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(共39张PPT)
第3章 生态系统及其稳定性
第3节 生态系统的物质循环
第1课时 生态系统的物质循环
导入新课（导入一）
中华文明传承五千多年,积淀了丰富的生态学智慧。《荀子》中写道:“水深而回,树落则粪本”,从生物学的角度阐释“树高千丈,叶落归根”,蕴含了生态系统的物质循环原理。诸如碳、氢、氧之类的元素,在生态系统中不断变换形态,有时是生物体的组成部分,有时又是无机环境的成分。物质是怎样在生物群落与无机环境之间往复循环的 物质循环对于维持生态系统的稳态具有怎样的作用
导入新课（导入二）
森林中的一棵大树倒下了,那么树从空气中固定的碳、从土壤中吸收的营养,岂不也浪费了 倒下的树干太占地方了,怎么清理掉呢 不用担心,白蚁义不容辞地承担了这项重任。相比细菌、真菌等微生物只能水滴石穿般慢慢地侵蚀木头,白蚁可以在短时间内把整块木头粉碎。
以色列沙漠地带的白蚁可以吸收转化食物里80%的碳和65%的氮并以粪便的形式固定。非洲稀树草原的大白蚁会建造高大的蚁丘,这些蚁丘给很多动物提供了食物和庇护所。
导入新课（导入二）
千百万年来,白蚁日复一日地把其他生物无法利用的死亡树木一点点分解。被分解的死亡树木一部分转化为富含有机质的土壤,另一部分转化为白蚁自身的物质,并间接养活了包括穿山甲在内的许多靠白蚁为食的动物。生态系统获得了肥沃的土壤,植物欣欣向荣;病弱的树木被剔除掉,将更多的空间和资源留给健康的树木。在有白蚁的生态系统中,白蚁是无可替代的生态卫士。
环节一：碳循环（思路一）
某区域生态系统示意图
环节一：碳循环（思路一）
碳在非生物环境中主要以CO2的形式存在,在生物体内主要以有机物的形式存在。
(1)碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在
环节一：碳循环（思路一）
(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、方框等表示其过程。
环节一：碳循环（思路一）
环节一：碳循环（思路一）
资料 海洋生态系统在全球碳循环中起着决定性作用。CO2进入海水后,主要以H2CO3、HCO3-、CO32-等无机形式存在,CO2与水结合生成 H2CO3,H2CO3可电离成 H+ 和HCO3-,HCO3-可进一步电离成 H+和CO32-,它们之间存在平衡关系:
环节一：碳循环（思路一）
任务:尝试构建碳循环示意图。
环节一：碳循环（思路一）
资料 2020年澳大利亚山火肆虐4个多月,全国范围内已有600万公顷土地因山火被毁,约是2019年巴西亚马孙雨林大火焚毁面积的2倍,约是2018年美国加州山火焚毁面积的6倍。
多地大面积的森林大火对碳循环产生了哪些影响
环节一：碳循环（思路一）
我国建设的重大生态林工程,如天然林保护工程、退耕还林工程显示出巨大的固碳潜力。实施秸秆还田增加土壤含碳量,开发建设水电、风电等清洁能源项目,未来还有望收集废气中的二氧化碳经液化由管道送入深海,实现深海封储固碳。
环节一：碳循环（思路一）
资料 湿地在植物生长、促淤造陆等生态过程中积累了大量的无机碳和有机碳。湿地土壤水分呈过饱和状态,具有厌氧的生态特性,土壤微生物以厌氧菌类为主,活动相对较弱,湿地积累的碳形成了富含有机质的湿地土壤,因此湿地具有较高的固碳潜力。全球沿海湿地每年碳的固定量约为45 000万吨。
环节一：碳循环（思路一）
环节一：碳循环（思路一）
思考有哪些生物固氮途径。
氨化作用、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。
环节一：碳循环（思路一）
生态系统的物质循环依赖于生产者、消费者和分解者之间的相互作用,其中微生物的分解作用是物质循环的关键环节,食物链和食物网是其循环的重要渠道。无机环境中的物质在循环的过程中伴随着物质和能量的转化,但物质只是改变存在形式而不会消失,可以被生物群落反复利用,在生态系统内不断循环。
环节一：碳循环（思路一）
物质循环的概念:
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。
物质循环既涉及生物化学系统,又涉及地球化学系统,因此又叫作生物地球化学循环,简称生物地化循环。
物质循环具有全球性。
环节一：碳循环（思路二）
1.碳循环的过程
碳循环的概念:碳元素在生物圈中的循环过程称为碳循环。
3.人类活动对碳循环的影响
环节一：碳循环（思路二）
2.水圈在碳循环中的作用
资料 人类燃烧化石燃料以获得能量时,产生大量的二氧化碳。从1949年到1969年,由于燃料燃烧以及其他工业活动,二氧化碳的生成量每年增加约4.8%。其结果是大气中二氧化碳浓度升高。这样就破坏了自然界原有的平衡,可能导致气候异常。化石燃料燃烧生成并排入大气的二氧化碳有一小部分可被海水溶解,但海水中溶解态二氧化碳的增加又会引起海水中酸碱平衡和碳酸盐溶解平衡的变化。
3.人类活动对碳循环的影响
环节一：碳循环（思路二）
人类活动通过化石燃料燃烧向大气中释放了大量的二氧化碳,所释放的这些二氧化碳大约有57%被自然生态系统所吸收,约43%留在了大气中。留在大气中的这部分二氧化碳使全球大气中二氧化碳浓度由工业革命前的280 ppm 增加到2019年的约410 ppm,导致了全球气候变暖。
环节二：生物富集（思路一）
