精品复习学案生态系统的物质循环必修3.docx
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精品复习学案生态系统的物质循环必修3
第3节生态系统的物质循环
【高考新动向】
生态系统中物质循环的基本规律及应用
【考纲全景透析】
一、生态系统的物质循环
1、概念
(1)物质:
组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素。
(2)循环:
生物群落和无机环境之间。
(3)特点:
具有全球性,物质可被反复利用。
2、实例——碳循环
(1)无机环境中的存在形式:
CO2和碳酸盐;生物群落中的主要存在形式:
含碳有机物
无机环境与生物群落之间的循环形式:
CO2
(2)图解:
二、能量流动和物质循环的关系
【热点难点全析】
一、生态系统物质循环的实例——碳循环
1、大气中CO2的来源:
一是分解者的分解作用;二是动植物的呼吸作用;三是化石燃料的燃烧。
2、目前由于碳循环平衡被打破,形成温室效应的分析
(1)大气中CO2含量持续增加的原因:
①工厂、汽车、轮船等对化石燃料的大量使用,向大气中倾放大量的CO2。
②森林、草原等植被大面积的破坏,大大降低了对大气中CO2的调节能力。
(2)危害:
①气候变暖会使冰川雪山融化,海平面上升,这样就使沿海城市和国家面临灭顶之灾。
②由于气候变化,也改变了降雨和蒸发机制,影响农业和粮食资源的生产。
降雨量的变化使部分地区更加干旱或更加雨涝,并使病虫害增加。
3、缓解措施:
(1)植树造林,增加绿地面积。
(2)减少化石燃料的燃烧。
(3)开发清洁能源。
4、温室效应
(1)主要成因:
大量使用化学燃料,打破了生物圈中碳循环的平衡,大气中的二氧化碳迅速增加。
(2)影响:
地球气候异常,灾难性气候增加;温度上升,冰川融化,沿海国家和地区可能被海水淹没。
(3)解决方法:
减少化学燃料的使用,开发新的能源,改进能源结构,如利用风能、水能、核能等。
二、物质循环与能量流动的关系
项目
能量流动
物质循环
形式
以有机物为载体
主要是无机物
特点
单向传递、逐级递减
往复循环
范围
生物群落
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往复循环的动力
图示
【高考零距离】
1、(2012·天津高考)夏初,在某河口多地点采集并测定水样,结果表明,各采样点无机氮浓度相近,而无机磷浓度差异较大。
按无机磷浓度由低到高的顺序,绘制各采样点对应的浮游植物和浮游动物的密度曲线,结果如图。
据图回答:
(1)磷元素进入浮游植物细胞后,以 分子的形式成为细胞膜支架的成分;在细胞内,磷元素通过参与 反应(写反应式),保持细胞内ATP含量的相对稳定。
(2)分析发现,P1、P2采样点浮游植物种类差别非常明显,从进化角度分析,这是 的结果。
(3)无机磷浓度高于P1的采样点,浮游动物的密度反而比P1采样点低,下列有关其原因的分析,不可能的是 (单选)。
A.可被浮游动物取食的浮游植物种类较少
B.水体溶解氧较高
C.浮游动物的捕食者数量较多
D.水体有害物质浓度较高
(4)请用箭头补充完成该河口生物群落中氮元素的流向图。
【解析】
(1)细胞膜支架中磷的存在形式是磷脂,保证细胞内ATP含量相对稳定的反应是ATP与ADP之间的相互转化。
(2)从进化角度看,生物种类的差别是自然选择的结果。
(3)水体溶解氧较高会导致动物数量增多,而不是动物数量减少。
(4)在生物群落内部物质是沿食物链、食物网单向传递的。
【答案】
(1)磷脂 ADP+Pi+能量
ATP
(2)自然选择 (3)B
(4)
2、(2011·江苏高考)池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象,研究者设计了一种循环水池塘养殖系统(如下图)。
请回答下列问题:
(1)与自然池塘相比,人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性。
人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高,会引起水体的富营养化;藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解,引起水体的溶氧量下降,造成鱼类等死亡,进一步破坏了生态系统的稳态,这种调节方式称为。
(2)与传统养殖池塘相比,该养殖系统增加的生态工程设施有。
