第3节生态系统的物质循环1.生态系统的物质循环是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程。
2．大气中的CO2进入生物群落的途径有光合作用和化能合成作用。
3．生物群落中的碳返回大气的途径有动植物的呼吸作用，微生物的分解作用及化石燃料的燃烧。
4．物质循环的特点是具有全球性、循环性。
5．温室效应形成的主要原因是化石燃料短时间内大量燃烧使大气中CO2含量迅速增加，打破了生物圈碳循环的平衡。
6．物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力。
一、物质循环的概念1．物质：组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素。
2．过程：无机环境元素元素生物群落。
3．范围：生物圈。
4．特点：(1)具有循环性，物质可以被生物群落反复利用。
(2)具有全球性，因此又叫生物地球化学循环。
二、物质循环的实例——碳循环1．循环形式(1)在生物群落与无机环境间：主要以CO2的形式进行。
(2)在生物群落内：以含碳有机物的形式进行。
2．过程图解[据图填空]图中：①光合作用，②呼吸作用，③植物(生产者)，④动物(消费者)，⑤呼吸作用，⑥分解者的分解作用。
3．温室效应(1)形成原因：主要是化石燃料短时间内大量燃烧使大气中CO2含量迅速增加，打破了生物圈碳循环的平衡。
(2)危害：加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
三、物质循环和能量流动的关系二者是同时进行的，彼此相互依存，不可分割。
(1)物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动。
(2)能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。
四、土壤微生物的分解作用1．案例1中实验的自变量是土壤微生物的有无，对照组不做处理，实验组要尽可能排除土壤微生物的作用，应进行灭菌处理。
2．案例2中A组土壤浸出液含有微生物，B组烧杯中加入的液体应不含微生物，因此可加入等量的蒸馏水。
1．判断下列叙述的正误(1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物(×)(2)碳循环在生物群落内部以CO2形式进行(×)(3)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环(√)(4)碳循环中由于生物的呼吸作用和微生物的分解作用，导致了温室效应现象的出现(×)(5)能量流动与物质循环是两个独立的过程(×)(6)能量流动伴随着物质循环在生态系统中反复利用(×)2．生态系统的物质循环，其中“物质”是指( )A．细胞中的蛋白质和核酸B．组成生物体的C、H、O、N、P、S等一些基本元素C．组成生物体的各种元素D．组成细胞的各种化合物解析：选C 生态系统物质循环中的物质是指组成生物体的元素。
3．在生态系统的碳循环中，既能使碳进入生物群落，又能使碳返回大气中的生物是( )A．绿色植物B．植食动物C．肉食动物D．营腐生生活的真菌解析：选A 碳以CO2的形式从大气中进入生物群落，这一过程主要依靠生产者的光合作用；碳从生物群落又以CO2的形式释放到大气中去，这一过程主要依靠各级消费者和生产者的呼吸作用，以及分解者的分解作用。
能够完成碳进入生物群落和从生物群落进入大气这两个过程的只有生产者。
4．与生态系统的能量流动相比较，物质循环具有的特点是( )A．循环流动B．单向流动C．逐级递减D．不能循环解析：选A 物质循环的特点是循环性和全球性，能量流动的特点是单向传递、不能循环、逐级递减。
5．下列不属于生物群落中的碳返回大气中途径的是( )A．生物的呼吸作用B．某些细菌的化能合成作用C．分解者的分解作用D．森林火灾解析：选B 生物群落中的碳返回大气中的途径有动植物的呼吸作用、微生物的分解作用以及燃烧。
硝化细菌等的化能合成作用，属于将无机环境中的碳进入生物群落中的途径。
核心要点一生态系统的物质循环1．物质循环的概念分析(1)生态系统的物质循环中所说的“生态系统”并不是一般的生态系统，而是指地球上最大的生态系统——生物圈，因此物质循环具有全球性。
(2)生态系统的物质循环中所说的“物质”并不是指组成生物体的化合物，而是指组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等。
(3)碳在生态系统各成分之间传递并不都是双向的，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，在生物群落内部，沿食物链(网)传递时，只能由低营养级向高营养级单向传递。
2．碳循环(1)碳存在形式：碳在生物群落中主要以含碳有机物的形式存在，在无机环境中以CO2、碳酸盐等形式存在。
(2)碳循环形式：碳在生物群落和无机环境之间主要以CO2的形式进行循环。
在生物群落内部的传递主要靠食物链和食物网，传递形式为含碳有机物。
(3)碳出入生物群落的途径：①碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用或化能合成作用。
②碳返回无机 环境的途径⎩⎪⎨⎪⎧ 生产者、消费者的呼吸作用分解者的分解作用实质是呼吸作用化石燃料的燃烧(4)温室效应：①产生原因⎩⎪⎨⎪⎧a.化石燃料的大量燃烧，产生大量CO 2b.植被破坏，降低了对大气中CO 2的调节能力②减缓措施⎩⎪⎨⎪⎧a.减少化石燃料的燃烧，开发新能源b.大力植树造林[思考探究](1)与自然界的碳循环关系最密切的两种细胞器是什么？ 提示：线粒体和叶绿体。
(2)既然物质是循环的，为什么农田生态系统还需要经常施肥呢？提示：物质循环具有全球性，是指在生物圈内进行的不断循环。
而农田是一个较小的生态系统，不断有粮食作物的输出，即物质的输出大于物质的自然输入，因此要不断施加肥料。
