生态系统的物质循环课【备课 精讲 精研】 高二上学期生物人教版（2019）选择性必修2

第3节生态系统的物质循环新课导入胡杨林胡杨能抗干旱、御风沙、耐盐碱，可顽强地在荒漠中生存繁衍。然而，受水资源短缺的影响，一些远离水源的胡杨也难逃死亡的厄运。这些死亡的胡杨虽历经烈日和荒漠的摧残，却依然傲立于大漠，其枝干往往呈现出千姿百态的奇特造型。讨论1.胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？荒漠中缺乏水分，分解者数量很少，因此死亡后的胡杨无法被快速分解。讨论2.有研究表明，长有胡杨的荒漠土壤一般比草原的贫瘠，这是为什么？荒漠中生产者的种类与数量很少，能制造的有机物总量就少；消费者与分解者也少，物质循环缓慢；土壤中可供分解者分解的动植物遗体等很少，且分解速度较慢，因此土壤中积累的营养物质很少；而且，胡杨还会从土壤中吸收营养物质，因此，长有胡杨的荒漠土壤比草原的更为贫瘠。新课导入两种元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的。呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，进入大气中。你能想象这些二氧化碳分子的去向吗？这些二氧化碳分子中的碳元素和氧元素又是怎样来到你体内的？进入你体内之前又存在于什么物质中？食物人体的细胞呼吸CO2植物的光合作用p61页思考·讨论1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？非生物环境生物体内2.碳在非生物环境和生物群落之间主要以什么形式进行循环的？循环的范围如何？CO2和碳酸盐（含碳）有机物CO2生物圈一、碳循环OCH2OHH碱基HHHHOHO－P－O－OH脱氧核苷酸OCH2OHOH碱基HHHHOHO－P－O－OH核糖核苷酸RH2N－C－C－OH

HO氨基酸HHHHH－C－C－C－C－C－C－HOHOHOHOHOHOH葡萄糖碳是构成生物体的重要元素之一，组成生物体的蛋白质、糖类、脂质和核酸等都是以碳链为基本骨架形成的。大气中的二氧化碳库1.碳循环示意图微生物的分解作用光合作用光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用溶解分解者摄食煤、石油碳在生态系统各成分之间的传递并不都是双向的，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他各成分间的传递均是单向的。燃

烧2.碳循环形式(1)存在形式①非生物环境中：CO2和碳酸盐②生物群落内部：含碳有机物(2)流动形式①生物群落与非生物环境之间：CO2②生物群落内部：含碳有机物沿食物链、食物网传递(3)实现碳循环的关键因素：生产者和分解者(3)进入生物群落的途径①光合作用②化能合成作用(4)返回非生物环境的方式①生产者、消费者的呼吸作用②分解者的分解作用③化石燃料的燃烧煤、石油等大气中的CO2库生产者消费者分解者遗体和排遗物光合作用呼吸作用燃烧呼吸作用(5)海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用实质是呼吸作用3.碳循环示意图中各组成成分的判断(1)图甲——先根据A、B之间为双向箭头且指向B的箭头最多可判断：B为大气中的二氧化碳库，A为生产者。再根据A、C的箭头都指向D判断：D为分解者，C为消费者。(2)图乙——根据A、C之间为双向箭头且指向C的箭头最多可判断：A是生产者，C是大气中的二氧化碳库。根据A、B、D的箭头都指向E可进一步判断：E是分解者，B是初级消费者，D是次级消费者。碳循环图解中各成分的判定方法(1)先看双箭头：双箭头代表生产者、大气中的CO2库。

其他所有成分都指向C的为大气中的CO2库。(2)除了C之外，有最多被指向箭头的为分解者，即B为分解者。

把碳循环的各组成成分填入下图：大气中的CO2库，生产者，消费者，分解者。填空①③④②④③②①生产者大气CO2库消费者分解者大气CO2库生产者消费者分解者3.温室效应(1)形成原因：化石燃料的开采和使用，大大增加了二氧化碳的排放，加剧了温室效应。(2)危害：引起全球性气候变化。(3)我国采取措施：减少二氧化碳排放和大力提倡植树种草，提高森林覆盖率。碳循环失调的后果：温室效应生态系统的物质循环（1）概念：（2）特点：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，都在不断进行着从非生物环境到生物群落，又从生物群落到非生物环境的循环过程。这里的物质是指？这里的生态系统是指？C、H、O、N、P、S等元素生物圈①具有全球性：②物质循环往复运动：物质循环的范围为生物圈生物地球化学循环对于改进农业生产方式有多方面的启示，例如可以采用种养结合的模式，促进物质循环，提高经济效益。碳循环切记：不是化合物。循环性大气环流

