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(共49张PPT)
热带雨林生态系统
第3节 生态系统的物质循环
1. 碳循环的特点
2. 生物富集现象
3. 能量流动和物质循环的关系
4. 探究土壤微生物分解作用实验
第3章 生态系统及其稳定性
问题探讨
胡杨林
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。
讨论1、胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？
荒漠中缺乏水分，分解者数量很少，因此死亡后的胡杨无法被快速分解。
讨论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？
荒漠中生产者的种类与数量很少，能制造的有机物总量就少；消费者与分解者也少，物质循环缓慢；土壤中可供分解者分解的动植物遗体等很少，且分解速度较慢，因此土壤中积累的营养物质很少；而且，胡杨还会从土壤中吸收营养物质，因此，长有胡杨的荒漠土壤比草原的更为贫瘠。
假如你在操场上运动，呼出一口气，许多CO2分子就离开你的身体。想象一下，这些CO2分子离开你之后，会开始怎样的旅行？
CO2
CO2
CO2
光合作用
食物
同学互评！
不足：动物的粪便直接供给植物，忽略了分解者的参与，只考虑植物的光合作用，而忽略了植物的呼吸作用，没有考虑化石燃料的燃烧
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。
一、碳循环
一、碳循环
食物
人体的细胞呼吸
CO2
植物的光合作用
【活动一】
请用文字和箭头构建出二氧化碳分子中的碳元素和氧元素来到人体内的过程
碳、氧分子在 和 之间是不断循环的。
生物群落
非生物环境
一、碳循环
1.C在非生物环境中的存在形式：
2.C在生物群落中的存在形式：
3.C在生物群落与非生物环境之间的循环形式：
4.C在生物群落内部的活动形式：
主要是CO2的形式存在，少部分以碳酸盐形式存在
主要以含碳有机物的形式存在
主要以CO2的形式
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 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
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？
在非生物环境中主要以CO2的形式存在（少部分以碳酸盐）；
在生物体内/生物群落内主要以含碳有机物的形式存在；
二氧化碳能溶于水，因此能在大气和海洋、河流之间进行交换。因此，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，向大气排放了大量的二氧化碳。
讨论2：碳是如何进出生产者、消费者和分解者的(以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等)
遗体和排遗物
摄食
生产者
消费者
分解者
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
2.碳是如何进出生产者、消费者、分解者的？（以什么形式，通过哪些生命活动、形成哪些产物等？）
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。
煤、石油
生产者：
消费者：
分解者：
讨论3：碳的进出除生产者、消费者、分解者外，还有没有其他途径？
（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。
（1）海洋对调节大气中的碳含量起着非常重要的作用
①当大气中二氧化碳含量增加，水圈的二氧化碳含量也随之增加。
②如果大气中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。
构建碳循环示意图（请用关键词、线段、箭头、方框等表示讨论的结果）
遗体和排遗物
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
生产者
大气中的CO2库
消费者
分解者
注意：碳循环中各成分包括生产者、消费者、分解者和大气中的CO2库。
生产者
大气中的CO2库
消费者
分解者
拓展：碳循环图解中各成分的判定方法
思路：
1. 先看双箭头：双箭头两端代表生产者、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
初消
次消
三消
分解者
碳循环和人类社会
分析碳循环的过程
思考 讨论
人类活动对煤和石油等资源的利用，会向大气中排放大量的二氧化碳，打破了生物圈中碳循环的平衡，加剧温室效应，引起全球性的气候变化；
但人类又大力开展植树造林、开发新能源、发展节能产业等，有利于降低大气中的二氧化碳浓度，维持生物圈的碳平衡。
消极影响：
积极影响：
讨论4：你如何看待人类活动对碳循环的影响？
与社会的联系——温室效应
(2）原因：
①化石燃料的大量燃烧（主要原因）
②森林、草原等植被的破坏
(1）概念：
大气中的温室气体（CO2、CH4、N2O等）相当于保温层。大气中的CO2越多，地球上的温度升高就越快，这种现象就叫做“温室效应”。
(3）缓解措施
CO2浓度
温度
①减少化石燃料的使用，开发新能源
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。
(4）危害
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
土地荒漠化加剧，洪灾、旱灾不断
与社会的联系——温室效应
根据氮循环示意图，回答下列问题。
离子
固氮生物的固氮作用
反硝化作用
2、大气中的氮气通过什么途径进入生物群落？
了解：氮循环过程
1、 植物吸收的氮以什么形式存在？
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。
3、 生物群落中的氮最终通过什么途径返回大气中？
大气中的N2
工业固氮
闪电固氮
生物固氮
尿素及动植物遗体
硝化细菌
土壤微生物
反硝化细菌
氮氧化物
氮肥
NO3—
NO3—
NH4+
了解：氮循环过程
生态系统的物质循环（matter cycle）
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（biogeochemical cycle）。
1、概念
2、范围
最大的生态系统：生物圈
3、特点
①全球性
②循环往复运动
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。
①动物的取食、消化能促进物质循环
4.物质循环的应用：稻田养鸭养鱼，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
总结：
（1）循环形式：
（4）与循环有
关的活动
光合作用
动植物的呼吸作用
分解者的分解作用
生产、生活的燃烧
（5）特点：
1.碳进生物群落
3.碳出生 物群落
（2）碳在自然界中的存在形式：
CO2和碳酸盐。
（3）碳在生物体内的存在形式：
含碳有机物。
化能合成作用
2.碳在生物体之间传递：
CO2
以含碳有机物的形式
通过食物链（网）进行。
具有全球性，循环往复