3．能量流动和物质循环的关系项目 能量流动 物质循环 形式 光能→化学能→热能 化学元素 (无机物有机物)过程 沿食物链(网)单向流动 在无机环境和生物群落间往复循环特点 单向流动、逐级递减 往复循环 范围生态系统各营养级生物圈(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往复循环的动力[名师点拨] 重金属和DDT 等农药的生物富集作用生物富集问题与能量流动相反，能量沿食物链流动时逐级递减，而农药或重金属在食物链中则存在“生物富集作用”，即营养级越高，该物质浓度越高。
[题组冲关]1．关于生态系统的物质循环的叙述，不．正确的是( ) A ．所说的物质是指组成生物体的化学元素B．所说的生态系统是地球最大的生态系统——生物圈C．所说的循环是指物质在生物与无机环境之间反复利用、循环流动D．物质在循环过程中不断递减解析：选D 物质循环的实质为元素在生物圈这个最大的生态系统中反复利用、循环流动，在这个过程中物质是守恒的。
2．下列关于能量流动和物质循环的表述正确的是( )A．在物质循环过程中，无机环境中的能量可以被生物群落反复利用B．物质循环与能量流动先后进行C．物质是能量的载体，能量随着物质在无机环境和生物群落之间循环流动D．物质循环与能量流动相互依存解析：选D 物质循环和能量流动相互依存，同时进行。
物质可以在无机环境和生物群落之间循环，但能量不能循环，而是逐级递减，最终以热能形式散失。
3．下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．④过程代表绿色植物的光合作用，③代表化能合成作用B．图中A、B、C包含的所有种群共同构成生物群落C．物质循环是指碳元素在A、B、C间以有机物的形式传递D．⑧过程的加剧是造成温室效应的主要原因解析：选B 由图示信息可知，A代表分解者，B代表生产者，C代表消费者，④代表光合作用和化能合成作用，③代表呼吸作用；碳循环是指碳元素在生物群落和无机环境间进行的循环；图中的生产者、消费者和分解者共同构成了生物群落。
⑦过程即化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。
[方法规律]碳循环模式图中生态系统成分的判断(1)首先找双向箭头：这是因为双向箭头的两端分别是生产者和大气中的CO2。
依据是只有生产者既能通过光合作用或化能合成作用从大气中吸收CO2，又能通过呼吸作用向大气中释放CO2，因此只有生产者与大气中的CO2之间具有双向箭头(如图1中的A与B、图2中的A与C、图3中的A与E、图4中的A与B)。
(2)在此基础上，其他成分都有箭头指向的为大气中的CO2，因为生产者、消费者、分解者都可通过呼吸作用向大气中释放CO2(如图1中的B、图2中的C、图3中的A、图4中A)，双向箭头的另一端则为生产者(如图1中的A、图2中的A、图3中的E、图4中的B)。
(3)除大气中的CO2外其他生物成分都有箭头指向的为分解者，因为动植物的遗体、排遗物都要被分解者分解(如图1中的D、图2中的E、图3中的C、图4中D)，剩下的成分为消费者(如图1中的C、图2中的B、D，图3中的B、D、F，图4中的C)。
核心要点二| 探究土壤微生物的分解作用1．实验原理(1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们绝大多数是生态系统中的分解者。
(2)分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，其分解速度与环境中的温度、水分等生态因子相关。
2．实验流程项目案例1 案例2实验假设微生物能分解落叶使之腐烂微生物能分解淀粉实验设计实验组对土壤高温处理A烧杯中加入30 mL土壤浸出液对照组对土壤不做任何处理B烧杯中加入30 mL蒸馏水自变量土壤中是否含微生物溶液中是否含有分解淀粉的微生物实验现象在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组AA1不变蓝A2产生砖红色沉淀B B1变蓝B2不产生砖红色沉淀结论分析微生物对落叶有分解作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉(1)探究活动最好在实验室中进行，以便控制变量，避免环境中不可控制因素的影响。
(2)各地气候与环境等因素不同，微生物分解落叶的功能不同，分解的时间也有差异，一般需要适宜的温度、湿润的条件等。
[题组冲关]4．某同学完成了土壤微生物的分解作用的对照实验，对照组是( )A．土壤不做处理，自然状态B．土壤进行处理C．排除土壤微生物的作用D．尽可能避免改变土壤理化性质解析：选A 实验组和对照组的单一变量是土壤中是否含有微生物。
所以对照组应为不做处理的自然土壤，而实验组应将土壤进行灭菌处理，尽可能排除土壤微生物的作用。
5．某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5 cm左右)为实验材料，研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用，对土壤处理情况见下表。
下列有关叙述不．正确的是( )1组2组3组4组土壤处理灭菌不灭菌灭菌不灭菌湿润湿润较干燥较干燥AB．为了控制实验中的无关变量，作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理C．该实验的自变量为土壤是否灭菌的处理，实验中的对照组是1和3组D．预期结论是1、3组的落叶不被分解，2、4组中的落叶被不同程度地分解解析：选C 该实验中1、2组是湿润土壤，3、4组是较干燥土壤，1、2组与3、4组对照，可以探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用；该实验中对土壤采取了灭菌和不灭菌的处理，这是对自变量的处理，落叶上存在的微生物属于无关变量，为了避免无关变量对实验的干扰，应将各组的落叶进行灭菌处理；该实验的自变量为土壤是否灭菌处理及土壤的湿度，实验中的对照组是1和2组；由于1、3组的土壤进行了灭菌处理，土壤中没有微生物，则1、3组中的落叶不被分解，而2、4组中有微生物，但由于土壤湿度不同，微生物的分解作用有一定差异，因此，2、4组中的落叶被不同程度地分解。
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