生物學高考熱點碳中和問題歸類分析

肖安慶 章君果

(1.廣東省深圳市鹽田高級中學 深圳 518083)

(2.廣東省深圳市教育科學研究院 深圳 518001)

碳中和,是指通過植樹造林、節能減排等方式,人類活動排放的CO2氣體總量與植物吸收總量相等,達到零排放的目的。 這一概念是我國政府在2020 年9月22 日第75 屆聯合國大會承諾中提出,CO2排放量力爭在2030 年前達到峰值(碳達峰),力爭在2060 年前實現碳中和。 碳中和可從碳中和基本理解,碳中和與光合作用、呼吸作用、碳循環、生態環境保護等方面綜合考查,是近年來高考生物學命題熱點。

1 碳中和的基本理解

【例1】碳中和是指采用現代技術固碳減碳,減少溫室氣體的排放總量,最終達到碳平衡。 下列有關敘述錯誤的是( )

A. CO2排放總量增加不利于全球農業增產

B. 實現碳中和的目的主要是緩解氣候變暖

C. 植樹造林減碳是實現碳中和的有效措施

D. 盡量少開車坐公交出行實現碳中和目的

參考答案:A

分析與解答:本題考查碳中和的基本理解。 實現碳中和,一方面要少排放溫室氣體,提倡節能減排、低碳生活方式,如下班即關掉電腦,盡量少開車坐公交出行;另一方面要負排放,植樹造林吸收溫室氣體,降低大氣CO2濃度,緩解全球氣候變暖。 如果大氣中CO2濃度升高,為光合作用提供了更多的原料,這對農業而言,有利于農作物增產。 故答案選A。

【例2】為了緩解全球氣候變暖、減少CO2的排放,碳中和已經成為全球共識。 碳中和是指向大氣環境中釋放的CO2排放量與CO2的去除量相平衡,即做到CO2“源”與“匯”的平衡。 回答下列問題:

(1) “碳源”是指向大氣排放CO2的過程、活動。例如:燃燒化石燃料和________作用。

(2) “碳匯”是指通過物理或生物機制等從大氣中清除CO2的過程、活動或機制。 例如,綠色植物的光合作用。 綠色植物固定的光能去向是________和以熱能形式散失。

(3) 根據以上信息,提出我國實現碳中和的途徑有________(寫出兩方面即可)

參考答案:(1) 生物的呼吸(微生物的分解)(2) 用于生長、發育和繁殖(或初級消費者攝入、流向分解者)(3) 推動清潔能源安全高效利用;提升生態系統“碳匯”能力,如植樹造林。

分析與解答:本試題考查碳中和與生物學知識的基本概念的理解。 (1) 碳源指向大氣排放CO2的過程、活動,包括燃燒化石燃料和動植物、微生物的呼吸作用。 (2) 碳匯指從大氣中清除CO2的過程、活動或機制,植物固定的光能,其流向有呼吸作用以熱能形式散失,用于生長、發育和繁殖,和初級消費者攝入(同化)、流向分解者。 (3) 實現碳中和,要做到CO2“源”與“匯”的平衡,結合我國實際,途徑有:推動清潔能源的利用,提升生態系統碳匯能力,如植樹造林。

2 碳中和與光合作用、呼吸作用

【例3】碳中和是通過植樹造林、節能減排等方式,抵消自身排放的CO2,實現“零排放”,是我國今后40 年的國家發展戰略。 我國某實驗室首次實現了從CO2到淀粉的全合成研究,為實現碳中和開創了新途徑。 請回答下列問題。

(1) 植物光合作用過程中,固定CO2的場所是________;與光合作用固定CO2的量相等情況下,人工合成糖類的積累量高于植物,原因是________。

(2) 植物光合作用暗反應需要光反應提供________。 研究發現,葉綠體內有脂質顆粒。 它們隨葉綠體的生長體積逐漸變小,最可能的原因是________。

(3) 利用CO2和H2人工合成淀粉,可以大量吸收空氣中的CO2。 請寫出這一研究的生物學意義:________(答出一點即可)

參考答案:(1) 葉綠體(基質);人工合成糖類沒有呼吸作用消耗 (2) 還原型氫(NADPH)和ATP;脂質顆粒參與形成葉綠體內外膜 (3) 生產糧食、降低大氣二氧化碳濃度、緩解溫室效應。

