生物圈内的物质循环

1生物圈内的物质循环生物圈的物质循环是指组成生物体的基本化学元素（如C、H、O、N、P、S等）在生物群落与无机环境之间反复出现，循环流动的过程；是在生物作用、地球运动和化学反应的综合影响下，生物体所需要的化学元素在生物体与外界环境之间的转运过程；是以能量作动力，并与能量流动密切联系的全球性运动过程。物质循环是生命科学中生态学部分的重要知识，但新教材（必修）只略谈了碳的循环，而新教材（选修）关于物质循环的内容又过于分散，如氮、硫的循环。这些都为教与学带来不便，为此，笔者系统地讲述了水、碳、氮、磷、硫的循环，编撰了一组关于物质循环的习题作加深巩固，以期给大家的学习带来帮助。一、水的循环图1水的循环[讲解]在生物圈内，水以液态、固态和气态三种形式存在，以液态水和水蒸汽的形式在生物群落和无机环境之间返复循环。（见图1）水的循环表现为垂直和水平移动。垂直运动指经太阳辐射水面及土壤表层的蒸发水分和绿色植物叶面的蒸腾水汽在空中遇冷凝结降落；水平移动，在空中表现为水汽随气流移动，在地面表现为液态水自高向低的流动。在全球范围内，海面的蒸发量大于降水量，而陆地的降水量大于蒸发量。液态水是可溶性营养物质的重要载体，由于陆地上汇河归海是单向流动，所以溶于水中的营养物质从陆地流失后便难以返回，因而水循环影响了地球上矿质养料的分布。[精练]1、水循环的动力是：①蒸腾作用②重力作用③太阳辐射④对流辐射A、①②B、②③C、③④D、①④2、在水循环绿色植物的作用是：①地表径流②水体蒸发③蒸腾作用④渗透作用A、①②B、②③C、③④D、①④3、对图中a、b、c、d四个过程的叙述正确的是：A、a、c都表示降雨过程，年总量ac；大气中水蒸汽海洋地下水生物a陆地（湖泊河流）bcd2B、b、d都表示水分的蒸发，年总量bd；C、a和b分别表示陆地水分的降雨和蒸发，年总量ab；D、c和d分别表示海洋水分的降雨和蒸发，年总量cd。4、水的地球循环的意义：A、调节了大气的温度和湿度B、限制了陆生生物的形态和数量的分布；C、影响了地球上可溶性矿质养料的分布D、由沿海向内陆，年降雨总量递减[答案]B、C、B、ABC二、碳的循环图2碳的循环[讲解]碳是构成一切有机物的基本元素，在自然界中碳以碳酸盐、二氧化碳和生物体内含碳的有机物的形式存在，并以气体二氧化碳的形式在生物群落和无机环境往复循环。植物通过光合作用将吸收的太阳能固定于（CH2O）等有机化合物内，这些有机物再沿食物链传递，从而带动了群落整体的生命活动。（CH2O）是生物圈内主要的能源物质，生态系统的能量流动过程即表现为（CH2O）的合成、传递与分解的过程。（见图2）[精练]1、碳在无机环境与生物群落之间循环的形式和在生物群落内部流动的形式分别是：A、碳酸盐有机物B、二氧化碳有机物C、二氧化碳二氧化碳D、有机物有机物2、在碳循环中，使碳从无机环境进入群落的生理作用是①呼吸作用②光合作用③摄食作用④化能合成作用⑤硝化作用⑥反硝化作用大气中的二氧化碳植物体动物体化石燃料（煤、石油）取食呼吸作用地层中高温高压地层中高温高压燃烧枝叶等尸体等badc分解者分解者3A、①②B、③④C、②④D、⑤⑥3、目前地球大气的CO2浓度增高，由于温室效应，地球表面的温度也有所提高，这将导致土壤沙漠化等恶果，导致CO2增高的主要原因是A、人口剧增，呼出CO2增多B、工业污染和自然资源的不合理利用C、大量生物物种灭绝D、自然因素破坏了生态平衡4、我国北方处于平衡状态的某森林生态系统，其碳素循环如下图，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，ab+c+eB.秋季，e+fgC.春季，g=b+e+fD.