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(共56张PPT)
任何生态系统保持稳定、不断运转，需要不断有能量的输入，对于生物圈来说，源源不断的太阳能为它提供能量，
但是生物圈中物质却只来自地球，为什么亿万年来生物圈中的物质并没有减少或消耗呢？
假如你在操场上运动，呼出一口气，许多CO2分子就离开你的身体。想象一下，这些CO2分子离开你之后，会开始怎样的旅行？
CO2
CO2
CO2
光合作用
食物
第3节 生态系统的物质循环
第3章 生态系统及其稳定性
【思考.讨论】 分析碳循环的过程
资料一： 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。因此，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。
讨论：
1. 碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？
在非生物环境中主要以CO2的形式存在(还有碳酸盐)；
在生物体内主要以含碳有机物的形式存在。
一、实例：碳循环
资料二：地球上最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，含碳量约占地球上碳总量的99.9%。这两个碳库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用，地球上还有三个碳库：大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中碳中碳在生物和无机环境之间迅速交换，容量小而活跃，实际上起着交换库的作用。
2. 碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)？ （请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环的模型。）
①碳如何从非生物环境进入生物群落？
②碳如何在生物群落中传递(生产者、消费者和分解者)
③碳如何从生物群落返回非生物环境？
思考 讨论：分析碳循环的过程
2.碳是如何进出生产者、消费者、分解者的？（以什么形式，通过哪些生命活动、形成哪些产物等？）
进：光合作用等将CO2转化为有机物；
出：呼吸作用等将有机物分解为CO2。
进：摄食等将前一营养级的有机物转化
为自身的有机物；
出：呼吸作用等将有机物分解为CO2。
进：食腐、腐生等将现成有机物转化为
自身有机物；
出：呼吸作用等将有机物分解为CO2。
煤、石油
其他途径：
（1）CO2与HCO3-的相互转化（水中）；
（2）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。
生产者：
消费者：
分解者：
一、碳循环
1. 碳在非生物环境存在形式：
生物体内存在形式：
CO2、碳酸盐
含碳有机物
2.进入生物群落的途径:
生产者的光合作用
或化能合成作用
3.碳在生物群落内传递的途径:
食物链
形式:
含碳有机物
4.碳返回非生物环境的途径:
②分解者的分解作用
①生产者、消费者的呼吸作用
③化石燃料的燃烧
碳循环
讨论1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？
碳的存在形式：
②在生物群落中
主要是有机物的形式
①在非生物环境中
主要是CO2的形式
2
碳循环的过程
碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要以 的形式进行的。
CO2
一、碳循环
大气中的CO2库
生产者
消费者
分解者
化石燃料
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
分解作用
燃烧
摄食
化能合成作用
5.过程（模型构建）
构建碳循环模型
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
捕食
化
石
燃
料
遗体、排遗物
遗体残骸
遗体
遗体
1、动植物遗体一定会被分解者分解吗？
不一定，还可能形成煤、石油等化石燃料
消费者
分解者
请用箭头和简短的文字表明碳元素在下述各成分之间的联系。
2、碳元素在生物群落中是循环的吗？
不是，在生物群落中主要是沿着食物链(网)单向流动的。
水圈中的CO2库
碳元素在 和 之间是不断循环的。
生物群落
非生物环境
6.碳循环的形式：
非生物机环境 （ CO2 ）
生物群落
（有机物）
光合作用、化能合成作用
呼吸作用、分解作用
5.过程（模型构建）
思考：如果滥伐森林、大量化石燃料燃烧，对生态系统的
碳循环及生态环境有何影响？
元素在生物群落中是循环的吗？
不是，在生物群落中主要是沿着食物链(网)单向流动的。
碳元素在 和 之间是不断循环的。
生物群落
非生物环境
视频：温室效应
破坏碳循环的平衡
大气中CO2含量增加
温室效应
能量主要以光的形式到达地球，其中大部分最后以红外线的形式从地球再辐射出去。在大气层中， CO2对光辐射没有阻挡，但是能吸收红外线并阻挡红外线通过，就像温室的玻璃顶罩一样，能量进入容易出去难。
(1)造成温室效应的原因： 。
(2)CO2增多的原因： 。
。
(3)温室效应的危害：
。
。
(4)应对措施：
。
。
。
。
CO2 过多
植被的减少
农田减少，粮食减产
减少煤、石油等化石燃料的燃烧
开发新能源，如核能、太阳能、风能、水能等
保护植被，大面积植树种草，提高森林覆盖率
化石燃料的大量燃烧
极地和高山的冰川加速融化导致海平面上升
防止海洋污染
6.与社会的联系——温室效应
温室气体：CO2、CH4、、N2O、 O3等
你如何看待人类活动对碳循环的影响？
粮食
饲料
肉食
木材
薪材
化工产品
能源
……
A.人类社会需求
【方法技巧】巧辨图形判断参与碳循环的四种成分
大气中的CO2库
生产者
分解者
消费者
