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3.3生态系统的物质循环
2课时
第三章 生态系统
问题导入
【思考讨论】
你呼出了很多CO2分子。想象一下，这些CO2分子离开你之后，会开始怎样的旅行，会去往何处？再想想二氧化碳分子中的碳元素和氧元素，是怎样来到你体内的？
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。
生物体和大气中的碳的含量是怎样维持相对稳定的
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 为基本骨架形成的。
氨基酸结构通式
葡萄糖结构
核糖核苷酸结构
大气中的碳主要是二氧化碳。生物体和大气中的碳含量，都长期处于稳定的状态，这是怎样维持的呢？
碳链
1
碳元素
一、碳循环
一、碳循环
任务1：分析碳循环的过程及特点
思考·讨论：阅读课本62页，找出以下问题的答案。
资料1：二氧化碳能溶于水，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、石油或者木材中，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。
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.碳在无机环境和生物群落之间主要是以什么形式进行循环的？循环的范围如何？
2
过程
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？
碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要以 的形式进行的。
CO2
一、碳循环
2
过程
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
煤、石油
光合作用
溶解
光合作用
摄食
遗体残骸、残枝败叶
进：光合作用等将CO2转化为有机物；
出：呼吸作用等将有机物分解为CO2。
进：摄食等将前一营养级的有机物转化
为自身的有机物；
出：呼吸作用等将有机物分解为CO2。
进：食腐、腐生等将现成有机物转化为
自身有机物；
出：呼吸作用等将有机物分解为CO2。
其他途径：
（1）CO2与HCO3-的相互转化（水中）；
（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。
生产者：
消费者：
分解者：
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
（主要）
大气中的CO2库
分解作用
（呼吸作用）
非生物环境
生物
群落
水圈中的CO2库
一、碳循环
2
过程
3.碳循环模型
大气中的CO2库
生产者
光合作用
呼吸作用
分解作用
呼吸作用
燃烧
食物链和食物网
捕食
化
石
燃
料
遗体、排遗物
遗体残骸
遗体
遗体
1、动植物遗体一定会被分解者分解吗？
不一定，还可能形成煤、石油等化石燃料
消费者
分解者
任务2：请用箭头和简短的文字表明碳元素在下述各成分之间的联系。
2、碳元素在生物群落中是循环的吗？
不是，在生物群落中主要是沿着食物链(网)单向流动的。
水圈中的CO2库
碳元素在 和 之间是不断循环的。
生物群落
非生物环境
【方法技巧】巧辨图形判断参与碳循环的四种成分
大气中的CO2库
生产者
分解者
消费者
生产者
初级消费者
大气中的CO2库
次级消费者
分解者
大气中的CO2库（非生物的物质和能量）
生产者
初消
次消
三级消
分解者
辨图要点：
① 碳循环中，只有生产者与非生物环境之间的箭头是双向的。
② 箭头指入最多的是大气中的CO2库，其次是分解者。指出最多的是生产者
③除指向无机环境，其他生物均指入的是分解者
3.碳循环模型
4.人类活动对碳循环的影响
思考讨论：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？
化石燃料的使用增加了二氧化碳的排放，打破碳循环的平衡，引起温室效应。
（2）缓解措施：
①开发新能源，减少化石燃料燃烧。
②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。
（1）危害：
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。
低碳生活
乘公交、少开车
戒奢侈、捐旧衣
关水电、节约纸
点适量、不浪费
一、碳循环
总结：
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：
2.碳的循环形式
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、食物网单向传递。
含碳有机物
CO2
3.碳进入生物群落的途径：
4.碳返回非生物环境的途径:
生产者的光合作用和化能合成作用
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
一、碳循环
其他循环
根据氮循环示意图，思考并回答下列问题。
(1)植物吸收的氮以什么形式存在？
离子。
固氮生物的固氮作用。
(3)生物群落中的氮最终通过什么途径返回大气中？
反硝化作用。
(2)大气中的氮气通过什么途径进入生物群落？
(4)据图可知氮元素是不断循环的，但农田生态系统为什么仍需不断施加氮肥？（课后拓展题）
农田土壤中氮元素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。
其他循环
水循环示意图
生命活动离不开水，自然界中许多化学反应也都是在水溶液中进行的。
此外，水携带着大量各种化学物质周而复始地循环，极大影响着各类化学物质在地球上的分布。
因此可以说，没有水循环就没有物质循环。
组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等 ，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。
这里的生态系统是指？
生物圈
①循环往复运动：----反复利用、循环流动
物质循环又叫生物地球化学循环
②具有全球性：----物质循环的范围：生物圈
二.物质循环
1
概念
2
特点
元素
生物群落