资料 在自然条件下,铅多以较稳定的形式存在于地壳中,只有发生火山喷发、沙尘暴、大火等剧烈变化时,少量的铅才会进入大气,随着降水沉降进入水体、土壤和植被表面。在生物群落内,植物利用根从土壤中吸收铅、利用叶片吸收吸附在植被表面的铅,继而通过食物链、食物网传递给下一营养级中的生物。
环节二：生物富集（思路一）
动物除了摄食,还会通过饮水摄入水中的铅。这样,非生物环境中的铅就进入生物群落。自然过程中这样流动着的铅很少,且过程十分缓慢。然而,人类的活动加速了铅的循环,尤其在工业革命以后,煤的燃烧、有色金属的冶炼等,加速了这种过程。
环节二：生物富集（思路一）
资料 中国血蛤生活在水体底层,它生活的环境包括水体和水底沉积物。如图为不同采样点中水、水底沉积物和中国血蛤体内的铅浓度。
环节二：生物富集（思路一）
资料 水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图。
铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高。在生物学中,我们将这一现象叫作生物放大。
环节二：生物富集（思路二）
资料 生物圈中物质循环依赖于食物链,有害物质(如重金属、部分化学药剂)的富集现象也与食物链有关。由于工农业生产的迅速发展,人类向环境中排放的化学物质与日俱增,从而使生物圈中有害物质的数量和种类相应地增加。这些物质一经排放,便参与生态系统的物质循环,它们像其他物质一样,沿着食物链与无机环境进行循环流动。
环节二：生物富集（思路二）
所不同的是,大多数有害物质,特别是难以分解的人工合成的大分子有机化合物和重金属元素,在生物体内具有浓缩现象。这些有毒物质长期停留在生物体内会导致生物体中毒,甚至死亡。这也是环境污染造成公害的主要原因之一。
环节二：生物富集（思路二）
资料 1995年6月中国科学院动物研究所的科研人员在白洋淀区端村水域采集水体、表层底泥和几种水生生物的样品,用气相色谱仪测定其 DDT的含量。结果表明,尽管水体中DDT含量不高,但各种水生生物体内DDT的含量却达到惊人的程度。
环节二：生物富集（思路二）
环节二：生物富集（思路二）
难以分解的化合物(如DDT)或重金属(如铅、汞)在生物体内的浓度远远超过环境中浓度的现象,称为生物富集。生物富集常伴随食物链而发生生物放大。
环节二：生物富集（思路二）
DDT进入食物链(网)的途径:
人类使用的DDT主要通过两种途径进入食物链(网)。一是通过植物的茎、叶和根进入植物体,在其体内积累起来,再依次被植食性动物和肉食性动物逐级取食,逐级富集;二是喷洒的DDT落入地面,经过土壤动物(如取食土壤中有机碎片的蚯蚓)和食虫动物(如鸡)而逐级富集。所以,食物链越复杂,逐级富集量越大。
环节二：生物富集（思路二）
资料 地壳中的汞经过两条途径进入生态系统。一是通过火山爆发、岩石风化等自然活动,二是经过人类活动(如开采、冶炼、喷洒农药)。汞进入生态系统后,土壤和空气中的汞能在农作物体内积累并通过食物链进入人体,对人类健康产生潜在威胁。由于汞在常温下呈液态,可形成无色无味的汞蒸气,从而极易在生物圈中迁移和转化。汞可以被环境中特定的微生物转化为含汞的有机化合物(如甲基汞),这是一种脂溶性的有机汞化合物,比无机汞毒性更高,且更容易被其他生物所吸收。
环节二：生物富集（思路二）
生活在被汞污染的水体中的鱼类,鱼龄越大,体内富集的汞就越多。一般来说,肉食性鱼体内汞含量大于植食性鱼,食鱼的鸟在体内蓄积的汞也很多。所以,从防止重金属污染的食品安全角度而言,人们在选择食用鱼类时,植食性鱼比肉食性鱼更安全。进入人体的甲基汞在体内代谢缓慢,且不易排出,严重时可以引起中毒。通过血脑屏障进入大脑的汞会侵害脑神经细胞,导致脑萎缩。例如,水俣病主要由甲基汞中毒造成。患者会出现步履蹒跚、精神失常等症状。
环节二：生物富集（思路二）
铅进入生物群落的途径及随食物链聚集的过程示意图
环节三：能量流动和物质循环的关系
物质循环和能量流动是生态系统的两个基本过程,两者总是相伴发生,它们使生态系统各个营养级之间和各组分之间组成了一个完整的功能单位。
生态系统碳循环和能量流动的示意图
环节三：能量流动和物质循环的关系
任务:列表比较能量流动和物质循环。
核心总结
课堂练习
1.如图是生态系统中碳循环示意图,其中“→”表示碳的流动方向。下列叙述错误的是 ( )
A.在碳循环过程中,同时伴随着能量流动
B.由于某种原因造成图中 E生物数量大量减少,
推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发
生的变化是D增多,F减少
C.该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、B
D.碳在A→C过程中主要以CO2的形式进行循环,在F→B过程中以含碳有机物的形式进行流动
C
课堂练习
2.在煤燃烧、有色金属冶炼过程中,铅会以直径不足0.5 μm的微小颗粒被排放进入大气,然后沉降在土壤和植物表面,而铅进入植物和动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富集,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.铅最终通过动植物呼吸作用、分解者分解作用和燃烧等返回非生物环境
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
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