3.3 生态系统的物质循环（第1课时）（优质精讲课）-【大单元教学】高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修2）

人教版高中生物选择性必修2 第3章 生态系统及其稳定性 第3节 生态系统的物质循环 （第一课时） 物质循环及与能量流动的关系 【本节聚焦】 生态系统的物质循环过程是怎样的？ 物质循环与能量流动的关系是怎样的？ 学习目标、重难点 核心素养 1．以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环。 2．举例说出生态系统的物质循环具有全球性。 3．关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。 4．说明能量流动和物质循环的关系 1.生命观念:通过分析生态系统的物质循环和能量流动的关系，建立生命系统的物质和能量观。 2.科学思维:通过分析物质循环的模式图，培养运用理性思维分析问题、解决问题的能力。 3.社会责任:通过分析温室效应产生的原因及减缓措施，培养环保意识。 1.教学重点:分析碳循环的过程，概述生态系统的物质循环过程。 2.教学难点:说明能量流动和物质循环的关系。 2 大家和我做一个简单的动作 先吸气 再呼气 你能想象这些二氧化碳分子的去向吗？ 有的可能随着大气环流飘向异国他乡 CO2中的碳、氧元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的。 思考：请根据之前所学，请构建碳元素在生物群落和非生物环境之间循环往复的“旅行”路径结构图？ 一、碳循环 1、模型成果展示 思考： 请根据下图自己构建的模型图，下列两个模型有什么亮点和缺陷呢？ 缺陷：化石燃料的燃烧，植物的呼吸作用，水圈 对CO2补充。。。。 【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、碳在非生物环境和生物群落之间主要以什么形式进行循环的？循环的范围如何？ 3.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）？ 阅读教材P61-62思考讨论，结合下列问题引导和图3-10，尝试用关键词、线段、箭头、方框等构建碳元素循环往复的“旅行”路径图？ 一、碳循环 2.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？ 煤、石油 生物群落中的有机物 大气中的CO2库 一、碳循环 非生物环境: 主要以CO2和碳酸盐的形式存在 大气中的CO2库 主要存在于岩石圈中 主要是含碳有机物。 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。 一、碳循环 2、碳在非生物环境和生物群落之间主要以什么形式进行循环的？循环的范围如何？ 煤、石油 生物群落中的有机物 大气中的CO2库 CO2 生物圈 3.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）？ 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。 3.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）？ 一、碳循环 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。 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。 讨论1：碳元素在生物群落是循环往复的吗？ 不是，在生物群落中是沿着食物链(网)单向流动。 一 碳循环 请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳元素循环往复的“旅行”路径图？ 遗体和排出物 捕食 生产者 消费者 分解者 呼吸作用 呼吸作用 光合作用 大气中的CO2库 分解作用 非生物环境 生物 群落 一、碳循环 食物链和食物网 遗体和排出物 捕食 生产者 消费者 分解者 呼吸作用 光合作用 大气中的CO2库 分解作用 食物链和食物网 10 一、碳循环 煤、石油 水体中的HCO3-等 岩石中的CaCO3等 大气中的二氧化碳库 （1）CO2与HCO3-的相互转化； （2）CaCO3与HCO3-的相互转化； （3）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。 其他途径 讨论3：碳的进出除生产者、消费者、分解者外，还有没有其他途径？ 一 碳循环 请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳元素循环往复的“旅行”路径图？ 遗体和排出物 捕食 生产者 消费者 分解者 呼吸作用 呼吸作用 光合作用 大气中的CO2库 分解作用 非生物环境 生物 群落 一、碳循环 食物链和食物网 遗体和排出物 捕食 生产者 消费者 分解者 呼吸作用 光合作用 大气中的CO2库 分解作用 食物链和食物网 水圈中的CO2库 化石燃料 燃烧 12 一 碳循环 请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳元素循环往复的“旅行”路径图？ 