最新生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)導(dǎo)學(xué)案

1、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)知識(shí)儲(chǔ)備區(qū)1如圖是某湖泊生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的定量分析圖解。圖中A、B、C代表三個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，數(shù)字均為實(shí)際測(cè)得的能量值，單位為百萬(wàn)千焦(X 106 kJ)。已知該生態(tài)系統(tǒng)受到的太陽(yáng)輻射為118 872 X 106 kJ,但其中118 761 X 106 kJ的能量未被利用。請(qǐng)回答：分解者(3.5)A(in.qj未利用(45.1)(1) 請(qǐng)將流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量填寫在圖中的括號(hào)內(nèi)，這部分能量是生產(chǎn)者所固定的 太陽(yáng)能。(2) 能量流動(dòng)的渠道是食物鏈和食物網(wǎng)。(3) 能量流動(dòng)的特點(diǎn)是單向流動(dòng)和逐級(jí)遞減。(4) 能量從第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)到第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的傳遞效率約為13.5% ,從第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)到第三營(yíng)養(yǎng)

2、級(jí)的傳遞效率為20%。次級(jí)消費(fèi)者呼吸消耗的能量占其同化作用所得到能量的百分比是60%o由圖可知，下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)不能得到上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的全部能量，原因有： 各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物體內(nèi)的大量能量被細(xì)胞呼吸消耗。 其次是上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的部分能量未被下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)利用。 還有少數(shù)能量被分解者利用。2由上面能量流動(dòng)圖解看出：A為生產(chǎn)者,A通過光合作用固定太陽(yáng)能，同時(shí)發(fā)生的物質(zhì)變化是把大氣中的 CO?合成了有機(jī)物,B、C為消費(fèi)者，A、B、C及分解者通過呼吸作 用釋放能量，同時(shí)發(fā)生的物質(zhì)變化是把有機(jī)物分解，釋放CO 2返回到大氣中。:課堂導(dǎo)入】F圖為美國(guó)耗資2億美元建立的地球生物圈 2號(hào)。它是透明的，為什么呢?生：需要輸入光

3、能。師：同時(shí)，它又是封閉的，難道它不需要外界提供所需要的各種物質(zhì)嗎？學(xué)完這節(jié)“生 態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”后，我相信同學(xué)們就能解釋這個(gè)問題了。學(xué)習(xí) 探究區(qū)阜建日學(xué)赫實(shí) 墓點(diǎn)互動(dòng)探究探究點(diǎn)一碳循環(huán)碳是構(gòu)成生命有機(jī)體的重要元素之一。請(qǐng)閱讀教材Pi00101，結(jié)合P101圖5- 11和溫室效應(yīng)示意圖，完善下面的碳循環(huán)模式圖，并思考回答下面的問題。庫(kù)la生物的仆解作用rlA.1屜用柞用1碳在自然界中以 CO2和碳酸鹽的形式存在，在大氣中以COj的形式存在。2自然界中的碳元素以 CO2的形式被生產(chǎn)者利用，通過光合作用或化能合成作用合成含碳 有機(jī)物儲(chǔ)存在生產(chǎn)者體內(nèi)，進(jìn)入生物群落。3 碳元素在生物群落中以含碳有機(jī)

4、物的形式，沿著食物鏈和食物網(wǎng)往下傳遞，最終流向分解者。4 動(dòng)植物的呼吸作用和分解者的分解作用，以及化學(xué)燃料的燃燒都可以把有機(jī)物分解成無(wú)機(jī)物，以CO2的形式歸還大氣。5由此看出，碳循環(huán)其實(shí)就是碳元素在生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境間的循環(huán)過程。所以，物質(zhì)循環(huán)就是指組成生物體的 C、H、O、N、P、S等元素，不斷在無(wú)機(jī)環(huán)境和生物群落中循 環(huán)的過程，物質(zhì)循環(huán)的范圍是整個(gè)生物圈。6. 使用農(nóng)藥DDT（難降解）的只有一小部分地區(qū)，可是遠(yuǎn)在南極的動(dòng)物體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了DDT ,這一現(xiàn)象說明物質(zhì)循環(huán)具有全球性，因此物質(zhì)循環(huán)又叫生物地球化學(xué)循環(huán)。7. 如果人們不按生態(tài)規(guī)律辦事，亂砍濫伐森林，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)有何影響？答案 打

