资源简介

(共41张PPT)
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
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？
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？
胡杨林
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。
问题探讨
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？
有的分子可能进入你身边一棵小草的叶肉细胞，有的可能随着大气环流飘向异国他乡。
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？
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。
一、碳循环
1、碳元素概述
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
2.分析碳循环的过程，思考以下问题
碳以什么形式进入生物群落？主要通过什么途径？
碳以什么形式通过什么途径在群落内部传递？
生物群落中的碳以什么形式返回无机环境？通过哪些途径？
碳循环的形式？碳在非生物环境中主要的存在形式？
碳循环的模型图？
人类活动对碳循环有什么影响？
思考·讨论 分析碳循环的过程
二氧化碳能溶于水，因此能在大气和海洋、河流之间进行交换。
因此，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？
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。
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）？
煤、石油
燃烧
大气中的CO2库
生产者
消费者
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
摄食
分解者
分解作用
（有机物）
食物链和食物网
思考：
动植物遗体一定都会被分解者分解吗？
海洋等水体中碳酸氢根
岩石中的碳酸钙
溶解
分解
讨论：3.你如何看待人类活动对碳循环的影响？
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；
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。
一、碳循环
3.碳循环特点——_______
4.碳循环全球性的原因： _____________________________________
5.水圈对调节碳含量的重要作用
_____对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用：
当大气中二氧化碳含量增加，水圈中的二氧化碳含量也________；
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____________；
全球性
二氧化碳能够随着大气环流在全球范围内进行
海洋
随之增加
及时进入大气
关注社会
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。
在我们生活中，生态系统的碳循环平衡吗 如果不平衡的话，导致了什么结果？怎么造成的？有没有解决方法呢
温 室 效 应的危害
6.碳循环失调实例——温室效应
（1）温室气体：二氧化碳、甲烷等
（2）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
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；
③提高秸秆还田率，提高土壤储碳量
阅读教材P63，思考讨论下列问题
物质循环的概念、特点？
物质循环中的“物质”指？
物质循环中的“生态系统”指？
“循环”指什么之间的循环？
人类可以怎样改进农业生产方式？
7.物质循环
（1）概念：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，又叫生物地球化学循环。
（2）范围：生物圈。
（3）特点：
①全球性：物质循环的范围为生物圈。
②循环往复运动：物质可被生物群落反复利用，对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。
（4）改进农业生产方式
资料1:普通的稻田通常要施加化肥以补充养分，但是易造成水体富营养化等污染问题。举例说明如何减少稻田生态系统对化肥的依赖。
①可以施加有机肥；
②可以在稻田中养殖鱼、蛙、蟹等动物，它们的粪便被分解后，其中的氮、磷等可被水稻吸收利用，呼出的二氧化碳可补充光合作用的原料。
资料2:请运用生态系统物质循环的规律解释“稻鸭共生”稻田生产模式的优点。
稻田中养鸭、养鱼，能促进物质循环，这种模式能更有效地利用生态系统中的资源。
加强“种养结合循环农业”的建设
种养结合：
种植业中可以进行牧草农作物和苗木的耕种，其中，为加大土地的时间和空间利用率，还可以进行牧草养殖业，可以养殖家禽、家畜和鱼。
提高空间利用率，种养结合的原理就是利用物质的循环往复，种植业为养殖业提供饲料，养殖业为种植业提供有机肥。
比如还有：牧草-作物-牛/羊； 稻-鸭/鱼
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。
3.物质循环的过程中起重要作用的生物:
生产者完成了物质和能量的输入；
分解者实现了物质和能量的输出；
消费者加快了物质循环；
【P67拓展应用】
同碳元素一样，氮元素在生物群落和无机环之间也是不断循环的。为什么还要往农田中不断施加氮肥呢
农田是人工生态系统，是以提高农作物的产量和效益，使能量更多地流向人类，满足人类的需要为目的的。
农田土壤中氮的含量住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。
在农田中大量使用的DDT杀虫剂，为什么会在南极的企鹅体内检测到
人类活动向环境中排放了很多有害物质，它们进入环境后也会进行物质循环，那么，它们的循环过程和碳循环、氮循环的过程相同吗
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。
在煤燃烧、有色金属冶炼的过程中，铅会以直径不足0.5 μm的微小颗粒被排放进入大气，然后沉降在土壤和植被表面。一部分铅颗粒随降雨进入土壤，另一部分进入水体。
