2019-2020年高中生物 （人教大綱版）第二冊(cè) 第八章　生物與環(huán)境 3生態(tài)系統(tǒng)(四、備課資料).doc

2019-2020年高中生物 （人教大綱版）第二冊(cè) 第八章生物與環(huán)境 3生態(tài)系統(tǒng)(四、備課資料)一、關(guān)于水、氧、氮的循環(huán)1.水循環(huán)沒(méi)有水就沒(méi)有生命，生態(tài)系統(tǒng)也難以運(yùn)行。水是自然界的推動(dòng)者，它是生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)和元素得以運(yùn)動(dòng)的媒質(zhì)與動(dòng)力，可以說(shuō)，沒(méi)有水循環(huán)就沒(méi)有生物地化循環(huán)。水又是地質(zhì)侵蝕和沉積的原因，一個(gè)地方的侵蝕，必然出現(xiàn)另一個(gè)地方的沉積。水是生物圈中最豐富的物質(zhì)，它以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形式存在于生物圈中。海洋是水的主要蓄庫(kù)，占據(jù)了地球表面71%的面積。水循環(huán)受太陽(yáng)能、大氣環(huán)流、洋流和熱量交換所影響，通過(guò)蒸發(fā)、冷凝等過(guò)程在地球上進(jìn)行著不斷的循環(huán)。降水和蒸發(fā)是水循環(huán)的兩種方式，大氣中的水汽以雨、雪、冰雹等形式落到地面或海洋，而地面和海洋的水又通過(guò)蒸發(fā)進(jìn)入大氣中。當(dāng)降水到達(dá)地面時(shí)，有的直接落到地面上；有的落在植物群落中，并被截留一大部分；有的落入城市的街道和建筑物上，它們會(huì)很快地流失，有些直接落入江、河、湖泊和海洋中。到達(dá)土壤的水，一部分滲入土中，一部分作為地表徑流而流失。水在土壤中的滲透決定于土壤質(zhì)地、土壤孔隙度及植被中枯枝落葉層的厚度等，還決定于降水類型和強(qiáng)度等。河流、湖泊、海尖表層的水及土壤中的水都在通過(guò)不斷蒸發(fā)作用而進(jìn)入大氣中。通過(guò)降水和蒸發(fā)這兩種形式，使地球上的水分達(dá)到平衡狀態(tài)。地球上的降水量和蒸發(fā)量總的來(lái)說(shuō)是相等的，但在不同的表面，不同地區(qū)的降水量和蒸發(fā)量是不同的。就海洋和陸地講，海洋的蒸發(fā)量約占總蒸發(fā)量的84%，陸地占有16%；海洋中的降水占總降水的77%，陸地占23%。海洋上的蒸發(fā)比降水多了7%，而陸地的降雨比蒸發(fā)量多7%，海洋和陸地間的差異通過(guò)地表徑流和大氣環(huán)流而得以平衡。（下圖）全球水循環(huán)植被在水循環(huán)過(guò)程中起著重要作用。植物從環(huán)境攝取的物質(zhì)中，數(shù)量最大的是水分。據(jù)計(jì)算，一株玉米一天大約需要消耗2千克水，完成整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程需要200千克水，若一畝地有3000株玉米，共需水60萬(wàn)千克。植物需水量雖如此之多，但用于原生質(zhì)合成的是很少的，絕大部分通過(guò)蒸騰作用而返回大氣中。據(jù)估算，植物每吸收千克水就有990克作為水蒸氣從氣孔排出體外，只有10克用于維持原生質(zhì)的功能和光合作用。不同的植被類型，蒸騰作用是不同的，而以森林植被的蒸騰最大，它在水的生物地化循環(huán)中的作用是最重要的。由于人類的活動(dòng)，地球上的水循環(huán)已受到重大影響。2.氧循環(huán)如前所述，氧氣和碳的循環(huán)是聯(lián)合進(jìn)行的，碳循環(huán)的過(guò)程中都有氧氣參與。生物的呼吸作用離不開氧氣，化石燃料的燃燒同樣需要氧氣。在大氣中氧約占21%，這些氧氣絕大多數(shù)是植物光合作用過(guò)程中的產(chǎn)物，少部分來(lái)自大氣層的光解作用，由紫外線分解水汽而游離出氧，通過(guò)生產(chǎn)者產(chǎn)生氧氣，又通過(guò)生產(chǎn)者、消費(fèi)者和還原者的呼吸、火災(zāi)以及化石燃料的燃燒而消耗氧氣，使大氣圈中的氧氣基本上處于平衡狀態(tài)。但氧氣的循環(huán)中也存在著人類的干擾，一方面植被，尤其是森林植被大面積被破壞，意味著氧氣產(chǎn)生的減少，另一方面，化石燃料也意味著更多氧氣的消耗，這兩種情況的加劇將會(huì)影響氧的循環(huán)和平衡。3.氮循環(huán)氮是蛋白質(zhì)的基本成分，是所有生物的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。雖然大氣中的氮非常豐富，含量為79%，但卻不能被大多數(shù)生物直接利用。而必須通過(guò)固氮作用將游離氮轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀恢参锢玫幕瘜W(xué)形態(tài)（即銨態(tài)氮或硝態(tài)氮）之后才能參與蛋白質(zhì)的合成。