资源简介

(共37张PPT)
【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？
第3节 生态系统的
物质循环
第三章生态系统及其稳定性
一、碳循环
食物
人体的细胞呼吸
CO2
植物的光合作用
下面请同学们深呼吸，全班人一起呼气的时候，呼出了很多二氧化碳分子，想象一下，这些二氧化碳分子离开你后，会开始怎样的旅行，会去往何处？
碳元素和氧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
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。
思考●讨论
分析碳循环的过程
讨论：
1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？
非生物环境中：主要是二氧化碳，少许碳酸盐。
生物体内：含碳有机物
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。
大气中的二氧化碳库
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）？
光合作用或化能合成
呼吸作用
溶解
光合作用
进：光合作用（主要方式）
生产者
将二氧化碳转化为有机物；
将有机物分解为二氧化碳。
出：呼吸作用
化能合成作用
大气中的二氧化碳库
摄食
消费者
进：摄食
出：呼吸作用
将有机物分解为二氧化碳。
将前一营养级的有机物转化为自身的有机物；
呼吸作用
摄食
分解者
进：食腐、腐生
出：微生物的分解作用
将现成有机物转化为自身有机物；
将有机物分解为二氧化碳。
思考：土壤腐殖质中的碳总量与哪些因素有关？
取决于碳的进出量，有机物输入多，分解者呼吸强度小的土壤中，腐殖质含量相对较高。
如：温带森林 热带雨林（腐殖质厚度）
＞
微生物的分解作用
分解者
枯枝落叶层
有机碎屑层
腐殖质层
淀积层
大气中的二氧化碳库
生产者
生产者
生产者
光
合
作
用
光
合
作
用
溶解
光合作用
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
呼吸作用
消费者
摄食
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
消费者
分解者
用
作
解
分
的
物
生
微
煤、
石油
3.碳的进出除生产者、消费者、分解者外，还有没有其他途径？
其他途径：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。
大气中的CO2库
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
思考：动植物遗体一定会被分解者分解吗？
不一定
消费者
分解者
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。
碳元素在生物群落是循环的吗？
不是，在生物群落中是沿着食物链(网)单向流动的。
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
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。
海洋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随之增加。
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及时进入大气。
构建碳循环模型
讨论：你如何看待人类活动对碳循环的影响？
1.碳循环的过程
粮食
饲料
肉食
木材
薪材
化工产品
能源
……
A.人类社会需求
(1）原因
化石燃料的大量燃烧（主要原因）
森林、草原等植被的破坏
(2）危害
(3）缓解措施
极地和高山冰川加速融化
海平面上升
气温升高
对人类和其他生物的生存构成威胁
减少化石燃料的使用，开发新能源
大力植树种草，提高森林覆盖率
提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。
土地荒漠化加剧，洪灾、旱灾不断
——温室效应
增加土壤储碳量。
减少二氧化碳排放量
增加二氧化碳吸收
碳循环失调的后果
5.实现碳循环的关键因素：
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）
光合作用（主要）和化能合成作用
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
4.碳返回非生物环境的途径：
②分解者的分解作用（实质是呼吸作用）
①生产者、消费者的呼吸作用
③化石燃料的燃烧
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
生产者和分解者
6.与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器：
线粒体和叶绿体
7.碳循环具有全球性的原因：
CO2能够随着大气环流在全球范围内进行
碳循环小结
B.国家环保行动
签署气候协议
提高质量标准
垃圾分类回收
号召节约粮食
退耕还林工程
天然林保护工程
沙漠治理行动
城市绿化
讨论：你如何看待人类活动对碳循环的影响？
思路：
1. 先看双箭头：双箭头代表生产者、大气中的CO2库；
2. 其他所有成分都指向C，则C为大气中的CO2库；
3. 除了C之外，有最多被指向箭头的为分解者，即B为分解者。
大气中的CO2库
生产者
消费者
分解者
大气中的CO2库
生产者
初级消费者
次级消费者
三级消费者
分解者
拓展：碳循环图解中各成分的判定方法
高能固氮
工业固氮
生物固氮
物质循环
氮循环过程
其他循环：
氮循环
3. 生物群落中的氮最终通过什么途径返回大气中？
2. 大气中的氮气通过什么途径进入生物群落？
1. 植物吸收的氮以 形式存在。
离子
固氮生物的固氮作用
反硝化作用
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？
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。
思考：这些元素循环有什么共同特点？
元素不断从非生物环境进入生物群落中，又从生物群落回到非生物环境中,循环往复。
磷循环
水循环
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。又叫生物地球化学循环。
1.概念
2.范围:
生物圈
3.特点:
①全球性 ②循环往复运动
二、生态系统的物质循环
非生物环境
生物群落
C、H、O、N、P、S等元素
特别提醒：
①“物质循环的范围”指：_________________________________。
②“物质”:是指组成生物体的___________，而不是单质，也不是由这些元素组成的化合物——蛋白质、糖类、脂肪等。
③“循环”:
生物圈，又叫生物地球化学循环
化学元素
指组成元素在非生物环境和生物群落之间的反复利用，而不是生物群落中。
鱼稻共生
稻田的水给鱼提供生长环境，鱼可吃害虫，排泄物可为水稻提供有机肥，鱼和水稻形成了一个无公害的生物微循环
鱼菜共生
大棚里，既养鱼又种菜，不影响产量还能节水节肥，实现养鱼不换水，种菜不施肥的神奇效果。鱼帮菜、菜帮鱼，和谐互助
鸭子可吃掉水稻叶片上害虫及虫卵，粪便可作有机肥料，其在水里游动，加快水稻对养分吸收，也改良了土壤通透性，达到了生态高效种植效果
稻田养鸭
种养结合模式
3.在农业方面的应用
①动物的取食、消化能促进物质循环；
②动物粪便被分解者分解后可供植物吸收利用，
③动物呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料
