沼气”系统。②城市生活垃圾的处理。5.基于上述学习，判断下列相关表述的正误（1）物质循环的关键环节是分解者的分解作用（√）（2）能量流动和物质循环是两个相对独立的过程（×）（3）物质循环是在生产者、消费者、分解者之间进行的（×）（4）煤和石油燃烧以及微生物分解产生的CO2促进了碳循环（√）（5）生物在全球水循环中具有主导性作用（×）（6）固氮细菌是唯一能够把氮气转变为植物可利用氮的生物（×）1.分析自然界碳循环的简图，回答下列有关问题。（1）图中的甲、乙、丙分别是什么？①②③分别表示什么过程？大气中CO2进入生物群落的主要途径是什么（用图中代号表示）？提示：图中的甲、乙、丙分别是分解者、消费者、生产者。①②③分别表示通过分解者、生产者、消费者的呼吸作用将生物群落内的有机物分解为CO2，返回大气中。大气中CO2进入生物群落的主要途径是④。（2）碳循环都是双向的吗？说明理由。提示：不都是。CO2在生物群落和非生物环境之间是双向循环的。但在生物群落内部，沿食物链（网）传递时，碳循环不是双向的，只能由低营养级向高营养级单向传递。（3）如果人们不按生态规律办事，乱砍滥伐森林，对生态系统的碳循环有何影响？提示：会打破碳循环平衡，使大气CO2进入生物群落过程受阻，大气中CO2的含量就会明显增多。2.“哥本哈根气候变化大会”引起人们对温室气体排放的关注，大会所倡导的低碳生活获得普遍认可。下图为生物群落、大气中CO2及化学染料的关系，请用“→”表示三者之间的关系，并描述各“→”的含义。提示：，化学染料→大气中的CO2，此过程表示化学染料的燃烧；生物群落→大气中的CO2，此过程表示呼吸作用；大气中的CO2→生物群落，此过程表示光合作用。3.两位同学在观看有关恐龙的影片时，甲同学提出：“我体内的能量中可能有远古恐龙体内的能量。”乙同学也提出：“我体内的物质中可能有远古恐龙体内的物质。”这两位同学的说法对吗？试分析原因。提示：甲同学的说法错误，乙同学的说法正确。因为能量是单向流动的，不能循环利用，而物质是可以循环利用的。4.如图是某生态系统的结构模式图，该图中只表示物质流向的箭头是哪些？可表示能量流动的箭头有哪些？（用图中的数字标号表示）提示：只表示物质流向的箭头是②和⑤；可表示能量流向的箭头有①、③和④。1.对生态系统中物质循环的理解（1）范围：生物圈，地球上的每个生态系统都是地球上物质循环的一部分，而只有生物圈才能完成真正的物质循环。（2）“物质”的含义：指构成生物体的基本元素（主要是指C、H、O、N、P、S等），而不是化合物。（3）循环过程：非生物环境生物群落。（4）循环特点①全球性：物质循环的范围是生物圈，因此把生态系统的物质循环又叫生物地球化学循环。②反复利用，循环流动：物质循环，既然称为“循环”就不像能量流动那样逐级递减、单向流动，而是可以在非生物环境与生物群落之间反复利用、循环流动。2.物质循环实例——碳循环（1）碳循环的一般形式：CO2→有机物→CO2。（2）碳循环过程图解如下3.物质循环实例——氮循环（1）氮循环的一般形式：生物（有机物）→氨→亚硝酸盐→硝酸盐→生物（有机物）。（2）微生物在氮循环中的作用①模型构建②模型解读：a.生物固氮：将氮气转化为氨（只有微生物可以进行）。b.氨化作用：将有机氮转化为无机氮（主要是微生物进行）。c.异化性硝酸盐还原和反硝化作用：厌氧呼吸（只有微生物可以进行）。d.硝化作用：化能自养代谢（只有微生物可以进行）。e.铵盐和硝酸盐同化作用，植物和微生物都可以进行。4.对物质循环过程相关图解的识别（1）物质循环过程示意图（2）将上图换成字母，如下面三种变式图，据图判断E、F各代表哪种成分。①图1——先根据双向箭头判断：A和B应分别为生产者和非生物环境。再根据A→C，D→C判断：D为消费者，C为分解者。②图2——根据A与C之间的双向箭头判断：A是生产者，C是非生物环境。根据D的箭头都流向E，可进一步判断：B是初级消费者，D是次级消费者，E是分解者。③图3——根据A与E之间的双向箭头判断：A为非生物环境，E为生产者。然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向C，所以C是分解者，剩余的F则为消费者。图解中的食物链是E→F→D→B。5.物质循环和能量流动的比较项目能量流动物质循环（以碳循环为例）形式主要以有机物为载体无机物、有机物特点单向流动，逐级递减全球性、循环性范围生态系统的各营养级生物圈（全球性）联系同时进行，相互依存，不可分割：①能量的固定、储存、转移和释放，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循环往复的动力图示考向1物质循环特点1.