固氮的方式有三條途徑：是通過(guò)閃電、宇宙射線、火山活動(dòng)等高能固氮，其結(jié)果形成氨或硝酸鹽，隨著雨水降到地球表面。以這種方式固定的氮大約是每年1800萬(wàn)噸。是工業(yè)固氮，這種固氮形式的能力已越來(lái)越大。70年代初世界固氮總量為3000萬(wàn)噸，據(jù)估計(jì)，到本世紀(jì)末可達(dá)1億噸。（也是最重要的途徑）是生物固氮，主要是固氮微生物的作用。由于這種固氮作用，使大量氮素進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)中，估計(jì)每年生物固氮量可達(dá)50006000萬(wàn)噸。具有固氮作用的有固氮細(xì)菌、固氮藍(lán)藻等，最突出的是與豆科植物共生的根瘤菌及與菌根植物共生的真菌等。氮循環(huán)可用下圖來(lái)表明。植物從土壤中吸收無(wú)機(jī)態(tài)的氮或硝酸鹽，用作合成蛋白質(zhì)的原料。植物中的氮一部分為動(dòng)物所取食，合成動(dòng)物蛋白質(zhì)。動(dòng)植物死亡后經(jīng)微生物的分解，使有機(jī)態(tài)的氮轉(zhuǎn)化分解為無(wú)機(jī)態(tài)的氮，再為植物所利用。在土壤中含氮有機(jī)物的轉(zhuǎn)化和分解過(guò)程主要在三種作用下進(jìn)行，即氨化作用、硝化作用和反硝作用。氨化作用是由氨化細(xì)菌的作用，將氨基酸分解成為氨（NH3）或銨化合物，NH3溶于水后即形成NH+4，可為植物利用；在通氣良好的情況下，NH3或銨鹽被亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌氧化為亞硝酸鹽（NO-2）和硝酸鹽類（NO-3），供植物利用；當(dāng)通氣不良時(shí)，硝酸鹽又可在反硝化細(xì)菌的作用下，還原為N2或N2O而進(jìn)入大氣，使氮素?fù)p失。土壤中還有一部分硝酸鹽變?yōu)楦迟|(zhì)的成分或被雨水沖洗掉，然后經(jīng)河流、湖泊最后到達(dá)海洋，為水生生態(tài)系統(tǒng)所利用。海洋中還有相當(dāng)數(shù)量的氮沉積于深海而暫時(shí)離開循環(huán)。 二、關(guān)于碳循環(huán)圖例碳循環(huán)是生物圈內(nèi)基本的物質(zhì)循環(huán)之一，其循環(huán)過(guò)程可以用各種圖解方式表示。在各種各類考查該知識(shí)點(diǎn)的題目中常見的有“圓形”“方形”“三角形”“菱形”等，但無(wú)論怎樣表示，都是在說(shuō)明碳元素在無(wú)機(jī)環(huán)境、生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者四種成分之間的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。這里我們可以從以下幾個(gè)方面去掌握： （1）碳在生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境之間是以CO2的形式進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)的。（2）碳循環(huán)開始于綠色植物，通過(guò)光合作用使CO2從大氣中進(jìn)入生物群落。（3）產(chǎn)生CO2的途徑有三條：生物群落的呼吸作用；微生物的分解作用；化石燃料的燃燒（此途徑在不同的圖解中要慎重考慮）。（4）要保證無(wú)機(jī)環(huán)境中CO2濃度相對(duì)穩(wěn)定在0.03%左右，可以通過(guò)大力植樹造林，同化CO2，可以通過(guò)改造廠房和燃油工具等減少CO2的排放量來(lái)實(shí)現(xiàn)。三、碳循環(huán)的五大庫(kù)源地球上的碳循環(huán)有五大庫(kù)源。即：巖石圈、化石燃料、大氣圈、水圈和生物圈。其中，前兩個(gè)庫(kù)源含碳量占地球上碳總量的99.9%，是兩個(gè)最大的碳庫(kù)。然而，這兩個(gè)庫(kù)中的碳，活動(dòng)緩慢，循環(huán)周期長(zhǎng)，基本上起著貯存碳庫(kù)的作用。因此，碳循環(huán)中，無(wú)機(jī)環(huán)境的CO2濃度相對(duì)保持在0.03%左右。后三個(gè)碳庫(kù)的碳在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間非?；钴S，容量雖小但能往復(fù)循環(huán)，實(shí)質(zhì)上起著交換碳庫(kù)的作用，也就是我們教材中講述的碳循環(huán)的主要部分，同時(shí)，也正是碳循環(huán)中，雖然把CO2釋放到大氣中有多種形式，但起主導(dǎo)作用的是植物和動(dòng)物的呼吸作用的主要原因。