第三节 生态系统的物质循环

生态系统依靠太阳不断地提供能量，而生态系统中的物质却都是由地球提供的。讨论：为什么维持生态系统所需的大量物质，例如氧、水、碳、氮和许多其他物质，亿万年来却没有被生命活动所耗尽？目前一页\总数四十六页\编于七点物质循环的概念什么?这里的物质是指什么？这里的生态系统是指什么生态系统？在哪两者之间循环？快速阅读课本P100~101回答下列问题：目前二页\总数四十六页\编于七点都不断地进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，这就是生态系统的物质循环。物质循环的概念是什么?这里的物质是指什么？组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，目前三页\总数四十六页\编于七点地球上最大的生态系统——生物圈，其中的物质循环带有全球性，这种物质循环又叫生物地球化学循环。

生态系统的物质循环流动，不会消失，生物可反复利用。生物群落组成生物体的C、H、O、N等元素无机环境反复循环在哪两者之间循环？这里的生态系统是指什么生态系统？目前四页\总数四十六页\编于七点一.碳循环

碳元素约占生物体干重的49％，碳是有机化合物的“骨架”，没有碳就没有生命。碳在无机环境与生物群落之间是以CO2的形式进行循环的。目前五页\总数四十六页\编于七点碳的循环过程目前六页\总数四十六页\编于七点C循环的图解化石燃料大气中的CO2生产者分解者消费者思考？光合作用呼吸作用分解作用呼吸作用分解作用摄食作用形成石油、天然气等形成石油、天然气等呼吸作用燃烧作用目前七页\总数四十六页\编于七点碳的循环过程：1、生物圈中的生产者——绿色植物，通过光合作用，将大气中的CO2和H2O合成糖类，进一步合成脂类和蛋白质等有机物，使CO2中的碳成为有机物中的碳。2、含碳有机物的一部分，通过食物链传递给各级消者。3、生产者和消费者通过呼吸作用，将有机物分解成CO2和H2O

，并将CO2释放到大气中去。4、生产者与消费者的遗体，被分解者分解，分解后产生的CO2返回到大气中去。5、煤、石油等化石燃料的燃烧也将大量的CO2排放到大气中去。目前八页\总数四十六页\编于七点（1）碳在无机环境和生物群落间循环的形式：（2）碳在生物体内的存在形式：（3）碳进入生物体的途径：（4）碳在生物体之间传递途径：（5）碳进入大气的活动：CO2有机物光合作用和化能合成作用食物链和食物网①生物的呼吸作用②分解者有分解作用③化石燃料的燃烧碳小结：目前九页\总数四十六页\编于七点大气中二氧化碳浓度的变化年份1860196019世纪末浓度（ppm)283320375--400温室效应目前十页\总数四十六页\编于七点温室效应目前十一页\总数四十六页\编于七点冰川融化热带风暴土地干旱城市淹没目前十二页\总数四十六页\编于七点社会热点：温室效应1、温室气体：CO2过多2、CO2增多的原因化石燃料的大量燃烧森林、草原等植被的破坏3、温室效应的危害气温升高沿海城市被淹没农田减少，粮食减产4.缓解温室效应的措施开发新能源增大绿化面积极地冰川加速融化目前十三页\总数四十六页\编于七点（3）图中DC过程是通过

作用实现的，CD过程是通过

作用实现的，BD过程是通过______

作用实现的。碳循环始终与

结合在一起。（4）生物群落中有一部分碳以_______________形式储藏在地层中。碳在无机环境中以

形式存在。CDBA（1）此生态系统的能量流动是从[]_____

固定太阳能开始的。（2）碳元素在A、B、C之间的传递是以________形式进行的，在生态系统各成分中A为

，B为

。例、右图示生态系统碳循环示意图，A、B、C、D是生态系统的成分，D为大气，请据图回答：练习C生产者消费者分解者光合呼吸分解能量石油、煤炭等CO2等有机物目前十四页\总数四十六页\编于七点（1）写出①②③④的生理过程及⑤产生CO2的方式。①__________②_________③_______________④__________⑤_______（2）碳在无机环境与生物群落之间以________形式进行循环。（3）碳循环中最简单的循环途径是在___________和大气之间的循环。光合作用

