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(共44张PPT)
生态系统的物质循环过程是怎样的
怎样理解生物富集的成因和危害
物质循环与能量流动的关系是怎样的
选择性必修2/第三章/生态系统及其稳定性/
第3节
生态系统的物质循环
本节聚焦
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。
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
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。
请同学们自主阅读教材P61-63，小组合作思考讨论完成问题。
1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？
2.碳以什么形式通过什么途径进入生物群落；碳以什么形式通过什么途径在群落内部传递？
3.生物群落中的碳以什么形式返回无机环境？通过哪些途径？
4.请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环的模型。
5.碳循环与温室效应有什么关系？如何缓解温室效应？
6.你如何看待人类活动对碳循环的影响？
7.物质循环的概念、特点？物质循环中的“物质”指？人类可以怎样改进农业生产方式？
一、碳循环
一、碳循环
呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，进入大气中。这些二氧化碳分子离开你后，会开始怎样的旅行？
CO2
呼吸作用
摄食
碳元素和氧元素这两种元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的
光合作用
呼吸作用
粪便
分解者
呼吸作用
一、碳循环
碳是__________ _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_________ ___形成的；大气中的碳主要是_ __ ___。；
构成生物体
碳链为基本骨架
二氧化碳
生物体和大气中的碳含量，都长期处于稳定的状态，怎样维持的呢？
分析碳循环的过程
二氧化碳能溶于水，因此可在大气和海洋、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，向大气中排放了大量的二氧化碳。
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？
在非生物环境中：
主要是CO2，少许碳酸盐。
主要是含碳有机物
在生物群落中：
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）？
生产者：
(1)光合作用等将二氧化碳转化为有机物；
(2)呼吸作用将有机物分解为二氧化碳。
分析碳循环的过程
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）？
消费者：
分解者：
(1)摄食等：将前一营养级的有机物转化为自身的有机物。
(2)呼吸作用等:将有机物分解为二氧化碳。
(1)食腐、腐生等:将现成有机物转化为自身有机物。
(2)微生物的分解作用等：将有机物分解为二氧化碳。
其他途径：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。
请用关键词、线段、箭头、方框等表示讨论的结果。
分析碳循环的过程
非生物环境(大气中的CO2库;水圈中的CO2库)
CO2
生产者
消费者
分解者
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
捕食
非生物环境
呼吸作用
化石燃料
遗体残骸
燃烧
但人类又大力开展植树造林、开发新能源、发展节能产业等，有利于降低大气中的二氧化碳浓度，维持生物圈的碳平衡。
分析碳循环的过程
讨论
3.你如何看待人类活动对碳循环的影响？
积极影响：
消极影响：
人类活动对煤和石油等资源的利用，会向大气中排放大量的二氧化碳，打破了生物圈中碳循环的平衡，加剧温室效应，引起全球性的气候变化。
一、碳循环
光合作用
光合作用
光合作用
大气中的CO2库
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
微生物的分解作用
煤 石油
分解者
溶解
摄食
一、碳循环
1.碳存在形式:
(1)非生物环境中:
(2)生物群落内部:
主要是 CO 和碳酸盐
含碳有机物
(1)生物群落与非生物环境之间:
(2)生物群落内部:
2.碳循环形式:
主要是CO2
含碳有机物
3.碳进入生物群落的途径：
光合作用(主要)；化能合成作用。
生产者、消费者的呼吸作用；
分解者的分解作用(实质是呼吸作用)；
化石燃料的燃烧。
一、碳循环
4.碳返回非生物环境的途径:
5.碳在生物群落中传递的主要途径：
6.实现碳循环的关键因素：
食物链、食物网
生产者和分解者
7.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
世界范围内，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，引起全球性的气候变化。
我国一方面采取积极措施减少二氧化碳排放，另一方面大力植树种草，提高森林覆盖率，这在吸收和固定二氧化碳方面发挥了重要作用。
我国大面积的人工林的成长显示出巨大的固碳潜力，20多年来，由于采取秸秆还田等措施，我国农田表层土壤也储存了大量的碳。如果进一步提高秸秆还田率，农田土壤储碳量还可以进一步提高。
指碳的排放和吸收在数量或质量上相等，大气中的CO2浓度相对稳定。
温室效应
碳平衡：
碳平衡的失调：
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。
(3)剩余的D、E┄┄则为各级消费者。
大气中的CO2库
生产者
消费者
分解者
大气中的CO2库
生产者
初消
次消
三消
分解者
碳循环图解中各成分的判定方法
二、生态系统的物质循环
组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等 ，都在不断进行着
