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第3节 生态系统的物质循环
第三章 生态系统及其稳定性
人教版（2019） 选择性必修二
第一课时
学习目标
1.构建碳循环模型，理解温室效应形成的原因（科学思维）
2.说明能量流动和物质循环的关系（生命观念、科学思维）
胡杨能抗干早、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。
胡杨林
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，分解者的数量少，因此死亡后的胡杨无法被快速分解。
问题探讨
胡杨林
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利用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更为贫瘠。
胡杨能抗干早、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
一、碳循环
②在生物体中
主要是有机物的形式
①在非生物环境中
主要是CO2的形式
1.碳元素的存在形式
2.碳循环的过程
①碳的循环形式
碳在无机环境与生物群落之间主要是以CO2的形式进行循环 。
煤
石油
大气中的CO2库
溶解
光合作用
摄食
光合作用
分解作用
呼吸作用
燃烧
一、碳循环
②碳进入生物群落的方式
碳通过光合作用和化能合成作用从无机环境进入生物群落。
2.碳循环的过程
一、碳循环
煤
石油
大气中的CO2库
溶解
光合作用
摄食
光合作用
分解作用
呼吸作用
燃烧
③碳返回无机环境的方式
碳通过生产者和消费者的呼吸作用，分解者的分解作用和化石燃料等有机物的燃烧返回到无机环境。
2.碳循环的过程
一、碳循环
煤
石油
大气中的CO2库
溶解
光合作用
摄食
光合作用
分解作用
呼吸作用
燃烧
④碳循环的特点
大气中的CO2能够随着大气环流在全球范围内流动，因此，碳循环具有全球性。
2.碳循环的过程
一、碳循环
煤
石油
大气中的CO2库
溶解
光合作用
摄食
光合作用
分解作用
呼吸作用
燃烧
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
水圈中的CO2库
分解作用
非生物环境
生物
群落
2.碳循环的过程
一、碳循环
非生物环境
生物
群落
呼吸作用、分解作用、燃烧
光合作用、化能合成作用
2.碳循环的过程
一、碳循环
碳循环示意图
生产者
大气中的CO2库
消费者
分解者
一、碳循环
A：生产者
B：分解者
A
B
C
D
E
F
C：大气中的CO2库
D：初级消费者
E：次级消费者
F：三级消费者
碳循环示意图
一、碳循环
【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
3.温室效应
大气中的温室气体(CO2、CH4、N2O等)相当于保温层。大气中CO2越多，地球上的温度升高就越快，这种现象就叫做“温室效应”。
在自然生态系统中，碳排放与碳汇保持平衡。工业生产活动使碳排放大于碳汇，从而使大气中的CO2增加。
①原因
非生物环境
生物
群落
呼吸作用、分解作用
光合作用、化能合成作用
化石燃料燃烧增加
一、碳循环
②后果
气温升高
加快极地冰川融化
海平面上升
洪灾、旱灾不断
土地荒漠化加剧
威胁人类和生物的生存。
3.温室效应
一、碳循环
③防治措施
减少煤、石油等化石燃料的燃烧
开发新的洁净能源，如核能、太阳能、风能、水能等
植树造林(森林碳汇)
直接从空气中捕集并封存
增加碳汇
减少碳排放
中国国家主席习近平在2020年9月22日召开的联合国大会上表示：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和。
3.温室效应
一、碳循环
碳达峰
碳中和
2030年
2060年
碳排放在由升转降的过程中，碳排放的最高点即碳峰值
大多数发达国家已经实现碳达峰
我国目前碳排放增速放缓，但仍呈增长态势，尚未达峰。
人为排放源与通过植树造林、碳捕集与封存技术等人为吸收汇达到平衡
碳中和的吸收汇只包括通过植树造林、森林管理和碳捕获与封存等人为活动增加的碳汇，而不是自然碳汇。
3.温室效应
一、碳循环