生产者
初级消费者
大气中的CO2库
次级消费者
分解者
大气中的CO2库（非生物的物质和能量）
生产者
初消
次消
三级消
分解者
辨图要点：
1、碳循环中，只有生产者与非生物环境之间的箭头是双向的
2、箭头指向最多的是大气中的CO2库，其次是分解者
【典例】如图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析错误的是
A、生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足
B、A是消费者，C是生产者，碳在各成分间以CO2的形式传递
C、对E过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡
D、碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量的载体
B
大气中的CO2库
生产者
分解者
消费者
化石燃料的燃烧
1.概念
组成生物体的________________________等______，都在不断进行着从_____________到__________，又从__________到____________的_____过程，这就是生态系统的物质循环，又叫_________________。
碳、氢、氧、氮、磷、硫
元素
非生物环境
生物群落
生物群落
非生物环境
循环
生物地球化学循环
二、物质循环
生物群落
非生物环境
组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素
反复循环
2.含义
“物质循环的范围”指： 。
②“物质”:是指组成生物体的 ，而不是单质，也不是由这些元素组成的化合物——蛋白质、糖类、脂肪等。
③“循环”: 。
生物圈
化学元素
指组成元素在非生物环境和生物群落之间的反复利用，而不是生物群落中。
3.特点:
(1)_______: 物质循环的范围为生物圈；
(2)_____________: 物质可被生物群落反复利用，对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。
全球性
循环往复运动
稻田养鸭
稻田养鱼
（1）动物的取食、消化能促进物质循环；
（3）动物呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料
（2）动物粪便被分解者分解后可供植物吸收利用
学以致用：稻田养鸭养鱼（种养结合模式），请从物质循环角度说说它的好处：
碳循环在农业生产方面的应用
根据氮循环示意图，思考并回答下列问题。
(1)植物吸收的氮主要以什么形式存在？
离子（NO3-）。
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？
(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？
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。
氮循环
【典例】（改编）下列关于生态系统的物质循环的叙述中，正确的是 （ ）
A．所指的物质是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素构成的化合物
B．所说的生态系统是指生物圈
C．物质在循环过程中不断减少的
D．在“桑基鱼塘”生态系统内实现了物质循环功能
E.参与循环的物质是组成生物体的各种化合物，碳循环在生物群落内部以CO2形式循环
B
2、某兴趣小组研究了一个草原生态系统的结构和功
能以及人体的内环境稳态后，画出了如图示意图，
下列相关分析正确的是（ ）
A．若图Ⅰ所示为食物网，则F代表生产者，E、H代表消
费者，G代表分解者
B．若图Ⅱ表示人的体液各部分的关系，甲是组织液，可以出现在突触间隙
C．若图Ⅲ表示生态系统的组成成分，A代表消费者，B代表生产者，C
代表分解者，D代表非生物的物质和能量
D．若图Ⅲ表示碳循环，B代表大气中的CO2库，C表示消费者
C
1.当今提倡的“低碳生活”有何生态学意义？
减少化石燃料燃烧，缓解温室效应，有利于碳循环的平衡。
2.有人说：“把有害物质排放到远离人群的地方就安全了。”你如何理解？
有些有害物质可通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地，最终对人类造成危害。
思考讨论：
分解者能够分解有机物，消费者能够加快物质循环的过程。那么，是不是所有物质都能较快地回归到非生物环境呢？
如图为水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图
为什么生物体内的铅含量比水体中的铅含量高？
为什么营养等级越高，体内含有的铅浓度越大？
水
浮游生物
鱼
水鸟
2 ppm
5 ppm
200 ppm
1600 ppm
进入体内的铅，可以形成多种稳定的化合物，不易分解、不易排出，生物不断的摄入无机环境中的化学物质，导致体内铅含量不断积累以致高于水体中的铅含量。
高营养级的生物捕食多种低营养级的生物，导致体内积累更多的铅，因此，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链顶端
三、 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
人工合成的有机物: 如DDT、六六六等。
重金属: 如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等。
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
5. 生物富集实例——铅的富集
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
生物富集的危害：
在生物体内形成积累性中毒