海洋洋流（1）组成生物体的碳、氢、氮、磷、硫等元素，都在不断进行着从非生物环境到生物群落，又从生物群落到非生物环境的循环过程，这就是生态系统的物质循环。（2）具有全球性、循环性的特点。生态系统的物质循环碳循环注意:1.“物质循环”中的物质指的是碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，而不是化合物或者单质；2.“物质循环”中的双向循环发生在非生物环境与生物群落之间，在生物群落内部物质是沿食物链和食物网单向流动的。3.与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器：线粒体和叶绿体4.碳循环具全球性的原因：CO2能够随着大气环流在全球范围内进行人类活动对碳循环的影响1.人类社会需求肉食、粮食、饲料、木材、薪材、能源化工产品……2.国家环保行动垃圾分类回收、号召节约粮食、提高质量标准、签署气候协议天然林保护工程、退耕还林工程、沙漠治理行动、城市绿化毛乌素沙地塞罕坝林场碳循环人类活动对碳循环的影响3.个人低碳生活戒奢侈、捐旧衣；重隔热、简装修；关水电、节约纸；点适量、不浪费；乘公交、少开车1.人类社会需求肉食、粮食、饲料、木材、薪材、能源化工产品……2.国家环保行动垃圾分类回收、号召节约粮食、提高质量标准、签署气候协议天然林保护工程、退耕还林工程、沙漠治理行动、城市绿化碳循环戒奢侈、捐旧衣点适量、不浪费重隔热、简装修乘公交、少开车关水电、节约纸水循环水循环

资料1：铅对人体血液、血管、肾脏、生殖腺和神经系统等均有毒害作用。在儿童中，铅中毒症状尤为明显。

自2013年起，联合国环境规划署和世界卫生组织联合号召：每年十月底在全球开展“预防铅中毒国际行动周”活动。

资料2：铅在植物组织中可致光合作用及脂肪代谢的强度减弱，吸水量减少，耗氧量增大，阻碍植物生长，甚至导致死亡。

资料3：铅对微生物也具有毒害作用。（1）实例——铅的富集:生物富集

资料1：不同采样点中水、水底沉积物和中国血蛤体内铅浓度结果：铅在中国血蛤体内的浓度超过环境浓度。生物富集中国血蛤（Hiatulachinensis）水水底沉积物中国血蛤铅浓度(ppm)采样点1采样点2采样点3采样点4（1）实例——铅的富集:②分析铅浓度在生物体中的特点铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高煤燃烧、有色金属冶炼铅被排放进入大气沉降在土壤和植被表面进入土壤进入水体植物根吸收叶片摄入铅水生植物、浮游动物直接吸收铅，动物饮用含铅的水，直接摄入铅铅进入体内形成多种比较稳定的铅的化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被排出，积蓄在体内含铅生物被更高营养级动物食用，沿食物链聚集最终积累在食物链的顶端（1）实例——铅的富集:③分析铅浓度在生物体中的特点①营养级1234②合成1kg干重所需能量假设均为100③捕食上一营养级一个生物能获得的能量假设为1001010.1④需要捕食上一营养级生物个体数—101001000⑤个体内铅含量为第1营养级个体内铅含量的倍数11010001000000⑥个体内铅浓度（1kg干重中铅的含量）11010001000000成因：1.能量流经各营养级时，逐级递减；2.铅在生物体内形成难以降解的化合物，不易排出。（1）实例——铅的富集:④分析铅浓度在生物群落内会放大的原因二、生物富集1.概念生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象。2.物质种类(1)重金属：如铅、镉、汞等。(2)人工合成的有机化合物：如DDT、六六六等。(3)某些放射性物质。又称作：生态浓缩◆

对比碳循环，分析铅在生物体内富集的原因？成因：铅在生物体内形成难以降解的化合物，且不易排出。◆

水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图？铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高。3、发生生物富集的物质的特点①在环境和生物体中存在形式是比较______的；②必须是生物体能够______的且__________的；③在生物代谢过程中是_____________的；稳定吸收不易被分解不易排出4、生物富集的主要途径食物链、食物网二、生物富集5、生物富集现象的特点①具有全球性原因：导致生物富集的有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地。②有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高，最终积累在食物链顶端。鱼鹰（2.5×10-5）大鱼（2×10-6）小鱼（5×10-7）植物（4×10-8）水（3×10-12）有害物质在生物体内的浓度如右图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍二、生物富集资料3：生物富集作用与能量流动正好相反，能量在沿食物链流动时逐级递减，而农药或重金属盐则存在“生物富集作用”，即营养级越高，该物质浓度越高。如图所示：三、能量流动和物质循环的关系1.区别(1)物质循环具有全球性和循环性的特点。(2)能量流动是逐级递减的，是单方向不循环的。2.联系(1)二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。(2)物质作为能量的载体

，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返。能量流动物质循环范围形式特点过程联系生态系统各营养级之间生物圈太阳能→化学能→热能化学元素（无机物

有机物）单向流动、逐级递减全球性、循环往复运动沿食物链、食物网单向流动在生物群落和非生物环境之间循环往返（1）二者是生态系统的主要功能，同时进行、相互依存，不可分割。（2）能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程；（3）物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；（4）能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返。能量流动和物质循环的区别与联系能量流动和物质循环关系分析(1)能量流动和物质循环相伴而行，但能量在传递过程中由光能→化学能→热能，而物质在循环过程中，由无机物(CO2)→有机物→无机物(CO2)。(2)能量流动的终点是热能散失到非生物环境中，不能循环利用。而物质循环产生的CO2又被重新利用，所以没有终点。核心归纳(3)能量流动和物质循环的渠道都是食物链和食物网；某些物质在沿食物链和食物网流动时会发生生物富集。