呼吸作用

微生物分解作用

呼吸作用

燃烧

CO2绿色植物练习目前十五页\总数四十六页\编于七点2、与自然界的碳循环关系最为密切的两种细胞器是（）A.内质网和高尔基体B.叶绿体和线粒体C.核糖体和叶绿体D.核糖体和高尔基体1、在生态系统碳循环中，既能使CO2进入生物群落，又能将其释放到大气中的生物是（）A.分解者B.植食动物C.肉食动物D.绿色植物BD目前十六页\总数四十六页\编于七点3、生态系统的物质循环发生在（

）A.生物群落中

B.生产者和消费者之间

C.生产者和分解者之间D.生物群落与无机环境之间4、目前地球大气的二氧化碳浓度增高，导致温室效应，主要原因是（

）A.

人口剧增，呼出的二氧化碳增多

B.化石燃料的燃烧和自然资源的不合理利用C.大量生物遭灭绝

D.自然因素破坏了生态稳定5、生态系统的碳循环与生物群落的哪些活动有关（）①光合作用②呼吸作用③蒸腾作用④微生物的分解作用

A.①②

B.①②④

C.①②③

D.①④DBB目前十七页\总数四十六页\编于七点水循环：

水是组成生物体的重要成分，约占体重的60％～95％，体内进行一切生化反应都离不开水。地球上的水包括海洋中的水、陆地水、大气中的水及地下水等，以汽态、液态和固态形式存在。水通过蒸发、植物的蒸腾作用上升到空气中，又通过降雨返回地面等过程反复循环。目前十八页\总数四十六页\编于七点水循环目前十九页\总数四十六页\编于七点在太阳辐射能的作用下，从海陆表面蒸发的水分，上升到大气中。随着大气的运动和在一定的热力条件下，水蒸汽凝结为液态水降落至地球表面。一部分降水可被植被拦截或被植物蒸腾散发。降落到地面的水可以形成地表径流。目前二十页\总数四十六页\编于七点贮于地下的水，一部分上升至地表供蒸发，一部分向深层渗透，在一定的条件下溢出成为不同形式的泉水；地表水和返回地面的地下水，最终都流入海洋或蒸发到大气中。渗入地下的水一部分以地下径流的形式进入河道，成为河川径流的一部分。目前二十一页\总数四十六页\编于七点氮循环：

氮元素是组成蛋白质和核酸的重要成分。由于大气成分的79％是氮气，所以氮最重要的储存库就是大气圈，但是大多数生物又不能直接利用氮气，大气中的氮只有被固定为无机氮化合物（主要是硝酸盐和氨）以后，才能被生物所利用。因此，氮必须经过生物固氮作用、硝化作用、反硝化作用等才能在生物群落与无机环境间反复循环。

目前二十二页\总数四十六页\编于七点氮循环目前二十三页\总数四十六页\编于七点氮循环的过程：1.固氮作用：根瘤菌、自生固氮菌、蓝细菌等能将氮气固定生成氨气，在生物群落开始循环。N2+e+H++ATPNH3+ADP+Pi固氮菌目前二十四页\总数四十六页\编于七点2.硝化作用

经过固氮作用合成的氨或铵盐难以被直接利用，而必须使它们在硝化作用中转化为硝酸盐。

硝化作用过程在有氧条件下分为两步：第一步：亚硝化细菌把氨或铵盐转化为亚硝酸盐第二步：硝化细菌把亚硝酸盐转变为硝酸盐。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量亚硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌目前二十五页\总数四十六页\编于七点3.硝酸盐被植物吸收，用于合成蛋白质、核酸等含氮有机化合物，在生物间通过食物链和食物网流动。这些含氮的有机化合物通过生物的新陈代谢又会使氮以代谢产物（尿素和尿酸）的形式重返氮的循环圈。4.氨化作用