可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施,起到对水体的,有效减少水体中的N、P等含量。
(3)该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部,实现水层交换,其目的有、。
(4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多,因为。
(5)保持池塘水体中适当的N、P含量是必要的,该养殖系统可以通过、进行调控。
【解析】与自然池塘相比,人工养殖池塘生态系统动植物种类稀少,营养结构简单,恢复力稳定性高。
该养殖系统增加了生态塘和潜流湿地等设施,可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施,起到对水体的净化作用,有效减少水体中的N、P等含量。
该养殖系统中串联的池塘不宜过多,因为后面池塘水体中的N和P含量(浓度)会越来越高。
为了保持池塘水体中适当的N、P含量,该养殖系统可以通过补水和排水、水泵控制水的流量(循环频次)进行调控。
【答案】
(1)高正反馈
(2)生态塘和潜流湿地净化作用
(3)增加水中的溶氧量提高饵料的利用率
(4)后面池塘水体中的N和P含量(浓度)会越来越高
(5)补水和排水水泵控制水的流量(循环频次)
3、(2010·广东高考)气候变化与生态系统的碳循环密切相关。
下表为A、B两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。
(1)生态系统碳的吸收主要是通过______作用实现的,碳的释放主要是通过_____作用实现的。
(2)表中_______时期的生态系统处于稳定状态,原因是______。
(3)由于过度的人工碳排放,破坏了生态系统的________,导致大气中_____增加并引起全球气候变化。
(4)人们正在积极开发新能源以减少碳排放。
如“叶绿素太阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特征而制造的,类囊体吸收光能的过程发生在光合作用的_____阶段;又如经改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的_____直接发酵转化为燃料乙醇。
【解析】本题主要考查学生的理解能力和获取信息的能力。
碳元素由无机环境进入生物群落主要依赖于绿色植物的光合作用,而由生物群落回归无机环境则主要依赖于各类生物的呼吸作用。
在一个稳定状态的生态系统中,碳吸收量应该基本上等于碳释放量。
过度的人工碳排放,破坏了生态系统的碳循环,导致大气中CO2增加并引起全球气温变暖。
光能的吸收、传递和转换发生咋子光合作用的光反应阶段。
【答案】
(1)光合呼吸
(2)A碳吸收量应该基本上等于碳释放量
(3)碳循环CO2
(4)光反应有机物
【考点提升训练】
一、选择题
1、关于生态系统的物质循环的叙述,不正确的是( )
A.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
B.所说的生态系统指地球是最大的生态系统——生物圈
C.所说的循环是指物质在生物群落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
【解析】由生态系统物质循环的概念可知,本题的A、B、C选项都是正确的。
物质在循环过程中是不会递减的,因为物质只能进行转移和变化,但不会消失。
【答案】D
2、如图为某生态系统碳循环示意图,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为生态系统的成分,①~④代表发生在生物体内的生理作用。
下列相关叙述,正确的是( )
A.图中Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ是因捕食关系而形成的食物链
B.在这个生态系统中Ⅱ所含有的能量最多
C.碳元素沿图示箭头循环时,能量也随之循环流动
D.①③④的实质都是分解有机物,并将CO2释放到大气中
【解析】分析图解,Ⅰ和Ⅳ为双向箭头,所以一定是生产者和大气,Ⅱ、Ⅲ也分别指向Ⅳ,所以可以判定Ⅳ为大气,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示生产者、分解者、消费者。
