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第3节 生态系统的物质循环
第3章 生态系统及其稳定性
通过分析碳循环的过程，能阐明物质循环的概念、过程和特点。
能阐述生物富集的成因和危害。
通过比较物质循环与能量流动，能够说出物质循环与能量流动的关系。
情境导入
你在操场上运动时，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？
【活动1】请以小组为单位绘制一幅 “碳宝宝”的旅行路线图。
人
CO2
植物
摄食
呼吸
光合作用
非生物环境
生物群落
碳、氧分子在 和 之间是不断循环的。
生物群落
非生物环境
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？
思考·讨论 分析碳循环的过程
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.你如何看待人类活动对碳循环的影响？
资料：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。
学习任务一：阅读P61-62页，分析：
1. 碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？
大气：
土壤：
水圈：
生物体内：
CO2
碳酸盐
石油等化石燃料
HCO3-
含碳有机物
（蛋白质、糖类、核酸、脂质等）
小结：①碳在非生物环境中：主要以CO2的形式存在；
②在生物群落中：主要以有机物的形式存在。
一、碳循环
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
其他途径：
（1）CO2与HCO3-的相互转化（水中）；
（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。
生产者：
消费者：
分解者：
H+ HCO3-
CO2
燃烧
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
1、动植物遗体一定会被分解者分解吗？
不一定，还可能形成煤、石油等化石燃料
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。
2、碳元素在生物群落中是循环的吗？
不是，在生物群落中主要是沿着食物链(网)单向流动的。
水圈中的CO2库
学习任务二：构建碳循环的概念模型
碳循环示意图
碳元素以 的形式在 和 之间是不断循环的。
生物群落
非生物环境
CO2
碳循环：
碳在非生物环境中的主要存在形式：
碳在生物体内的主要存在形式：
碳进入生物群落的途径：
碳进入大气的途径：
碳在非生物环境和生物群落之间的循环形式：
碳在生物群落中传递的途径：
与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器：
CO2和碳酸盐
含碳有机物
主要是CO2
光合作用（主要）和化能合成作用
①生产者和消费者的呼吸作用；②分解者的分解作用；③化石燃料的燃烧。
食物链和食物网
线粒体和叶绿体
煤、石油
燃烧
1.碳循环模式图
大气中的CO2库
生产者
消费者
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
摄食
分解者
分解作用
（有机物）
食物链和食物网
大气中的CO2库
消费者
生产者
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
初级消费者
次级消费者
三级消费者
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
分解者
分解者
生产者
初级消费者
【方法技巧】巧辨图形判断参与碳循环的四种成分
2.碳循环特点
（2）具全球性、反复循环流动
（1）
生物
群落
无机
环境
CO2
有机物
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。
3.温室效应
吸
收
CO2
的
速
率
释
放CO2的
速
率
非生物环境
生物群落
=
（1）主要原因
①化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放；
②森林、草原等植被遭到大面积破坏。
（2）缓解措施
①减少二氧化碳排放：开发新能源，减少化石燃料燃烧；
②增加二氧化碳的吸收和固定量：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.“物质”指的是 ________________________________
2.“循环”是指在 和__________往返出现
3. 循环的范围是？
4. 物质循环具有什么特点？
4.物质循环
组成生物体的碳、氢、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。
C、H、O、N、P、S等化学元素
非生物环境
生物群落
生物圈
具有全球性、循环往复运动、反复利用、总量不变
1. 铅与人类的生活息息相关
其他的物质循环
1.铅是一种毒性很强的化学元素，
原本以 的形式存在于环境中
比较稳定
2.人类活动 了铅的循环， 改变了铝在环境中的 。
加速
分布
4.进入体内的铅，能够形成 的铅化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被生物体排出，从而________在体内。
3.铅可通过各种途径被动植物摄入。
比较稳定
积蓄
2. 分析铅浓度在生物体中的特点
资料一：置于0.48 nmol/g铅溶液中美国钩虾体内铅浓度随时间的变化
时间/天
(nmol/g)
体内铅浓度
实验结果：铅在美国钩虾体内浓度随浸泡时间延长而增加
资料二：水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图
水
浮游生物
鱼
水鸟
<
2ppm
5ppm
200ppm
1600ppm
<
铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高
1.对比碳循环，分析铅在生物体内富集的原因
铅在生物体内形成难以降解的化合物，不易排出。
生物迁移
全球性
2.铅循环是否具有全球性？
具有
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.过程：从非生物环境进入生物体，沿食物链（网）逐级富集。
鱼鹰
大鱼
小鱼
植物
水
4.特点：①随营养级升高，浓度逐级递增，呈现生物放大现象。
②稳定而不易分解，积累而不易排出。
二、生物富集
1. 重金属（如汞、镉等）
2. 放射性物质（如含137Cs、226Ra等的物质）
3. 一些人工合成的有机化合物（如DDT等）
哪些物质会在生物体内富集？
练习2：在光照、风吹和洋流作用下，很多塑料垃圾老化并被分解为微塑料。微塑料进入生物群落后，在生物群落内的传递渠道是 。微塑料对人类的影响比对其他生物更严重，其原因是？
食物链（网）
与其他生物相比，人类处于更高位的营养级， 由于生物富集作用，微塑料对人类的影响比对其他生物更严重。
任务三：请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程。
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
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复
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)
归纳：物质循环和能量流动的关系
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
结论分析
1.实验原理：土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，它们在生态系统中的成分为分解者。分解速度主要与环境温度和湿度有关。
2. 案例1
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
对土壤高温处理（灭菌）
对土壤不做任何处理（自然状态）
相同时间内对照组落叶腐烂，实验组不腐烂
土壤微生物对落叶有分解作用
探究·实践 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 3. 案例2
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
1.如图为碳元素在生态系统中循环的模式图，图中甲、
乙、丙表示生态系统的生物成分，箭头表示生理过程。
下列相关叙述中，不正确的是( )
A.d过程代表光合作用，b过程代表呼吸作用
B.甲所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多
C.碳元素在甲、乙、丙之间以有机物的形式传递
D.碳元素可在非生物环境和生物群落之间反复利用
2.下列关于生态系统中物质循环的叙述，错误的是（　　）
A.碳元素主要通过植物的光合作用进入到生物群落中
B.物质循环和能量流动是同时进行的，彼此相互依存
C.物质循环是生物群落与非生物环境之间进行的
D.分解者的分解作用打破了生物圈中碳循环的平衡
A
D
3.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：
（1）这四个种群中属于生产者的是______。
（2）DDT在生物体内富集时，在能量流动的渠道中，_______越高，生物体内的DDT浓度越高。
（3）写出四个种群的能量流动渠道：______________________。
甲
种群 甲 乙 丙 丁
DDT浓度 0.04 0.35 0.39 3.4
营养级
乙
甲
丙
丁
生态系统的物质循环
组成生物体的元素
全球范围
全球性反复利用，循环往复运动
碳循环
非生物环境
（CO2）形式
生物群落
（有机物形式）
对象
范围
特点
实例
过程
光合作用、化能合成作用
呼吸作用

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