5、破碳循環(huán)平衡，使大氣 CO2進(jìn)入生物群落過程受阻，大氣中CO2的含量就會(huì)明顯增多。&化學(xué)燃料的大量燃燒，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)有何影響？又有什么危害？答案 CO2在很短時(shí)間內(nèi)釋放出來(lái)， 打破碳循環(huán)平衡，使大氣中CO2的含量增高，進(jìn)而 導(dǎo)致溫室效應(yīng)。危害：加快極地和高山冰川的融化，導(dǎo)致海平面上升，進(jìn)而對(duì)人類和其他許多生物的生存構(gòu)成威脅。:歸納提煉】碳進(jìn)入生物群落光合作用化能合成作用1.碳出入生物，群落的途徑碳放出生物群落動(dòng)植物的呼吸作用 匚微生物的分解作用 他學(xué)燃料的燃燒2. 物質(zhì)循環(huán)的“物質(zhì)”和“范圍”(1) 參與物質(zhì)循環(huán)的 “物質(zhì)”是指組成生物體的化學(xué)元素。(2) 循環(huán)的范圍是生物圈，而不是具體

6、的某一生態(tài)系統(tǒng)。3. 碳循環(huán)及存在形式(1) 在生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境間：以C02形式循環(huán)。(2) 在生物群落內(nèi)部：以含碳有機(jī)物形式傳遞。(3) 在無(wú)機(jī)環(huán)境中：主要以C02和碳酸鹽形式存在。4. 碳循環(huán)中各成分的確定方法圖中與之間為雙箭頭，故一個(gè)為生產(chǎn)者，另一個(gè)為大氣中的C02庫(kù)；又因?yàn)槠渌鱾€(gè)成分都有箭頭指向 ，所以為大氣中的C02庫(kù)，為生產(chǎn)者。其他生物部分的 箭頭都指向，所以是分解者，剩余的 為消費(fèi)者。:活學(xué)活用】1. 如圖為生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)過程，其中甲、乙、丙、丁構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的生物群落，箭頭表示物質(zhì)循環(huán)方向。請(qǐng)判斷下列說法的正誤：(1) 圖中過程可以表示綠色植物的光合作用()缺少類群甲則生態(tài)

7、系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)不能正常進(jìn)行()(3) 碳在乙、丙中以有機(jī)物的形式存在()(4) 參與物質(zhì)循環(huán)的對(duì)象是含碳的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物()(5) 碳循環(huán)是在組成生態(tài)系統(tǒng)的生物群落的生物體內(nèi)的循環(huán)過程()(6) 碳循環(huán)是生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間的循環(huán)過程()(7) 圖中的生態(tài)系統(tǒng)可以是果園生態(tài)系統(tǒng)()問題導(dǎo)析 據(jù)圖，氣體X為CO2,與其具有雙向箭頭的乙為生產(chǎn)者，乙、丙、丁都 指向甲，甲為分解者，丙為初級(jí)消費(fèi)者，丁為次級(jí)消費(fèi)者。(2) 碳在生物群落內(nèi)的存在形式是含碳有機(jī)物。(3) 碳循環(huán)是組成生物體的元素的循環(huán)，而不是化合物的循環(huán)。答案 (1)2(2) V (3) V (4) X (5) X (6)

8、V (7) X解析 由圖可知，氣體 X為二氧化碳，類群乙為生產(chǎn)者，類群丙為消費(fèi)者。聯(lián)系生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境的兩種成分是生產(chǎn)者和分解者，圖中甲為分解者，如果甲缺少，生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)將不能正常進(jìn)行。參與循環(huán)的物質(zhì)對(duì)象是組成生物體的C、H、0、N、P、S等元素。生物地球化學(xué)循環(huán)指的是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)(生物圈)中的物質(zhì)循環(huán)，在生物圈的生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間的循環(huán)過程。探究點(diǎn)二土壤微生物的分解作用土壤中的微生物能把有機(jī)物分解為無(wú)機(jī)物歸還無(wú)機(jī)環(huán)境，是生態(tài)系統(tǒng)中的“清道夫”。為探究其分解作用，請(qǐng)閱讀教材Pl02103，完成下面的實(shí)驗(yàn)原理和案例設(shè)計(jì)。1. 實(shí)驗(yàn)原理(1) 土壤中存在種類、數(shù)目繁多的細(xì)菌、真