植物的根从土壤中吸收铅，叶片也会摄入吸附的铅。在水中生活的植物、浮游动物会直接吸收水中的铅。
动物饮用含有铅的水，也会直接摄入铅。进入体内的铅，能够形成多种比较稳定的铅化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被生物体排出，从而积蓄在体内。
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
燃烧冶炼
降雨
吸收
捕食
积累
最高营养级含铅量最高
区分碳循环与铅循环的区别
碳循环
非生物环境
生物群落
吸收
摄食
呼吸作用
分解作用
铅循环
非生物环境
生物群落
吸收
摄食
分解作用
二. 生物富集
什么是生物富集？
参与生物富集的物质有哪些？
生物富集的主要途径？
发生生物富集的物质的特点？
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？
如何有效地减少生物富集现象？
二. 生物富集
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。
2.参与生物富集的物质：
①重金属：如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等
②人工合成的有机化合物：如DDT、六六六等
分析铅浓度在生物群落内会放大的原因
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。
二. 生物富集
3.生物富集的主要途径——食物链、食物网
4.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______的；
富集物质必须是生物体能够______的且____________的；
在生物代谢过程中是________________的；
随营养级升高，浓度逐级递增，呈现生物放大现象。
稳定
吸收
不易被分解
不易排出
5.结合教材第64页图3-11 分析生物富集的危害
对生物体有害。而且，富集的物质会沿着食物链积累，最终威胁食物链顶端的生物（包括人类）。
6.生物富集现象具有全球性的原因。（不只是发生在污染区域）
它们可通过大气、水和生物迁移等途径扩散，因此具有全球性。
7.如何有效地减少生物富集现象
树立环境保护的意识，实施垃圾分类，合理利用资源；
开发新技术和新材料，有效地减少铅等有害物质的使用和排放；
利用某些生物能够富集有害物质的特征，进行被污染环境的生物修复。
例：下面是甲、乙、丙、丁四个种群在一个达到生态平衡的环境中残留农药的DDT的平均浓度：
（1）这四个种群中属于生产者的是_________
（2）DDT在生物体内富集时，在能量流动的渠道中，_______越高，生物体内的DDT浓度越高。
（3）写出四个种群的能量流动渠道：_____________
甲
营养级
乙
甲
丙
丁
三、物质循环和能量流动的关系
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。
能量流动、物质循环与生物富集的关系
(1)两位同学在观看有关恐龙的影片时，甲同学提出：“我体内的能量中可能有远古恐龙体内的能量。”乙同学也提出：“我体内的物质中可能有远古恐龙体内的物质。”这两位同学的说法对吗？试分析原因。
甲同学的说法错误，乙同学的说法正确。因为能量是单向流动的，不能循环利用，而物质是可以循环利用的。
(2)如图是某生态系统的结构模式图，该图中只表示物质流向的箭头是哪些？可表示能量流动的箭头有哪些？(用图中的数字标号表示）
只表示物质流向的箭头是②和⑤；可表示能量流向的箭头有①③和④
探究·实践 探究土壤微生物的分解作用
1.实验原理：
土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，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。
探究·实践 探究土壤微生物的分解作用
2.参考案例1：探究土壤微生物对落叶的作用
提出问题
实验假设
实验设计 自变量
实验组
对照组
无关变量
实验现象
结论分析
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂
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）
相同时间内对照组落叶腐烂，实验组不腐烂
土壤微生物对落叶有分解作用
落叶的种类、土壤的理化性质、落叶被埋入土壤的时间
（1）土壤的处理：设计实验组和对照组。
实验组土壤尽可能在不改变土壤理化性质的前提下排除土壤微生物的影响，可将土壤用塑料袋包好进行处理（60 ℃处理1h）。
对照组土壤不做处理。
（2）落叶的处理
为增加实验的可靠性，可将叶片洗净、干燥后称重，再放入叶袋。
（3）填埋落叶在实验地挖2个深10~20 cm的坑，埋入叶袋，可设置3组重复实验。
（4）观察结果：叶袋在土壤中埋放12d后取出，冲洗叶片，干燥后称重并记录结果。
培养时间 第1周 第2周 第3周 第4周
对照组落叶平均干重
实验组落叶平均干重
（实验组-对照组）平均干重
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
*淀粉组反应时间应充足，斐林试剂组实验过程需加热；
材料准备
1.实验器具
小烧杯、试管、三角瓶、玻璃棒、恒温培养箱、纱布、网袋、塑料袋、烘箱等。
2.试剂
淀粉、斐林试剂、碘液、无菌水等。
1.制备土壤浸出液
将土壤放入里面垫有厚纱布的烧杯中，加无菌水搅拌，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。在有条件的学校，可以使用离心机快速制备土壤浸出液，转速为2 000r·min-1，离心2min。
2.淀粉糊的制作
将20 g淀粉溶于500 mL开水中，充分搅拌，制成糊状，得到质量分数为4%的淀粉糊。淀粉糊还可以进一步稀释。
3. 灭菌。将蒸馏水、部分土壤浸出液（灭菌后可作为对照）、淀粉糊、实验所用的烧杯和试管等器皿放入灭菌锅中灭菌。
4. 培养
在无菌环境中（超净工作台或点燃的酒精灯火焰旁）操作。按照教材所示方法，取两个烧杯，分别加入等量淀粉糊，再向两个烧杯中分别加入等量的土壤浸出液和无菌水。可在30 ℃的恒温培养箱中培养，也可在室温培养。
5.显色反应：按照教材所示方法进行显色反应。
探究土壤微生物对落叶的作用
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

展开更多......

收起↑