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(共49张PPT)
第3节 生态系统的物质循环
第三章
目录
碳循环
01
生物富集
02
能量流动和物质循环的关系
03
探究·实践
——探究土壤微生物的分解作用
04
问题探讨
讨论1.胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？
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？
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。
胡杨
问题探讨
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。
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。
胡杨
新课导入
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
O
CH2
OH
H
碱基
H
H
H
H
OH
O－P－O－
OH
脱氧核苷酸
O
CH2
OH
OH
碱基
H
H
H
H
OH
O－P－O－
OH
核糖核苷酸
R
H2N－C－C－OH
H
O
氨基酸
H
H
H
H
H－C－C－ C－C －C－C － H
OH
O
H
OH
OH
OH
OH
葡萄糖
碳是构成生物体的重要元素之一，组成生物体的蛋白质、糖类、脂质和核酸等都是以碳链为基本骨架形成的。
大气中的碳主要是CO2,生物体和大气中的碳含量，都长期处于稳定状态，这是怎样维持的呢？
一、碳循环
二氧化碳溶入水，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。（右图)。
分析讨论
1. 碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？
2. 碳是如何进出生产者、消费者、分解者的
（什么形式、那种生命活动、形成那些产物）
请用关键词、线段、箭头、方框等表示讨论的结果。
3.你如何看待人类活动对碳循环的影响？
一、碳循环
思考 讨论：分析碳循环的过程
碳的存在形式：
主要以CO2的形式存在
主要以含碳有机物的形式存在
非生物环境中：
在生物体内：
大气中的二氧化碳库
光合作用
呼吸作用
溶解
光合作用
生产者（1）光合作用等将二氧化碳转化为有机物；
（2）呼吸作用等将有机物分解为二氧化碳。
消费者（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。
分解、/呼吸作用
分解者（1）食腐、腐生等将现成有机物转
化为自身有机物；
（2）呼吸作用等将有机物分解为二氧化碳。
煤、石油
水体中的HCO3-等
其他途径
（1）CO2与HCO3-的相互转化；
（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。
非生物环境
（CO2和碳酸盐）
生物群落
（含碳有机物）
光合作用
或
化能合成
呼吸作用或
分解作用
或
燃烧
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
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
水圈中的CO2库
非
生
物
环
境
生
物
群落
1、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
非生物环境中：
在生物体内：
一、碳循环
2、碳的循环形式
CO2
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 形式沿食物链、食物网传递。
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）
3、碳进入生物群落的途径
生产者的光合作用和化能合成作用
4、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
6、实现碳循环的关键因素
生产者和分解者
一、碳循环
5、与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器：
线粒体 叶绿体
7、碳循环模式图
海洋中CO2
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。
填空
①
③
④
②
④
③
②
①
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
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。
一、碳循环
8.碳循环特点：
全球性
9.碳循环具全球性的原因：
CO2能够随着大气环流在全球范围内进行
10.海洋对调节大气中的碳含量起着非常重要的作用，
如果大气中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，水圈中的也
能及时进入大气。
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。
一、碳循环
11、温室效应
化石燃料的开采和使用大大增加了CO2的排放，导致大气中的CO2含量迅速增加
森林、草原等植被遭到大面积破坏打破了生物圈中碳循环的平衡。
①形成原因：
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
②影响：
③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
增加碳汇
减少碳排放
一、碳循环
戒奢侈、捐旧衣
点适量、不浪费
重隔热、简装修
乘公交、少开车
关水电、节约纸
个人低碳生活
(5)低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡(　　)
常考基础诊断
×
√
√
√
√
(1)碳在生物群落和无机环境之间主要以有机物形式循环(　)
(2)与碳循环有关的生理活动有光合作用、化能合成作用和呼吸作用等(　　)
(3)化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因(　　)
(4)如果人们不按生态规律办事，乱砍滥伐森林，会影响生态系统的碳循环(　　)
二、生态系统的物质循环
1、概念：
2、特点
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。
①具有全球性：
②物质循环往复运动：
物质循环的范围为生物圈
生物地球化学循环
对于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，促进物质循环，提高经济效益。
循环性
3、注意:
1.“物质循环”中的物质指的是碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，而不是化合物或者单质；
2.“物质循环”中的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。
例题：下列关于生态系统的物质循环的叙述，不正确的是(　　）
A.所说的物质是指组成生物体的一些基本化学元素
B.所说的生态系统是地球最大的生态系统——生物圈
C.所说的循环是指物质在生物与非生物环境之间反复
利用、循环流动
D.物质在循环过程中不断递减
D
①动物的取食、消化能促进物质循环；
课外拓展
稻田养鸭，你能从物质循环角度说说它的好处吗？
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，
④其在水里游动，加快水稻对养
分吸收，也改良了土壤通透性
非生物环境
生物
群落
进入
回归
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。
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
某些元素能够在体内形成比较稳定的化合物，不易被生物体排出，从而积蓄在生物体内，很难回归到非生物环境中。
