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生态系统的物质循环
第3节
第三章 生态系统及其稳定性
本节聚焦
生态系统的物质循环过程是怎样的？
01
怎样理解生物富集的成因和危害？
02
03
物质循环与能量流动的关系是怎样的？
【问题探讨】
荒漠中缺乏水分，分解者数量很少
讨论:
1.胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？
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。
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？
枯枝落叶少，物质循环慢
任务一：分析碳循环的过程
资料 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
3.尝试构建碳循环的模型。
煤、石油
碳的存在形式：
生物群落中的有机物
煤、石油
②在生物群落中
主要是有机物的形式
①在非生物环境中
主要是CO2的形式
大气中的二氧化碳库
1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？
2.碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)？
光合作用
呼吸作用
溶解
光合作用
生产者
(2)呼吸作用:将有机物分解为二氧化碳。
(1)光合作用等:将二氧化碳转化为有机物。
大气中的二氧化碳库
大气中的二氧化碳库
呼吸作用
摄食
消费者
(2)呼吸作用等:将有机物分解为二氧化碳。
(1)摄食等：将前一营养级的有机物转化为自身的有机物。
2.碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)？
2.碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)？
大气中的二氧化碳库
分解者
(2)微生物的分解作用等：将有机物分解为二氧化碳。
(1)食腐、腐生等:将现成有机物转化为自身有机物。
分解者
微生物的分解作用
2.碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)？
煤、石油
水体中的HCO3-等
岩石中的CaCO3等
（1）CO2与HCO3-的相互转化；
（2）CaCO3与HCO3-的相互转化；
（3）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。
其他途径
大气中的二氧化碳库
3.结合教材图3－10，用关键词、线段、箭头等完善碳循环的过程。
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
非生物环境
生物
群落
水圈中的CO2库
非生物环境 （ CO2 ）
生物群落
（有机物）
光合作用、化能合成作用
呼吸作用、分解作用
4.根据碳循环过程思考并回答下列问题。
(2)进入生物群落的途径：
(3)碳在生物群落内传递的途径：
食物链（网）
生产者的光合作用、化能合成作用
(1)流动形式
①生物群落与非生物环境间：CO2
②生物群落内部：含碳有机物
二氧化碳
(5)碳循环的形式：
(4)碳返回非生物环境的途径：
②分解者的分解作用
①生产者、消费者的呼吸作用
③化石燃料的燃烧
引起 温室效应
5.以碳循环为例概括物质循环的特点。
　物质循环具有全球性和循环往复运动的特点。
6.化石燃料的过量使用对环境有什么影响？
怎么缓解这种影响？
减少煤、石油等化石燃料的燃烧
开发新的洁净能源，如核能、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
碳汇一般是指从空气中清除二氧化碳的过程、活动、机制。
组成生物体的　　　　　　　　　　等基本元素，在不断进行着
从　 　　　 到　　　 　，又从　 　　　 的循环过程。
非生物环境
C、H、O、N、P、S
范围：
物质：
循环过程：
特点：
生物圈，又叫生物地球化学循环
C、H、O、N、P、S等
非生物环境 生物群落
循环往复运动，全球性
生物群落
生物群落到非生物环境
2.
3.应用实例：
种养结合-如稻田中养鱼养鸭
1.概念：
生态系统的物质循环
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；
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
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
5. 生物富集实例——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
燃烧冶炼
降雨
吸收
捕食
积累
最高营养级含铅量最高
①具有全球性
原因：
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
6.生物富集现象的特点：
思考：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
1.大气 2.水 3.生物迁移等途径扩散到世界各地
7.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
8.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。
能量流动 物质循环
范围
形式
特点
过程
联系
生物群落(各营养级之间)
生物圈
主要以有机物中的化学能的形式
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、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解等过程；
③物质是能量沿食物链网流动的载体；
④能量是物质循环的动力。
光能→化学能→热能
化学元素
(无机物→有机物→无机物)
探究土壤微生物的分解作用
秋天刚收获的花生
第二年春天从土中刨出的花生
1.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至数月时间。
提出问题
作出假设
1
2
3
设计实验方案
进行实验
4
5
分析结果、得出结论
表达和交流
6
案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
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
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
不能加热烘干，会导致土壤理化性质发生改变，可将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中1小时灭菌
土壤进行处理，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。
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
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
实验结果：
落叶未腐烂
落叶腐烂
案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
纱布
烧杯
土壤
水
玻璃棒
水
取出
碘液
斐林试剂
加热
（1）配制土壤浸出液
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
1.实验原理：
2.实验步骤：
案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用
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，水浴加热 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
练习与应用
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
农田是人工生态系统，是以提高农作物的产量，使能量更多地流向人类，满足人类需要为目的的。农田土壤中氮的含量往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。
1.生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统 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。
二、拓展应用
练习与应用
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
鱼的种类 A B C D E
Hg 17.8 61.9 70.4 117.0 112.0
Pb 27.3 34.9 52.5 84.3 75.8
Cd 8.8 14.1 10.3 21.9 41.6
D和E
A
B和C
这三种重金属(Hg、Pb、Cd)会富集在鱼体内，并沿食物链逐渐在鱼体内聚集，营养级越高，它们的相对含量越高。A鱼体内三种重金属的含量都是最低的，因此A为草食性，鱼B和C鱼体内，三种重金属的含量都高于A，但低于D和E，因此B和C可能是杂食性鱼；D和E鱼体内，三种重金属的含量都远高于A、B和C，因此D和E可能是肉食性鱼。
生态系统的物质循环
物质循环
对象：组成生物体的元素
特点：全球性，循环性
碳循环
过程
物质循环与能量流动的关系
范围：生物圈
实例
生物富集

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