进入人体的甲基汞在体内代谢缓慢，且不易排出，严重时会引起中毒。通过血脑屏障进入大脑的汞会侵害脑神经，导致脑萎缩。
在湖泊里种植大量芦苇，芦苇可以吸收水中的有毒物质，而且芦苇抗毒能力非常强，然后将芦苇进行封存，防止有毒物质重新进入环境。
6.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
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
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 生物群落（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
碳在生物群落和非生物环境间主要以二氧化碳的形式
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
二者是生态系统的主要功能，它们同时进行，相互依存，不可分割：①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；②物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；③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
渠道
联系 生物群落(各营养级之间)
生物圈
主要以有机物中的化学能的形式
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（食物链、网）和非生物环境之间循环往返
二者是生态系统的主要功能，它们同时进行，相互依存，不可分割：
①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；②物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；③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。
光能→化学能→热能
化学元素
(无机物→有机物→无机物)
四、物质循环和能量流动的关系
1.物质循环和能量流动的起点和终点是否相同？
不同。能量流动的起点是生产者固定的太阳能，终点是以热能的形式散失。物质循环没有起点和终点。
2.同碳元素一样，氮在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的。为什么还要往农田中不断地施加氮肥？
因为农民要不断地从农田中收获农产品，会带走大量的氮元素，因此要通过往农田中不断地施加氮肥，以维持农田氮循环的稳定。
思考讨论：
【典例】下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，错误的是(　　)
A.使用粪便作为肥料，其能量可以流向植物，实现了对能量的循环利用
B.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
C.非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用
D.能量流动和物质循环是同时进行的，彼此相互依存，不可分割
A
注：(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，而物质在循环中，由无机物(CO2)→有机物→无机物(CO2)。
(2)能量流动的终点是以热能的形式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。　　　　
探究土壤微生物的分解作用
背景资料
土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，这些生物的数量是极其繁多的，例如一茶匙表层土就可能含有亿万个细菌。
由于各地气候与环境等因素不同，落叶在土壤中被分解的时间也是不同的，一般在温暖、湿润的环境中需要一直数月时间。
秋天刚收获的花生
第二年春天从土中刨出的花生
【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。分解速度主要与环境温度和湿度有关。
参考案例1：探究土壤微生物对落叶的作用
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
结论分析
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂
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）
相同时间内对照组落叶腐烂，实验组不腐烂
土壤微生物对落叶有分解作用
探究土壤微生物的分解作用
【探究·实践】
①分组
②叶片分组
③埋入叶片
④检测落叶分解情况
附图：
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 A1
B1
加入斐林试剂 A2
B2
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
参考案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用
纱布
烧杯
土壤
水
玻璃棒
水
取出
（1）配制土壤浸出液
1.实验步骤
（2）另取两只烧杯，编号A、B
淀粉糊
加入土壤浸出液
加入碘液
A
B
加入蒸馏水
A1
A2
B1
B2
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
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 A1
B1
加入斐林试剂 A2
B2
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
