3.3生态系统的物质循环课件-2024-2025学年高二上学期生物人教版（2019）选择性必修2

3.3 生态系统的物质循环 问题探讨 1、胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？ 荒漠中缺乏水分，分解者数量很少，因此死亡后的胡杨无法被快速分解。 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？ 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，胡杨还会从土壤中吸收营养物质，因此，长有胡杨的荒漠土壤比草原的更为贫瘠。 两种元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环 的。 呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，进入大气中。 你能想象这些二氧化碳分子的去向吗？ 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？进入你体内之前又存在于什么物质中？ 食物 人体的细胞呼吸 CO2 植物的光合作用 1、碳元素的作用与大气中碳的主要存在形式 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 大气中的碳主要是二氧化碳。 1、碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？ 非生物环境： 生物体内： 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？ CO2和碳酸盐 （含碳）有机物 CO2 生物圈 分析碳循环的过程 思考∙讨论 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）？ CO2 生产者 消费者 分解者 光合作用 呼吸作用 呼吸作用 分解作用 有机物 有机物 有机物 进生物体 生产者的光合作用 生产者的化能合成作用 消费者的摄食 出生物体 生产者、消费者呼吸作用 微生物的分解作用 化石燃料的燃烧 4、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。 大气中的CO2库 燃 烧 光 合 作 用 呼 吸 作 用 生产者 消费者 摄食 微生物的 分 解 作 用 呼 吸 作 用 动植物的遗体和排遗物 泥炭、煤、石油 化石燃料 分解者 1、碳循环示意图 2.碳循环相关知识点小结 （1）存在形式 ①非生物环境中： ②生物群落内部： （2）流动形式 ①生物群落与非生物环境之间： ②生物群落内部： 碳在生物体之间传递途径： 食物链和食物网 CO2（主要）和碳酸盐 （含碳）有机物 CO2 （含碳）有机物 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。 （3）进入生物群落的途径 （4）返回非生物环境的方式 （5） 对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。 ①主要：光合作用 ②化能合成作用 ①生产者、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 海洋 2.碳循环相关知识点小结 （6）特点： 全球性 二氧化碳能够随大气环流在全球范围内流动。 E→F→D→B 【问题探究】碳循环示意图变式分析： 辨图要点： 1、碳循环中，只有生产者与无机环境之间的传递是相互的，其他各成分之间的传递都是单向的。 2、生产者指向消费者和分解者（传递），而消费者和分解者则指向无机环境（传递）。 3、消费者指向分解者（传递）。 3、碳循环与温室效应 化石燃料的燃烧 冰川融化 （1）形成原因： 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）危害： 引起全球性气候变化； （3）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 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。 冰川加速融化，海平面上升 4、生态系统的物质循环 （1）概念： （2）特点： 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。 这里的物质是指？ 这里的生态系统是指？ C、H、O、N、P、S等元素 生物圈 ①具有全球性： ②物质循环往复运动 物质循环的范围为生物圈 生物地球化学循环 （3）在农业方面的应用 物质在生态系统中循环往复运动的特点，对改进农业生产方式有多方面的启示。 例如，可以可采用种养结合的模式，在稻田中养鸭养鱼，动物的摄取食、消化能促进物质循环，它们排出的粪便中氮、磷等可供水稻吸收利用，它们呼出的二氧化碳还可以为水稻的光合作用补充原料。 4、生态系统的物质循环 （1）参与物质循环的对象是含有碳的糖类、脂肪、蛋白质等有 机物 （　　 ） （2）物质循环的范围是生物圈，而不是具体的某一生态系统 （　 　） （3）沼渣等作为肥料还田，使物质能够循环利用 （　 　） （4）在碳循环中生产者只起固定CO2的作用 （　 　） （5）由于过度地开采和使用化石燃料，破坏了生态系统的碳平衡，导致 大气中二氧化碳浓度增加并引起全球气候变化 （　 　） （6）海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用 （　 　） 5.判断常考语句，澄清易混易错 物质循环具有全球性 农田 南极的企鹅 DDT杀虫剂 是不是所有的物质都能较快地通过食物链回归非生物环境呢？ 二、生物富集 ①重金属：如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等； ②人工合成的有机化合物：如DDT、六六六等； ③一些放射性物质。 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。 