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3.3生态系统的物质循环
问题探讨
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？
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。
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。
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
1、碳元素的作用与大气中碳的主要存在形式
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。
大气中的碳主要是二氧化碳。
一.碳循环
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。
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（以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等）？
3.你如何看待人类活动对碳循环的影响？
思考 讨论
CO2
生产者
消费者
分解者
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
分解作用
有机物
有机物
有机物
有机物
碳在非生物环境中主要以CO2的形式存在，在生物体内主要以有机物的形式存在。
人类活动对煤和石油等能源的利用，会向大气中排放大量的CO2；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CO2浓度，维持生物圈的碳氧平衡。
2.碳循环过程
(1)存在形式
①非生物环境中：
CO2和碳酸盐
②生物群落内部：
含碳有机物
(2)在生物群落传递渠道：
(3)进入生物群落的途径
①光合作用
②化能合成作用
(4)返回非生物环境的方式
①生产者、消费者的呼吸作用
②分解者的分解作用
③化石燃料的燃烧
(5)海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用
沿食物链（网）流动
当大气中二氧化碳含量增加，水圈中的二氧化碳含量也随之增加。
如果大气中的二氧化碳发生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能及时进入大气。
尝试写碳循环的文字图解：
光合作用
呼吸作用
分解作用
呼吸作用
呼吸作用
燃烧
分解作用
摄食作用
大气中CO2库
化石燃料
生产者
分解者
消费者
形成石油、
天然气等
形成石油、
天然气等
辨图要点：
1、碳循环中，只有生产者与无机环境之间的传递是相互的，其他各成分之间的传递都是单向的。
2、生产者指向消费者和分解者（传递），而消费者和分解者则指向无机环境（传递）。
3、消费者指向分解者（传递）。
碳循环示意图中各组成成分的判断
(1)图甲——先根据A、B之间为双向箭头且指向B的箭头最多可判断：B为大气中的二氧化碳库，A为生产者。再根据A、C的箭头都指向D判断：D为分解者，C为消费者。
(2)图乙——根据A、C之间为双向箭头且指向C的箭头最多可判断：A是生产者，C是大气中的二氧化碳库。根据A、B、D的箭头都指向E可进一步判断：E是分解者，B是初级消费者，D是次级消费者。
化石燃料的燃烧
冰川融化
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；
3.碳循环与温室效应
在自然状态下，植物光合作用的速率与生物的呼吸作用和分解者的分解作用速率大致相等，大气中的CO2 含量处于稳定状态。
来源=去路
温室效应
关注社会
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？
破坏碳循环的平衡
大气中CO2含量增加
温室效应
将何去何从？
我们还能活多久？
图瓦卢-----即将沉入海底的国家
(1)主要原因
①化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放；（主要原因）
②森林、草原等植被遭到大面积破坏。
(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增加二氧化碳的吸收和固定量: 大力植树种草，提高森林覆盖率；提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。
（2）危害
极地和高山冰川加速融化
海平面上升
气温升高
对人类和其他生物的生存构成威胁
1.概念：
在生物圈中，组成生物体的C、H、O、N 、P 、 S等元素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，这就是生态系统的物质循环。
二、生态系统的物质循环
生物 群落
组成生物体的C、H、O、N等元素
无机 环境
反复循环
2.主要特点：
（1）具有全球性，又叫生物地球化学循环。（范围：生物圈）
（2）具有循环性，在生物群落和无机环境之间周而复始进行循环。
3.在农业方面的应用
物质在生态系统中循环往复运动的特点，对改进农业生产方式有多方面的启示。
例如，可以可采用种养结合的模式，在稻田中养鸭养鱼，动物的摄取食、消化能促进物质循环，它们排出的粪便中氮、磷等可供水稻吸收利用，它们呼出的二氧化碳还可以为水稻的光合作用补充原料。
1.概念：
2.物质：
3.特点：