土壤和水中的很多异养细菌、放线菌和真菌都能把这些简单的含氮有机化合物（尿素和尿酸等）在代谢活动中转变为无机化合物（氨）并把它释放出来。这个过程就称为氨化作用或矿化作用。

目前二十六页\总数四十六页\编于七点5.反硝化作用（也称脱氮作用）

反硝化作用是在无氧或缺氧条件下把硝酸盐等较复杂的含氮化合物转化为N2和N2O等的过程。这样分子氮如果未在固氮活动中被重新利用则会返回大气圈库。反硝化作用过程在缺氧条件下分为两步：第一步：某些细菌把硝酸盐还原为亚硝酸盐第二步：某些细菌把亚硝酸盐进一步还原N2或N2OC6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量目前二十七页\总数四十六页\编于七点28目前二十八页\总数四十六页\编于七点

氮的全球平衡破坏——水体富营养化

据估计，全球每年的固氮量为92×106吨。但是，借助于反硝化作用，全球的产氮量只有83×106吨。两个过程的差额为9×106吨，这种不平衡主要是由工业固氮量的日益增长所引起的。

人工固氮对于养活世界上不断增加的人口作了重大贡献，但同时，大量含氮化合物进入土壤和流入池塘、湖泊、河流、海湾，造成水体富营养化，藻类和蓝细菌种群大爆发，其尸体分解过程中大量掠夺其他生物所必须的氧，造成鱼类、贝类大规模死亡。海洋和海湾的富营养化称为赤潮，某些赤潮藻类还形成毒素，引起如记忆丧失、肾脏和肝脏的疾病。一般来说，氮污染使土壤和水体的生物多样性下降。人类从合成氮肥中获得巨大好处，但没有预见其对于环境的不良后果。即使到现在，人类对于这些不良后果的注意仍然不足，远不如对大气CO2上升的关注。目前二十九页\总数四十六页\编于七点硫循环

硫是蛋白质和某些氨基酸的重要组分，虽然少数生物可以从氨基酸（有机硫）中获得它们所需要的硫，但大多数生物都是从无机的硫酸盐中获得它们所需要的硫。硫循环明显的特点是，它有一个长期的沉积阶段和一个较短的气体型循环阶段，因为含硫的化合物中，既包括硫酸钡、硫酸铅、硫化铜等难溶的盐类，也有气态的二氧化硫和硫化氢。目前三十页\总数四十六页\编于七点目前三十一页\总数四十六页\编于七点①硫的释放多种生物地球化学过程可将硫释放到大气中；·火山喷发可以带出大量的硫化氢气体·岩体风化，该途径产生的硫酸盐将进入水中。·海水飞沫形成的气溶胶硫循环的主要过程为：·

