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第四节 生态系统中的物质能被循环利用
第三章 生态系统
学习目标
1.能简述生态系统水循环、碳循环、氮循环的过程
2.能说明物质循环的应用及意义
生物在水循环中起的作用很小
1
二氧化碳是碳循环的主要形式
2
目录
固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用
3
人类运用生态系统的物质循环规律，在生产实践中实现
资源多层次利用
4
生态系统中的物质循环
1.物质循环的过程
2.类型
水循环、碳循环、氮循环
无机物
有机物
生产者的光合作用
（如水、二氧化碳、无机盐）
一部分
大部分
细胞呼吸
分解者的分解作用
生物在水循环中起的作用很小
1.水循环
方式：降水和蒸发是水循环的两种方式
动力：由太阳能推动
海洋
陆地
大气中的水
降水
降水
蒸发
蒸发
地表径流
生物在水循环中起的作用很小
2.水循环的特点
（1）生物圈：蒸发量=降水量
陆地： 蒸发量<降水量
海洋： 蒸发量>降水量
（2）沼泽地、大陆架：地球上生产力最高的系统之一
（3）生物在全球水循环中所起的作用很小
3.水循环的作用
补充某些生态系统的营养物质
二氧化碳是碳循环的主要形式
地球上水的总量约1.4×1010km3,并且水在自然界可以循环往复，因此有人认为水资源是取之不尽的，我国也不存在水资源不足的问题。你如何看待这一问题？
二氧化碳是碳循环的主要形式
1.碳的存在形式
（1）从含量角度
最多：碳酸盐（岩石圈）
其次：化石燃料中的碳
生物可直接利用的碳：二氧化碳
（2）从生物群落和非生物环境角度
非生物环境中：CO2和碳酸盐
生物群落内部：含碳有机物
二氧化碳是碳循环的主要形式
（3）流动形式
①生物群落与非生物环境之间：CO2
②生物群落内部：含碳有机物
2.碳循环的主要形式
3.碳循环的特点
全球性、循环性
CO2
二氧化碳是碳循环的主要形式
4.碳循环模式图
煤、石油
燃烧
大气中的CO2库
生产者
消费者
光合作用
摄食
（有机物）
呼吸作用
呼吸作用
分解者
分解作用
【思考】
1.碳在生物体之间传递途径是什么？
食物链和食物网
2.参与碳循环的生理过程有哪些？
呼吸作用和光合作用
二氧化碳是碳循环的主要形式
5.几种碳循环模式图分析
（1）
辨图要点：
碳循环中，只有生产者与无机环境之间的箭头是双向的
箭头指向最多的是大气中的CO2库，其次是分解者
E为　　　　　；
F、D、B都为　　　　　；
C为　　　　　　；
A为 。
大气中的CO2库
生产者
分解者
消费者
二氧化碳是碳循环的主要形式
（2）
【思考】若将上图改为生态系统组成成分之间关系的示意图，应做什么修改？
应将 “大气中的CO2库”改为“非生物环境”
A为　　　　　；
B为　　　　　；
C为　　　　　；
D为 。
大气中的CO2库
生产者
分解者
消费者
二氧化碳是碳循环的主要形式
（3）
（4）
A为　　　　　；
C为　　　　　；
B为　　　　　；
D为 。
大气中的CO2库
生产者
分解者
消费者
A为　　　　　；
B、C为　　　　　；
D为　　　　　；
生产者
分解者
消费者
二氧化碳是碳循环的主要形式
6.碳循环特点
（1）
碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的，在生物群落之间是以有机物的形式进行的
（2）具全球性、反复循环流动
CO2能够随着大气环流在全球范围内流动
生物
群落
无机
环境
CO2
有机物
二氧化碳是碳循环的主要形式
海洋对大气圈中碳含量的调节
（1）海洋的含碳量是大气圈含量的50倍
（2）调节方式
大气中CO2含量增加 → CO2进入水圈 → 大气中CO2含量减少
大气中CO2局部短缺 → 水圈CO2进入大气 → 大气中CO2含量增加
大气圈
水圈
扩散
固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用
1.大气成分的 78%是氮气
氮最重要的储存库就是大气圈
2.存在形式
（1）大气圈中的氮气：最多（占大气成分78%）
（2）大多数生物不能直接利用
（3）生物可直接利用的氮：无机氮化合物（主要是硝酸盐和氨）
3.氮循环
包括固氮、氨化、硝化、反硝化等过程
固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用
氮循环包括固氮、氨化、硝化、反硝化等过程
固氮作用
反硝化作用
大气中氮
生物群落的氮
固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用
4.固氮的途径
类型 方式 说明
高能固氮 通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发等所释放的能量进行固氮 形成的氨或硝酸盐随着降雨到达地球表面，属于天然固氮方式
工业固氮 是在高温、高压、催化剂的作用下，将氮气还原为氨气 对生态系统中氮的循环产生了重要的影响
生物固氮 通过固氮菌和蓝藻等自养或异养微生物进行固氮 生物固氮是最重要的固氮途径
固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用
