3.3 生态系统的物质循环-2024-2025学年高二生物同步备课课件（人教版2019选择性必修2）

3.3 生态系统的物质循环 胡杨能抗干早、御风沙、耐盐碱，可顽强地在荒漠中生存繁衍。然而，受水资源短缺的影响，一些远离水源的胡杨也难逃死亡的厄运。这些死亡的胡杨虽历经烈日和荒漠的摧残，却依然傲立于大漠，其枝干往往呈现出千姿百态的奇特造型。 讨论 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，分解者的数量少，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。 问题探讨 一、碳循环 食物 人体的细胞呼吸 CO2 植物的光合作用 碳元素和氧元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的。 生物体和大气中的碳的含量是怎样维持相对稳定的 下面请同学们深呼吸，全班人一起呼气的时候，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，会去往何处？ 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、石油或者木材中，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。 一、碳循环 思考●讨论 分析碳循环的过程 讨论： 1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？ 非生物环境中：主要是二氧化碳，少许碳酸盐。 生物体内：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。 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 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。 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 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 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。 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 分解者 用 作 解 分 的 物 生 微 煤、 石油 3.碳的进出除生产者、消费者、分解者外，还有没有其他途径？ 其他途径：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。 大气中的CO2库 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 思考：动植物遗体一定会被分解者分解吗？ 不一定 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。 碳元素在生物群落是循环的吗？ 不是，在生物群落中是沿着食物链(网)单向流动的。 构建碳循环模型 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 水圈中的CO2库 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。 海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。 当大气中二氧化碳含量增加，水圈中的二氧化碳含量也随之增加。 如果大气中的二氧化碳发生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能 及时进入大气。 构建碳循环模型 (1）原因 化石燃料的大量燃烧（主要原因） 森林、草原等植被的破坏 (2）危害 (3）缓解措施 极地和高山冰川加速融化 海平面上升 气温升高 对人类和其他生物的生存构成威胁 减少化石燃料的使用，开发新能源 大力植树种草，提高森林覆盖率 提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。 土地荒漠化加剧，洪灾、旱灾不断 ——温室效应 增加土壤储碳量。 减少二氧化碳排放量 增加二氧化碳吸收 碳循环失调的后果 总结： 1.碳的存在形式： 主要以CO2的形式存在，少许碳酸盐 主要以含碳有机物的形式存在 非生物环境中： 在生物体内： 2.碳的循环形式 ①在生物群落和非生物环境之间：碳主要以 形式循环。 ②在生物群落内部：碳以 形式沿食物链、食物网传递。 含碳有机物 CO2 3.碳进入生物群落的途径： 4.碳返回非生物环境的途径 生产者的光合作用（主要）和化能合成作用 ①生产者、消费者的 。 ②分解者的 (实质是呼吸作用)。 ③化石燃料的 。 呼吸作用 分解作用 燃烧 5.实现碳循环的关键因素： 生产者和分解者 思路： 1. 先看双箭头：双箭头代表生产者、大气中的CO2库； 2. 其他所有成分都指向C，则C为大气中的CO2库； 3. 除了C之外，有最多被指向箭头的为分解者，即B为分解者。 大气中的CO2库 生产者 消费者 分解者 大气中的CO2库 生产者 初级消费者 次级消费者 三级消费者 分解者 拓展：碳循环图解中各成分的判定方法 组成生物体的C、H、O、N、P、S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。又叫生物地球化学循环。 1.概念 2.范围: 生物圈 3.特点: ①全球性 ②循环往复运动 二、生态系统的物质循环 非生物环境 生物群落 C、H、O、N、P、S等元素 鱼稻共生 稻田的水给鱼提供生长环境，鱼可吃害虫，排泄物可为水稻提供有机肥，鱼和水稻形成了一个无公害的生物微循环 鱼菜共生 大棚里，既养鱼又种菜，不影响产量还能节水节肥，实现养鱼不换水，种菜不施肥的神奇效果。鱼帮菜、菜帮鱼，和谐互助 鸭子可吃掉水稻叶片上害虫及虫卵，粪便可作有机肥料，其在水里游动，加快水稻对养分吸收，也改良了土壤通透性，达到了生态高效种植效果 稻田养鸭 种养结合模式 3.在农业方面的应用 （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 （　 　） 1.判断常考语句，澄清易混易错 【现学现用】 2.如图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析错误的是（　　） A、生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足 B、A是消费者，C是生产者，碳在各成分间以CO2的形式传递 C、对E过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡 D、碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量的载体 B 大气中的CO2库 生产者 分解者 消费者 化石燃料的燃烧 3.下图为碳循环示意图，甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分，下列叙述正确的是（　 ） 碳循环是指二氧化碳在甲与丙之间不断循环的过程 B. 