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(共28张PPT)
3.4生态系统中的物质能被循环利用
学习目标
通过教材实例掌握物质循环的应用，形成辩证统一的观点，培养理解能力。
通过构建模型理解水循环、碳循环、氮循环的物质变化过程及其相互关系，培养解决问题的能力。
通过物质循环规律的学习，科学指导实践，有效利用生态系统中的资源，培养创新能力。
物质循环
能量流动
信息传递
生态系统的功能
物质循环
无机物
有机物
生产者的光合作用
（如水、二氧化碳、无机盐）
一部分
大部分
细胞呼吸
分解者的分解作用
物质循环的过程：
类型：
水循环、碳循环、氮循环
生态系统中的物质循环
水循环的途径：
降水和蒸发是水循环的两种方式。
海洋
陆地
大气中的水
降水
降水
蒸发
蒸发
地表径流
动力：
由太阳能推动
生物在水循环中起的作用很小
水循环的特点
陆地： 蒸发量<降水量
海洋： 蒸发量>降水量
（1）生物圈：蒸发量=降水量
（2）沼泽地、大陆架：地球上生产力最高的系统之一
（3）生物在全球水循环中所起的作用很小
地球上水的总量约1.4×1010 km3,并且水在自然界可以循环往复，因此有人认为水资源是取之不尽的，我国也不存在水资源不足的问题。你如何看待这一问题？
生物在水循环中起的作用很小
沼泽
大陆架
高处营养物质流失而土壤贫瘠
水循环的作用：
补充某些生态系统的营养物质。
如，最肥沃的低地
生物在水循环中起的作用很小
地球上的水
（1）总量：1.4×1010km3
（2）存在形式：固态、液态、气态
（3）分布：海洋：占97%
淡水：占3%
（其中3/4被冻结在两极的冰盖和冰川中）
（4）降水分布特点：分配极不均匀
（5）我国降水量：年均628mm（全球平均降水量的75%）
人均占水量只有世界人均占水量的25%
水资源不足和水质污染已成为制约经济发展的重要因素之一
生物在水循环中起的作用很小
二氧化碳是碳循环的主要形式
阅读教材，整理下列问题
1.碳的存在形式有哪些？
2.碳的流动形式是什么，碳循环的主要形式是什么？
3.碳进入群落的途径和返回大气的途径分别有哪些？
4.完善碳循环示意图？
5.利用碳循环原理解释温室效应产生原因？
6.自身如何行动减少二氧化碳排放？
二氧化碳是碳循环的主要形式
存在形式（从含量角度）
最多：碳酸盐（岩石圈）
其次：化石燃料中的碳
生物可直接利用的碳：二氧化碳（水圈、
大气圈）
特点：全球性、循环性
存在形式（从生物群落和非生物环境角度）
①非生物环境中：CO2和碳酸盐。
②生物群落内部：含碳有机物。
流动形式
①生物群落与非生物环境之间：CO2。
②生物群落内部：含碳有机物。
碳循环的主要形式： CO2
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
分解者
分解作用
摄食
（有机物）
1.碳在生物体之间传递途径是什么？
2.参与碳循环的生理过程有哪些？
食物链和食物网
呼吸作用和光合作用
二氧化碳是碳循环的主要形式
E_____________
F_____________
C_________________
A_________________
B_________________
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
碳循环图解变形
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
D_____________
二氧化碳是碳循环的主要形式
碳循环特点
（2）具全球性、反复循环流动
（1）
生物
群落
无机
环境
CO2
有机物
碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的，在生物群落之间是以有机物的形式进行的。
二氧化碳是碳循环的主要形式
海洋对大气圈中碳含量的调节
（1）海洋的含碳量是大气圈含量的56倍
大气圈
水圈
扩散
大气中CO2含量增加 → CO2进入水圈 → 大气中CO2含量减少
大气中CO2局部短缺 → 水圈CO2进入大气 → 大气中CO2含量增加
（2）调节方式
二氧化碳是碳循环的主要形式
碳中和，是指实现净碳足迹为零（net zero carbon footprint）；亦即增加的温室气体量与减少的量相等。
按照维基百科的定义，碳中和是指通过平衡二氧化碳排放与碳去除（carbon removal），通常是通过碳补偿（carbon offset），或简单地完全取消二氧化碳排放（向“后碳经济”过渡），来实现二氧化碳净零排放（net zero carbon dioxide emissions）。
迄今为止，还没有任何人工的碳汇能以足够的规模从大气中去除碳，来应对全球变暖，这就是为什么必须减少碳排放以达到气候中和的原因。
二氧化碳是碳循环的主要形式
存在形式
大气圈中的氮气：最多（占大气成分78%）
大多数生物不能直接利用
生物可直接利用的氮：无机氮化合物（主要是硝酸盐和氨）
阅读教材，整理下列问题
1.氮循环包括哪几个过程，每个过程具体是怎样的？
2.识别书中氮循环示意图
固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用
氮循环：包括固氮、氨化、硝化、反硝化等过程。
识别图中的固氮、氨化、硝化、反硝化等过程。
固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用