四、森林在碳循環(huán)中的作用在生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過(guò)程中，大氣中的碳是以CO2為主要?dú)怏w作為物質(zhì)循環(huán)的基本形式的。生物庫(kù)中的碳是以森林為主要的吸收者，它所同化和固定的碳相當(dāng)于其他被子植物的2倍，森林又是生物庫(kù)中碳的主要貯存者，相當(dāng)于大氣含碳量的2/3。又因?yàn)橹参锕夂献饔脧拇髿庵形仗嫉乃俾逝c動(dòng)植物呼吸作用和微生物的分解作用向大氣中釋放碳的速率幾乎相當(dāng)。所以，大氣中的碳以CO2的形式相對(duì)穩(wěn)定地維持在0.03%左右，這里森林的作用是起主導(dǎo)作用的。因此，植樹造林具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)的持續(xù)發(fā)展意義，是將毀滅性自然災(zāi)害降低到最低水平的重大舉措。為此，要教育學(xué)生從小樹立按生態(tài)規(guī)律辦事，遵守可持續(xù)發(fā)展的原則，植物造林人皆有責(zé)的環(huán)保意識(shí)。五、典型例題分析例1右圖為物質(zhì)循環(huán)簡(jiǎn)圖，A表示生產(chǎn)者，B表示消費(fèi)者，下列敘述錯(cuò)誤的是A.是生產(chǎn)者B.過(guò)程有分解者參與C.代表消費(fèi)者呼吸D.本圖涉及碳和水的循環(huán)分析：本題旨在考查物質(zhì)循環(huán)過(guò)程。生產(chǎn)者的光合作用有O2產(chǎn)生；和包含著動(dòng)植物的呼吸作用，同時(shí)動(dòng)植物尸體被分解過(guò)程也有CO2產(chǎn)生。H2O是光合作用的原料又是呼吸作用的產(chǎn)物；不是呼吸作用，它沒(méi)有經(jīng)過(guò)消費(fèi)者，不能直接生成CO2，而且動(dòng)物的呼吸作用中O2是被H還原生成水，CO2中的氧不是來(lái)自O(shè)2，而是來(lái)自有機(jī)物中的氧。答案：C例2請(qǐng)根據(jù)右圖填空。 （1）圖中B為_氣體。（2）如果B物質(zhì)進(jìn)入C內(nèi)，可能進(jìn)行的反應(yīng)式是_。（3）C到B的物質(zhì)流向，可以通過(guò)_和_這兩種方式來(lái)完成。（4）生物D被取食進(jìn)入生物E中的_，_要變成氨基酸，_要變成葡萄糖，_要變成甘油和脂肪酸，才能被生物E吸收利用，這個(gè)過(guò)程叫做_。（5）生物E用于飛翔、捕食等生命活動(dòng)的能量最終來(lái)源于圖中_。（6）要使上圖的生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)久維持下去，還必須有_的存在。分析：本題為生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能與新陳代謝的綜合試題，旨在考查學(xué)科的知識(shí)綜合能力和思維遷移能力。不難看出：樹C作為生產(chǎn)者通過(guò)光合作用固定太陽(yáng)能，沿 例3下圖為生態(tài)系統(tǒng)中某元素的循環(huán)圖解。這種元素是按箭頭方向循環(huán)運(yùn)動(dòng)的。然而，圖中缺少了一個(gè)重要箭頭。根據(jù)此圖，回答下列問(wèn)題：（1）圖中缺少的箭頭是_。（2）這是_的循環(huán)。（3）A、B、C、D各是什么生物？（4）由此可見，生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)具有如下特點(diǎn)：a._；b._。(5)參與過(guò)程的生物種類有_，這些生物的新陳代謝類型，從同化方式看屬于_，從異化方式看屬于_。（6）寫出圖中所示過(guò)程的名稱：_分析：本題旨在考查生態(tài)學(xué)知識(shí)與新陳代謝類型的相互關(guān)系。根據(jù)圖分析：（1）圖上所缺的箭頭是由A到CO2的箭頭，即由綠色植物呼吸作用釋放出CO2的過(guò)程。（2）圖所表示的是碳循環(huán)。（3）A表示綠色植物；B表示腐生細(xì)菌、真菌；C表示肉食動(dòng)物；D表示植食動(dòng)物。（4）由此可見，生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)具有如下特點(diǎn)：帶有全球性；反復(fù)出現(xiàn)，循環(huán)流動(dòng)。（5）參與過(guò)程的生物種類有腐生細(xì)菌、真菌，這些生物的代謝類型，從同化方式看屬于異養(yǎng)型；從異化方式看屬于需氧型或厭氧型。答案：（1）由A到CO2的箭頭（2）碳（3）A表示綠色植物；B表示腐生細(xì)菌、真菌；C表示肉食動(dòng)物；D表示植食動(dòng)物（4）帶有全球性反復(fù)出現(xiàn)，循環(huán)流動(dòng)（5）腐生細(xì)菌、真菌異養(yǎng)型需氧型和厭氧型（6）略