硫化细菌通过化能合成作用能把硫化氢、硫化亚铁等氧化为硫，并再将硫氧化为硫酸盐。2H2S＋O2→2H2O＋2S+能量2S＋3O2＋2H2O→2H2SO4+能量2FeS2＋7O2＋2H2O→2FeSO4＋2H2SO4+能量目前三十二页\总数四十六页\编于七点②岩石圈、水圈→生物群落和氮循环类似，植物根系吸收硫酸盐用于合成氨基酸、蛋白质等有机物，硫元素就开始在生物群落循环，最后由尸体和排泄物脱离，大部分此类物质被分解者分解，少部分形成化石燃料。③重新沉积分解者将含硫有机物分解为硫酸盐和硫化物后，这些硫化物将按①过程重新开始循环前面途径产生的硫酸盐大部分将进入水体。火山喷发等途径形成的气态含硫化合物将随降雨进入土壤和水体，但大部分的硫直接进入海洋，并在海里永远沉积无法连续循环。只有少部分在生物群落循环。目前三十三页\总数四十六页\编于七点酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失，如:腐蚀建筑物和工业设备；破坏露天的文物古迹；损坏植物叶面，导致森林死亡；使湖泊中鱼虾死亡；破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡；饮用酸化物造成的地下水，对人体有害。化石燃料的不完全燃烧可使二氧化硫进入大气圈，这是大气遭受污染的一个主要原因。大气中的氧化硫、二氧化硫和元素硫可被进一步氧化形成三氧化硫，它与水结合便形成了硫酸，雨水中含有硫酸就会形成酸雨。硫循环平衡破坏——酸雨目前三十四页\总数四十六页\编于七点五、磷循环磷是生物不可缺少的成分。它是细胞遗传信息携带者核酸的构成元素，也是生物膜成分磷脂及细胞代谢中三磷酸腺苷（ATP）等的构成元素，在能量贮存、利用和转化方面起着关键作用。它还制约着生态系统，尤其是水域生态系统的光合生产力。另外，磷还是动物骨骼和牙齿的主要成分。所以，没有磷就没有生命，也就不会有生态系统中的能量流动。目前三十五页\总数四十六页\编于七点磷不存在任何气体形式的化合物，所以磷是典型的沉积型循环物质。沉积型循环物质主要有两种存在相：岩石相和溶解盐相。循环的起点源于岩石的风化，终于水中的沉积。由于风化侵蚀作用和人类对磷矿的开采，磷被释放出来，由于降水成为可溶性磷酸盐，经由植物、草食动物和肉食动物而在生物之间流动，待生物死亡后被分解，又使其回到环境中。溶解性磷酸盐也可随着水流，进入江河湖海，并沉积在海底。其中一部分长期留在海里，另一些可形成新的地壳，在风化后再次进入循环目前三十六页\总数四十六页\编于七点在陆地生态系统中，含磷有机物被细菌分解为磷酸盐，其中一部分又被植物再吸收，另一些则转化为不能被植物利用的化合物。同时，陆地的一部分磷由径流进入湖泊和海洋。在淡水和海洋生态系统中，磷酸盐能够迅速地被浮游植物所吸收，而后又转移到浮游动物和其他动物体内，浮游动物每天排出的磷与其生物量所含有的磷相等，所以使磷循环得以继续进行。浮游动物所排出的磷又有一部分是无机磷酸盐，可以为植物所利用，水体中其他的有机磷酸盐可被细菌利用，细菌又被其他的一些小动物所食用。一部分磷沉积在海洋中，沉积的磷随着海水的上涌被带到光合作用带，并被植物所吸收。目前三十七页\总数四十六页\编于七点因动植物残体的下沉，常使得水表层的磷被耗尽而深水中的磷积累过多。磷是可溶性的，但由于磷没有挥发性，所以，除了鸟粪和对海鱼的捕捞，磷没有再次回到陆地的有效途径。在深海处的磷沉积，只有在发生海陆变迁，由海底变为陆地后，才有可能因风化而再次释放出磷，否则就将永远脱离循环。正是由于这个原因，使陆地的磷损失越来越大。因此，磷的循环为不完全循环，现存量越来越少，特别是随着工业的发展而大量开采磷矿加速了这种损失。据估计，全世界磷蕴藏量只能维持100a左右，在生物圈中，磷参与循环的数量，目前正在减少，磷将成为人类和陆地生物生命活动的限制因子。目前三十八页\总数四十六页\编于七点能量流动物质循环形式过程范围特点联系主要以有机物形式动沿食物链（网）单向流动生态系统各营养级单向流动，逐级递减主要以无机物形式在无机环境与生物群落之间反复循环全球（生物圈）反复循环，逐级累积能量流动和物质循环的相互关系（1）同时进行、相互依存（2）物质是能量流动的载体（3）能量是物质循环的动力目前三十九页\总数四十六页\编于七点

练习在农田中大量使用DDT杀虫剂为什么会殃及南极的企鹅?

生物圈是地球上的最大的生态系统,生态系统中的物质循环带有全球性.目前四十页\总数四十六页\编于七点1.20世纪60年代，美国农庄主为了提高农作物产量，曾用飞机反复大面积地喷洒有机磷杀虫剂，几年后显而易见的是（）B①彻底消灭了该地区的害虫②害虫的抗药性愈来愈强③消灭了该地区杂草④这个地区鸟类数量减少⑤未喷洒农药的邻近地区一带生物