氨化作用
动植物遗体中的有机氮化物、动物的含氮排泄物（如尿素），经过微生物的分解后形成氨。
硝化作用
在有氧的条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化细菌等的作用下最终氧化成硝酸盐，并存在于土壤中，部分硝酸盐进入水域被利用。
反硝化作用
硝酸盐等含氮化合物在反硝化细菌的作用下转化为N2、NO、N2O，返回大气，这个过程称为反硝化作用。
固氮菌等细菌在氮循环中发挥重要作用
构建氮循环的过程模型
①②硝化作用
③氨化作用
④反硝化作用
在自然生态系统中，一方面通过各种固氮作用使氮可以被生物所利用，另一方面又通过反硝化作用使氮不断重返大气，从而使氮的循环处于一种平衡状态。
人类运用生态系统的物质循环规律实现资源多层次利用
【实例1】“过腹还田”
秸秆
食物
牛、羊等
粪便
农田
食用菌
培养
蚯蚓
残渣
农作物
优点：既减少了田间焚烧秸秆给环境带来的污染，又增加了产值
人类运用生态系统的物质循环规律实现资源多层次利用
【实例2】“蔬菜-鸡、猪-沼气”系统
人类运用生态系统的物质循环规律实现资源多层次利用
意义
（1）运用物质循环规律帮助人们合理地调整生态系统的物质循环和能量流动，使能量更多地流向对人类有益的方向
（2）根据生态学原理，用系统工程的方法和技术指导生产实践，可以实现资源的多层次利用或循环利用，使人和自然环境共同受益
能量流动和物质循环的比较
项目 能量流动 物质循环
形式 主要以有机物为载体 无机物、有机物
特点 单向流动，逐级递减 循环往复
范围 生态系统的各营养级之间 生物圈（全球性）
联系 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，离不开物质的合成和分解； ②物质是能量沿食物链(网)流动的载体； ③能量是物质在生态系统中循环往返的动力
课堂小结
实例
生态系统的物质循环
物质循环的应用
物质循环的概述
水循环
碳循环
氮循环
1.磷循环是生物圈物质循环的重要组成部分。磷经岩石风化、溶解、生物吸收利用、微生物分解，进入环境后少量返回生物群落，大部分沉积并进一步形成岩石。岩石风化后磷再次参与循环。下列叙述错误的是( )
A.在生物地球化学循环中，碳元素年周转量比磷元素多
B.人磷肥等活动不会改变磷循环速率
C.磷参与生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过程
D.磷主要以磷酸盐的形式在生物群落与无机环境之间循环
解析：细胞中碳元素的含量高于磷元素,故在生物地球化学循环中,磷元素年周转量比碳元素少,A正确;人类施用磷肥等农业生产活动会改变磷循环速率,B错误；植物吸收的磷可用于合成磷脂、ATP、DNA、RNA等物质,故磷参与生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过程,C正确;磷主要以磷酸盐的形式在生物群落与无机环境之间循环,D正确。
课堂小测
B
2.图为生态系统碳循环示意图，图中A、B、C代表生态系统成分，数字表示碳的流动。下列叙述正确的是( )
A.图中生产者、B，C，A构成了两条食物链
B.①②⑥⑦为CO2形式，③④⑤为有机物形式
C.③④⑤⑥⑦之和等于生产者同化的碳的总量
D.经③流向B的碳全部储存于B体内的有机物中
解析：A、据图分析，A表示大气中的二氧化碳库，B表示消费者，C表示分解者，它们不能构成食物链，A错误；B、①表示光合作用，②表示呼吸作用，⑥表示分解者的分解作用，⑦表示消费者的呼吸作用，这些过程的碳元素为CO2形式，③表示捕食关系，④表示生产者的碳元素以残枝败叶形式流向分解者，⑤表示消费者的碳元素以遗体粪便流向分解者，碳元素都是为有机物形式，B正确；C、生产者同化的碳的总量为光合作用固定的太阳能总量，也等于各生物的呼吸消耗的碳的量之和，即①与④⑤⑥⑦之和相等，C错误；D、经③流向B的碳大部分通过呼吸作用以二氧化碳形式散失，少量的碳元素储存于B体内的有机物中，D错误。
B
3.“哥本哈根气候变化大会”再次引起人们对温室气体排放的关注，大会所倡导的低碳生活获得普遍认同。根据如图所示碳循环的部分过程进行有关分析，正确的是( )
A.生物群落内部进行碳循环的物质形式是CO2
B.参与①过程的生物包括生产者、消费者和分解者
C.①过程增强后，③④⑤过程随之增强，可以通过增强①减少大气中CO2
D.开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对⑤过程的依赖
解析：生物群落内部进行碳循环的物质形式是含碳有机物，A错误；①过程是绿色植物参与的光合作用，所以参与①过程的生物只能是生产者，B错误；①过程(光合作用)增强后，③④⑤过程随之增强，而大气中CO2的增加主要是化石燃料在短时间内大量燃烧导致的，所以不能简单通过增强绿色植物的光合作用减少大气中CO2，C错误；开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对化石燃料的依赖，D正确。
D
Thanks
生活如诗，意境深远，绚丽多彩

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