9、菌等微生物，它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中的成分為分-解者。(2) 分解者的作用是將環(huán)境中的有機(jī)物分解為無(wú)機(jī)物，其分解速度與環(huán)境中的溫度、水分等生態(tài)因子相關(guān)。2. 案例設(shè)計(jì)案例1案例2實(shí)驗(yàn)假設(shè)土壤微生物能分解落葉使之腐爛土壤微生物能分解淀粉實(shí) 驗(yàn) 設(shè) 計(jì)實(shí)驗(yàn)組對(duì)土壤咼溫處理A燒杯中加入30 mL 土壤浸出液+淀粉糊對(duì)照組對(duì)土壤不做任何處理B燒杯中加入30 mL蒸餾水+ 與A等量的淀粉糊自變量土壤中是否含有微生物是否加土壤浸出液實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在相同時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)組落 葉腐爛程度小于對(duì)照組AA1不變藍(lán)A2產(chǎn)生磚紅色沉淀BB1變藍(lán)B2不產(chǎn)生磚紅色沉淀結(jié)論分析微生物對(duì)落葉有分解作 用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉(注：在Ai

10、、Bi中加入碘液，在 A2、B2中加入斐林試劑并加熱。)小貼士 碘液與斐林試劑的檢測(cè)程度不同：前者檢測(cè)淀粉的分解是否徹底完成，后者檢測(cè)淀粉的分解是否發(fā)生。歸納提煉】實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組的確定(1) 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中二者如何確定：根據(jù)題意首先弄清實(shí)驗(yàn)研究的自變量是什么，然后找到進(jìn)行自變量處理的實(shí)驗(yàn)即為實(shí)驗(yàn)組，沒進(jìn)行自變量處理，僅為排除無(wú)關(guān)變量干擾而設(shè)置的實(shí)驗(yàn)為對(duì)照組。(2) 探究實(shí)驗(yàn)中二者如何確定：接受自變量處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是未知的為實(shí)驗(yàn)組；未接受自變量處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是已知的為對(duì)照組。:活學(xué)活用】2同學(xué)們?cè)谡n外活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)植物的落葉在土壤里會(huì)逐漸腐爛，形成腐殖質(zhì)。他們猜測(cè)落葉的腐爛是由于土壤微生物的作用，不同生

11、態(tài)系統(tǒng)的土壤微生物分解能力不同，并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。(1) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)首先要遵循的是 原則和原則。(2) 以帶有同種落葉的土壤為實(shí)驗(yàn)材料，均分為A和B兩組。實(shí)驗(yàn)時(shí) A組不做處理(自然狀態(tài));B組用塑料袋包好，放在 60 C的恒溫箱中滅菌 1小時(shí)。B組處理的目的是（3）（2）中實(shí)驗(yàn)的自變量是 ，因變量是 ，無(wú)關(guān)變量是（至少寫出兩點(diǎn)）。如果同學(xué)們的猜測(cè)是正確的，若干天后中B組的落葉 ntprl t M、（5）如果同學(xué)們用帶有相同量同種植物落葉的凍土苔原和熱帶雨林的等量土壤為實(shí)驗(yàn)材 料，分別模擬原生態(tài)系統(tǒng)的無(wú)機(jī)環(huán)境條件進(jìn)行C組和D組的實(shí)驗(yàn)，定期抽樣檢測(cè)樣品土壤中未腐爛的落葉的含量，請(qǐng)根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果在右