据以上分析可知,Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ不能看作是食物链,A项错误;该生态系统的生物成分中生产者Ⅰ所含有的能量应该最多,B项错误;能量是单向流动、不循环的,C项错误。
【答案】D
3、大气中CO2过多与碳循环失衡有关。
2009年哥本哈根世界气候大会所倡导的低碳生活获得普遍认同。
根据下图所作出的判断不正确的是( )
A.增加自养生物种类和数量有利于降低大气中的CO2含量
B.大气中CO2的增加主要与异养生物②的数量增加有关
C.该生态系统中的所有自养生物与所有异养生物构成了生物群落
D.该图能表示物质循环过程,不能准确表示能量流动方向
【解析】降低大气中的CO2含量,主要通过生产者的光合作用来完成;大气中CO2的增加主要是由于化学燃料的大量燃烧所引起的,异养生物的数量增加对大气中CO2的浓度改变不会有很大影响;生物群落包括生产者、消费者、分解者,其中生产者属于自养型,消费者、分解者都为异养型;物质是循环的,能量流动是单向逐级递减不循环的,故题图不能准确表示能量流动方向。
【答案】B
4、下图是某生态系统物质和能量流向示意图。
下列有关叙述正确的是( )
A.X1过程的完成必须依赖于一种具有双层膜结构的细胞器
B.X1过程吸收的CO2总量与Y1、Y2、Y3、……及Z过程释放的CO2总量相等
C.当该生态系统处于相对稳定的状态时,X3过程的能量值约为X1过程的能量值的1%~4%
D.X1、X2、X3、……过程提供的有机物中的碳将全部转变为Z过程释放的CO2中的碳
【解析】X1过程为光合作用,多数植物的光合作用在叶绿体中完成,少数生物如蓝藻没有叶绿体也可完成光合作用;X1过程吸收的CO2总量应大于Y1、Y2、Y3、……及Z过程释放的CO2总量;能量在食物链中的传递效率为10%~20%,故X3过程的能量值约为X1过程的能量值的1%~4%;生产者、消费者同化的有机物除了被分解者分解外,还有一部分用于自身生命活动。
【答案】C
5、(2012·江门调研)下图为生态系统碳循环模式图,下列分析错误的是()
A.f表示大气中的二氧化碳库
B.该图中有三条食物链
C.图中的a一定是自养生物,b、c、d、e一定是异养生物
D.碳以有机物的形式由a传到b
【解析】因为研究对象为碳循环,所以要考虑生物及非生物的物质和能量,只有生产者才能吸收二氧化碳,生产者、消费者和分解者都要产生二氧化碳,所以a为生产者,b为分解者,f为无机环境,图中只有一条食物链,B项错误。
【答案】B
6、关于物质循环的叙述正确的是( )
A.生产者和无机环境之间可以直接进行碳循环
B.消费者与无机环境之间可以直接进行碳循环
C.物质循环在生产者、消费者和分解者之间进行
D.不同的生态系统,都能独立地进行各自的物质循环
【解析】因为生产者可以通过光合作用或化能合成作用,直接利用无机环境的CO2合成自身的组成物质,也能通过细胞呼吸直接将CO2释放到无机环境中,所以A项是正确的。
消费者只能通过细胞呼吸向无机环境释放CO2但不能直接利用CO2;物质循环应是在无机环境与生物群落之间进行的;物质循环是在整个生物圈中进行的,而比生物圈小的任何一个生态系统都不能独立进行物质循环,故B、C、D三项均是错误的。
【答案】A
7、(2012·漳州质检)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()
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.碳元素在A、B、C间以有机物的形式传递
D.图中B、C包含所有种群构成的生物群落
【解析】④表示光合作用,A表示分解者,B表示生产者,C表示消费者,A、B、C构成生物群落,而且碳元素在A、B、C间是以有机物的形式传递的,C项正确。
【答案】C
8、利用泥浆生物反应器处理污染土壤,原理是将污染土壤用水调成泥浆状,同时加入部分营养物质和菌种等,在有氧条件下剧烈搅拌,使污染物快速分解。
由此推知,该反应器( )
A.能够实现物质循环
B.主要处理有机污染
C.可看作一个小型生态系统
D.存在能量输入、传递、转化和散失
【解析】菌种在有氧条件下,使污染物快速分解,所以主要分解的是有机物。
物质循环发生在生物圈范围内,生态系统中必须有生产者,这样才有能量的输入。
【答案】B
9、分析下面有关生态系统碳循环、人体体液中物质交换的示意图,以下说法正确的是( )
A.乙图中的D是生态系统中的主要成分
