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(共30张PPT)
第3章 生态系统及其稳定性
第3节 生态系统的物质循环
02
物质循环的定义
03
碳循环与温室效应
04
生物富集现象
05
能量流动与物质循环的关系
01
学习目标
探究：土攘微生物的分解作用
物质循环
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。
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。
问题探讨
不难看出，这两种元素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？进入身体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
物质循环的定义
组成生物体的C、H、 O、 N、P、S等元素，都不断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(特指:生物圈)的物质循环。
概念中的物质是什么
物质循环的两个端点
为何又称地球化学循环
组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素
生物群落
非生物环境
概念中所说的生态系统指的是生物圈 。
资 料 1
根据科学家掌握的资料，人类从未在南极使用过DDT，但研究人员早在20世纪60年代初就从阿德利企鹅的脂肪内检测出DDT。这一现象说明了什么？可以得到哪些启示。
特点1：全球性
(生物地球化学循环)
资 料 2
生态系统依靠太阳不断地提供能量，而物质却都是由地球提供的。为什么维持生态系统所需的大量物质，亿万年来却没有被生命活动所耗尽？
特点2：循环性
(循环往复运动)
物质循环
物质循环
1、物质指的是组成生物体的各种化学元素
注：不是化合物、不是所有元素
2、循环指的是在无机环境和生物群落之间循环
3、范围：生物圈（最大的生态系统）
4、特点：
①具有全球性
②循环性，反复循环
5、碳在生态系统各成分之间传递并不都是双向的，只有生产者和无机环境之间的传递是双向的，在生物群落内部，沿食物链传递时，只能由低营养级向高营养级单向传递；
课堂检测
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
B
物质循环的类型
水循环
气体型循环
沉积型循环
碳循环
氮循环
硫循环
磷循环
碳是构成生命有机体的重要元素之一
生物大分子以碳链为骨架
碳是生命的核心元素
碳循环
光合作用/化能合成作用
呼吸作用
动物
摄食
微生物的分解作用
呼吸作用
1.过程
2.碳的存在形式
②群落与非生物环境间：
③生物群落内部:
①无机环境中的存在形式：
二氧化碳和碳酸盐
CO2
含碳有机物
3.碳进入生物群落
光合作用和化能合成作用
4.碳返回无机环境
a.生产者和消费者的呼吸作用
b.分解者的分解作用
c.化石燃料的燃烧
①方式
②形式
CO2
①方式
②形式
CO2
③碳在生物群落内部的途径
食物链(网)
5.碳循环形式
CO2
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。
大气中的CO2库
生产者
①光合作用
②化能合成作用
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
碳循环的文字图解
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
海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用
当大气中CO2含量增加，水圈中的CO2含量也随之增加；
如果大气中的CO2发生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能及时进入大气。
课堂检测
C__________
D__________
A__________
B__________
C__________
D__________
A__________
B__________
生产者
大气中的CO2库
消费者
分解者
大气中的CO2库
三级消费者
分解者
次级消费者
生产者
初级消费者
C
D
B
A
辨图要点：
1、碳循环中，只有生产者与无机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
E__________
F__________
碳循环图解变形
碳循环失衡----温室效应
1.定义
大气中二氧化碳越多，对地球上散失到外层空间的热量的阻碍作用就越大，即大气中的二氧化碳层就相当于保温层。从而使地球上的温度升高得越快，这种现象就叫做“温室效应”。
在自然生态系统中，植物通过光合作用从大气中摄取碳的速率，与通过生物的呼吸作用和分解作用而把碳释放到大气中的速率大致相同。
2.原因
工业生产活动使大气中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
CO2浓度
温度
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。
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。
减少煤、石油等化石燃料的燃烧
开发新的洁净能源，如太阳能、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
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
氮循环
氮氧化物
氮肥
NO3—
NO3—
NH4+
PCBs（多氯联苯）浓度
银鸥蛋
124 ppm
鳟鱼
4.83 ppm
胡瓜鱼
1.04 ppm
浮游动物
0.123 ppm
浮游植物
0.025 ppm
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？
1.概念:
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
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。
生物富集
铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高
5.实例——铅的富集
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
6.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
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。
某些有益的物质(黄金、钽等珍贵稀有物质)也可沿食物链浓缩，这就为人类从生物体中提取某些稀有物质或元素提供一种方法。
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
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
能量流动与物质循环的关系
1.物质循环和能量流动的起点和终点是否相同？
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？
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。
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。
思考
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
探究土壤微生物的分解作用
参考案例1
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
1.选材
以带有落叶的土壤为实验材料。
带有落叶的土壤中含有土壤微生物较多，好氧微生物主要生活于土壤表层。
土壤微生物通过分泌胞外酶，将底物分解为简单的分子，然后通过细胞膜吸收营养物质。
探究土壤微生物的分解作用
参考案例1
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
2.实验步骤
第1步：分组编号
取两个玻璃容器，一个贴上“甲组”标签，
另一个贴上“乙组”标签。
第2步：设置自变量
将准备好的土壤分别放入两个玻璃容器中，将乙组放入恒温箱60℃灭菌1h，作为实验组。甲组不做处理，作为对照组。
第3步：统一处理
取大小、形态相同的落叶，清洗干净后均分成2份，分别用纱布包好，埋入2个容器中，深度约5cm。
第4步：因变量检测
将2个容器放于实验室相同的环境中，一段时间后，取纱布包，观察比较对照组与实验组落叶的腐烂程度。
探究土壤微生物的分解作用
参考案例1
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
3.实验结果及结论
结果：对照组(土壤不灭菌)的叶片比实验组(土壤灭菌)的叶片腐烂程度严重。
结论：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的。
提示：检测因变量的另一种方法
实验前称叶片干重的重量，实验后称叶片干重的重量，
比较实验前后叶片干重的变化量。
探究土壤微生物的分解作用
参考案例2
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
1.实验步骤
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。
第1步：制备土壤浸出液
另取两只烧杯，编号为A、B，放入等量淀粉糊。在A烧杯中加人30 mL土壤浸出液，B烧杯中加人30 mL蒸馏水。
第2步：分组编号，设置自变量
第3步：统一处理
在室温(20℃左右)下放置7天后，分别取A、B烧杯中的溶液20 mL，各放人两支试管中，分别编号为A1、A2， B1、B2 。
在A1、B1中加人碘液，在A2、B2中加人斐林试剂。观察试管中溶液的颜色变化，记录实验结果。
第4步：检测因变量
B烧杯
等量蒸馏水＋淀粉
A烧杯
土壤浸出液＋淀粉
A1试管
A2试管
B1试管
B2试管
加碘液
加斐林试剂
加热
加碘液
加斐林试剂
加热
观察颜色变化
不变蓝
出现砖红色
变蓝
不出现砖红色
2.实验结果及结论
②结论：土壤微生物对淀粉有分解作用。
①结果
探究土壤微生物的分解作用
参考案例2
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
1.为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂，下列各项构成了一个实验设计，其中不符合实验目的的步骤是( )
A.可选择带有落叶的土壤为实验材料，筛选出落叶和土壤
B.将落叶平均分成两份，把土壤也平均分成两份
C.将灭菌的落叶设为实验组，不做处理的落叶设为对照组
D.将落叶分别埋入两组土壤中，观察腐烂情况
C
课堂检测
归纳小结
化石燃料

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