第42讲生物圈的稳态

第42讲生物圈的稳态走进高考第一关：教材关合作梳理知识体系解读高考第二关：考点关考点1生物圈稳态的自我维持一、原因生物圈之所以能维持相对稳定状态，有以下几个方面的原因：1.从能量角度：太阳能是生物圈赖以存在的能量基础。2.从物质方面：生物圈在物质上自给自足是它赖以存在的物质基础。3.生物圈具有多层次的自我调节能力：这是生物圈赖以存在的保证，但这种能力是有限的。生物的多样性是生物圈自动调节能力的基础，因为生态系统中生物种类越多，营养结构越复杂，自动调节能力越强。二、机制生物圈稳态的维持与调节是通过反馈机制来完成的。在整个生物圈范围内，各种物质储存库（如碳库、氮库、硫库等）的输出和输入都有保持动态平衡、抵消波动的趋势。当二氧化碳含量显著增加时，海洋吸收的二氧化碳会明显增加，生物吸收和沉积碳酸钙也会增多，同时，绿色植物光合作用的效率提高，固定二氧化碳的能力会增强，使更多的二氧化碳转化为有机物，这样就使大气中的二氧化碳含量趋于恢复正常。再例如，气候的变化也存在许多反馈环节。当某个地区气温降低时，水蒸气会加速凝结，释放热量；当气温上升时，则水分蒸发加剧，吸收一部分热量，从而缓冲气温的波动幅度。此外，在生态系统、生物群落、种群等各个层次上都存在着反馈调节机制，这些反馈调节机制是生物圈稳态反应的基础。例析1在社会主义新农村建设中，四川某地通过新建沼气池和植树造林，构建了新型农业生态系统(如图所示)。下列有关叙述不正确的是（）A．该生态系统中，处于第二营养级的生物有人和家禽家畜B．该生态系统中人的作用非常关键，植物是主要成分C．该生态系统的建立，提高了各营养级间的能量传递效率D．沼气池的建造和植树造林，提高了该生态系统的稳定性解析：农业生态系统的突出特点是人的作用非常突出，农作物是其主要成分，下图表示该农业生态系统的食物网：处于第二营养级的生物为人和家禽家畜，沼气池的建造和植树造林有助于提高该生态系统的稳定性，但稳定性的提高并不能提高营养级之间的能量传递效率，该生态系统的建立增加了人可利用的能量。答案：C点评：该题以生态农业的实例考查了生态系统的稳定性、能量流动以及食物链的相关知识。互动探究1-1下列关于生物圈稳态的叙述中不正确是（）A.人类活动与生物圈稳态的维持有直接关系B.大气圈、水圈、岩石圈为生物的生存提供了各种必需的物质C.二氧化碳的增加必定破坏生物圈稳态D.生物圈稳态的维持可通过反馈调节机制实现解析：人类的活动与生物圈稳态有直接关系，生物圈中大气圈、水圈、岩石圈为各种生物生存提供所需的物质基础，生物圈稳态的维持可通过反馈调节机制实现。如大气中CO2增加→植物光合作用加强→CO2的吸收加强。可见，CO2增加未必导致温室效应，只有当CO2释放量骤增超过了生物圈的自动调节能力时，才会导致温室效应。答案：C互动探究1-2有关生物圈稳态的叙述中，正确的是（）A.各生态系统稳态的总和B.由抵抗力稳定性和恢复力稳定性组成C.生物种类和总数量的相对稳定D.结构和功能的相对稳定解析：生物圈稳态实质上是组成生物圈的各种生物的种类和数量以及整个生物圈内的物质循环、能量流动都保持着相对的稳定状态。答案：D考点2生态系统中碳循环、硫循环及氮循环比较一、循环模式图比较（应注意分析每个箭头指向及其含义，并对物质如何由无机环境进入生物群落，及如何由生物群落返回无机环境加以比较）1.生态系统中碳循环的过程：2.生态系统中硫循环过程：3.过程：二、循环过程比较特别提醒：上一讲中提到了碳循环中CO2可以被生产者固定形成有机物，也可通过生物呼吸重新排放到环境中去，所以我们在碳循环简图中，可以看到生产者与环境之间应以双箭头联系，而SO2溶于水被植物吸收后，不会由于呼吸作用形成SO2放出，而只能通过分解者分解作用才可以形成SO2重新进入环境，所以在循环简图中环境与生产者之间只能以单箭头联系。例析2右图表示生物圈物质循环示意图，下列叙述错误的是（）A.若f表示大气中的N2，则a→f过程不存在，而f→a可表示生物固氮作用B.