非生物环境
组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素
反复循环
①动物的取食、消化能促进物质循环；
学以致用：稻田养鸭养鱼（种养结合模式），请从物质循环角度说说它的好处：
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，
3应用：
——种养结合模式
稻田养鸭
稻田养鱼
二.物质循环
学习了物质循环之后，思考是不是所有的物质都像碳一样进行循环？
思考：铅从哪里来？
如图为水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图
为什么生物体内的铅含量比水体中的铅含量高？
为什么营养等级越高，体内含有的铅浓度越大？
水
浮游生物
鱼
水鸟
2 ppm
5 ppm
200 ppm
1600 ppm
进入体内的铅，可以形成多种稳定的化合物，不易分解、不易排出，生物不断的摄入无机环境中的化学物质，导致体内铅含量不断积累以致高于水体中的铅含量。
高营养级的生物捕食多种低营养级的生物，导致体内积累更多的铅，因此，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链顶端
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. 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
1. 概念：
一些放射性物质
5. 生物富集的特点：_____________________________________。
①全球性
②随食物链逐渐积累
如上图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍
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）
三.生物富集
在农田中大量使用的DDT杀虫剂，在南极的企鹅体内检测到
6.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。
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
7.减少生物富集的的措施：
合理利用资源，减少排放有害物质；
实施垃圾分类；
种植能富集有害重金属元素的植物。
在湖泊里种植大量芦苇，芦苇可以吸收水中的有毒物质，而且芦苇抗毒能力非常强，然后将芦苇进行封存，防止有毒物质重新进入环境。
任务3：请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程。
光能
热能
生产者
大气中的
二氧化碳
消费者
分解者
①物质循环与能量流动有什么关系？
四.物质循环和能量流动的关系
②假如没有物质循环，能量是否能在营养级间实现流动？
③假如没有能量的供应，物质循环是否能正常进行？
同时进行，相互依存，不可分割
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
能量是物质循环的动力
物质是能量沿食物链网流动的载体；
能量流动 物质循环
范围
形式
特点
渠道
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（食物链、网）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，都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)
四.物质循环和能量流动的关系
课堂小结
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
范围：生物圈
实例
物质循环与能量流动的关系
五.探究·实践：探究土壤微生物的分解作用
1.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
秋天刚收获的花生
第二年春天从土中刨出的花生
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
对照组
实验组
因变量
无关变量
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60℃处理1h(灭菌：排除微生物作用)
对土壤不做任何处理(自然状态)
落叶是否腐烂（比较腐烂程度）
落叶的量、土壤的量等（保证适宜且相同）
1
案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
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。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
五.探究·实践：探究土壤微生物的分解作用
2.实验过程
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
五.探究·实践：探究土壤微生物的分解作用
1.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
2.实验设计
实验假设
实验设计 自变量
实验组
对照组
因变量
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
淀粉糊+30mL蒸馏水
观察颜色变化
淀粉糊+30mL土壤浸出液
2
案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用
五.探究·实践：探究土壤微生物的分解作用
3.实验过程
（1）配制土壤浸出液
（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
加入碘液
加入斐林试剂
加入斐林试剂
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
淀粉糊
案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用

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