下列有关生态系统的物质循环特点的叙述中，错误的是（）A.带有全球性B.物质是指组成生物体的某些元素C.在群落和非生物环境之间循环往复D.在群落的各个营养级之间循环往复解析：D生态系统物质循环的特点包括带有全球性，A正确；物质是指组成生物体的基本元素，B正确；在生物群落与非生物环境之间以二氧化碳形式传递，并且循环往复，C正确；循环是在群落与非生物环境之间而不是在生态系统的各营养级之间，D错误。考向易错食物链或食物网只是物质循环中生物群落的单向物质传递过程，但并不是完整的循环过程，要实现物质循环，需要通过生物成分与非生物成分关系（如光合作用、呼吸作用、固氮作用等）实现密切联系，才能构成循环。2.下列有关生态系统的物质循环的叙述，错误的是（）A.“物质”是组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素B.“生态系统”是指生物圈C.“循环”是指物质在生物群落与非生物环境之间反复出现、循环流动D.由于生物营养级越高得到的能量越少，故物质在循环过程中是不断递减的解析：D生态系统物质循环所指的物质是组成生物体的C、H、O、N、P、S等一些基本化学元素，A正确；组成生物体的元素从生物群落到非生物环境的循环必须在生物圈中进行，故物质循环的“生态系统”是指生物圈，B正确；所说的循环是指物质在生物群落与非生物环境之间反复出现、循环流动，C正确；生态系统的能量流动是单向、逐级递减的，故生物营养级越高得到的能量就越少，但物质在循环过程中是循环往复、不变的，D错误。考向2碳循环3.如图为碳循环示意图，下列相关叙述错误的是（）A.过程⑤活动加强会打破生物圈中的碳平衡B.完成碳循环的关键环节是①、③和④C.过程②越复杂，则该生态系统抵抗外力干扰的能力越强D.大气中CO2含量能够保持动态平衡，没有明显的季节变化解析：D过程⑤为化石燃料的大量燃烧，使CO2被大量释放，从而打破了生物圈中的碳平衡，A正确；完成碳循环的关键环节是①光合作用、③呼吸作用和④微生物的分解作用，B正确；过程②越复杂，说明生态系统的营养结构越复杂，自我调节能力越强，则该生态系统抵抗外力干扰的能力越强，C正确；冬季气温低，植物光合作用弱，吸收CO2减少，气温低，中高纬度的人们需要燃烧化石燃料取暖，使CO2排放增多，故大气中CO2含量会随季节变化，D错误。4.如图为生态系统中碳循环示意图，箭头表示循环方向。下列相关叙述正确的是（）A.缺少类群乙则生态系统的物质循环不能正常进行B.图中b、c、d过程均可表示不同生物的呼吸量C.图中甲、乙、丙、丁的全部生物构成了该生态系统的生物群落D.由于呼吸作用的消耗，乙对食物的同化量远小于摄入量解析：C乙表示初级消费者，是生态系统中最活跃的成分，缺少类群乙，生态系统的物质循环能正常进行，A错误；据图分析，b表示呼吸作用，c、d表示捕食关系（含碳有机物），B错误；生物群落由生产者、消费者和分解者共同组成，所以甲、乙、丙、丁共同组成了该生态系统的生物群落，C正确；由于摄入的生物中有部分不能被乙消化吸收，所以乙对食物的同化量远小于摄入量，D错误。考向3水循环与氮循环5.水循环促进了地球表面不同生态系统中营养物质的交流、补充，下列关于水循环叙述正确的是（）A.降水和地表径流是水循环的两种方式B.水循环由风推动，实现陆地和海洋水的循环流动C.水循环往往会造成高海拔地区营养物质流失而土壤贫瘠D.大气和生物体内的水占地球总水量的30%以上解析：C蒸发和降水是水循环的两种方式，A错误；水循环的动力来自太阳能的推动，B错误；由于水从高处向低处流动，高处的营养物质会随水循环流向低处，因而造成高海拔地区营养物质流失而土壤贫瘠，C正确；水主要存在于海洋中，约占地球总数量的97%，D错误。6.如图为氮循环示意图，下列有关叙述错误的是（）A.①过程中通过生物固定的氮素远多于其他途径固定的氮素B.进行②过程的生物的代谢类型为异养需氧型C.进行③和④过程的生物分别主要是生产者和消费者D.⑤过程能增加土壤的肥力，有利于农业生产解析：B①生物固氮过程中通过生物固定的氮素远多于其他途径固定的氮素，A正确；进行②硝化作用过程的生物如硝化细菌，其代谢类型为自养需氧型，B错误；进行③吸收硝酸盐的生物主要是绿色植物，属于生产者；④蛋白质在生物体体内代谢产生尿素，进行该过程的生物主要是动物，属于消费者，C正确；⑤施肥过程能增加土壤的肥力，有利于农业生产，D正确。