生态系统与碳循环

IB 生物 SL· Theme C.2· 40 分钟阅读

1. 生态系统结构★★☆☆☆⏱ 10 min

📘 定义

生态系统

生物群落（生物成分）与其非生物（非生物成分）物理环境相互作用形成的系统。生态系统的范围可从小水坑到整个生物圈。

例:

珊瑚礁生态系统包含珊瑚、鱼类、藻类（生物成分）以及水温、溶解矿物质、阳光（非生物成分）。

所有生态系统都依赖两个核心过程：单向的能量流动和养分循环。与能量（以热量形式散失，无法重复利用）不同，碳等养分会在生物与非生物成分之间不断循环。

📐 例题

将温带森林的以下组成成分分类为生物因子和非生物因子：掉落的橡树叶、土壤pH、狼、蘑菇、降雨量、阳光。

1
步骤1：回忆生物因子（任何活的/曾经活过的物质）和非生物因子（任何无生命的物理/化学组成）的定义。
2
步骤2：对每个成分分类：
- 生物成分：掉落的橡树叶（来自活树的死亡有机质）、狼、蘑菇
- 非生物成分：土壤pH、降雨量、阳光

Exam tip:

死亡有机质（碎屑、落叶、死亡生物）即使不再存活，也始终归类为生物成分。

2. 碳循环的碳库与过程★★★☆☆⏱ 15 min

📘 定义

碳通量

碳循环中碳在不同碳库（储存库）之间移动的速率。碳通量的单位是单位时间内的碳质量。

碳储存于四个主要全球碳库中，不同过程推动碳在碳库之间移动：

大气圈：碳以二氧化碳 ( $C O_{2}$ ) 和甲烷 ( $C H_{4}$ ) 形式储存
生物圈：碳以有机质形式储存于活的和死亡的生物体内
水圈：碳以溶解无机碳形式储存于海洋中
岩石圈：碳以化石燃料和碳酸盐岩形式储存（长期储存）

光合作用: $C O_{2}$ 从大气圈/水圈 → 生物圈
细胞呼吸: 碳从生物圈 → 大气圈，以 $C O_{2}$ 形式存在
分解作用: 分解者分解有机质，通过呼吸作用释放 $C O_{2}$
燃烧: 生物质/化石燃料燃烧将储存的碳释放到大气中
化石形成: 死亡有机质形成化石燃料，碳从生物圈 → 岩石圈

📐 例题

确定光合作用的碳通量方向，并解释其在碳循环中的作用。

1
步骤1：光合作用由自养生物（植物、藻类、蓝细菌）进行，合成有机葡萄糖用于生长。
2
步骤2：碳的通量方向是从大气圈（水生自养生物则是从水圈）到生物圈。
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步骤3：该过程从大气中去除二氧化碳，将其固定为有机碳，可供生态系统中其他生物利用。

3. 人类对碳循环的影响★★★★☆⏱ 15 min

过去200年间，人类活动极大改变了自然碳通量，导致大气温室气体浓度净增加，引发全球气候变化。

化石燃料燃烧：将岩石圈（化石燃料）中储存的碳释放到大气中，导致大气 $C O_{2}$ 大幅净增加
森林砍伐：减少了光合作用固定的 $C O_{2}$ 量，使更多碳留在大气中
永久冻土层融化：气温升高使北极冻土层融化，促使储存的有机质分解，释放 $C O_{2}$ 和甲烷，形成正反馈循环

📐 例题

解释为什么永久冻土层融化是气候变化的正反馈循环。

1
步骤1：大气温室气体增加引发的初始变暖升高了北极气温，导致冻土层融化。
2
步骤2：冻土层储存了数千年未分解的冷冻死亡有机质。
3
步骤3：融化后，分解者分解有机质，将 $C O_{2}$ 和甲烷这两种温室气体释放到大气中。
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步骤4：额外的温室气体捕获更多热量，引发进一步变暖和更多冻土层融化，形成自我增强的循环。

4. 碳循环考题的应试技巧★★★☆☆⏱ 10 min

✓ 快速检测

以下哪项是湿地生态系统中的非生物因子？
- 香蒲枯茎
- 水pH
- 蜻蜓
- 细菌
显示答案
水pH —
正确！水pH是无生命的化学性质，因此属于非生物。其他所有选项都是生物成分。
森林砍伐会导致哪项碳通量增加？
- 碳从大气圈到生物圈的移动
- 碳从生物圈到大气圈的移动
- 碳从岩石圈到生物圈的移动
- 碳从大气圈到水圈的移动
显示答案
碳从生物圈到大气圈的移动 —
正确！森林砍伐去除了通过光合作用固定碳的树木，死亡植物材料分解释放碳到大气中。

5. 常见陷阱

错误做法:

将死亡有机质归类为非生物成分

原因:

死亡有机质来源于生物，因此始终归类为生物成分

正确做法:

将所有活的和死亡的生物材料归为生物成分，仅将无生命的物理/化学因子归为非生物成分

错误做法:

认为碳和能量一样在生态系统中单向流动

原因:

能量以热量形式散失无法循环，但碳会被不断重复利用，在碳库之间循环

正确做法:

记住：能量单向流动，碳等养分循环往复

错误做法:

混淆碳库和碳通量

原因:

碳库是碳的储存位置，而碳通量是碳在碳库之间移动的过程

正确做法:

当要求识别碳通量时，始终选择过程，而非储存碳的位置

错误做法:

假设所有人类活动都会增加大气碳含量

原因:

部分人类活动会增加从大气中去除的碳量，例如重新造林和碳封存

正确做法:

单独分析每项活动以确定通量变化的方向

错误做法:

忘记甲烷是含碳温室气体

原因:

大多数学生只提到二氧化碳，但甲烷是碳循环和气候变化的关键组成部分

正确做法:

在讨论永久冻土层融化和厌氧分解时包含甲烷

6. 速查表

类别	实例	关键作用
生物成分	活生物、死亡有机质	生物圈碳库的一部分
非生物成分	温度、pH、水、岩石	生态系统的无生命因子
大气圈碳库	$C O_{2}$ , $C H_{4}$	短期碳储存，驱动温室效应
生物圈碳库	植物、动物、碎屑	短/中期有机碳储存
岩石圈碳库	化石燃料、碳酸盐岩	长期碳储存
通量：大气圈 → 生物圈	光合作用	将碳固定为有机质
通量：生物圈 → 大气圈	呼吸作用、分解作用	释放 $C O_{2}$
通量：岩石圈 → 大气圈	化石燃料燃烧	人类活动导致 $C O_{2}$ 增加
正反馈循环	永久冻土层融化	加速气候变化

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

2025 · 1
识别碳通量方向
2024 · 2
绘制并标注碳循环
2023 · 1
分类生态系统组成成分

深入阅读

syllabus官方IB生物SL大纲主题C参考

下一步

理解生态系统和碳循环是学习IB生物SL主题C所有相互作用的基础。本主题建立在光合作用和细胞呼吸的核心概念之上，是后续学习生态系统能量流动、气候变化和人类对生物多样性影响的基础。掌握碳库、碳通量和人类影响是主题C大多数拓展回答题的要求，因此复习本内容对考试准备至关重要。