遗体和排出物 捕食 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 大气中的CO2库 分解作用 非生物环境 生物 群落 水圈中的CO2库 一、碳循环 食物链和食物网 碳循环模型示意图 13 积极影响 但人类又大力开展植树造林、开发新能源、发展节能产业等，有利于降低大气中的二氧化碳浓度，维持生物圈的碳平衡。 消极影响 人类活动对煤和石油等资源的利用，会向大气中排放大量的二氧化碳，打破了生物圈中碳循环的平衡，加剧温室效应，引起全球性的气候变化； 讨论3：如何看待人类活动对碳循环的影响。 思考：碳循环失调有什么影响呢？与温室效应有关吗？ 一、碳循环 一、碳循环 碳循环失调的后果： 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原因 (2)森林、草原等植被遭到大面积破坏。 (1)化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放。 温室效应 ②危害 气温升高 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 ③防治措施 植树造林。 减少化石燃料的燃烧。提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。 一、碳循环 一、碳循环 2.25 5.实现碳循环的关键因素： 2.进入生物群落的途径： 3.碳在生物群落内传递的途径： 食物链（网） 光合作用（主要）和化能合成作用 1.流动形式 ①生物群落与非生物环境间：CO2 ②生物群落内部：含碳有机物 4.碳返回非生物环境的途径： ②分解者的分解作用（实质是呼吸作用） ①生产者、消费者的呼吸作用 ③化石燃料的燃烧 非生物环境 （ CO2 ） 生物群落 （有机物） 光合作用、化能合成作用 呼吸作用、分解作用 生产者和分解者 6.与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器： 线粒体和叶绿体 7.碳循环具有全球性的原因： CO2能够随着大气环流在全球范围内进行 一、碳循环小结 一 判定下图碳循环图解中各成分名称 生产者 大气中的CO2库 消费者 分解者 生产者 大气中的CO2库 生产者 大气中的CO2库 一、碳循环 消费者 分解者 分解者 初级消 费者 次级消 费者 注意：碳循环中各成分包括生产者、消费者、分解者和大气中的CO2库。 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。 19 1．某同学画出三幅表示生态系统部分碳循环的示意图，下列分析不正确的是(　　) A.甲、乙、丙三幅图中生产者都是A B.图甲中C能促进生态系统的物质循环和能量流动 C.图乙中A、B、D、E构成群落，碳在其中流动的形式是有机物 D.若使图甲、图乙、图丙完整表示碳循环，需补充化石燃料燃烧产生CO2 趁热打铁 A 高能固氮 工业固氮 生物固氮 二、物质循环 氮循环过程 1、自然固氮（高能固氮）：大气中的氮气和氧气在高温或雷电放电时会化合成NO，方程式2NO+O2==2NO2。 2、人工固氮（工业固氮）：工业上利用N2和H2为原料生产氨气，方程式：N2+3H2==2NH3（高温高压、催化剂）。 3、生物固氮：某些豆科植物根部的根瘤菌可将大气中游离的N2转变为NH4+，被植物吸收。 21 3. 生物群落中的氮最终通过什么途径返回大气中？ 2. 大气中的氮气通过什么途径进入生物群落？ 拓展：氮循环过程 1. 植物吸收的氮以 形式存在。 4. 据图可知氮元素是不断循环的，但农田生态系统为什么仍需不断施加氮肥？ 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。 离子 固氮生物的固氮作用 反硝化作用 二、物质循环 二、物质循环 磷循环过程 思考：这些元素循环有什么共同特点？ 元素不断从非生物环境进入生物群落中，又从生物群落回到非生物环境中,循环往复。 磷主要以磷酸盐形式贮存于沉积物中，以磷酸盐溶液形式被植物吸收。但土壤中的磷酸根在碱性环境中易与钙结合，酸性环境中易与铁、铝结合，都形成难以溶解的磷酸盐，植物不能利用。而且磷酸盐易被径流携带而沉积于海底。磷质离开生物圈即不易返回，除非有地质变动或生物搬运。因此磷的全球循环是不完善的。磷与氮、硫不同，在生物体内和环境中都以磷酸根的形式存在，因此其不同价态的转化都无需微生物参与，是比较简单的生物地球化学循环。 23 1. 物质循环概念： 组成生物体的 等 ，都在不断进行着从 ， 的循环过程，这就是生态系统的物质循环（matter cycle）。 这里所说的生态系统是指地球上最大的生态系统——生物圈。 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 碳、氢、氧、氮、磷、硫 元素 非生物环境到生物群落 又从生物群落到非生物环境 二、物质循环 2.