12、圖中繪出相應(yīng)的曲線。問題導(dǎo)析 （1）該實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證落葉的腐爛是由于土壤微生物的作用，實(shí)驗(yàn)的自變 量是土壤中微生物的有無(wú)，因變量是落葉的腐爛程度。為遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的對(duì)照原則和單一變量原則，所以應(yīng)盡量減少無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，如土壤溫度、濕度、pH、落葉的種類和大小等。由于中B組已滅菌，貝U依據(jù)同學(xué)們的猜測(cè)可知若干天后（2）中B組的落葉腐爛程度小于對(duì)照組。（4）在繪制曲線時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：明確橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的意義，其中縱坐標(biāo)為未-腐爛的落葉量；兩曲線的起點(diǎn)相同，注意縱坐標(biāo)初始值不為0；由于微生物的分解作用，兩曲線呈下降趨勢(shì)，且 D組下降速度較C組快；隨時(shí)間延長(zhǎng)，微生物的數(shù)量 增多，故兩曲線的下

13、降趨勢(shì)是由慢到快。時(shí)聞（月）答案（1）單一變量對(duì)照（2 ）殺死土壤微生物，同時(shí)避免土壤理化性質(zhì)的改變（3） 土壤微生物（作用）的有無(wú)落葉的腐爛程度土壤溫度、含水量、pH、落葉的種類和大小等（合理即可）（4）腐爛程度小于對(duì)照組（5）如右圖解析由題意可知該實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證落葉的腐爛是由于土壤微生物的作用，實(shí)驗(yàn)的自變量是土壤中微生物的有無(wú)，因變量是落葉的腐爛程度。為遵循生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的對(duì)照原 則和單一變量原則， 所以應(yīng)盡量減少無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，如土壤溫度、濕度、pH、落葉的種類和大小等。在繪制曲線時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：明確橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的意義，其中縱坐標(biāo)為未腐爛的落葉量；兩曲線的起點(diǎn)相同，注意縱坐標(biāo)

14、初始值不為0;由于微生物的分解作用，兩曲線呈下降趨勢(shì)，且D組下降速度較C組快；隨時(shí)間延長(zhǎng)，微生物的數(shù)量增多，故兩曲線的下降趨勢(shì)是由慢到快。探究點(diǎn)三能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的特點(diǎn)雖不相同，卻是緊密聯(lián)系在一起的。閱讀教材P103內(nèi)容，分析下圖，回答問題，明確它們之間的關(guān)系。m2虔耳75- cm能址政農(nóng)(圖叩:優(yōu)表期庾箱環(huán)”優(yōu)壷能址航動(dòng))1 從圖中可以看出，無(wú)機(jī)環(huán)境為生物成分提供物質(zhì)和能量。2 生態(tài)系統(tǒng)的主要功能是能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)。二者均開始于生產(chǎn)者通過光合作用合成有機(jī)物、固定太陽(yáng)能，然后沿共同的渠道一一食物鏈(網(wǎng))一起進(jìn)行。3. 能量流動(dòng)的特點(diǎn)是單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減，物質(zhì)循環(huán)的特

15、點(diǎn)是全球性、4. 能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系(1)能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和釋放，都離不開物質(zhì)的合成和分解等過程。物質(zhì)作為能量的載體，使能量沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動(dòng)。(3) 能量作為動(dòng)力，使物質(zhì)能夠不斷地在無(wú)機(jī)環(huán)境和生物群落之間循環(huán)往返。能量以物 質(zhì)形式存在和流動(dòng)，能量促進(jìn)了物質(zhì)的循環(huán)?！練w納提煉】繪制物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)圖解時(shí)應(yīng)注意的問題(1) 繪制物質(zhì)循環(huán)圖解時(shí)，注意物質(zhì)是可以循環(huán)的，即物質(zhì)循環(huán)的箭頭可以是雙向的。(2) 能量流動(dòng)是單向的，生產(chǎn)者的能量可流向消費(fèi)者和分解者，但消費(fèi)者與分解者中的 能量不能流向生產(chǎn)者。繪制能量流動(dòng)圖解時(shí)，只要存在有機(jī)物傳遞即伴隨著能量的傳遞(如動(dòng)植物遺體、殘枝敗葉t沼

