第一节(三)生态系统中的物质循环

1、生态系统的物质循环生态系统的物质循环讨论：为什么维持生态讨论：为什么维持生态系统所需的大量物质，系统所需的大量物质，例如氧、水、氮、碳和例如氧、水、氮、碳和许多其他物质，亿万年许多其他物质，亿万年来却没有被生命活动所来却没有被生命活动所消耗完？消耗完？ 1、这里的物质是指什么？这里的物质是指什么？ 2、这里的生态系统是指什么？、这里的生态系统是指什么？ 3、在哪两者之间循环？在哪两者之间循环？ 注意：注意： 1.物质物质：组成生物体的：组成生物体的C、H、O、N、P、S等等基本元素基本元素。2.范围范围：是指地球上最大的生态系统：是指地球上最大的生态系统生生物圈物圈。其中的物质循环带有全球性，

2、所以。其中的物质循环带有全球性，所以又叫生物地球化学循环。又叫生物地球化学循环。4.特点特点：全球性，循环性全球性，循环性.元素元素生物群落生物群落3.循环：无机环境循环：无机环境 生物圈是地球上的最大的生态系统生物圈是地球上的最大的生态系统,生态系生态系统中的物质循环带有统中的物质循环带有全球性。全球性。讨论讨论：在农田中大量使用在农田中大量使用DDTDDT有机农有机农药为什么会殃及南极的企鹅药为什么会殃及南极的企鹅? ?及时反馈及时反馈: :1.1.下列关于生态系统的物质循环的叙述中，错误下列关于生态系统的物质循环的叙述中，错误的是的是 （ ） A A所指的物质是指组成生物体的所指的物质是

3、指组成生物体的C C、H H、O O、N N、P P、S S等化学元素等化学元素B B所说的生态系统是指生物圈所说的生态系统是指生物圈C C物质在循环过程中不断减少的物质在循环过程中不断减少的D D所说的循环是指物质在生物与无机环境之间所说的循环是指物质在生物与无机环境之间反复出现、循环利用反复出现、循环利用c水循环水循环在生态系统中，所有物质的循环都在生态系统中，所有物质的循环都是在水的推动下参与循环的，因此，是在水的推动下参与循环的，因此，没有水循环就没有生态系统的功能，没有水循环就没有生态系统的功能，生命也难以维持生命也难以维持。水是组成生物体的重要成分，约占体水是组成生物体的重要成分，

4、约占体重的重的6095，体内进行一切生化，体内进行一切生化反应都离不开水。反应都离不开水。地球上水通过蒸发、降雨、植物的蒸腾、吸收地球上水通过蒸发、降雨、植物的蒸腾、吸收等过程反复循环。等过程反复循环。水循环的途径：水循环的途径： 地球表面地球表面 大气圈大气圈水分蒸发水分蒸发降降 水水二、碳的循环过程二、碳的循环过程 大气中的大气中的CO2库库光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用植物植物呼吸作用呼吸作用动物动物残落物残落物尸体尸体粪便粪便煤煤石油等石油等化石燃料化石燃料微生物分解微生物分解燃烧燃烧碳循环碳循环动物摄食（1 1）碳）碳元素在无机环境中主要以什么形式元素在无机环境中主要以什么形式 存

5、在？存在？ 碳碳元素在生物体内主要以什么元素在生物体内主要以什么 形式存在？形式存在？（2 2）碳）碳元素主要以什么途径从无机环境元素主要以什么途径从无机环境 进入生物群落的？进入生物群落的？ （3 3）碳）碳元素在生物体之间以什么渠道传递？元素在生物体之间以什么渠道传递？问题讨论：问题讨论：CO2 、 碳酸盐碳酸盐 ；含碳有机物；含碳有机物主要是绿色植物的光合作用，还有化能主要是绿色植物的光合作用，还有化能合成作用及光合细菌的光合作用。合成作用及光合细菌的光合作用。食物链和食物网食物链和食物网（4 4）碳元素以什么途径从生物群落进入）碳元素以什么途径从生物群落进入 无机环境？无机环境？（5