1.下列关于生态系统中的物质循环的说法，错误的是（）A.生物圈在物质上是一个自给自足的系统B.植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环C.从物质循环的角度看，人体内碳元素的根本来源是大气中的CO2D.生态系统的物质循环发生在种群和非生物环境之间解析：D非生物环境中物质的循环具有全球性，生物群落和非生物环境之间的物质可以反复出现、反复利用，周而复始进行循环、不会消失，所以物质循环使得生物圈在物质上是一个自给自足的系统，A正确；植物可以通过光合作用吸收二氧化碳、呼吸作用释放二氧化碳，进而参与生态系统的碳循环，B正确；从同化作用角度考虑，人是异养型生物，其体内的碳元素直接来源于食物中的有机物，食物中的有机物归根结底来源于植物的光合作用，而光合作用产生的有机物中碳的来源是大气中的CO2，C正确；生态系统的物质循环发生在生物群落和非生物环境之间，D错误。2.根据联合国2016年发布的数据，到2025年，全球约有18亿人口面临缺水问题，约三分之二人可能在用水紧张的条件下生活。淡水资源如此紧缺，向海洋夺取淡水成为刻不容缓的任务。某中学研究性小组设计了一个利用太阳能淡化海水的方案（如图）。图示方案利用的主要地理原理是（）A.大气运动B.水循环C.热力环流D.温室效应解析：B分析图示，可知存在降水与蒸发，这是水循环的典型方式。3.在氮循环过程中，对下列生物所起作用的正确表述是（）A.植物能直接利用大气中的氮B.生物固氮能将N2转化为NH3或硝酸盐C.根瘤菌能够为植物体提供氮D.硝化细菌促进硝酸盐转化为氮气解析：C植物不能直接利用大气中的氮，大气中的氮必须通过生物固氮等形式变成氨才能被植物吸收利用，A错误；生物固氮是固氮生物将大气中的氮还原成氨的过程，硝化细菌能把大气中的氮气转化为硝酸盐，B错误；根瘤菌能够将生物固定形成氮的提供给与其共生的植物体，并从植物体获得有机营养，C正确；反硝化细菌在氧气不足的情况下，可以将硝酸盐转化为亚硝酸盐并最终转化为氮气，D错误。4.如图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析错误的是（）A.生物圈通过碳循环实现碳元素的反复利用B.温室效应的形成与图中d有关C.植树造林可减少D中CO2的含量D.a为呼吸作用解析：D生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足，实现碳元素的反复利用，A正确；温室效应的形成是由CO2含量大量增多引起，E为化石燃料，d为大量燃烧，CO2释放到空气中，造成温室效应，B正确；植树造林，通过光合作用能大量吸收CO2，从而维持CO2平衡，C正确；a为光合作用，b为呼吸作用，D错误。5.根据如图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，下列叙述错误的（）生物群落大气中的CO2化学燃料A.生产者、消费者和分解者均参与过程①和②B.可以通过增强过程②减少大气中CO2C.生物群落内部碳流动的物质形式是含碳的有机物D.人类减少对③的依赖是当前缓解温室效应的重要措施解析：A生产者、消费者和分解者均参与过程①（呼吸作用），只有生产者参与过程②（光合作用和化能合成作用），A错误；可以通过增强过程②（光合作用和化能合成作用）减少大气中CO2，B正确；生物群落内部碳流动的物质形式是含碳的有机物，C正确；人类减少对③（化学燃料的燃烧）的依赖是当前缓解温室效应的重要措施，D正确。6.下列关于氮循环的说法中，错误的是（）A.固氮作用把大气中的氮气转化为硝酸盐和氨等物质B.动物体内的部分蛋白质在代谢中生成尿素等含氮物C.大气中的氮可被蓝细菌等固氮微生物转变为硝酸盐等物质D.固氮作用只有生物固氮和工业固氮两种形式解析：D固氮作用是分子态氮被还原成氨和其他含氮化合物的过程，A正确；动物体内的部分蛋白质可通过脱氨基形成尿素通过尿液排出，B正确；固氮蓝细菌通过其细胞中固氮酶的作用，将大气中游离态的分子氮还原成可供植物利用的氮素化合物，C正确；自然界氮的固定有三种方式：高能固氮、生物固氮、工业固氮，D错误。7.如图是水循环示意图，能完整组成海陆间水循环至少需要的环节是（）A.①③④⑤B.①②③④⑤C.②③D.①②④⑤解析：A水循环主要包括蒸发、降水两种方式，由①水蒸气输运和⑤地表径流构成循环，故A项符合题意。8.野生草本植物多具有根系发达、生长较