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，称作生物富集。
重金属：如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)
人工合成的有机物：如DDT、六六六
（1）从非生物环境进入生物体，
沿食物链（网）逐级富集。
（2）毒性强，危害大，具有全球性。
（3）稳定而不易分解，积累而不易排出。。
水
植物
小鱼
大鱼
鱼鹰
随营养级升高，浓度逐级递增，呈现生物放大现象。
三、生物富集
4.有害物质富集的实例——铅的富集
煤和矿石中的铅
空气中的铅颗粒
土壤、水体中的铅
生产者、浮游动物
各级消费者
最高营养级含铅量最高
燃烧冶炼
降雨
吸收
捕食
积累
铅在生物体内
的浓度沿食物
链不断升高
5.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。
1952年，日本5万多只猫集体跳海自尽
2017年9月24日《水俣公约》第一届缔约国会议开幕 日本患者呼吁加强管控
6.研究生物富集的意义
减少有害物质在生物体内的富集，提高水产品的安全性。
四、能量流动和物质循环的关系
项目 能量流动 物质循环
形式
过程
范围
特点
联系 主要以有机物形式
主要以CO2和无机物形式
沿食物链食物网单向流动
在无机环境和生物群落间反复循环
生态系统的各营养级
全球性
单向流动，逐级递减
反复出现，往复循环
1、能量流动的过程离不开物质的合成与分解；
2、物质是能量沿食物链流动的载体；
3、能量是物质在生态系统中往复循环的动力。
是生态系统主要功能，同时进行，相互依存，不可分割
五、探究：土壤微生物的分解作用
案例1 案例2
实验假设
实验设计 实验组
对照组
自变量
实验现象
实验结论
明确探究性实验的一般过程
微生物分解落叶使之腐烂
微生物分解淀粉
对土壤灭菌处理
加入土壤浸出液
对土壤不作处理
加入蒸馏水
是否含微生物
是否含有微生物
实验组落叶腐烂程度小于对照组
土壤微生物对落叶有分解作用
土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
1、土壤微生物对落叶的分解作用
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
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。）
实验结果：
落叶未腐烂
落叶腐烂
特别提醒：该实验两组叶片都要进行无菌处理，以排除叶片微生物对实验结果的影响。
2、土壤微生物对淀粉的分解作用
(1)实验原理
淀粉
变蓝
淀粉
葡萄糖
产生砖红色沉淀
分解
斐林试剂
加热
(2)步骤
①配置土壤浸出液
（2）实验组和对照组的处理
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
结论: 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
一、物质循环的概念
二、物质循环的特点
在生态系统中，组成生物体的化学元素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，这就是生态系统的物质循环。
全球性，反复出现，循环运动
三、碳循环
碳在无机环境中的存在形式：二氧化碳和碳酸盐
碳循环的形式：二氧化碳
无机环境
光合作用，化能合成作用
生物群落
呼吸作用，微生物分解作用
四、能量流动和物质循环的关系
生态系统的物质循环
能量是物质循环的动力，物质是能量流动的载体
课堂小结
1.（2020·新课标Ⅲ）生态系统的物质循环包括碳循环和氮循环等过程。下列有关碳循环的叙述，错误的是（ ）
A. 消费者没有参与碳循环的过程
B. 生产者的光合作用是碳循环的重要环节
C. 土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节
D. 碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2形式循环
A
【练习】
2.（2014江苏卷）下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，正确的是（ ）
A.富营养化水体出现蓝藻水华的现象，可以说明能量流动的特点
B.生态系统中能量的初始来源只有太阳能
C.食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用
D.无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用
D
3下图是生态系统种碳元素循环模式图。图中的箭头表示这种元素的循环利用，但图中缺少了一个重要生理过程，据图回答下列问题：
（3）图中缺少的生理过程是 。用箭头在图上表示。
（4）参与过程④的生物种类有 。这些生物的新陈代谢类型：同化作用方式属于
（5）可见，生态系统物质循环具有以下特点:① 　 、 ② 。
（1）A、B、C、D各是什么类型生物？
A
B
C
D
（2）写出①～⑤所示过程的名称:
① ② ③ ④ ⑤
绿色植物
植食性动物
肉食性动物
腐生细菌、真菌等
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
分解者的呼吸作用
燃烧
绿色植物的呼吸作用（从A指向CO2的箭头）
腐生细菌、真菌等
异养型
带有全球性
组成生物体的一些基本化学元素在生物群落和无机环境之间反复循环运动

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