特点： ①循环往复运动 ②全球性 思考：有人说这些元素的循环具有全球性，你赞同吗?说说你的理由。 CO2大气循环 CO2海洋循环 二、物质循环 3.含义 ①“物质循环的范围”指：_________________________________。 ②“物质”:是指组成生物体的___________，而不是单质，也不是由这些元素组成的化合物——蛋白质、糖类、脂肪等。 ③“循环”: 化学元素 指组成元素在非生物环境和生物群落之间的反复利用，而不是生物群落中。 生物圈，又叫生物地球化学循环 物质循环具有全球性、循环往复运动 那能量流动呢？能量流动和物质循环又有什么关系呢？ 一 碳循环 请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程 遗体和排出物 捕食 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 大气中的CO2库 分解作用 非生物环境 生物 群落 水圈中的CO2库 三、能量流动与物质循环的关系 食物链和食物网 碳循环模型示意图 光能 热能 26 能量流动 物质循环 范围 形式 特点 联系 生物圈 主要以 的形式 单向流动、逐级递减 全球性、循环往复运动 同时进行，相互依存，不可分割 ①能量的 ，离不开物质的 等过程； ②物质是能量流动的 ； ③能量是物质循环的 。 （光能→化学能→热能） 化合物 (无机物→有机物→无机物) 固定、储存、转移和释放 合成和分解 载体 动力 生态系统各 之间。 有机物中的化学能 营养级 三、能量流动与物质循环的关系 能量流动与物质循环比较 2.下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，错误的(　 ) A.使用粪便作为肥料，其能量可以流向植物，实现了对能量的循环利用 B.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的 C.非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用 D.能量流动和物质循环是同时进行的，彼此相互依存，不可分割 A 趁热打铁 （1）能量流动和物质循环相伴而行，但能量在传递过程中由 → → ，而物质在循环过程中（以碳循环为例）， 由 → → 。 （2）能量流动的终点是热能散失到非生物环境中，能量 （能/不能）循环利用。而物质循环产生的CO2又被重新利用，所以没有终点。 不能 光能 化学能 热能 无机物（CO2） 有机物 无机物（CO2） 注意事项 请齐读课本P65第一段 生态系统的物质循环 物质循环 对象：组成生物体的元素 特点：全球性，循环性 碳循环 过程 物质循环与能量流动的关系 范围：生物圈 实例 课堂小结 1．(2024·长春月考)下列关于生态系统中物质循环的说法不正确的是(　　) A.生态系统的物质循环发生在种群和无机环境之间 B.无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用 C.植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环 D.科考人员在南极发现了某些有害农药，此现象说明生态系统的物质循环具有全球性的特点 A 课后练习 2．(2024·青岛期末)如图为生态系统的碳循环示意图，其中c是大气中的二氧化碳库。下列说法正确的是(　　) A.d代表生产者，碳通过呼吸作用从c流向d B.碳可以有机物的形式从d流向a再流向b C.a1、a2、a3的存在减慢了生态系统的碳循环 D.能把有机物转变成无机物的成分是b、d 　 B 课后练习 3． (2024·滨州期中)下列关于生态系统能量流动和物质循环的叙述，错误的是(　　) A．能量流动包括生态系统中能量的输入、传递、转化和散失 B．能量流动和物质循环同时进行，相互依存，不可分割 C．物质作为能量的载体，使能量在生物群落和无机环境之间循环往返 D．任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以维持生态系统的正常功能 C 课后练习 4.右图为生态系统的碳循环模式图，请据图回答下列问题。 (1)图中a表示________，b表示________ (填生态系统的组成成分)。图中②过程代表____________________过程。 (2)如果补充图中的箭头，将原来e的食物来源改为一半来源于d，一半来源于a，理论上，由a供养的e的数量将会________，理由是______________________________________________________________________________________________。 (3)如果图中的数字表示碳含量，则夏季②________(填“大于”“小于”或“等于”)①＋④＋⑨。 生产者 分解者 光合作用和化能合成作用 增多 调整后的营养结构，增加了e对a的直接摄入，减少了通过c和d进行的能量散失，e获得的能量增加 大于 课后练习 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.63 $$