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；
③一些放射性物质。
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。
1.概念：
2.常见存在生物富集现象的物质
三、生物富集
4.生物富集的主要途径：
食物链、食物网
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稳定的；
②必须是生物体能够吸收的且不易排出的；
③在生物代谢过程中是不易被分解的。
4.实例—铅的富集:
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
5. 生物富集现象的特点
①具有全球性：
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。
②有害物质在生物体内的浓度会沿食物链 。
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）
<
<
2 ppm
5 ppm
200 ppm
1600 ppm
浮游生物
鱼
水鸟
水
不断升高
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。
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.减少生物富集的的措施：
合理利用资源，减少排放；实施垃圾分类；种植能富集有害重金属元素的植物。
一
碳循环
请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程
遗体和排出物
捕食
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
三、能量流动与物质循环的关系
食物链和食物网
碳循环模型示意图
光能
热能
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、物质循环与能量流动的区别与联系
2.下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，错误的(　 )
A.使用粪便作为肥料，其能量可以流向植物，实现了对能量的循环利用
B.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
C.非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用
D.能量流动和物质循环是同时进行的，彼此相互依存，不可分割
A
趁热打铁
（1）能量流动和物质循环相伴而行，但能量在传递过程中由
→ → ，而物质在循环过程中（以碳循环为例），
由 → → 。
（2）能量流动的终点是热能散失到非生物环境中，能量 （能/不能）循环利用。而物质循环产生的CO2又被重新利用，所以没有终点。
不能
光能
化学能
热能
无机物（CO2）
有机物
无机物（CO2）
注意事项
请读记课本P65第一段
【检测1】图1是某生态系统碳循环示意图，其中A、B、C、D是生态系统内各生物成分，1、2、3、4、5、6表示有关的生理过程；图2为该生态系统中某一食物链及部分能量流动情况。下列说法正确的是( )
A.在图1中，B、C分别属于初级消费者、生产者
B.图1中能表示呼吸作用过程的只有2、4、5
C.在图2的食物链中，②/①的比值代表兔与狼(生物之间)的能量传递效率D.如果A发生瘟疫，D的数量将先增加后减少最后趋于稳定
生产者
初级消费者
分解者
次级消费者
D
（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 、 等环境因素有关。
分解者
有机物
无机物
温度
湿度
1.实验原理
三、生物富集
五、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
2.实验过程
提出问题
实验假设
实验设计 自变量
实验组
对照组
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）
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
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。
探究·实践：探究土壤微生物的分解作用
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
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？
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
（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
项目 案例1 案例2
实验假设 土壤微生物能分解落叶使之腐烂 土壤微生物能分解淀粉
实验设计 实验组 对土壤 处理 A烧杯中加入 和淀粉糊.
对照组 对土壤不做任何处理(自然状态) B烧杯中加入等量蒸馏水和淀粉糊
自变量 土壤中是否含 . 是否含有 .
实验现象 在相同时间内 . A A1 不变蓝
A2
B B1
B2
结论分析
灭菌
微生物
实验组落叶的腐烂程度小于对照组
土壤微生物对落叶有分解作用
土壤浸出液
土壤浸出液
变蓝
出现砖红色沉淀
无砖红色沉淀
土壤微浸出液中的微生物能分解淀粉
探究·实践 探究土壤微生物的分解作用
1.某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5 cm左右)为实验材料，研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用，对土壤处理情况如表所示。下列有关叙述不正确的是（ ）
C
组别 1组 2组 3组 4组
土壤处理 灭菌 不灭菌 灭菌 不灭菌
湿润 湿润 较干燥 较干燥
A.该实验能探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用
B.为了控制实验中的无关变量，作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理
C.若该实验的自变量为土壤是否进行灭菌处理，实验中对照组是1组和3组
D.预期结论是1、3组的落叶不被分解，2、4组中的落叶被不同程度地分解
练习与应用
2.一位同学要探究土壤微生物能否分解农药，并尽快得出实验结论，用“敌草隆”(一种除草剂)进行实验：取等量沙土分装于相同的两个容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌。下列有关叙述正确的是（ ）
A.检测“敌草隆”的消失情况，预计a的“敌草隆”全部消失，b的基本不变
B.向a、b中喷入等量的“敌草隆”，再置于同一恒温箱中培养相同时间
C.只用沙土实验效果比用几种典型土壤混合后的好
D.再增加c组作为对照，不喷入“敌草隆”，其他处理与a、b组相同
B
1.生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统 为什么
拓展应用
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。
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。

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