B.人体O2浓度最高的是甲图中的B
C.人体发生过敏反应时,甲图中的A增加导致组织水肿
D.因捕食关系而建立的食物链中,能量最少的是乙图中B所处的营养级
【解析】此题中甲图是人体体液中物质交换示意图,图乙表示生态系统的碳循环。
在图甲中A是组织液、C是血浆、B是淋巴、D为细胞内液,人体O2浓度最高的是C,当人体发生过敏反应时,组织液增多导致组织水肿。
图乙中A是生产者、B是分解者、C是消费者、D是非生物的物质和能量。
生产者A是生态系统中的主要成分,分解者不参与构成捕食链。
【答案】C
10、下图为某生态系统部分物质循环的简图,其中M表示非生物的物质和能量,下列各项叙述正确的是( )
A.若M为大气中的CO2,则碳元素在图中①②③④过程中均以CO2的形式传递
B.若M为大气中的N2,则②过程不存在,①过程表示固氮蓝藻的固氮作用
C.若M为大气中的SO2,则图解可表示硫循环,造成酸雨的主要原因是③过程的加剧
D.若M为无机环境中的能量,则①的能量值为②与③对应的能量值之和
【解析】若M表示大气中的CO2,碳元素在图中①②③过程中均以CO2形式传递,而在④过程则以含碳有机物形式传递;固氮微生物可以固定N2,反硝化细菌才能将化合态氮转化为单质氮;造成酸雨的主要原因是化学燃料的大量燃烧;①的能量值为②、③及消费者呼吸消耗的能量、生物体内积累并未被利用的能量之和。
【答案】B
11、我国北方处于平衡状态的某森林生态系统,其碳素循环如右图所示,箭头和字母分别表示碳素传递方向和转移量。
下列选项正确的是( )
A.夏季,a>b+c+e
B.秋季,e+f C.春季,g=b+e+f D.冬季,d>c+f 【解析】碳素在无机环境和生物群落之间的循环,离不开生产者(主要是绿色植物)。 在题目所给出的生态系统中,a代表绿色植物通过光合作用固定的太阳能及合成的有机物,这是流经该森林生态系统的总能量,数量最大;b代表植物呼吸作用散失到大气中的二氧化碳;c代表通过食物链流入到动物(各级消费者)体内的总能量;d代表动物的呼吸作用散失到大气中的二氧化碳;e代表植物的残枝、落叶流入到分解者的能量;f代表动物流入到分解者的能量;g代表分解者的呼吸作用散失到大气中的二氧化碳。 在一年中的不同季节,植物进行光合作用的强度不同。 根据生态系统能量流动的效率为10%~20%,在夏季,处于平衡状态的森林生态系统,植物光合作用所固定的总能量>植物呼吸作用所消耗的能量+流入到动物体内的能量+流入到分解者的能量。 【答案】A 12、(2012·扬州质检)南京古泉生态农场将养猪、养鱼、沼气工程、养鸭、养蚯蚓、养蘑菇和种植果树等生产过程合理地组合在一起,形成一个良性循环系统。 下列相关说法错误的是() A.沼气是一种清洁可再生的能源 B.果园内蚯蚓能改良土壤,在该生态系统中属于分解者 C.从生态学角度看,人与畜禽的关系只是捕食关系 D.农场内各种农产品的生产互相协调、互惠互利,实现了对能量和物质的多级利用 【解析】南京古泉生态农场实现了物质和能量的多级利用,人与畜禽之间不仅有捕食关系,还有竞争关系。 【答案】C 13、在碳循环中,连通无机环境和生物群落的生物类群和生理作用分别是() ①生产者②消费者③分解者④光合作用 ⑤呼吸作用⑥蒸腾作用⑦化能合成作用 A.①②;④⑤⑥B.①③;④⑤⑦ C.②③;⑤⑥⑦D.①③;④⑥⑦ 【解析】碳循环中,生产者通过光合作用或化能合成作用将CO2转化为有机物进入生物群落,分解者则通过分解作用把有机物变成CO2返回无机环境。 【答案】B 14、在一般情况下,下列关于生态系统中物质循环的主要渠道的图解, 正确的是() 【解析】生态系统中的物质循环是由于生产者和分解者接通了生物群落与无机环境的通道,生产者通过光合作用或化能合成作用,利用光能或氧化无机物释放的能量,将无机物合成为有机物,这样无机环境中的物质进入生物群落,经各级消费者利用,最后经分解者的分解作用又将有机物转化成无机物归还于无机环境中去。 【答案】A 15、下图是地球上各种水体相互转化示意图,请从生态系统的角度考虑,指出该图能体现生态系统功能是( ) A.能量流动 B.物质循环 C.信息传递 D.物质更新 【解析】图中体现了在生物与无机环境之间的反复利用的物质是H、O元素所组成的水,而不是蛋白质、糖类、脂质这些生物界所特有的物质,因此从生态系统角度考虑,该图能体现生态系统的功能是物质循环。 【答案】B 二、非选择题 16、生态系统的物质循环指组成生物体的化学元素的循环,碳循环是主要的循环形式之一。 植物与动物之间有着各种各样的关系。 