生物学高考热点碳中和问题归类分析

肖安庆 章君果

(1.广东省深圳市盐田高级中学 深圳 518083)

(2.广东省深圳市教育科学研究院 深圳 518001)

碳中和,是指通过植树造林、节能减排等方式,人类活动排放的CO2气体总量与植物吸收总量相等,达到零排放的目的。 这一概念是我国政府在2020 年9月22 日第75 届联合国大会承诺中提出,CO2排放量力争在2030 年前达到峰值(碳达峰),力争在2060 年前实现碳中和。 碳中和可从碳中和基本理解,碳中和与光合作用、呼吸作用、碳循环、生态环境保护等方面综合考查,是近年来高考生物学命题热点。

1 碳中和的基本理解

【例1】碳中和是指采用现代技术固碳减碳,减少温室气体的排放总量,最终达到碳平衡。 下列有关叙述错误的是( )

A. CO2排放总量增加不利于全球农业增产

B. 实现碳中和的目的主要是缓解气候变暖

C. 植树造林减碳是实现碳中和的有效措施

D. 尽量少开车坐公交出行实现碳中和目的

参考答案:A

分析与解答:本题考查碳中和的基本理解。 实现碳中和,一方面要少排放温室气体,提倡节能减排、低碳生活方式,如下班即关掉电脑,尽量少开车坐公交出行;另一方面要负排放,植树造林吸收温室气体,降低大气CO2浓度,缓解全球气候变暖。 如果大气中CO2浓度升高,为光合作用提供了更多的原料,这对农业而言,有利于农作物增产。 故答案选A。

【例2】为了缓解全球气候变暖、减少CO2的排放,碳中和已经成为全球共识。 碳中和是指向大气环境中释放的CO2排放量与CO2的去除量相平衡,即做到CO2“源”与“汇”的平衡。 回答下列问题:

(1) “碳源”是指向大气排放CO2的过程、活动。例如:燃烧化石燃料和________作用。

(2) “碳汇”是指通过物理或生物机制等从大气中清除CO2的过程、活动或机制。 例如,绿色植物的光合作用。 绿色植物固定的光能去向是________和以热能形式散失。

(3) 根据以上信息,提出我国实现碳中和的途径有________(写出两方面即可)

参考答案:(1) 生物的呼吸(微生物的分解)(2) 用于生长、发育和繁殖(或初级消费者摄入、流向分解者)(3) 推动清洁能源安全高效利用;提升生态系统“碳汇”能力,如植树造林。

分析与解答:本试题考查碳中和与生物学知识的基本概念的理解。 (1) 碳源指向大气排放CO2的过程、活动,包括燃烧化石燃料和动植物、微生物的呼吸作用。 (2) 碳汇指从大气中清除CO2的过程、活动或机制,植物固定的光能,其流向有呼吸作用以热能形式散失,用于生长、发育和繁殖,和初级消费者摄入(同化)、流向分解者。 (3) 实现碳中和,要做到CO2“源”与“汇”的平衡,结合我国实际,途径有:推动清洁能源的利用,提升生态系统碳汇能力,如植树造林。

2 碳中和与光合作用、呼吸作用

【例3】碳中和是通过植树造林、节能减排等方式,抵消自身排放的CO2,实现“零排放”,是我国今后40 年的国家发展战略。 我国某实验室首次实现了从CO2到淀粉的全合成研究,为实现碳中和开创了新途径。 请回答下列问题。

(1) 植物光合作用过程中,固定CO2的场所是________;与光合作用固定CO2的量相等情况下,人工合成糖类的积累量高于植物,原因是________。

(2) 植物光合作用暗反应需要光反应提供________。 研究发现,叶绿体内有脂质颗粒。 它们随叶绿体的生长体积逐渐变小,最可能的原因是________。

(3) 利用CO2和H2人工合成淀粉,可以大量吸收空气中的CO2。 请写出这一研究的生物学意义:________(答出一点即可)

参考答案:(1) 叶绿体(基质);人工合成糖类没有呼吸作用消耗 (2) 还原型氢(NADPH)和ATP;脂质颗粒参与形成叶绿体内外膜 (3) 生产粮食、降低大气二氧化碳浓度、缓解温室效应。