6、5）碳）碳元素又以什么形式在无机环境与元素又以什么形式在无机环境与 生物群落中循环的？在生物群落内传递的形生物群落中循环的？在生物群落内传递的形式是什么式是什么? ?CO2动、植物及微生物的呼吸作用；动、植物及微生物的呼吸作用；化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧含碳有机物含碳有机物（6 6）碳循环范围：全球性）碳循环范围：全球性（7 7）碳在无机环境与生物群落之间传递时，）碳在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是相互只有生产者与无机环境之间的传递是相互的，其他各成分之间的传递是单向的。的，其他各成分之间的传递是单向的。 （8 8）在生态系统中，生产者所制造的含碳）在生态系统

7、中，生产者所制造的含碳有机物最终消失于分解者。有机物最终消失于分解者。 （9 9）碳循环失衡带来的后果：一般地，植）碳循环失衡带来的后果：一般地，植物光合作用从大气中吸收物光合作用从大气中吸收COCO2 2的速率，与的速率，与通过动、植物的呼吸作用及微生物的分解通过动、植物的呼吸作用及微生物的分解作用将作用将COCO2 2释放到大气中的速率相等。但释放到大气中的速率相等。但是由于人类的作用，化石燃料的大量燃烧，是由于人类的作用，化石燃料的大量燃烧，导致过多的导致过多的COCO2 2排入大气中，引起温室效排入大气中，引起温室效应。应。（3 3）图中）图中D CD C过程是通过过程是通过 作用实现

8、的，作用实现的，C DC D过程是通过过程是通过 作用实现的，作用实现的，B DB D过程是通过过程是通过_ 作用实现的。作用实现的。（4 4）生物群落中有一部分碳以）生物群落中有一部分碳以 _ _ 形式储形式储藏在地层中。碳在无机环境中以藏在地层中。碳在无机环境中以 形式存在。形式存在。CDBA（1 1）此生态系统的能量流动是从）此生态系统的能量流动是从 _ _ 固定太阳能开始的。固定太阳能开始的。 （2 2）碳元素在大气中与）碳元素在大气中与A A、B B、C C之间的传递之间的传递是以是以 _形式进行的，在生态系统各形式进行的，在生态系统各成分中成分中A A为为 ，B B为为 。右图示生

9、态系统碳循环示意图，右图示生态系统碳循环示意图，A A、B B、C C、D D是生态系是生态系统的成分，统的成分，D D为大气，请据图回答：为大气，请据图回答：C生产者生产者消费者消费者分解者分解者光合光合呼吸呼吸分解分解煤、石油等化石燃料煤、石油等化石燃料COCO2 2COCO2 2及时反馈：及时反馈：氮循环：氮循环：1、生物固氮：固氮微生物将大气中的氮还原、生物固氮：固氮微生物将大气中的氮还原为氨的过程，为氨的过程，N2 NH32、固氮微生物的种类：、固氮微生物的种类： 共生固氮微生物：与绿色植物互利共生的固氮共生固氮微生物：与绿色植物互利共生的固氮微生物，如根瘤菌，其代谢类型为异养需氧型

10、。微生物，如根瘤菌，其代谢类型为异养需氧型。 自生固氮微生物：土壤中能独立进行固氮的微自生固氮微生物：土壤中能独立进行固氮的微生物，如圆周褐固氮菌，其代谢类型为异养需氧型。生物，如圆周褐固氮菌，其代谢类型为异养需氧型。3、固氮微生物的固氮原因：直接原因：有固氮酶，、固氮微生物的固氮原因：直接原因：有固氮酶，根本原因：有固氮基因（该基因位于质粒上）根本原因：有固氮基因（该基因位于质粒上）4、固氮形式：生物固氮（主要形式）、高能、固氮形式：生物固氮（主要形式）、高能固氮（闪电固氮）、工业固氮（化工厂固固氮（闪电固氮）、工业固氮（化工厂固氮）。氮）。5、N元素进生物群落的方式：生物固氮，植元素进生物