如果将一种植物和一种动物放在一封闭系统内,用pH试纸测定此系统中所发生的二氧化碳的浓度变化就能研究与碳循环有关的问题。 请用以下材料和用具完成下列实验以验证生态系统中植物和动物之间碳循环的相互关系。 实验材料: 试管架、4支试管、铝箔4张、光源、2只田螺、 2枝金鱼藻、50mL量筒、去氯的水、pH试纸。 (1)实验目的是____________________________。 (2)请完善下列实验步骤、结果和结论: 试管编号 项目 1 2 3 4 步骤 第一步 每支试管中加入等量的去氯水 第二步 一只田螺 一枝金鱼藻 A 第三步 测定每支试管中的pH后用双层铝箔将试管口封住 第四步 B 第五步 每20min测定一次pH,共测8次 实验结果 pH无变化 C D pH无变化或略有上升 实验结论 E A______________________;B______________________ C______________________;D______________________ E______________________ (3)实验步骤中1号试管的作用是______________________________。 【解析】以何种物质考查碳的转化是首先要解决的问题,本实验中将碳转换为CO2进行讨论,试管1不做任何处理作为对照。 本实验参照了缺项控制实验法的原理。 试管1、2、3为对照组,试管4为实验组,故试管1、2、3分别处理为不加任何动物或植物、加一只田螺、加一枝金鱼藻,则试管4应加入一只田螺和一枝金鱼藻;生态系统需从外界获取能量,可将4支试管同时放在较强的光源下照射,每隔一定时间测定pH。 【答案】 (1)验证生态系统中植物和动物之间碳循环的相互关系 (2)A.一只田螺、一枝金鱼藻 B.将试管放在较强光源下照射 C.pH下降 D.pH上升 E.碳在生产者和消费者之间通过光合作用和呼吸作用进行转化,即在生态系统内进行循环 (3)对照 17、(2012·温州模拟)建设社会主义新农村的关键是构建和谐社会、发展生态农业、走可持续发展之路。 下图为我市某生态农业发展模式图,请据图回答有关问题: (1)该生态系统设计原理是。 (2)该生态系统中农作物所积累的有机物中能量的去向有。 (3)氮元素和碳元素都能在生物群落和无机环境中不断循环,那么还要往农田中不断施加氮肥的原因是。 (4)沼气池中存在的生物在其细胞中都存在的细胞器有。 (5)如果要提高该生态系统的抵抗力稳定性,依据生态系统中生物种群间的相互依存和相互制约原理,应科学增加农田中的。 (6)请你评价以上农业生态系统方案的优点。 (7)为保证该生态系统中农作物的丰收高产,管理人员连续几年使用同一种化学杀虫剂,结果导致害虫再度大爆发。 其主要原因是: ①;②。 (8)为避免环境污染,实现生态农业的纯绿色,治理害虫的最佳方法是采用。 【解析】本题考查生态系统的结构和功能以及生态农业的特点。 分析如图所给的生态农业模式图。 (1)设计原理遵循生态系统的功能——物质循环和能量流动。 (2)意在考查学生对每个营养级能量去向的分析。 (3)应明确物质循环的范围具有全球性。 农田生态系统物质不断输出,所以应施以肥料补充。 (5)增加物种,能增加食物网的营养结构复杂程度、增强生态系统的抵抗力稳定性。 (6)分析生态农业的优点要从延长食物链实现能量的多级利用考虑。 (7)杀虫剂导致害虫突然大量死亡,其天敌因食物不足和杀虫剂毒害也会大量死亡,当部分抗药性强的害虫保留下来再次大量繁殖时,因缺少天敌而导致害虫再度大爆发。 (8)从生态学角度分析治虫的最佳方案仍是生物防治。 (例如: 引入天敌或竞争者、诱导性别比例失调、干扰雌雄交配等) 【答案】 (1)能量多级利用和物质循环再生 (2)流向下一营养级、自身呼吸消耗、被分解者分解 (3)氮素不断输出该生态系统(被农作物吸收利用),农田中的氮素不足以使农作物高产,为了提高农作物产量,就要往农田中不断施加氮肥 (4)核糖体 (5)生物种类 (6)①通过延长食物链,科学地利用了农业生态系统中的各种成分(废物资源化);②能量最大限度地得到了利用,使能量朝向有利于人类的方向流动(提高能量转化效率);③能够减少化肥的使用,从而减少环境污染(减少环境污染)。 (7)害虫的抗药性经自然选择逐代增强化学杀虫剂导致害虫天敌大量死亡,破坏了生态系统原有营养结构(害虫天敌大量死亡,破坏了食物链的结构) (8)生物防治方法
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