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(共39张PPT)
第3节 生态系统的物质循环
第3章 生态系统及其稳定性
生物
学习目标
1.通过分析碳元素在生物群落和非生物环境之间的传递过程，概述生态系统物质循环的过程，构建碳循环模型；尝试从物质循环的角度为“双碳”政策的落实提出相应措施，树立生态环保意识。（生命观念、科学思维、社会责任）
2.通过分析铅等有害物质生物富集的过程，说明生物富集的危害及特点，认同应采取措施减少有害物质的排放。（生命观念）
3.通过探究土壤微生物的分解作用，掌握科学探究的基本思路和方法，培养提出问题、作出假设、设计实验方案和分析实验结果等方面的能力。（科学思维、科学探究）
学习重难点
重点：
1.分析碳循环的特点，概述生态系统的物质循环过程。
难点：
1.说明能量流动和物质循环的关系。
2.尝试通过实验探究土壤微生物的分解作用。
导入新课
生态系统的物质循环
新课讲授
任务一
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？
(1)碳在非生物环境中主要以CO2和碳酸盐的形式存在。
(2)碳在生物体内主要以（含碳）有机物的形式存在。
新课讲授
[探究一]生态系统的物质循环
【合作探究】根据下列资料，小组合作讨论，回答下列问题。
大气中的CO2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
生产者
(2)呼吸作用：将有机物分解为二氧化碳。
(1)光合作用等：将二氧化碳转化为有机物。
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）？
大气中的CO2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
消费者
(2)呼吸作用等：将有机物分解为二氧化碳。
(1)摄食等：将前一营养级的有机物转化为自身的有机物。
大气中的CO2库
生产者
生产者
生产者
溶解
光合作用
呼吸作用
消费者
摄食
消费者
分解者
用
作
解
分
的
物
生
微
分解者
(2)微生物的分解作用等：将有机物分解为二氧化碳。
(1)食腐、腐生等：将现成有机物转化为自身有机物。
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
光
合
作
用
光
合
作
用
呼
吸
作
用
新课讲授
[探究一]生态系统的物质循环
非生物环境
（CO2）
生物群落
（含碳有机物）
光合作用或
化能合成作用
呼吸作用或
分解作用
3.非生物环境中的碳以什么形式、通过什么途径进入生物群落？生物群落中的碳以什么形式、通过什么途径返回非生物环境？
新课讲授
[探究一]生态系统的物质循环
4.请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环的模型。
遗体和排出物
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
（主要）
大气中的CO2库
分解作用
（呼吸作用）
非生物环境
生物
群落
水圈中的CO2库
新课讲授
[探究一]生态系统的物质循环
资料2：下图为氧循环、氮循环的示意图。
5.碳、氧、氮循环是指某种物质循环还是元素循环？
元素循环。
新课讲授
[探究一]生态系统的物质循环
7.同碳元素一样，氮元素在生物群落与非生物环境之间也是不断循环的，那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，这与物质循环并不矛盾。
6.碳、氧、氮元素在生物群落中是循环的吗？
不是，这些元素在生物群落中主要是沿着食物链（网）单向流动的，不能在生物群落内循环。
新课讲授
[探究一]生态系统的物质循环
组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等 ，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。
这里的生态系统指的是？
生物圈
①循环往复运动：反复利用、循环流动。
②具有全球性：物质循环的范围为生物圈。
1
概念
2
特点
元素
生物群落
非生物环境
组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素
反复循环
（物质循环又叫生物地球化学循环）
新课讲授
[探究一]生态系统的物质循环
【思维提升】如果滥伐森林、大量使用化石燃料，则会对生态系统的碳循环及生态环境产生什么影响？ 怎么缓解这种影响？
会加剧温室效应。
(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，地表和低层大气的温度升高得就越快，这种现象叫作温室效应。
(2)危害：
使气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
(3)缓解措施：
①开发新能源，减少化石燃料燃烧。
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。
生物富集现象及其成因
新课讲授
任务二
大气中的CO2库
消费者
摄食
消费者
分解者
用
作
解
分
的
物
生
微
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
煤、
石油
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？
思考：铅从哪里来？
除了必需元素的循环，生态系统中还存在某些有害物质的积累过程。
新课讲授
[探究二]生物富集现象及其成因
资料3：下图为水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图。
新课讲授
[探究二]生物富集现象及其成因
【合作探究】根据下列资料，阅读教材P63~64，小组合作讨论，回答下列问题。
1.为什么生物体内的铅含量比水体中的铅含量高？为什么营养级越高的生物，体内的铅含量越高？
进入生物体内的铅，能够形成多种比较稳定的铅化合物，不易被生物体排出。生物不断摄入无机环境中的化学物质，导致体内铅含量不断积累，从而高于水体中的铅含量。
一旦含有铅的生物被更高营养级的动物食用，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端。
新课讲授
[探究二]生物富集现象及其成因
2.用箭头在下面的模型中画出铅在生态系统中的流动情况，讨论铅在生态系统中的流动与碳在生态系统中的循环有什么不同？
生产者
消费者
分解者
非生物环境
铅沿食物链（网）单向流动，碳在生物群落与非生物环境之间循环往复。
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。
在生物体内形成稳定的不易排出的物质。
重金属：如铅（Pb）、镉（ Cd ） 、汞（ Hg ）等。
人工合成的有机化合物：如DDT、 六六六等。
新课讲授
[探究二]生物富集现象及其成因
1
概念
2
成因
3
常见生物富集物质
新课讲授
[探究二]生物富集现象及其成因
4
特点
思考：在农田中大量使用的DDT杀虫剂，为什么会在南极的企鹅体内检测到？这说明生物富集具有什么特点？
①具有全球性：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生物放大：有害物质会沿食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链顶端（即随营养级升高，生物体内有害物质的浓度逐级递增，呈现生物放大现象）。
新课讲授
[探究二]生物富集现象及其成因
5
危害