11、群落的方式：生物固氮，植物以主动运输的形式吸收含物以主动运输的形式吸收含N元素的无机盐元素的无机盐离子，即：离子，即： N2 NH3 HNO2 HNO3 植物植物7、N元素在生物群落中的传递递形式：含元素在生物群落中的传递递形式：含N有机物（通过食物链和食物网）有机物（通过食物链和食物网）生物生物固氮固氮亚硝化亚硝化细菌细菌硝化硝化细菌细菌生物固氮的过程：生物固氮的过程：大气中的大气中的N2生物固氮生物固氮（NH3）闪电固氮闪电固氮工业固氮工业固氮豆科植物豆科植物非豆科植物非豆科植物 动物动物动植物的尸体、落叶等动植物的尸体、落叶等NH3NO-3NO-2主要方式主要方式食物链食物链NO-3吸收

12、吸收（O2）硝化细菌硝化细菌吸收吸收反硝化细菌（氧气不足）反硝化细菌（氧气不足）N2反硝化细菌反硝化细菌反硝化作用反硝化作用8 8、生物固氮的意义、生物固氮的意义 ： 在常温常压下进行，节约了能在常温常压下进行，节约了能源，减轻了对环境的污染，源，减轻了对环境的污染， 维持生态系统中氮的循环。维持生态系统中氮的循环。与氮循环相关的几种重要微生物的比较：与氮循环相关的几种重要微生物的比较：在氮循在氮循环中的环中的作用作用代谢代谢类型类型在生态系在生态系中的地位中的地位相关链接相关链接根瘤菌根瘤菌将将N2合合成氨成氨（共生（共生固氮）固氮）异养异养需氧需氧型型消费者消费者对豆科作物进行相应的对豆科

13、作物进行相应的根瘤菌拌种是提高豆科根瘤菌拌种是提高豆科作物产量的有交措施作物产量的有交措施圆褐固圆褐固氮菌氮菌将将N2合合成氨成氨（自生（自生固氮）固氮）异养异养需氧需氧型型分解者分解者有较强的固氮能力，且有较强的固氮能力，且能分泌生长素，促进植能分泌生长素，促进植株生长和果实发育，故株生长和果实发育，故常将其制成菌剂施到土常将其制成菌剂施到土壤中，提高作物产量。壤中，提高作物产量。比较比较项目项目微生微生物种物种类类能量流动和物质循环的关系能量流动和物质循环的关系 生态系统的存在是靠物质循环和能量生态系统的存在是靠物质循环和能量流动来维持的。生态系统的能量流动和物流动来维持的。生态系统的能量

14、流动和物质循环都是通过质循环都是通过食物链和食物网食物链和食物网的渠道实的渠道实现的，二者是同时进行的，彼此相互依存，现的，二者是同时进行的，彼此相互依存，不可分割的统一整体。不可分割的统一整体。 但是，能量流动和物质循环又有本但是，能量流动和物质循环又有本质质上的区别：能量流经生态系统各个营养级上的区别：能量流经生态系统各个营养级时是时是逐级递减逐级递减，而且运动是，而且运动是单向单向的、的、不是不是循环的，最终在环境中消失循环的，最终在环境中消失。物质循环是物质循环是带有带有全球性全球性的，在生物群落的，在生物群落与无机环境间物质可以与无机环境间物质可以反复出现，反复利反复出现，反复利用，

15、用，循环运动，不会消失。循环运动，不会消失。 二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。能量的固定、转移、储存、释放离不开物质的合成和分解能量的固定、转移、储存、释放离不开物质的合成和分解。物质是能量沿食物链（网）流动的物质是能量沿食物链（网）流动的载体载体，能量是物质在生，能量是物质在生态系统中反复循环的态系统中反复循环的动力动力。联系联系反复出现，循环流动，全球性反复出现，循环流动，全球性单向流动，逐级递减单向流动，逐级递减特点特点生物圈生物圈生态系统各营养级生态系统各营养级范围范围组成生物体的基本元素组成生物体的基本元素有机物有机物形式形式物质循环物质循