16、氣池；沼渣t食用菌等，均既有物質(zhì)傳遞，又有能量流動(dòng))。:活學(xué)活用3. 如圖是某森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量流向示意圖，h、i、j、k表示不同用途的有機(jī)物(j是未利用部分)，方框大小表示使用量，下列敘述正確的是()A 進(jìn)入該生態(tài)系統(tǒng)的 C02量與各h產(chǎn)生的CO?總量相等B 生產(chǎn)者i的量大于被初級(jí)消費(fèi)者同化有機(jī)物的量C.流向分解者的k可被生產(chǎn)者直接吸收利用D 流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量可循環(huán)利用問題導(dǎo)析 圖中h、i、k分別指代用于細(xì)胞呼吸、流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)、流向分解者的有 機(jī)物量。進(jìn)入該生態(tài)系統(tǒng)的 C02量應(yīng)該包括各 h產(chǎn)生的CO2總量和未利用部分的總和。(3) 因?yàn)槟芰苛鲃?dòng)是逐級(jí)遞減的，所以生產(chǎn)者i的量

17、大于被初級(jí)消費(fèi)者同化有機(jī)物的量。(4) 能量流動(dòng)是單向的，所以流向分解者的k不能被生產(chǎn)者直接吸收利用。答案 B解析 進(jìn)入該生態(tài)系統(tǒng)的 CO?量應(yīng)該包括各h產(chǎn)生的C02總量和未利用部分的總和，A項(xiàng)錯(cuò)誤；能量流動(dòng)是逐級(jí)遞減的，所以生產(chǎn)者i的量大于被初級(jí)消費(fèi)者同化有機(jī)物的量，B項(xiàng)正確；能量流動(dòng)是單向的，所以流向分解者的k不能被生產(chǎn)者直接吸收利用，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。全球性.組毗生物體的元素全球榷例反良利用*1甜環(huán)流動(dòng)光令作用、化能合成作用半物辟癢（有機(jī)物自我檢測(cè)區(qū)梅測(cè)學(xué)習(xí)敢果體話成功快樂1若甲代表生產(chǎn)者，乙代表消費(fèi)者，丙代表分解者，丁代表大氣中的確表示甲、乙、丙、丁在碳循環(huán)中的關(guān)系的是C02庫(kù)，則圖中能正

18、（ ）I1 I1乙=口=丙乙甲i問LfM LUAB乙=1卩=內(nèi)LM答案 B解析 生產(chǎn)者從大氣中吸收 C02進(jìn)行光合作用或化能合成作用，合成的有機(jī)物一部分 被消費(fèi)者利用，一部分被分解者利用， 一部分未被利用，還有一部分用于呼吸作用產(chǎn)生C02釋放到大氣中；消費(fèi)者只能從生產(chǎn)者獲得有機(jī)物，一部分用于呼吸作用產(chǎn)生C02釋放到大氣中，一部分傳遞給分解者， 一部分未被利用，還有一部分傳遞給下一級(jí)消費(fèi) 者（最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)除外）；分解者可以從生產(chǎn)者、消費(fèi)者中獲得有機(jī)物，最終通過呼吸作用 產(chǎn)生C02釋放到大氣中。2某同學(xué)完成了土壤微生物的分解作用的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，對(duì)照組要求（）A .土壤不做處理，自然狀態(tài)B 土壤做高溫滅菌處理C.排除土壤微生物的作用D .盡可能避免土壤理化性質(zhì)的改變答案 A解析 探究土壤微生物的分解作用的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)照組的土壤不做處理，保持自然狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)組的土壤要進(jìn)行高溫滅菌處理，以排除土壤微生物的分解作用，同時(shí)要盡可能避免土壤理化性質(zhì)的改變。3如圖表示a、b、c三地區(qū)森林土壤有機(jī)物分解狀況，則分解者的作用強(qiáng)弱是( )0255075100土壤有機(jī)物麻棺葉厘射GA a b cB c b aC. c= baD. a c= b答案 A解析 由題圖可知，a地區(qū)落葉量大，但土壤中有機(jī)物的含量最少，說明a地區(qū)的有機(jī)物分解