3.3生态系统的物质循环课件高二上学期生物人教版选择性必修2

第3节

生态系统的物质循环第3章

生态系统及其稳定性问题探讨讨论1：胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？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。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。问题探讨讨论2：有研究表明，长有胡杨的荒漠土壤一般比草原的贫瘠，为什么？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。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。二氧化碳分子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植物的光合作用一、碳循环生物群落非生物环境CO2CO2CO2不断循环生物体中的碳：蛋白质、糖类、脂质和核酸等都是以碳链为基本骨架形成的有机物大气中的碳：主要是CO2如何长期维持相对稳定的状态一、碳循环一、碳循环二氧化碳能溶于水，因此能在大气和海洋、河流之间进行交换。此外，碳还可以长期固定或保存在非生命系统中，如固定于煤、石油或木材中。人类对煤和石油等能源的利用，向大气排放了大量的二氧化碳。CO2和碳酸盐含碳有机物讨论2：碳是如何进出生产者、消费者、分解者的（以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等）（P62）？思考

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讨论

分析碳循环的过程讨论1：碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？

大气中的二氧化碳库光合作用呼吸作用溶解光合作用进：光合作用生产者将二氧化碳转化为有机物；将有机物分解为二氧化碳。出：呼吸作用一、碳循环讨论2：碳是如何进出生产者、消费者、分解者的（以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等）（P62）？思考

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讨论

分析碳循环的过程

大气中的二氧化碳库呼吸作用摄食消费者进：摄食

出：呼吸作用将有机物分解为二氧化碳。将前一营养级的有机物转化为自身的有机物；一、碳循环讨论2：碳是如何进出生产者、消费者、分解者的（以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等）（P62）？思考

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讨论

分析碳循环的过程大气中的二氧化碳库微生物的分解作用分解者分解者进：食腐、腐生

出：呼吸作用将现成有机物转化为自身有机物；将有机物分解为二氧化碳。一、碳循环讨论2：碳是如何进出生产者、消费者、分解者的（以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等）（P62）？思考

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讨论

分析碳循环的过程环境CO2呼吸作用环境呼吸作用呼吸作用光合作用生产者消费者分解者摄食一、碳循环讨论2：碳是如何进出生产者、消费者、分解者的（以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等）（P62）？思考

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讨论

分析碳循环的过程大气中的二氧化碳库③煤、石油等化石燃料的开采与使用。将有机物分解为二氧化碳等。煤、石油讨论3：碳循环还有其他途径吗？水体中的HCO3-等岩石中的CaCO3等①CO2与HCO3-的相互转化；②CaCO3与HCO3-的相互转化；一、碳循环思考

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讨论

分析碳循环的过程一、碳循环1.碳循环示意图遗体和排出物摄食燃烧生产者消费者分解者化石燃料呼吸作用呼吸作用光合作用大气中的CO2库分解作用非生物环境生物群落水圈中的CO2库一、碳循环大气中的CO2库生产者光合作用呼吸作用分解作用呼吸作用燃烧食物链和食物网消费者捕食化石燃料遗体残骸遗体残骸分解者遗体遗体水圈中的CO2库一、碳循环2.碳的存在形式主要以CO2的形式存在，还有碳酸盐主要以含碳有机物的形式存在（1）非生物环境中：（2）在生物体内：（1）在生物群落和非生物环境之间：碳主要以

形式循环。（2）在生物群落内部：碳以

形式传递。含碳有机物

（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）CO2（1）碳进入生物群落的途径：光合作用（主要）和化能合成作用（2）碳返回非生物环境的途径①生产者、消费者的