研究物质循环的意义
（2021·北京东城区·高三二模）稻鸭共作是我国传统的生态种养模式，在水稻栽种后至抽穗前将鸭子放养在水稻田中。鸭子可为稻田除草、灭虫；稻田可为鸭子的生长提供食物等生活条件。下列对稻鸭共作模式的生态学优点的分析不正确的是（　　）
A．稻鸭共作模式能够减少饲料的投入，降低饲养成本
B．稻鸭共作模式能够减少化学农药的使用，减轻环境污染
C．稻鸭共作模式很好地实现了物质和能量的循环利用
D．稻鸭共作模式的设计兼顾了生态效益和经济效益
C
更好地实现物质的循环利用；
减少饲料、化肥投入，从而降低成本；
减少化肥的使用，从而减轻环境污染；
减少废物（无废弃物农业）；
……
土壤中的微生物能够分解有机物，这是物质循环过程中的重要一环。生态系统中的消费者能够加快物质的循环过程。是不是所有物质都能较快地通过食物链回归非生物环境呢
二、生物富集
对比碳循环，分析铅在生物体内富集的原因
生物富集的主要途径？
阅读教材P63-64，回答以下问题：
【合作探究】
什么是生物富集？常见参与生物富集的物质有哪些？
发生生物富集的物质的特点？
生物富集有何危害？如何有效地减少生物富集现象？
铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高
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。
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
二、生物富集
5、 生物富集实例——铅的富集
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
6、生物富集现象的特点
①具有全球性
原因：
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。
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
生物放大
二、生物富集
在农田中使用的DDT杀虫剂，会在南极的企鹅体内检测到
7.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。
1 . 施用农药DDT的地区，虽然占陆地面积的一小部分，可是在远离施药地区的南极地区，动物体内也发现了明显高于环境含量的DDT，这种现象说明了（ ）
A．DDT是挥发性物质
B．DDT已加入全球性的生物地球化学循环
C．人类活动将DDT带到了南极地区
D．南极地区的动物也偶尔到施用农药的地区寻食
课堂检测
B
2 . 下列关于生物富集的说法，不正确的是（ ）
A．物质循环具有全球性，而生物富集现象不具有全球性
B．生物富集会使有害物质在生物体内的浓度高于环境中的浓度
C．在生物体内积蓄的有害物质可能是难降解的化合物
D．生物富集可使有害物质浓度沿食物链递增
课堂检测
A
3 . 重金属易在食物链中富集，最终影响到人类的健康。下列关于生态系统中铅的叙述，错误的是（ ）
A.植物可以通过根系和叶片吸收非生物环境中的铅
B.非生物环境中的铅只能通过生产者进入生物群落，通过分解者回归非生物环境
C.由于植物不断吸收、积蓄，最终铅在植物体内的浓度可能会超过环境中的浓度
D.铅能沿食物链富集的原因是铅可在生物体内形成稳定的化合物，不易被排出
课堂检测
B
任务一：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？
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；
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
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)
三、能量流动和物质循环的关系
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。
四、探究土壤微生物的分解作用
探究土壤微生物的分解作用
案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
（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
1.实验原理
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
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的。
3.实验结论：
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
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 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
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.实验步骤
（1）配制土壤浸出液
纱布
烧杯
土壤
水
玻璃棒
水
取出
碘液
斐林试剂
加热
探究土壤微生物的分解作用
2.实验步骤
（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
A1
A2
B1
B2
加入碘液
加入斐林试剂
加入斐林试剂
实验结果
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
探究土壤微生物的分解作用
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 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
探究土壤微生物的分解作用
小结
动
力
生态
系统
结构
功能
能量流动
物质循环
信息传递
载体
决定
过程
特点
生物富集
组成成分
营养结构
渠道
参与
1.能量流动和物质循环是生态系统的主要功能。判断下列相关表述是否正确。
(1)物质循环发生在生物群落与非生物环境之间。 （ ）
(2)能量流动和物质循环是两个相对独立的过程。 （ ）
练习与应用
一、概念检测
×
√
2.竹子中纤维素含量很高。大熊猫每天要吃大量竹子，但一般只能利用其中一小部分纤维素。研究表明，大熊猫的基因组缺少编码纤维素酶的基因，但是肠道中有多种纤维素分解菌。
(1)大熊猫与它肠道内某种纤维素分解菌的种间关系为（ ）
A.捕食 B.寄生 C.互利共生 D.原始合作
C
(2)下列叙述不合理的是（ ）
A.大熊猫是初级消费者，属于第二营养级
B.大熊猫未消化的纤维素会被分解者利用循环
C.纤维素分解菌促进了生态系统中的物质
D.能量流动方向是竹子→大熊猫一纤维素分解菌
D
3.在生态系统中，使二氧化碳进入生物群落的生物主要是（ ）
A.细菌 B.真菌 C.动物 D.绿色植物
D
练习与应用
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
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。
练习与应用

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