冬季，dc+f[答案]B、C、B、A三、氮的循环图3氮的循环[讲解]虽然大气中富含氮元素（79%），植物体却不能直接利用，只有经固氮作用转化为氮的化合物（NH3、NO3-等），才能被植物吸收，并用于合成蛋白质等含氮有机物。氮的循环过程中几主要环节是：①大气中的分子氮被固定成氮的化合物（固氮作用）；②氨被植物吸收合成有机氮并进入食物链（氨化作用）；③有机氮被分解释放出氨（脱氨基作用）；④氨被氧化成硝酸（硝化作用）；⑤硝酸又被还原成氮返回大气（反硝化作用）。（见图3）在生物群落内植物和微生物吸收铵盐和硝酸盐，将无机物同化为有机物，动物食用植物，将植物有机氮同化为动物有机氮。动物代谢过程中向体外排泄氨、尿酸、尿素以及其他各种有机氮化物。另外，动物分泌物和动、植物的残体被微生物分解也释放氨。氨或铵盐在有氧的条件下能大气中的氮气NH3NO2-、NO3-NH4动物植物分解者生物固氮化工固氨高能固氮反硝化作用硝化作用吸收吸收分解作用取食大气植物动物abcd土壤中的生物efg4被氧化成硝酸盐，硝酸盐溶于水易被植物吸收，但也易从土壤中淋失。[精练]1、汽车尾气中的NO和CO会污染环境。用适当催化剂可使NO和CO转变成N2和CO2，基本消除尾气污染。下列转化反应的化学方程式(条件略)正确的是：A.2NO+CO2→N2+CO2B.NO+2CO→N2+2CO2C.2NO+2CO→N2+2CO2D.2NO+2CO→N2+CO22.给某种蔬菜施舍放射性同位素15N的氮肥，植物吸收后主要用于合成蛋白质。人食用该种蔬菜后，通过代谢15N最终出现在()中A.氨基酸B.尿素C.氨D.蛋白质3.能进行自生固氮的生物是：A.根瘤菌B.蓝藻C.放线菌D.圆褐固氮菌4.生物群落内能向大气中释放N2的生理过程是()A.氨化作用B.硝化作用C.反硝化作用D.固氨作用[答案]C、B、D、A四、硫的循环图4硫的循环[讲解]硫主要以硫酸盐的形式贮存于沉积物中，以硫酸盐溶液形式被植物吸收。但沉积的硫在土壤微生物的帮助下却可转化为气态的硫化氢，再经大气氧化为硫酸，复降于地面或海洋。在土壤富氧层和贫氧层中，分别存在氧化和还原两种微生物系，可促进硫酸盐与水之间的相互转化。[精练]1、下列因素中与光化学烟雾形成有关的是：①红外线②紫外线③SO2④CO2A.①②B.②③C.③④D.①④2.科学家发现深海火山口热泉周围生活着大量的硫细菌。这些细菌通过氧化硫化大气中的二氧化硫植物动物土壤或水体中的SO42-动植物遗体排出物-火山爆发石油等化石燃料分解者吸收吸收降水燃烧鸡摄食5物和还原二氧化硫来制造有机物。上述硫细菌的同化作用类型是：A.化能自养型B.光能异养型C.化能异养型D.光能自养型3、导致酸雨的主要原因是空气中含有大量的A．由工业燃烧排放的SO2B．由工业燃烧排放的CO2C．由人类活动引起的O3增加D．由人类活动排放的含氮气体4、为了保护臭氧层，可采取的有效措施是A．减少二氧化硫的排放量B．减少含铅废气的排放量C．减少氟氯代烃的排放量D．减少二氧化碳的排放量[答案]B、A、A、C五、磷的循环[讲解]自然界中磷主要以磷酸盐的形式贮存于沉积物中，以磷酸盐溶液形式被植物吸收。磷与氮、硫不同，在生物体内和无机环境中都以磷酸根离子的形式存在。但在图5磷的循环土壤中的磷酸根易于其它离子结合形成难以溶解的磷酸盐而不能被植物吸收，而且磷酸易被地表径流携带而沉积于海底，可见磷质离开生物圈即不易返回，由于化合价不变在生物群落和无机环境之间的循环也不需微生物参与，是比较简单的生物地球化学循环。[精练]1、磷是存在于生物体内的重要元素，磷在叶绿体的构成和光合作用过程中有何作用？①；②；③。[答案]①磷是叶绿体双层膜和基粒的构成成分；②磷是ATP的成分，ATP在能量转换中起重要作用；③磷是叶绿体DNA的构成成分④磷在光合作用的物质转化中起重要作用。土壤（PO3-4）岩石分化人类开矿水体植物动物分解者分解作用成岩作用吸收摄食