。②分解者的

（实质是呼吸作用）。③化石燃料的

。呼吸作用分解作用燃烧（3）碳在生物群落中传递的主要途径：食物链、食物网一、碳循环4.碳循环的途径5.实现碳循环的关键因素：生产者和分解者6.与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器：线粒体和叶绿体一、碳循环7.碳循环特点及原因：（1）特点：（2）原因：①碳在生物群落和非生物环境之间循环运动；②CO2能够随着大气环流在全球范围内流动。循环往复运动、全球性一、碳循环8.海洋对调节大气中的碳含量起着非常重要的作用（1）当大气中二氧化碳含量增加，水圈的二氧化碳含量也随之增加。（2）如果大气中二氧化碳发生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能及时进入大气。9.碳循环失调的后果：温室效应（1）温室气体：二氧化碳等（2）主要原因：①化石燃料的开采和使用大大增加了CO2的排放；②森林、草原等植被遭到大面积破坏。一、碳循环使气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。（3）影响：9.碳循环失调的后果：温室效应（4）缓解措施：①减少二氧化碳排放：开发新能源，减少化石燃料燃烧；②增加CO2的吸收和固定量：大力植树种草，提高森林覆盖率；③提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。增加碳储存减少碳排放9.碳循环失调的后果：温室效应与生活的联系——个人低碳生活关水电、节约纸点适量、不浪费乘公交、少开车戒奢侈、捐旧衣重隔热、简装修低碳生活A：生产者B：分解者ABCDEFC：大气中的CO2库D：初级消费者E：次级消费者F：三级消费者练习：如图为碳循环示意图，其中A-F分别代表什么成分？拓展应用：碳循环图解中各成分的判定方法方法：1.先看双箭头：双箭头代表生产者、大气中的CO2库；2.其他所有成分都指向C，则C为大气中的CO2库；3.除了C之外，有最多被指向箭头的为分解者，即B为分解者。练习：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。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二、生态系统的物质循环二、生态系统的物质循环（mattercycle）1.概念：2.特点：（1）全球性：物质循环的范围为地球最大生态系统——生物圈。（2）循环往复运动：生物群落和非生物环境之间的循环运动。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，又叫生物地球化学循环（biogeochemicalcycle）。根据氮循环示意图，回答下列问题。离子固氮生物的固氮作用3.生物群落中的氮最终通过什么途径返回大气中？反硝化作用2.大气中的氮气通过什么途径进入生物群落？了解：氮循环过程1.植物吸收的氮以什么形式存在？4.据图可知氮元素是不断循环的，但农田生态系统为什么仍需不断施加氮肥？（拓展应用P67）农田土壤中氮元素的含量往往不足以使作物高产，加之农产品源源不断地自农田生态系统输出，其中的氮元素并不能都归还土壤，所以需要施加氮肥。了解：氮循环过程3.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；（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。二、生态系统的物质循环（mattercycle）（1）动物的取食、消化能促进物质循环；稻田养鸭养鱼，从物质循环角度的好处：（3）动物呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料。（2）动物粪便中氮、磷可供水稻吸收利用；4.物质循环的应用三、生物富集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。1.概念：2.常见存在生物富集现象的污染物（1）重金属：如铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）等（2）人工合成的有机化合物：如DDT、六六六等三、生物富集（3）一些放射性物质3.发生生物富集的物质的特点（1）富集物质在环境和生物体中存在形式是比较稳定的；（2）富集物质必须是生物体能够吸收的且不易排出的；（3）富集物质在生物代谢过程中是不易被分解的；4.生物富集的主要途径：食物链、食物网三、生物富集5.实例——铅的富集过程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三、生物富集

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。危害5.实例——铅的富集过程三、生物富集6.生物富集现象的特点（1）全球性：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。思考：在农田中大量使用的DDT杀虫剂，为什么会在南极的企鹅体内检测到？三、生物富集6.生物富集现象的特点（2）逐级积累：有害物质会沿食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端（即营养级越高，富集物质的浓度越高）。三、生物富集四、能量流动和物质循环的关系1.物质循环与能量流动的关系图四、能量流动和物质循环的关系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主要以有机物中的化学能的形式化学元素（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。2.能量流动和物质循环的区别与联系五、探究土壤微生物的分解作用秋天刚收获的花生第二年春天从土中刨出的花生1.实验原理（1）土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为

。（2）分解者的作用是将环境中的

分解为

，其分解速度与环境中的

、

等环境因素有关。分解者有机物无机物温度五、探究土壤微生物的分解作用湿度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土壤微生物对落叶有分解作用参考案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？五、探究土壤微生物的分解作用土壤进行处理，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参考案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？参考案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用1.假设：2.实验材料：土壤浸出液土壤中的微生物对淀粉具有分解作用。3.实验设计对照组：实验组：20℃放置7天后，取实验组和对照组的溶液分装到不同试管，分别加入斐林试剂和碘液，进行观察。蒸馏水＋淀粉土壤浸出液＋淀粉参考案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用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4.实验结果参考案例2：探究土壤微生物对淀粉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参考案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用1.能量流动和物质循环是生态系统的主要功能。判断下列表述是否正确。（1）物质循环发生在生物群落与非生物环境之间。（）（2）能量流动和物质循环是两个相对独立的过程。（）练习与应用（P67）一、概念检测×√C（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循环C.

纤维素分解菌促进了生态系统中的物质D.

能量流动方向是竹子→大熊猫一纤维素分解菌D3.在生态系统中，使二氧化碳进入生物群落的生物主要是（

）A.细菌B.真菌C.动物D.绿色植物D练习与应用（P67）一、概念检测2.同碳元素一样，氮在生物群落和非生物环境之间