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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】
1.生态系统的物质循环过程是怎样的？
2.怎样理解生物富集的成因和危害？
3.物质循环与能量流动的关系是怎样的？
问题探讨
【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的。
生物体和大气中的碳的含量是怎样维持相对稳定的
一、碳循环
任务一：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？
一、碳循环
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。
一、碳循环
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)？
碳进入并在生物群落流动的途径
大气中的二氧化碳库
生产者
光合作用、化能合成作用
将二氧化碳转化为有机物。
消费者
摄食，沿食物链（网）
将前一营养级的有机物转化为自身的有机物。
分解者
食腐、腐生
将现成有机物转化为自身有机物。
煤、石油
光合作用
溶解
光合作用
摄食
遗体残骸、残枝败叶
一、碳循环
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)？
碳进入并在生物群落流动的途径
大气中的二氧化碳库
生产者
消费者
分解者
煤、石油及工业废气的排出
煤、石油
呼吸作用
将有机物分解为无机物（CO2）
呼吸作用
将有机物分解为无机物（CO2）
分解作用
将有机物分解为无机物（CO2）
呼吸作用
分解作用
煤石油
工业废气
一、碳循环
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)？
水体中的HCO3-等
岩石中的CaCO3等
其他途径
大气中的二氧化碳库
（1）CO2与HCO3-的相互转化；
（2）CaCO3与HCO3-的相互转化；
一、碳循环
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
一、碳循环
1.构建碳循环模型
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
水圈中的CO2库
消费者
分解者
一、碳循环
A__________B__________
C__________D__________
A B__________
C__________D__________
E__________F__________
生产者
大气中的二氧化碳库
消费者
分解者
大气中的二氧化碳库
三级消费者
分解者
次级消费者
生产者
初级消费者
思考：若使上图表示完整的碳循环，需补充 。
化石燃料的燃烧
应用：碳循环图解中各成分的判定方法
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
2.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
3.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。
一、碳循环
3.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。
一、碳循环
4.生态系统的物质循环——生物地球化学循环
组成生物体的C、H、O、N、P、S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。
（1）概念:
（2）范围:
生物圈
（3）特点:
非生物环境
生物群落
C、H、O、N、P、S等元素
，又叫生物地球化学循环（biogeochemical cycle）。
②循环性：----反复利用、循环流动
①全球性：----生物地球化学循环
一、碳循环
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，
(4)应用：
——种养结合模式
稻田养鸭
稻田养鱼
4.生态系统的物质循环——生物地球化学循环
铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高
煤燃烧、有色金属冶炼
铅被排放进入大气
沉降在土壤和植被表面
进入土壤
进入水体
植物根吸收叶片摄入铅
水生植物、浮游动物直接吸收铅，动物饮用含铅的水，直接摄入铅
铅进入体内形成多种比较稳定的铅的化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被排出，积蓄在体内
含铅生物被更高营养级动物食用，沿食物链聚集
最终积累在食物链的顶端
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。称作生物富集(bio-concentration)。
生物富集的成因
常见生物富集物质
在生物体内形成稳定的不易排出的物质
重金属：
人工合成的有机化合物：
如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等
如DDT、
六六六等
二、生物富集
2.生物富集的特点：
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
导致生物富集的有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地。
具有全球性
生物放大
有害物质会沿食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端(即随营养级升高，浓度逐级递增，呈现生物放大现象).
二、生物富集
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：
写出四个种群的能量流动渠道：__________________________
构建食物网的方法：
乙
甲
丙
丁
三、能量流动和物质循环的关系
CO2
H2O
光能
生产者
消费者
分解者
CO2、能量散失
CO2、能量散失
光合作用
呼吸
呼吸
同化
残枝败叶
遗体
分解作用
代表物质循环
代表能量流动
三、能量流动和物质循环的关系
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。
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
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？
探究·实践：探究土壤微生物的分解作用
2.实验过程
实验假设
实验设计 自变量
实验组
对照组
因变量
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）
土壤微生物对落叶是否有分解作用
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。
不能加热烘干，可将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中1小时灭菌。
对土壤不做任何处理（自然状态）
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
探究·实践：探究土壤微生物的分解作用
案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用
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.实验过程
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
探究·实践：探究土壤微生物的分解作用
2.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
课堂小结
感谢您的观看！

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