为积极应对全球气候变化，我国政府在2020年的联合国大会上宣布，中国于2030年前确保碳达峰(CO2排放量达到峰值)，力争在2060年前实现碳中和(CO2排放量与减少量相等)，这是中国向全世界的郑重承诺，彰显了大国责任。回答下列问题：
（1）在自然生态系统中，植物等从大气中摄取碳的速率与生物的呼吸作用和分解作用释放碳的速率大致相等，可以自我维持___________。
碳中和
（2）自西方工业革命以来，大气中CO2的浓度持续增加，引起全球气候变暖，导致的生态后果主要是__________________________________________________________。
冰川融化、海平面上升、对人类和其他生物的生存造成威胁
一、碳循环
（3）全球变暖是当今国际社会共同面临的重大问题，从全球碳循环的主要途径来看，减少___________________和增加_______________是实现碳达峰和碳中和的重要举措。
使用化石燃料
植被覆盖面积
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，这就是生态系统的物质循环。
非生物环境
生物群落
C、H、O、N、P、S等元素
二、物质循环
非生物环境
生物群落
C、H、O、N、P、S等元素
1.物质循环的中的“物质”是指_______________________
2.特点：
组成生物体的元素
①具有全球性（生物地球化学循环）
②循环往复
二、物质循环
②循环往复
应用 —— 改进农业生产方式
鱼稻共生
种养结合模式
稻田的水给鱼提供生长环境，鱼可吃害虫，排泄物可为水稻提供有机肥，鱼和水稻形成了一个无公害的生物微循环
鱼菜共生
大棚里，既养鱼又种菜，不影响产量还能节水节肥，实现养鱼不换水，种菜不施肥的神奇效果。鱼帮菜、菜帮鱼，和谐互助
鸭子可吃掉水稻叶片上害虫及虫卵，粪便可作有机肥料，其在水里游动，加快水稻对养分吸收，也改良了土壤通透性，达到了生态高效种植效果
稻田养鸭
二、物质循环
水循环
水通过蒸发、降水和径流在生态系统中循环
水蒸气
水蒸气
降水
蒸发
降水
蒸发
地表
径流
1.方式
二、物质循环
水循环
①植物从土壤中吸收水分，在水分供应适宜的情况下，植物的气孔开放程度最佳，CO2得以顺畅进入，以合成有机物。
2.作用
②动物可饮水，也可通过食物中获取水分，以供生命活动需要。
③生物体的代谢反应都以水为介质，只有在水的参与下，物质才能完成无机物和有机物之间的循环过程，同时借助水排出废物使生命活动得以维持。
二、物质循环
大气中的N2
工业固氮
闪电固氮
生物固氮
尿素及动植物遗体
硝化细菌
土壤微生物
反硝化细菌
氨化作用
氮循环
化石燃料
燃烧
氮氧化物
氮肥
NO3—
NO3—
NH4+
工业固氮在某种程度上破坏了全球氮循环的平衡
二、物质循环
项目 物质循环 能量流动
特点 循环往复、全球性 单向传递、逐级递减、不可循环
范围
联系 生物群落各营养级之间
生物圈
①同时进行、相互依存不可分割
②能量的固定、转移、储存、释放离不开物质的合成和分解
③物质是能量流动的载体
④能量是物质反复循环的动力
⑤生态系统的各种成分，由于物质循环和能量流动而紧密的联系在一起，形成统一的整体
三、能量流动和物质循环的关系
下图为生态系统碳循环示意图，其中甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分
请据图回答：
（1）生态系统的碳循环是指碳元素在___________________之间不断循环的过程。
生物群落与无机环境
（2）X与甲中图示生物类群的能量来源不同，X代表的生物为_____________；Y的细胞结构与丙中图示生物不同，Y的细胞结构最主要的特点是____________________。
化能自养细菌
有核膜包围的细胞核
课堂练习
（3）大气中的CO2在甲中图示的____处（在a ～ d中选择）合成有机物；含碳有机物在甲中图示的______处（在a ～ d中选择）可以分解为CO2。
c
a和b
下图为生态系统碳循环示意图，其中甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分
（4）化石燃料除燃烧外，还可以通过______________途径产生CO2 。
微生物的分解
课堂练习
谢 谢

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