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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
人教版·选择性必修2
（第一课时）
问题探究：
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。
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利用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，胡杨还会从士壤中吸收营养物质，因此，长有胡杨的荒漠土壤比草原更为贫瘠。
1. 胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？
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
思考·讨论：
荒漠中缺乏水分，分解者的数量少，因此死亡后的胡杨无法被快速分解
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？
一、碳循环
CO2
CO2
CO2
光合作用

这两种元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的。
这些二氧化碳分子中的碳元素和氧元素又是怎样来到你体内的？进入身体之前又存在于什么物质中？
一、碳循环
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。
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？
1. 碳元素
一、碳循环
思考·讨论：分析碳循环的过程
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？
在非生物环境中
主要是CO2，少许碳酸盐的形式
在生物体中
主要是含碳有机物的形式
一、碳循环
思考·讨论：分析碳循环的过程
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）？
请用关键词、线段、箭头、方框等表示讨论的结果
生产者
CO2
光合作用
有机物
呼吸作用
消费者
摄食
有机物
有机物
CO2
呼吸作用
分解者
CO2
分解作用
有机物
生产者
残枝败叶
消费者
遗体残骸
一、碳循环
思考·讨论：分析碳循环的过程
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）？
请用关键词、线段、箭头、方框等表示讨论的结果
生产者
CO2
光合作用
消费者
捕食
分解者
环境
环境
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
一、碳循环
思考·讨论：分析碳循环的过程
3. 你如何看待人类活动对碳循环的影响？
人类活动对煤和石油等能源的利用，会向大气中排放大量的CO2；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CO2浓度，维持生物圈的碳氧平衡。
一、碳循环
3. 碳循环的过程
大气中的CO2库
光合作用
光合作用
溶解
光合作用
呼吸作用
摄食
分解者
微生物的分解作用
煤、石油
① 碳在无机环境与生物群落之间主要以_____形式进行循环。
CO2
② 碳通过___________和_______________从无机环境进入生物群落。
光合作用
化能合成作用
④ 碳通过生产者和消费者的___________，分解者的____________和化石燃料等有机物的______返回到无机环境。
呼吸作用
分解作用
燃烧
③ 碳在生物体之间传递：以_______
______的形式通过____________进行。
食物链(网)
含碳有
机物
一、碳循环
3. 碳循环的过程
生产者
大气中的CO2库
消费者
遗体和排遗物
分解者
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
分解作用
化石燃料
燃烧
非生物
环境
生物群落
光合作用
化能合成作用
呼吸作用
分解作用
燃烧
摄食
一、碳循环
A
D
C
E
F
B
A：生产者
B：分解者
C：大气中的CO2库
D：初级消费者
E：次级消费者
F：三级消费者
A：生产者
B：消费者
C：分解者
D：大气中的CO2库
A
B
C
D
【方法技巧】巧辨图形判断参与碳循环的四种成分
一、碳循环
【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 箭头指向最多的是大气中的CO2库，其次是分解者。
一、碳循环
3. 碳循环的过程
大气中的CO2库
光合作用
光合作用
溶解
光合作用
呼吸作用
摄食
分解者
微生物的分解作用
煤、石油
① 全球性：
大气中的CO2能够随着大气环流在全球范围内流动，因此，碳循环具有全球性。
② 循环往复
在生物群落和非生物环境之间循环往返。
一、碳循环
4. 温室效应
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”。
① 碳平衡
在自然生态系统中，植物通过光合作用从大气中摄取碳的速率，与通过生物的呼吸作用和分解作用而把碳释放到大气中的速率大致相同。
非生物
环境
生物群落
摄取碳的速率
释放碳的速率
② 原因
Ⅰ. 化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放。
Ⅱ. 森林、草原等植被遭到大面积破坏。
一、碳循环
③ 后果
全球气候变暖
加快极地冰川融化
海平面上升
洪灾、旱灾不断
土地荒漠化加剧
威胁人类和生物的生存
4. 温室效应
一、碳循环
④ 防治措施
增加CO2吸收
A、大力植树种草，提高森林覆盖率；
B、直接从空气中捕获并封存
减少碳排放
A、减少煤、石油等化石燃料的燃烧
B、开发新的洁净能源，如核能、太阳能、风能、水能等
4. 温室效应
二、物质循环
1. 定义
组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，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，这就是生态系统的物质循环。
非生物
环境
生物群落
C、H、O、N、P、S
C、H、O、N、P、S
①“物质循环”中的物质指的是碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，而不是某种化合物。
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。
注意事项
二、物质循环
2. 特点
① 具有全球性（生物地球化学循环）。
② 循环往复
对于改进农业生产方式有多方面的启示
种养结合模式——鱼鸭共生
动物的取食、消化能促进物质循环
动物粪便中氮、磷等可供水稻利用
呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料
二、物质循环
硝酸盐或亚硝酸盐
植物体内蛋白质
动物体内蛋白质
河流或海洋
吸收利用
径流
反硝化作用
氮氧化物
化石燃料
动植物遗体及排出物
铵态氮
大气中的氮
高能固氮
人类活动
燃烧
氨化作用
吸收利用
硝化作用
工业固氮
生物固氮
高能固氮
3. 氮循环
能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，它们同时进行，彼此相互依存，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。
物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动。
能量作为动力，使物质能量不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返。
三、能量流动与物质循环的关系
三、能量流动与物质循环的关系
项目 物质循环 能量流动
范围
形式
特点
过程
联系 二者同时进行、相互依存、不可分割。
① 能量的固定、转移、储存、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 能量是物质反复循环的动力。
④ 生态系统的各种成分，由于物质循环和能量流动而紧密联系在一起，形成统一的整体。
能量流动与物质循环的比较
光能→化学能→热能
化学元素(无机物→有机物→无机物)
单向流动、逐级递减
全球性、循环往复
在生物群落和非生物环境之间循环往返
沿食物链、食物网单向流动
生物圈（全球性）
生物群落（生态系统各营养级之间）
包括
课堂小结
生态系统
范围
结构
组成成分
营养结构
功能
决定
三、能量流动与物质循环的关系
影响
能量流动
物质循环
？
动
力
载体
过程
特点
生态金字塔
生物富集
参与
渠道

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