固氮作用
反硝化作用
大气中氮
生物群落的氮
氨化作用
硝化作用
反硝化作用
动植物遗体中的有机氮化物、动物的含氮排泄物（如尿素），经过微生物的分解后形成氨。
在有氧的条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化细菌等的作用下最终氧化成硝酸盐，并存在于土壤中，部分硝酸盐进入水域被利用。
硝酸盐等含氮化合物在反硝化细菌的作用下转化为N2、NO、N20，返回大气，这个过程称为反硝化作用。
固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用
氮的固定：
固氮的途径主要有高能固氮、工业固氮和生物固氮
类型 方式 说明
高能固氮
工业固氮
生物固氮
通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发等所释放的能量进行固氮
形成的氨或硝酸盐随着降雨到达地球表面，属于天然固氮方式
是在高温、高压、催化剂的作用下，将氮气还原为氨气
通过固氮菌和蓝藻等自养或异养微生物进行固氮
生物固氮是最重要的固氮途径
对生态系统中氮的循环产生了重要的影响
固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用
构建氮循环的过程模型：
①②硝化作用
③氨化作用
④反硝化作用
固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用
实例：“过腹还田”
优势：既减少了污染，又增加了产值
人类运用生态系统的物质循环规律实现资源多层次利用
人类运用生态系统的物质循环规律实现资源多层次利用
物质循环利用的生态工程：“蔬菜—鸡、猪—沼气”系统
意义
（1）运用物质循环规律帮助人们合理地调整生态系统的物质循环和能量流动，使能量更多地流向对人类有益的方向；
（2）根据生态学原理，用系统工程的方法和技术指导生产实践，可以实现资源的多层次利用或循环利用，使人和自然环境共同受益。
人类运用生态系统的物质循环规律实现资源多层次利用
项目 能量流动 物质循环
形式
特点
范围
联系
主要以有机物为载体
无机物、有机物
生态系统的各营养级之间
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，离不开物质的合成和分解；
②物质是能量沿食物链(网)流动的载体；
③能量是物质在生态系统中循环往返的动力
单向流动，逐级递减
循环往复
生物圈(全球性)
能量流动与物质循环的关系
1.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.碳在非生物环境与生物群落之间主要以CO2形式循环
【答案】A
【解析】消费者的存在能加快生态系统的物质循环（碳循环），A错误；光合作用是指生产者利用光能，将二氧化碳和水转化成有机物，并且释放出氧气的过程，大气CO2库中的碳进入生物群落是通过生产者的光合作用或化能合成作用实现的，生产者的光合作用是碳循环的重要环节，B正确；土壤中的微生物可以通过呼吸作用将含碳有机物中的碳返回大气中，土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节，C正确；碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要以CO2的形式进行，在生物群落内部主要以含碳有机物的形式传递，D正确。
随堂练习
2.如图表示某自然生态系统的部分碳循环过程，甲、乙、丙、丁分别表示生态系统的组成成分，据图判断下列叙述错误的是( )
A.甲是生产者，不全是植物
B.丙在碳循环中的作用不可缺少
C.甲、乙、丙、丁间的碳以有机物的形式流动
D.图中应添加从“大气CO2”到“丁”的箭头
【答案】A
【解析】A、图中丁代表生产者,不全是植物，,也可代表硝化细菌等的化能合成作用的自养型生物,A错误;B、丙作为分解者在生态系统中不可缺少,若缺少分解者,则生态系统的尸体将要堆积如山,物质循环将不能正常进行,B正确;C、图中甲、乙、丙、丁分别代表初级消费者、次级消费者、分解者、生产者,它们构成该生态系统的生物群落，碳元素在它们之间的流动是以含碳有机物的形式流动的,C正确;D、图中缺少的生理过程是从“大气CO2”到“丁”的箭头,表示光合作用或化能合成作用,D正确。故选A。
随堂练习
3.如图为生态系统能量流动和物质循环的关系图，下列错误的是( )
A.能量流动和物质循环在生态系统中相依相伴进行
B.图中②可表示热能，⑤既能表示能量流动也能表示物质循环
C.不易被分解的有害物质沿③，④传递会表现出生物富集作用
D.若图中物质循环表示氮循环，则氮在③④过程的传递形式主
要为含氮有机物
【答案】B
【解析】生态系统中，物质循环和能量流动把各个组分有机的联合成一个整体，能量流动是物质循环的动力，物质循环是能量流动的载体，故A正确;物质循环是指组成生物体的CHONP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过程，③④仅仅是生物群落内部，不能代表物。质循环，故B错误;有害物质会随着食物链和食物网进行积累，出现有害物质富集现象，故C正确;物质循环在生物群落内部时，往往以有机物的形式存在，故D正确。
随堂练习
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