分析与解答:本题考查碳中和与光合作用、呼吸作用基本过程的联系。 (1) 植物光合作用过程中,暗反应在叶绿体(基质)中固定;因植物呼吸作用要消耗部分糖类等有机物,植物积累的糖类量要比没有呼吸作用消耗有机物的人工合成的糖类量要低。 (2) 植物光合作用过程,光反应为暗反应提供了还原型氢(NADPH)和ATP。 叶绿体内的脂质颗粒,也有可能被运出到其他部位,根据“随叶绿体的生长体积逐渐变小”,最有可能是脂质颗粒为磷脂颗粒,参与叶绿体内外膜的形成。 (3) 人工合成淀粉大量吸收空气中的CO2,这将为生产粮食、降低大气CO2浓度、缓解温室效应提供新路径。

3 碳中和与碳循环

【例4】2020 年中国政府在联合国大会上郑重承诺:中国将努力争取今后40 年内实现碳中和。 碳中和指通过植树造林、节能减排等途径,减少排放CO2量,实现CO2量正负抵消的作用。 下列关于碳中和与碳循环的叙述,错误的是( )

A. 碳中和时生产者固定CO2量等于所有生物呼吸消耗CO2量

B. 增加生产者的种类和数量是实现碳中和的有效措施

C. 碳循环是指在全球范围内CO2在生物圈的循环过程

D. 燃烧化石燃料排放CO2是温室效应的主要来源,属于碳循环过程

参考答案:A

分析与解答:本试题考查碳中和与碳循环的理解与联系。 碳中和时,生产者固定CO2量等于所有生物呼吸消耗CO2量加上人为产生CO2的量(化石燃料的燃烧产生的CO2量),故A 错误。 化石燃料的燃烧排放的CO2,是温室效应的主要来源,该过程也属于碳循环过程。

4 碳中和与环境保护

【例5】对某地区农田生态系统各类农业化学品的碳排放比例以及碳足迹与生态盈余的年际变化进行了研究,如下图。 回答下列问题:

某地区农田生态系统各类农业化学品的碳排放比例

(1) 由图1 可知,各类农业化学品的碳排放比例始终处于绝对优势地位的是_________。 除了各类农业化学品,农田生态系统大气中的碳元素来自群落中的________等途径。

图1

(2) 从图2 可以看出,2006 ～2013 年间,该地区农田生态系统生态盈余变化的趋势为________。 请分析该趋势与碳足迹的变化的联系:________。

图2

(3) 碳达峰是指排放CO2量由增转降的历史拐点;碳中和是指产生CO2排放量被抵消,实现零排放。我国已确定2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和目标。 我国要实现碳达峰和碳中和的目标,结合图1和图2,保护环境的措施有________(答两点即可)。

参考答案:(1) 化肥的碳排放比例;呼吸作用(和分解作用) (2) 逐年上升后趋于稳定;生态盈余呈逐年上升趋势与碳足迹逐年下降相关 (3) 农业上减少使用化肥、农药和农用塑料薄膜;减小碳足迹,增大生态盈余。

分析与解答:本题主要考查碳中和与环境保护的关联,考查学生获取信息的能力。(1)图1可知,农田生态系统各类农业化学品的碳排放比例化肥始终最大,处于绝对优势地位。 生产者、消费者和分解者的呼吸作用均能释放CO2。 (2) 由图2 分析可知,该生态系统的生态盈余呈逐年上升趋势,这与碳足迹逐年下降有关。 (3) 实现碳达峰和碳中和,可以植树造林、减少化石燃料的燃烧、使用清洁能源,结合图1 和图2,保护环境的措施有农业上减少使用化肥、农药和农用塑料薄膜;减小碳足迹,增大生态盈余。

总之,近年来高考出现的热点碳中和问题,多与光合作用、细胞呼吸、碳循环和生物环境的保护相联系起来,有关的试题,虽然情境各样,难度各异,但依然是考查学生对以上观念的理解与应用。