乙在该生态系统中均处于第二营养级 C. 甲、乙、丙共同组成生物群落 D. 生物X不可能不具有细胞核，生物Y不可能含有线粒体 C 4.如图为生态系统能量流动和物质循环的关系图，下列相关叙述错误的是（ ） A.图中黑色箭头可表示能量流动过程，白色箭头可表示物质循环过程 B.能量流动和物质循环可借助生物之间的取食过程相依相伴进行 C.②表示热能散失的过程，生态系统需要通过①过程从外界获得能量 D.若图中物质循环表示碳循环，则碳在③④⑤过程的传递形式为CO2 D 5.稻鸭共作是我国传统的生态种养模式，在水稻栽种后至抽穗前将鸭子放养在水稻田中。鸭子可为稻田除草、灭虫；稻田可为鸭子的生长提供食物等生活条件。下列对稻鸭共作模式的生态学优点的分析不正确的是（　　） A．稻鸭共作模式能够减少饲料的投入，降低饲养成本 B．稻鸭共作模式能够减少化学农药的使用，减轻环境污染 C．稻鸭共作模式很好地实现了物质和能量的循环利用 D．稻鸭共作模式的设计兼顾了生态效益和经济效益 C 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 三、生物富集 4.生物富集的主要途径： 食物链、食物网 3.发生生物富集的物质的特点： ①在环境和生物体中存在形式是比较稳定的； ②必须是生物体能够吸收的且不易排出的； ③在生物代谢过程中是不易被分解的。 4.实例—铅的富集: 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 5. 生物富集现象的特点 ①具有全球性： 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。 ②有害物质在生物体内的浓度会沿食物链 。 如上图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍 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） < < 2 ppm 5 ppm 200 ppm 1600 ppm 浮游生物 鱼 水鸟 水 不断升高 6.生物富集的危害： 在生物体内形成积累性中毒 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 8.减少生物富集的的措施： 合理利用资源，减少排放；实施垃圾分类；种植能富集有害重金属元素的植物。 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返 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) 四、物质循环与能量流动的区别与联系 (1)生态系统的物质循环指的是各种化合物在生物群落与非生物环境之间循环往返( ) (2)大气中的CO2进入生物群落的唯一方式是光合作用( ) (3)碳元素在生物群落中以有机物形式循环( ) (4)植树造林是缓解温室效应的最有效途径( ) (5)物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力( ) (6)生物富集的物质会沿着食物链、食物网在生物体内聚集，营养级越高，浓度也越高( ) × × × × √ √ 【现学现用】 2.(不定项）下图1是生态系统的碳循环部分示意图，其中甲、乙、丙、丁组成了生物群落；图2为相关食物网。下列说法正确的是(　　　) ACD A.图1中缺少两个箭头，分别是“无机环境→丁”以及“甲→丙” B.图1中的丁、丙分别和图2中的A、E相对应 C.图1中的甲对应图2中的D、C、B D.上图中Pb、Hg等有害物质在乙和E中积累相对较多 3.“落红不是无情物，化作春泥更护花”体现了生态系统中物质循环的原理。根据这一原理， 下列说法错误的是(　　) A.物质循环中的“物质”指的是组成生物体的各种元素 B.物质循环中的“循环”指的是在生物群落和无机环境之间的循环 C.物质是能量的载体，物质循环也可以促进能量循环利用 D.生态农业可以加快生态系统的物质循环 C （1）土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为 。 （2）分解者的作用是将环境中的 分解为 ，其分解速度与环境中的 、 等环境因素有关。 分解者 有机物 无机物 温度 湿度 1.实验原理 三、生物富集 五、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 案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 对土壤高温处理 （灭菌） 土壤不进行处理，自然状态 实验结果： 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。 落叶未腐烂 落叶腐烂 分解 案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用 1.实验原理： 淀粉 碘液 变蓝 淀粉 葡萄糖 产生砖红色沉淀 斐林试剂 加热 2.实验步骤： （1）配制土壤浸出液 2.实验步骤： （2）另取两只烧杯，编号A、B 淀粉糊 加入30ml土壤浸出液 加入碘液 A B 加入30ml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 3.结论： 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 （1）可采烘干的方法除去实验组中的土壤微生物(　　) （2）应将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下(　　) （3）对照组中落叶的分解速度明显高于实验组(　　) （4）实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验(　　) 1.判断正误 × × √ × 【现学现用】 2.某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5 cm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，对土壤处理情况如表所示。下列有关叙述不正确的是（ ） C 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，作为实验材料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，实验中对照组是1组和3组 D.预期结论是1、3组的落叶不被分解，2、4组中的落叶被不同程度地分解 3.一位同学要探究土壤微生物能否分解农药，并尽快得出实验结论，用“敌草隆”(一种除草剂)进行实验：取等量沙土分装于相同的两个容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌。下列有关叙述正确的是（ ） A.检测“敌草隆”的消失情况，预计a的“敌草隆”全部消失，b的基本不变 B.向a、b中喷入等量的“敌草隆”，再置于同一恒温箱中培养相同时间 C.只用沙土实验效果比用几种典型土壤混合后的好 D.再增加c组作为对照，不喷入“敌草隆”，其他处理与a、b组相同 B $$