三、生物富集
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。这些有害物质一进人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。
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。
实例——铅的富集:
三、生物富集
铅是一种毒性很强的化学元素
资料1：不同采样点中水、水底沉积物和中国血蛤体内铅浓度
结果：铅在中国血蛤体内的浓度超过环境浓度。
生物富集
中国血蛤
（Hiatula chinensis）
水
水底沉积物
中国血蛤
铅浓度(ppm)
采样点1 采样点2 采样点3 采样点4
实例——铅的富集: ②分析铅浓度在生物体中的特点
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
铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高
实例——铅的富集： ③分析铅浓度在生物体中的特点
①营养级 1 2 3 4
②合成1 kg干重所需能量 假设均为100
③捕食上一营养级一个生物能获得的能量 假设为100 10 1 0.1
④需要捕食上一营养级生物个体数 — 10 100 1 000
⑤个体内铅含量为第1营养级个体内铅含量的倍数 1 10 1 000 1 000 000
⑥个体内铅浓度（1 kg干重中铅的含量） 1 10 1 000 1 000 000
成因：1.能量流经各营养级时，逐级递减；
2.铅在生物体内形成难以降解的化合物，不易排出。
实例——铅的富集: ④分析铅浓度在生物群落内会放大的原因
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.物质种类
(1)重金属：如铅、镉、汞等。
(2)人工合成的有机化合物：如DDT、六六六等。
(3)某些放射性物质。
又称作：生态浓缩
三、生物富集
◆ 对比碳循环，分析铅在生物体内富集的原因？
成因：铅在生物体内形成难以降解的化合物，且不易排出。
◆ 水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图？
铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高。
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
三、生物富集
5、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，最终积累在食物链顶端。(即随营养级升高，浓度逐级递增，呈现生物放大现象)
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
三、生物富集
DDT，即双对氯苯基三氯乙烷，是一种人工合成的有机氯杀虫剂，它不易分解，易溶于脂肪并积累在动物脂肪中。
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。
太阳能→化学能→热能
（无机物 有机物）
常考基础诊断
×
√
×
×
(1)生态系统的物质循环指的是各种化合物在生物群落与非生物环境之间往复循环(　　)
(2)物质循环的范围是生物圈(　　)
(3)物质循环和能量流动是两个相对独立的过程(　　)
(4)生态系统的物质循环和能量流动的渠道都是食物链和食物网，所以物质和能量是循环往复的(　　)
(5)物质是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力(　　)
√
第三节
探究土壤微生物的分解作用
探究·实践
秋天刚收获的花生
第二年春天从土中刨出的花生
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_____、水分等生态因子相关。
分解者
有机物
无机物
温度
第三节
探究土壤微生物的分解作用
探究·实践
参考案例1
实验设计
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
第三节
探究土壤微生物的分解作用
探究·实践
探究土壤微生物的分解作用
落叶
实验过程
【注意】实验组的土壤要进行灭菌处理，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）
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
土壤微生物对落叶有分解作用
实验结论
第三节
探究土壤微生物的分解作用
探究·实践
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(是否加土壤浸出液)
参考案例2
第三节
探究土壤微生物的分解作用
探究·实践
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
1.配制土壤浸出液
实验原理
淀粉
碘液
变蓝
淀粉
葡萄糖
产生砖红色沉淀
分解
斐林试剂
加热
实验步骤
参考案例2
水
水
玻璃棒
斐林试剂
加热
纱布
烧杯
土壤
碘液
取出
探究土壤微生物的分解作用
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 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(是否加土壤浸出液)
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
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
有分解作用
3.参考案例2
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
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
【课堂小结】
练一练 P67【练习与应用】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。（ ）
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
2.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
√
×
C
D
D
练一练 P67【练习与应用】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？
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？
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？
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。
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。
A
B和C
D和E
练一练 判断以下说法是否正确。
(1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。
( )
(2)碳的循环在生物群落内部是以CO2的形式进行的。
( )
(3)光合作用推动碳循环过程，促进了生物群落中的能量循环。( )
(4)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。
( )
(5)碳循环的进行伴随着能量流动，但由于生物体不能在代谢中利用热能，所以能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。
( )
(6)由于人工碳排放过度，破坏了生态系统的碳平衡，导致大气中二氧化碳浓度增加并引起全球气候变化。
( )
(7)铅可沿食物链进入人体，在人体内的浓度可能超过环境浓度。( )
×
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