1、概念 2、常见存在生物富集现象的物质 煤燃烧、有色金属冶炼 铅被排放进入大气 沉降在土壤和植被表面 进入土壤 进入水体 植物根吸收，叶片摄入铅 水生植物、浮游动物直接吸收铅，动物饮用含铅的水，直接摄入铅 铅进入体内形成多种比较稳定的铅的化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被排出，积蓄在体内 含铅生物被更高营养级动物食用，沿食物链聚集 最终积累在食物链的顶端 铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高 人类活动加速了铅的循环，改变了铅在环境中的分布。 3、生物富集实例——铅的富集 （1）动、植物直接吸收。 （2）沿食物链在生物体内逐渐聚集，积累在食物链的顶端。 形成比较稳定的铅化合物分布于生物体的多种组织细胞中，不易被排出，积蓄在体内。 4、进入生物体方式 5、在生物体的分布： 二、生物富集 ①具有全球性 导致生物富集的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。 鱼鹰（2.5×10-5） 大鱼（2×10-6） 小鱼（5×10-7） 植物（4×10-8） 水（3×10-12） 有害物质在生物体内的浓度 ②有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高 如右图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍 6、生物富集现象的特点 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。 1952年，日本5万多只猫集体跳海自尽 2017年9月24日《水俣公约》第一届缔约国会议开幕 日本患者呼吁加强管控 在生物体内形成积累性中毒。 7、生物富集的危害： 能量流动 物质循环 范围 形式 特点 过程 联系 生态系统各营养级之间 生物圈 主要以有机物中的化学能的形式 碳在生物群落和非生物环境间主要以二氧化碳的形式 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 在生物群落和非生物环境之间循环往返 （1）二者是生态系统的主要功能，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）物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动； （4）能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返。 三、能量流动和物质循环的关系 （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） 三、能量流动和物质循环的关系分析 【背景资料】 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。 四、探究土壤微生物的分解作用 秋天刚收获的花生 第二年春天从土中刨出的花生 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。 1.【实验原理】 案例1 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 2.【实验设计】 提出问题 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 实验假设 落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂 实验设计 实验组 对照组 自变量 预测实验现象 结论分析 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 3.【实验过程】 【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℃恒温箱中处理一小时） 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 4.【实验结果】 落叶未腐烂 落叶腐烂 案例2 探究土壤微生物对淀粉的分解作用 土壤微生物通过分泌淀粉酶能将淀粉分解为还原性糖（麦芽糖、果糖、葡萄糖），通过碘液检测，可以证明淀粉被分解；通过斐林试剂（水浴加热）的检测，可以证明淀粉被分解为还原性糖。 1.【实验原理】 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 提出问题 土壤微生物能分解淀粉吗？ 实验假设 土壤微生物能分解淀粉 实验设计 实验组 对照组 自变量 实验现象 加入 碘液 A1 B1 加入 斐林试剂 A2 B2 结论分析 是否加入土壤浸出液（是否含有分解淀粉的微生物） 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 2.【实验设计】 3.【实验过程】 （1）配制土壤浸出液 纱布 烧杯 土壤 水 玻璃棒 水 取出 碘液 斐林试剂 加热 （2）另取两只烧杯，编号A、B 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 不变蓝 出现砖红色沉淀 变蓝 不出现砖红色沉淀 室温（20℃）环境放置7d后 4.【实验结果】 提出问题 土壤微生物能分解淀粉吗？ 实验假设 土壤微生物能分解淀粉 实验设计 实验组 对照组 自变量 实验现象 加入 碘液 A1 B1 加入 斐林试剂 A2 B2 结论分析 是否加入土壤浸出液（是否含有分解淀粉的微生物） 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 5.【实验结果分析】 不变蓝 变蓝 出现砖红色沉淀 不出现砖红色沉淀 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 土壤是微生物的天然培养基，大多数的土壤微生物是生态系统中的分解者，能够将土壤中的有机物分解为无机物。 土壤微生物的分解能力受温度和土壤湿度影响较大，一般情况下温度与湿度越高，土壤微生物的分解能力越强；反之，则越弱。 【实验总结】 $$