若f表示无机环境中的NH3，则a→f过程一般不存在，而硝化细菌在f→a过程中起着重要作用C.若f表示大气中的SO2，则图解可表示硫循环，造成酸雨的主要原因是b→f过程的加剧D.若f表示大气中CO2，则碳循环不包括f→b途径解析：本题以生态系统中的物质循环为核心命题点，考查生物圈的物质循环，综合考查学生识图提取信息、图文转换、运用知识的能力。由图分析可知：a为生产者，b为分解者，f为无机环境，c→d→e为消费者。若f表示大气中的N2，则a→f过程不存在，A对。若f为NH3，则生产者不能直接产生NH3，故a→f过程不存在，B对；若f为CO2，分解者b为异养生物，不能利用CO2，则D项f→b途径不存在，D对；酸雨形成的主要原因是化石燃料的燃烧，而不是分解者分解产生的SO2所致，而且f和a关系中a→f不应存在于硫的循环。答案：C互动探究2（2009·长沙模拟）下图是某生态系统部分物质循环的简图，其中F表示非生物的物质和能量。下列各项正确的是（）A.若F为大气中的CO2，则碳元素在图中①②③④过程中均以CO2形式传递B.若F为大气中N2，则②过程不存在，①过程表示固氮蓝藻的固氮作用C.若F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F为无机环境中的NH3，则②过程存在，①过程可表示硝化细菌的化能合成作用解析：碳元素在④过程中以有机物的形式传递；若F为大气中的SO2，造成酸雨的主要原因不是③过程，而是由大量化石燃料的燃烧造成的；若F为无机环境中的NH3，①过程表示硝化细菌的硝化作用，而非化能合成作用，硝化细菌不能把含氮物质分解为氨，因此②过程不存在。因此只有B选项正确。答案：B考点3“观察二氧化硫对植物的影响”的实验分析1.实验材料的选择和准备（1）尽量选择对二氧化硫反应敏感的阔叶植物，便于观察植物的受害症状。（2）提前3～4周准备好实验材料，应多准备些幼苗，以便挑选长势相同的幼苗做实验。2.设置对照实验设置无SO2危害的植物作空白对照组，增强实验结论的说服力。3.做好实验现象的观察和记录（1）观察时应进行连续观察（2）作好重点记录，可设计观察记录表时间(钟点)1号植物2号植物3号植物叶Ⅰ叶Ⅱ叶Ⅲ叶Ⅰ叶Ⅱ叶Ⅲ叶Ⅰ叶Ⅱ叶Ⅲ4.配制不同浓度二氧化硫的方法（1）计算钟罩内SO2气体的体积①溢水法：可用注水法测出钟罩的容积（三个钟罩容积要相等）。用溢水法测出放入盆栽植物后钟罩的容积（测量钟罩内剩余水的体积即是）。②其他方法：如果幼苗栽种在已知容积的容器（如易拉罐）内，则容器的容积可从其标示中读出（L2L1L1-L2入植物后的玻璃罩的容积(L)（幼苗所占容积忽略不计）。（2）计算Na2SO3的质量通过上述方法测出放入盆栽植物后钟罩的容积，根据实验用SO2的浓度可确定SO2的质量，再根据化学方程形式计算出所需Na2SO3的质量。5.分析植物受害情况（1）植物叶片的受害顺序为：成熟叶→老叶→幼叶（2）植株的受害顺序为：叶片→叶柄→整个植株（3）当SO2超过植物的忍受程度时，危害程度与SO2浓度成正比；当SO2浓度一定时，植物的受害程度与时间成正比（4）光照越强、温度越高，植物对SO2越敏感，越容易受害。例析3将三株长势相同的幼苗按下图装置处理，密封。A钟罩内小烧杯中盛有稀硫酸并放0.276mg亚硫酸钠，B钟罩内小烧杯中盛稀硫酸并放0.138mg亚硫酸钠，C钟罩内不放上述物质。（钟罩内气体体积为5L）（1）亚硫酸钠和稀硫酸可生成________气体，________钟罩内该气体含量最高。（2）________钟罩植物最先受到灾害，症状是________。（3）SO2主要破坏植物的________同时使叶肉细胞________而干枯，植物叶片________。（4）玻璃板与玻璃罩之间应用凡士林封住，其目的是________。C装置的作用是________。（5）观察装置内的幼苗叶片变化，需用20min（每5min观察一次），请设计一份记录观察实验结果所用的表格。