从 到　 　　，又从　 　 　到　 的循环过程，这就是生态系统的物质循环。
这里所说的生态系统指的是地球上最大的生态系统——生物圈，物质循环具有全球性，因此又叫___________________。
元素
非生物环境
生物群落
生物群落
非生物环境
生物地球化学循环
1.概念：
2.范围：
生物圈
3.特点：
(1)全球性;
(2)循环往复运动。
二、生态系统的物质循环
4.启示：
物质在生态系统中循环往复运动的特点在改进农业生产方式的启示：种养结合的模式——稻田中养鸭养鱼。
种养结合——如稻田中养鱼养鸭
动物的取食、消化能促进物质循环；
动物粪便被分解后，其中的N,P可供水稻吸收利用；
动物呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料。
其他改进措施：积极种植能够固氮的豆科植物；通过桑基鱼塘模式加快物质循环；收集动物粪便，河泥等含有有机质的废弃物，堆肥后施用到农田。
二、生态系统的物质循环
5.氮循环过程(拓展)
根据氮循环示意图，思考并回答下列问题。
(1)植物吸收的氮以什么形式存在？
(2)大气中的氮气通过什么途径进入生物群落？
(3)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？
离子
固氮生物的固氮作用。
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。
三、生物富集
请同学们自主阅读教材P63-65，小组合作思考讨论完成问题。
1.什么是生物富集？常见参与生物富集的物质有哪些？
2.发生生物富集的物质的特点？
3.生物富集的主要途径？
4.生物富集与生物放大的区别与联系。
5.若某地发生铅污染，谁会是群落中铅含量最高的群体？这种现象只会发生在污染地区吗？从中归纳总结出生物富集的特点？
6.生物富集有何危害？如何有效地减少生物富集现象？
7.能量流动和物质循环的有什么区别与联系？
三、生物富集
土壤中的微生物能够分解有机物，这是物质循环过程中的重要一环。生态系统中的消费者能够加快物质的循环过程。
人类活动向环境中排放了很多有害物质，包括一些重金属，如铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）等，以及人工合成的有机化合物，如DDT、六六六等。
这些有害物质一进入环境便参与生态系统的物质循环，但是它们的循环过程却与碳、氮等元素的循环过程不同。
铅是一种毒性很强的化学元素，原本以比较稳定的形式存在于环境中，但人类活动加速了铅的循环，改变了铅在环境中的分布。
是不是所有物质都能较快地通过食物链回归非生物环境呢？
三、生物富集
元素
难以降解
环境
生物体从周围环境吸收、积蓄某种 或 的化合物，使其在机体内浓度超过 浓度的现象。
1.生物富集：
2.铅的富集过程：
煤和有色金属中的铅
燃烧冶炼
直径不足0.5μm的微小颗粒排放
大气
沉降
土壤和植被表面（铅颗粒）
土壤(深层)
随降雨
水体
植物
叶摄入
吸附的铅
根吸收
直接吸收、饮用
动物、水生植物、浮游动物
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。
三、生物富集
铅沿食物链不断积累和浓缩的过程示意图
一旦含有铅的生物被更高营养级的动物食用，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端。
镉、汞等重金属，DDT、六六六等有机化合物以及一些放射性物质，也存在这样的生物富集现象。由于这些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，因此，这种现象也是全球性的。
三、生物富集
3.发生生物富集的物质的特点：
富集物质在环境和生物体中存在形式是比较稳定的；
富集物质必须是生物体能够吸收的且不易排出的；
富集物质在生物代谢过程中是不易被分解的。
食物链、食物网
4.生物富集的主要途径：
具有全球性；
有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高。
5.生物富集现象的特点：
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
四、能量流动和物质循环的关系
能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，它们同时进行，彼此相互依存，不可分割。
大气中的CO2库
水圈中的CO2库
生产者
光合作用
呼吸作用
残枝败叶、遗体和排出物
消费者
煤、石油等
分解者
燃烧
摄食
呼吸作用
呼吸作用
光能
热能
物质循环
能量流动
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
终点
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
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
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。
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；
以热能形式散失
循环往复、没有终点
光能→化学能→热能
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，数量是极其繁多的。一茶匙表层土就可能含有亿万个细菌。
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。
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数月时间。
探究土壤微生物的分解作用
提出问题
冬天和春天树林中落叶层的厚度有没有差别？
春耕从土壤翻出的花生果实是什么模样，还能不能吃？
花生果实可能是收获时遗漏的，也可能是田鼠储藏的；
不同厚度落叶层的内部温度和湿度可能不同。
自然界存在许多不可控制的因素，它们可能影响你的判断。有关分解者作用的探究，最好在实验室进行，这样可以更好地控制实验变量。
