物质循环与生态系稳定

Matter Cycling & Ecosystem Stability

能量从太阳到热是单向流动的，但碳、氮等物质会在生物与环境之间循环。氮是蛋白质和核酸的必需成分，但大气中的N₂若无细菌固定，植物很难直接利用。经过固定、硝化、同化、反硝化，氮又回到空气中。用画布上的氮循环路径和分类表确认各阶段的作用。

能量在流动,物质在循环

♻️ 别把两者搞混

①能量:太阳 → 生产者 → 消费者 → 以热散失(单向,不循环)

②物质(碳、氮):在生物 ↔ 环境之间不断循环

③所以能量须持续供给,而物质可被回收再用

氮循环 — 空气中的氮进入生物

🌱 氮为何重要?

①氮是蛋白质、核酸(DNA)的必需成分

②但大气 N₂ 很稳定,多数生物无法直接利用

③需借助细菌(固氮)转为土壤中的形态,植物才能吸收

氮循环的四个过程

氮循环

四个核心过程

能量流与物质循环的区别

能量 vs 物质

Chart流动方向不同

区分	能量	物质(碳、氮)
方向	单向(太阳 → 热)	循环(生物 ↔ 环境)
可否再用	不可 — 须持续供给	可 — 反复使用
最终形态	以热散逸至宇宙	返回环境

从概念到题目

例题 1 — 区分氮循环过程

土壤中的硝酸根(NO₃⁻)变为大气中的氮(N₂)逸出空气。这一过程叫什么,由什么生物完成?

寻找硝酸根回到大气氮的过程。

NO₃^- → N₂

该过程是反硝化作用,由反硝化细菌完成。

▸ 反硝化作用,完成生物 = 反硝化细菌

与固氮(N₂→NH₄⁺)方向恰好相反。固氮把氮带入生物圈,反硝化把氮送回大气。

总结

氮循环的流程

N₂ →(固定)→ NH₄⁺ →(硝化)→ NO₃^- →(同化)→ 蛋白质, NO₃^- →(反硝化)→ N₂

固氮、硝化、同化、反硝化 — 均以细菌为核心

生态系稳定

食物网越复杂,稳定性越高

稳定 = 物种组成、个体数保持大致恒定;扰动较小时可自行恢复

高考题型改编 (生物Ⅰ)

图示生态系中氮循环的一部分。㉠为大气 N₂ → NH₄⁺,㉡为 NH₄⁺、NO₃⁻ → 植物蛋白质,㉢为 NO₃⁻ → 大气 N₂。选出正确说法。

①㉠是反硝化作用,由植物直接完成。

②㉡是氮同化,植物吸收无机氮并合成有机物。

③发生㉢时土壤中的氮会增加。

④三个过程都无需细菌即可发生。

⑤㉠是光合作用过程的一部分。

▸ ② ㉡是氮同化,植物吸收无机氮并合成有机物。

㉠(N₂→NH₄⁺)是固氮,由根瘤菌等细菌完成 → ①、④、⑤错。

㉡是植物吸收 NH₄⁺、NO₃⁻ 合成蛋白质的氮同化 → ②正确。

㉢(NO₃⁻→N₂)是反硝化,土壤氮逸出大气,土壤氮减少 → ③错。

🎯 考试要点

①能量=单向(不循环),物质=循环

②氮循环:固氮(N₂→NH₄⁺)、硝化(NH₄⁺→NO₃⁻)、同化、反硝化(NO₃⁻→N₂)

③固氮靠根瘤菌、闪电,反硝化靠反硝化细菌

④碳循环:光合(吸收CO₂) ↔ 呼吸、燃烧(释放CO₂)

⑤生态系稳定:食物网越复杂越稳定,小扰动可自行恢复