解析：A、B钟罩内烧杯所放物质为A0.276mg亚硫酸钠与稀硫酸，B0.138mg亚硫酸钠与稀硫酸，C未放上述物质，因而A、B内SO2浓度不同：AB，C起对照作用。答案：（1）SO2A（2）A叶发黄，焦枯并逐渐死亡（3）叶绿体脱水枯萎（4）防止罩内气体泄漏对照（5）如下表时间min叶片变化装置051015201号2号3号互动探究32007年2月9日《长江商报》以《强酸雨频发，市民出门请打伞》为题报道武汉市的强酸雨（pH＜4.5）以下相关叙述不正确的是（）A.大气中的二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物与雨雪作用形成酸雨B.大气中的二氧化硫经植物吸收可转变为蛋白质被人类利用C.“观察二氧化硫对植物的影响”实验，可设不同的分组实验，每组二氧化硫浓度应相同D.防治酸雨的有效措施是减少煤、石油等化石燃料的燃烧解析：二氧化硫对植物的影响应设实验组和对照组，为进一步证明不同二氧化硫浓度对植物的影响，应分别设定不同的二氧化硫浓度梯度。答案：C笑对高考第三关：技巧关有关社会经济与环保热点问题的考查人类社会的经济发展与环境污染是一个科学难题，随着环境恶化等全球性问题的不断报道，人们的环保意识加强，生物圈的稳态成了发达国家科学研究的重点，人们更加关注人与自然的和谐发展，自然本考点成了高考命题的热点。典例环境污染对植物的生长发育有不同程度的影响。在一定程度上，植物在污染环境中也有继续保持正常生命活动的特性。这种特征称为抗性。研究植物的抗性对筛选具有净化环境功能的植物种类和保护环境有积极意义。(1)一项研究表明，植物对SO2的抗性与叶片上气孔大小等有关。所得数据如下表：被测植物平均受害面积（%）气孔气孔密度（个/mm2）每个气孔面积（nm2）甲植物13.5218272乙植物33.4162426丙植物57.7136556①该研究说明，植物对SO2的抗性与气孔的密度呈________关系，和每个气孔的面积呈________________关系。②在SO2污染严重的地区，最好选择表中________________植物为行道树种。(2)工业生产中产生的SO2是酸雨(pH5．6)形成的主要原因之一。有人设计实验，研究酸雨对植物的毒害作用。实验过程如图所示(除图中特别说明的外，其他条件甲、乙均相同)：实验结果表明，“酸雨”使植物叶片变黄，而对照实验中的植物没有变黄。该实验说明，“酸雨”对植物的生长发育有影响。参照上述装置和试剂，以小麦种子为实验材料，尝试设计实验，探究两种不同pH的酸雨对种子萌发率的影响。①探究的问题：不同pH的酸雨对小麦种子萌发率的影响。②作出的假设_________________________________________。③实验步骤(简要叙述)：______________________________________________。④实验预期结果与分析(实验预期结果多种多样，写出其中3种并加以分析)：___________________________________________________思维导析：从表中数据可以看出，植物的气孔密度越大，单个气孔面积越小，对SO2的抗性越大。不同pH的酸雨对小麦种子萌发率影响的实验是一个探究性实验，即实验结果可能出现三种：对种子萌发无影响、对种子萌发有抑制作用、对种子萌发有促进作用。在实验中注意设置对照实验。答案：(1)①正相关负相关②甲(2)②不同pH的酸雨对小麦种子萌发率的影响程度不同(或相同)③用上述实验装置和试剂，采用两种pH的“酸雨”进行实验，设置清水对照；在3个花盆中播种同样数量(例如50粒)的小麦种子；在相同而适宜的环境中培养一段时间(7天)后，分别统计3个装置中的种子萌发率④a．如果3个装置中种子的萌发率没有差异，那么说明酸雨对小麦种子萌发率无影响b．如果3个装置中，pH越小，种子萌发率越低，说明酸雨对小麦种子萌发有抑制作用，且随着pH的减小，抑制作用增大c.如果3个装置中，pH越小，种子萌发率越高，说明酸雨对小麦种子萌发有促