分析與解答:本題考查碳中和與光合作用、呼吸作用基本過程的聯系。 (1) 植物光合作用過程中,暗反應在葉綠體(基質)中固定;因植物呼吸作用要消耗部分糖類等有機物,植物積累的糖類量要比沒有呼吸作用消耗有機物的人工合成的糖類量要低。 (2) 植物光合作用過程,光反應為暗反應提供了還原型氫(NADPH)和ATP。 葉綠體內的脂質顆粒,也有可能被運出到其他部位,根據“隨葉綠體的生長體積逐漸變小”,最有可能是脂質顆粒為磷脂顆粒,參與葉綠體內外膜的形成。 (3) 人工合成淀粉大量吸收空氣中的CO2,這將為生產糧食、降低大氣CO2濃度、緩解溫室效應提供新路徑。

3 碳中和與碳循環

【例4】2020 年中國政府在聯合國大會上鄭重承諾:中國將努力爭取今后40 年內實現碳中和。 碳中和指通過植樹造林、節能減排等途徑,減少排放CO2量,實現CO2量正負抵消的作用。 下列關于碳中和與碳循環的敘述,錯誤的是( )

A. 碳中和時生產者固定CO2量等于所有生物呼吸消耗CO2量

B. 增加生產者的種類和數量是實現碳中和的有效措施

C. 碳循環是指在全球范圍內CO2在生物圈的循環過程

D. 燃燒化石燃料排放CO2是溫室效應的主要來源,屬于碳循環過程

參考答案:A

分析與解答:本試題考查碳中和與碳循環的理解與聯系。 碳中和時,生產者固定CO2量等于所有生物呼吸消耗CO2量加上人為產生CO2的量(化石燃料的燃燒產生的CO2量),故A 錯誤。 化石燃料的燃燒排放的CO2,是溫室效應的主要來源,該過程也屬于碳循環過程。

4 碳中和與環境保護

【例5】對某地區農田生態系統各類農業化學品的碳排放比例以及碳足跡與生態盈余的年際變化進行了研究,如下圖。 回答下列問題:

某地區農田生態系統各類農業化學品的碳排放比例

(1) 由圖1 可知,各類農業化學品的碳排放比例始終處于絕對優勢地位的是_________。 除了各類農業化學品,農田生態系統大氣中的碳元素來自群落中的________等途徑。

圖1

(2) 從圖2 可以看出,2006 ～2013 年間,該地區農田生態系統生態盈余變化的趨勢為________。 請分析該趨勢與碳足跡的變化的聯系:________。

圖2

(3) 碳達峰是指排放CO2量由增轉降的歷史拐點;碳中和是指產生CO2排放量被抵消,實現零排放。我國已確定2030 年前實現碳達峰、2060 年前實現碳中和目標。 我國要實現碳達峰和碳中和的目標,結合圖1和圖2,保護環境的措施有________(答兩點即可)。

參考答案:(1) 化肥的碳排放比例;呼吸作用(和分解作用) (2) 逐年上升后趨于穩定;生態盈余呈逐年上升趨勢與碳足跡逐年下降相關 (3) 農業上減少使用化肥、農藥和農用塑料薄膜;減小碳足跡,增大生態盈余。

分析與解答:本題主要考查碳中和與環境保護的關聯,考查學生獲取信息的能力。(1)圖1可知,農田生態系統各類農業化學品的碳排放比例化肥始終最大,處于絕對優勢地位。 生產者、消費者和分解者的呼吸作用均能釋放CO2。 (2) 由圖2 分析可知,該生態系統的生態盈余呈逐年上升趨勢,這與碳足跡逐年下降有關。 (3) 實現碳達峰和碳中和,可以植樹造林、減少化石燃料的燃燒、使用清潔能源,結合圖1 和圖2,保護環境的措施有農業上減少使用化肥、農藥和農用塑料薄膜;減小碳足跡,增大生態盈余。

總之,近年來高考出現的熱點碳中和問題,多與光合作用、細胞呼吸、碳循環和生物環境的保護相聯系起來,有關的試題,雖然情境各樣,難度各異,但依然是考查學生對以上觀念的理解與應用。