在生物体内形成积累性中毒。例如，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。
在湖泊里种植大量芦苇，芦苇可以吸收水中的有毒物质，而且芦苇抗毒能力非常强。将吸收了有毒物质的芦苇进行封存，防止有毒物质重新进入环境。
新课讲授
[探究二]生物富集现象及其成因
6
减少生物富集的措施
思考：如何减少生物富集现象？
①合理利用资源，减少有害物质的排放。
②实施垃圾分类，防止有毒物质进入环境。
③种植能富集有害重金属元素的植物。
④使用可降解替代品，减少难降解化合物的使用。
探究土壤微生物的分解作用
任务三
新课讲授
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。
背景资料
提出问题
作出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果，得出结论
新课讲授
[探究三]探究土壤微生物的分解作用
表达和交流
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
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
注意：实验组的土壤要进行处理，以尽可能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（例如，将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中处理1h）。
实验结果：
落叶未腐烂
落叶腐烂
参考案例1：
新课讲授
[探究三]探究土壤微生物的分解作用
背景资料
提出问题
作出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果，
得出结论
表达和交流
提出问题
作出假设
实验设计 自变量
实验组
对照组
实验现象
结论分析
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的
土壤中是否含有微生物
对土壤进行处理（灭菌）
土壤不做任何处理（自然状态）
在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组
土壤微生物对落叶有分解作用
土壤进行处理（将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中处理1h），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。
不能加热烘干，会导致土壤理化性质发生改变。
新课讲授
[探究三]探究土壤微生物的分解作用
(1)配制土壤浸出液
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
参考案例2：
1.实验原理：
2.实验步骤：
新课讲授
[探究三]探究土壤微生物的分解作用
将取自农田、林地或花盆等处的土壤放入里面垫有厚纱布的烧杯中，加水搅拌，然后将纱布连同土壤一起取出。将留在烧杯中的土壤浸出液静置一段时间备用。
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℃左右）环境放置7d后
(2)另取两个烧杯，编号A、B。
新课讲授
[探究三]探究土壤微生物的分解作用
提出问题 作出假设 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，水浴加热 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
土壤中是否含有微生物
A烧杯中加入适量淀粉糊+30mL土壤浸出液
B烧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
背景资料
提出问题
作出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果，
得出结论
表达和交流
新课讲授
[探究三]探究土壤微生物的分解作用
【练习1】
当堂训练
1.在煤燃烧、有色金属冶炼的过程中，铅会以微小颗粒被排放进入大气，然后沉降在土壤和植物表面，而铅进入生物体内后将不易被排出。下列相关叙述错误的是（　　）
A．铅能沿食物链在生物体内聚集，营养级越高的生物体内铅含量越高
B．铅随大气、水和生物迁移等途径扩散，生态系统中铅循环具有全球性
C．铅最终通过动植物的呼吸作用、微生物的分解作用等返回非生物环境
D．减少化石燃料的燃烧、加大清洁能源的利用，可减少大气中铅的来源
C
【练习2】
当堂训练
C
2.某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤（深5cm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，对土壤的处理情况见下表。下列有关叙述错误的是（　　）
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，1组和3组土壤中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，则实验中的对照组是1组和3组
D．预期结果是1组和3组的落叶不被分解，2组和4组的落叶被不同程度地分解
【练习3】
当堂训练
3.下图是生物圈中碳循环示意图。下列相关分析错误的是（ ）
B
A．对E过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡
B．A是消费者，C是生产者，B位于食物链的第三营养级
C．B属于分解者，生物群落中的其他生物均可为它提供物质和能量
D．碳循环过程需要能量驱动，同时含碳有机物又是能量的载体
【练习4】
4.（不定项）下图是生态系统能量流动和物质循环的关系图，下列叙述正确的是（ ）
BC
当堂训练
A．图中白色箭头可表示能量流动过程
B．②表示热能散失的过程，生态系统一般需要通过①过程从外界获得能量
C．不易被分解的有害物质沿③和④传递会表现出生物富集现象
D．若图中物质循环表示碳循环，则碳在③④⑤过程中的传递形式主要为含碳有机物
当堂训练
5.近年来，世界主要经济体先后公布了双碳（碳达峰、碳中和）自主减排目标。我国承诺在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。碳达峰是指化石燃料燃烧导致的CO2排放量达到峰值，碳中和是指CO2净排放量为0。下图是生物圈中碳循环示意图。请据图回答下列问题。
【练习5】
(1)碳循环是指 。
(2)碳中和是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消CO2排放总量，实现相对“零排放”。达到碳中和时，图中X1过程吸收的CO2总量 （填“大于”“等于”或“小于”）Y1、Y2、Y3和Z4过程释放的CO2总量。
(3)植树造林是“碳捕集”的重要措施之一，建立绿色低碳循环体系需要世界各国共同参与，主要原因是 。
碳元素在生物群落与非生物环境之间的循环过程
大于
碳循环具有全球性
当堂训练
比较项目 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
（光能→化学能→热能）
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、食物网）和非生物环境之间循环
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
化学元素
(无机物→有机物→无机物)
课堂小结
谢谢大家

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