探究土壤微生物的分解作用实验原理探究·实践

土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，它们在生态系统中的成分为分解者。

由于各地气候和环境等因素不同，落叶在土壤中被分解的时间也是不同的。分解速度主要与环境温度和湿度有关。秋天刚收获的花生第二年春天从土中刨出的花生参考案例1实验设计提出问题落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？实验假设落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂实验设计实验组对照组自变量预测实验现象结论分析土壤中是否含微生物对土壤高温处理（灭菌）对土壤不做任何处理（自然状态）相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组落叶实验过程【注意】实验组的土壤要进行灭菌处理，以尽可能排除土壤微生物的作用，同时要尽可能避免土壤理化性质的改变。（例如，将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中处理一小时）土壤进行处理，排除土壤微生物的作用土壤不进行处理，自然状态实验结果落叶未腐烂落叶腐烂土壤微生物对落叶有分解作用实验结论探究土壤微生物的分解作用提出问题实验假设实验设计自变量实验组对照组实验现象加入碘液A1B1加入斐林试剂A2B2结论分析土壤微生物能分解淀粉吗？土壤微生物能分解淀粉土壤中是否含有分解淀粉的微生物(是否加土壤浸出液)参考案例2探究土壤微生物对淀粉的分解作用1.配制土壤浸出液实验原理淀粉碘液变蓝淀粉葡萄糖产生砖红色沉淀分解斐林试剂加热实验步骤参考案例2水水玻璃棒斐林试剂加热纱布烧杯土壤碘液取出探究土壤微生物的分解作用提出问题实验假设实验设计自变量实验组对照组实验现象加入碘液A1B1加入斐林试剂A2B2结论分析土壤微生物能分解淀粉吗？土壤微生物能分解淀粉土壤中是否含有分解淀粉的微生物(是否加土壤浸出液)A杯中加入适量淀粉糊+30mL土壤浸出液B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸馏水参考案例22.另取两只烧杯，编号A、B淀粉糊加入土壤浸出液加入碘液AB加入蒸馏水A1A2B1B2加入碘液加入斐林试剂加入斐林试剂实验结果不变蓝出现砖红色沉淀变蓝不出现砖红色沉淀室温（20℃）环境放置7d后有分解作用探究土壤微生物的分解作用3.参考案例2提出问题实验假设实验设计自变量实验组对照组实验现象加入碘液A1B1加入斐林试剂A2B2结论分析土壤微生物能分解淀粉吗？土壤微生物能分解淀粉土壤中是否含有分解淀粉的微生物A杯中加入适量淀粉糊+30mL土壤浸出液B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸馏水不变蓝变蓝产生砖红色沉淀不产生砖红色沉淀土壤浸出液中的微生物能分解淀粉项目案例1案例2实验假设土壤微生物能分解落叶使之腐烂土壤微生物能分解淀粉实验设计实验组对照组自变量实验现象AA1A2BB1B2结论分析对土壤进行处理(如将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中1h灭菌)对土壤不做处理(自然状态)土壤中是否含有微生物在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组微生物对落叶有分解作用A烧杯中加入30mL土壤浸出液＋淀粉糊B烧杯中加入30mL蒸馏水＋与A等量的淀粉糊是否加土壤浸出液不变蓝产生砖红色沉淀变蓝不产生砖红色沉淀土壤浸出液中的微生物能分解淀粉提出问题：土壤微生物具有分解作用吗？分解过程中物质发生怎样的变化？2．案例归纳注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂并加热。本课小结化石燃料巩固练习（1）参与物质循环的对象是含有碳的糖类、脂肪、蛋白质等有

机物

（

）（2）物质循环的范围是生物圈，而不是具体的某一生态系统

（

）（3）沼渣等作为肥料还田，使物质能够循环利用

（

）（4）在碳循环中生产者只起固定CO2的作用

（

）（5）由于过度地开采和使用化石燃料，破坏了生态系统的碳平衡，导致

大气中二氧化碳浓度增加并引起全球气候变化

（

）（6）海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用

（

）1.竹子中纤维素含量很高。大熊猫每天要吃大量竹子，但一般只能利用其中一小部分纤维素。研究表明，大熊猫的基因组缺少编码纤维素酶的基因，但是肠道中有多种纤维素分解菌。（1）大熊猫与它肠道内某种纤维素分解菌的种间关系为（

）A.捕食B.寄生C.互利共生D.原始合作（2）下列叙述不合理的是（

）A.大熊猫是初级消费者，属于第二营养级B.大熊猫未消化的纤维素会被分解者利用C.纤维素分解菌促进了生态系统中的物质循环D.能量流动方向是竹子→大熊猫→纤维素分解菌CDC__________D__________A_____