作出假设
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
提出问题
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
作出假设
落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂。
实验设计
自变量
对照组
实验组
因变量
无关变量
土壤中是否含有微生物
对土壤高温处理（灭菌）
对土壤不做任何处理（自然状态）
落叶分解的快慢和程度
避免土壤理化性质的改变
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
实验设计
落叶未腐烂
落叶腐烂
注意：实验组的土壤要进行处理，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）。
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
实验现象
在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组。
新采集的落叶
土壤微生物对落叶有分解作用。
一个月后的落叶
实验结论
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
提出问题
作出假设
实验设计
土壤微生物能分解淀粉吗？
土壤微生物能分解淀粉。
自变量
对照组
实验组
因变量
无关变量
等量淀粉糊+30mL蒸馏水
等量淀粉糊+30mL土壤浸出液
淀粉或还原糖显色反应的变化
是否加土壤浸出液
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
实验原理
斐林试剂
水浴加热
微生物
(1)淀粉
变蓝
碘液
(2)淀粉
还原糖
砖红色沉淀
实验步骤
1.将取自农田、林地或花盆等处的土壤放入里面垫有厚纱布的烧杯中，加水搅拌，然后将纱布连同土壤一起取出。将留在烧杯中的土壤浸出液静置一段时间备用。
纱布
烧杯
土壤
水
水
玻璃棒
取出
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
实验步骤
2.另取两只烧杯，编号为A、B，放入等量淀粉糊，在A烧杯中加入30mL土壤浸出液，B烧杯中加入30mL蒸馏水。
等量
淀粉糊
加30mL土壤浸出液
A
加30mL蒸馏水
A1
B1
B2
A2
B
3.在室温（20℃左右）环境下放置7d后，分别取A、B烧杯中的溶液20mL，各放入两支试管中，分别编号为A1、A2、B1、B2
室温（20℃）环境放置7d后
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
实验步骤
4.在A1、B1中加入碘液；在A2、B2中加入斐林试剂，加热。
加入
碘液
加入斐林试剂
加入碘液
加入斐林试剂
碘液
斐林试剂
等量
淀粉糊
加30mL土壤浸出液
A
加30mL蒸馏水
A1
B1
B2
A2
B
室温（20℃）环境放置7d后
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
实验步骤
5.观察试管中溶液的颜色变化，记录实验结果。
加入
碘液
加入斐林试剂
加入碘液
加入斐林试剂
等量
淀粉糊
加30mL土壤浸出液
A
加30mL蒸馏水
A1
B1
B2
A2
B
室温（20℃）环境放置7d后
不变蓝
变蓝
砖红色沉淀
无砖红色沉淀
A1
B1
A2
B2
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
实验结论
土壤浸出液中的微生物能分解淀粉。
加入
碘液
加入斐林试剂
加入碘液
加入斐林试剂
等量
淀粉糊
加30mL土壤浸出液
A
加30mL蒸馏水
A1
B1
B2
A2
B
室温（20℃）环境放置7d后
不变蓝
变蓝
砖红色沉淀
无砖红色沉淀
一、概念检测
练习与应用
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。 （ ）
√
×
一、概念检测
练习与应用
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
C
一、概念检测
练习与应用
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。
(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
D
一、概念检测
练习与应用
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
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
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。
练习与应用
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
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。
练习与应用
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
鱼的种类 A B C D E
Hg 17.8 61.9 70.4 117.0 112.0
Pb 27.3 34.9 52.5 84.3 75.8
Cd 8.8 14.1 10.3 21.9 41.6
A
B和C
D和E
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。
练习与应用
二、拓展应用
鱼的种类 A B C D E
Hg 17.8 61.9 70.4 117.0 112.0
Pb 27.3 34.9 52.5 84.3 75.8
Cd 8.8 14.1 10.3 21.9 41.6

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