16、环能量流动能量流动项目项目注意：注意：1、对、对“能量是单向流动、物质循环往复能量是单向流动、物质循环往复”的理解：的理解：物质和能量在各个营养级传递过程中均有递现象，上物质和能量在各个营养级传递过程中均有递现象，上一个营养级的物质和能量不会全部传给下一个营养一个营养级的物质和能量不会全部传给下一个营养级，都会在传递的过程中进入非生物环境，但所不级，都会在传递的过程中进入非生物环境，但所不同的是：能量最终以热能的形式耗散在环境中，而同的是：能量最终以热能的形式耗散在环境中，而至今没有发现有生物利用热能；而物质不论以有机至今没有发现有生物利用热能；而物质不论以有机物或是无机物形式进入非生物环境后

17、，都可以重新物或是无机物形式进入非生物环境后，都可以重新回到生物群落中，被生物体再度利用。因此，就具回到生物群落中，被生物体再度利用。因此，就具备了能量单向流动，物质循环往复的特点。备了能量单向流动，物质循环往复的特点。2、物质循环的核心是同一种元素以不同的物质形式在、物质循环的核心是同一种元素以不同的物质形式在非生物环境与生物群落之间以及生物之间进行循环。非生物环境与生物群落之间以及生物之间进行循环。图图1图图2生态农业模式：生态农业模式：图图 3秸秆、粪便秸秆、粪便沼气池沼气池食用菌食用菌沼渣菌渣家禽家禽o 优势：优势： 1、实现了物质和能量的多级利用，提高利用率、实现了物质和能量的多级利

18、用，提高利用率 2、使能量持续、高效的流向对人类有益的部分、使能量持续、高效的流向对人类有益的部分人人3、能够减少化肥的施用，从而减少对环境的污染、能够减少化肥的施用，从而减少对环境的污染巩固练习1.1. 生态系统的物质循环的特点不包括下列的生态系统的物质循环的特点不包括下列的： （ ）A.A. 带有全球性带有全球性B.B. 物质是指组成生物体的基本元素物质是指组成生物体的基本元素C.C. 在群落的各营养级之间循环往复在群落的各营养级之间循环往复D.D. 在群落与无机环境之间循环往复在群落与无机环境之间循环往复C巩固练习2.2. 与自然界的碳循环关系密切的两种细胞器与自然界的碳循环关系密切的两

19、种细胞器是：是： （ ）A.A. 线粒体和染色体线粒体和染色体B.B. 叶绿体和线粒体叶绿体和线粒体C.C. 叶绿体和核糖体叶绿体和核糖体D.D. 线粒体和内质网线粒体和内质网B巩固练习3.3. 下列关于物质循环和能量流动的关系叙述下列关于物质循环和能量流动的关系叙述不正确的是：不正确的是： （ ）A.A. 物质为能量的载体，使能量在生态系物质为能量的载体，使能量在生态系统中流动统中流动B.B. 能量作为动力，使物质在生物群落与能量作为动力，使物质在生物群落与无机环境之间循环往复无机环境之间循环往复C.C. 先进行物质循环，后发生能量流动先进行物质循环，后发生能量流动D.D. 二者相互依存，不

20、可分割二者相互依存，不可分割C下面图面图1为碳循环示意图，图为碳循环示意图，图2为某一食物网为某一食物网示意图，请据图回答问题：示意图，请据图回答问题：（1）通过过程）通过过程，碳由无机环境中，碳由无机环境中_转转变成绿色植物（如玉米）中的变成绿色植物（如玉米）中的_。CO2有机物有机物（2）图）图1过程过程越复杂，则该生态系统的抵抗力稳定性越越复杂，则该生态系统的抵抗力稳定性越_。设过程。设过程代表的生物之间有如图代表的生物之间有如图2所示的关系，所示的关系，若若E种群的能量为种群的能量为5.8109 kJ，B种群的能量为种群的能量为1.3108 kJ，D种群的能量为种群的能量为1.5108 kJ，能量传，能量传递效率为递效率为10%，则，则A种群的能量是种群的能量是_kJ。高高3.0107（3）参与过程的生物与同区域中的动植物等其他生物）参与过程的生物与同区域中的动植物等其他生物共同构