【典例】某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5 cm左右)为实验材料，研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用，对土壤的处理情况见下表。下列叙述不正确的是(　　)
C
1组 2组 3组 4组
土壤处理 灭菌 不灭菌 灭菌 不灭菌
湿润 湿润 较干燥 较干燥
A.该实验的目的之一是探究土壤微生物分解落叶时与土壤湿度间的关系
B.该实验的自变量为土壤是否灭菌处理，实验中的实验组是1组和3组
C.为了保证实验的效果，实验中作为实验材料的落叶不能进行灭菌处理
D.预期结果是1、3组的落叶不被分解，2、4组的落叶被不同程度分解
【检测】右图表示a、b、c三地区森林土壤有机物分解状况，则分解者的作用强弱是( )
A. a>c＝b 　　　
B. c>b>a
C. c＝b>a 　　　
D. a>b>c
D
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。
【问题探讨】
1.胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？
额济纳胡杨林
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。
即缺少分解者。
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？
①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；②消费者与分解者也少，物质循环缓慢；
③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；
④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。
即枯枝落叶少，物质循环慢
一、概念检测
1.能量流动和物质循环是生态系统的主要功能。判断下列相关表述是否正确。
（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。 （ ）
3.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
一、概念检测
2.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
C
D
二、拓展应用
1.生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统？为什么？
【提示】
是。
生物圈是指地球上所有生物与其非生物环境的总和，它们通过物质循环构成一个物质上自给自足的系统。
二、拓展应用
2.同碳元素一样，氮在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的。为什么还要往农田中不断地施加氮肥呢？
【提示】
农田是人工生态系统，是以提高农作物的产量，使能量更多地流向人类，满足人类需要为目的的。农田土壤中氮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。这与物质循环并不矛盾。
二、拓展应用
3.下表为生活在某库区水域中层的几种鱼体内重金属的含量（单位：ng g-1）。请据表推测，这几种鱼中，草食性的鱼是 ，杂食性的鱼是 ，肉食性的鱼是 ，为什么？
【提示】
这三种重金属(Hg、Pb、Cd)会富集在鱼体内，并沿食物链逐渐在鱼体内聚集，营养级越高，它们的相对含量越高。A鱼体内三种重金属的含量都是最低的，因此A为草食性鱼B和C鱼体内，三种重金属的含量都高于A，但低于D和E，因此B和C可能是杂食性鱼；D和E鱼体内，三种重金属的含量都远高于A、B和C，因此D和E可能是肉食性鱼。
A
B、C
D、E
【网络构建】
化石燃料
【当堂训练】
1.松土是农业栽培的传统耕作措施，下列相关说法不合理的是(　　)
A.松土可以提高土壤的透气性，促进植物对无机盐的吸收
B.松土能加快土壤中枯枝败叶、动物遗体和粪便等有机物的分解
C.松土能降低土壤微生物的呼吸作用强度，减少二氧化碳排放
D.松土若在大雨之前进行，将会造成一定的水土流失
C
2.下列关于生态系统中物质循环的叙述，错误的是(　　)
A.碳元素主要通过植物的光合作用进入到生物群落中
B.物质循环和能量流动是同时进行的，彼此相互依存
C.化石燃料的大量燃烧打破了生物圈中碳循环的平衡
D.物质循环是在生产者、消费者、分解者之间进行的
D
3.下列关于生态系统中物质循环的叙述，错误的是(　　)
A.低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡
B.物质循环是在非生物环境与生物群落之间进行的
C.煤和石油燃烧以及微生物分解产生的CO2，促进了碳循环
D.组成生物体的各种化合物在生态系统中都是循环的，且均具有全球性
D
4.如图为某生态系统中碳循环示意图，以下说法不正确的是(　　)
A.图中甲、丙、丁表示该生态系统的三大功能类群
B.从捕食关系分析，能量最少的是图中丙所处的营养级
C.甲→丁的能量传递效率约为10%～20%
D.甲→乙和乙→甲过程中碳的流动形式相同，但对应的生理反应不同
B
5.如图为某生态系统中碳循环的模式图，其中甲、乙、丙表示生态系统的生物成分，字母表示生理过程。下列相关叙述正确的是(　　)
B
A.b代表呼吸作用，d代表光合作用
B.碳循环进行的同时一定伴随着能量流动
C.丁所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多
D.碳是以二氧化碳的形式在生物群落与非生物环境之间及
生物群落内部往复循环

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