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 高中生物选择性必修2 生物与环境 1 通过比较物质循环与能量流动的关系,建立普遍联系的观点及生命系统的物质和能量观。(生命观念) 2 关注碳循环平衡失调与温室效应,关注生物富集。(社会责任) 3 构建生态系统物质循环的模式图,培养运用科学思维分析问题、解决问题的能力。(科学思维) 学习目标 胡杨(沙漠守护神)能抗干旱、御风沙、耐盐碱,可顽强地在荒漠中生存繁衍。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。 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。 讨论: 1.胡杨死亡后,为什么很长时间都没有腐烂? 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。 P61 问题探讨 情境导入 SZ-LWH 问题:假如你在操场上运动,呼出一口气,许多CO2分子就离开你的身体。想象一下,这些CO2分子离开你之后,会开始怎样的旅行? CO2 CO2 CO2 光合作用 食物 问题:生物体和大气中的碳含量,都长期处于稳定的状态,这是怎样维持的呢? 情境导入 SZ-LWH 碳循环 生物富集 能量流动与物质循环的关系 探究土壤微生物的分解作用 第3节 生态系统的物质循环 1 2 4 目 录 SZ-LWH 3 分析碳循环的过程 资料 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。 讨论: 1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在? 2.碳是如何进出生产者、消费者、分解者的? 3.尝试构建碳循环的模型。 P61-62 思考 讨论 一、碳循环 SZ-LWH 煤、石油 碳的存在形式: 生物群落中的有机物 煤、石油 ②在生物群落中 主要是有机物的形式 ①在非生物环境中 主要是CO2的形式 大气中的二氧化碳库 讨论1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在? P61-62 思考 讨论 一、碳循环 SZ-LWH 2.碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)? 光合作用 呼吸作用 溶解 光合作用 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。 大气中的二氧化碳库 P61-62 思考 讨论 一、碳循环 SZ-LWH 大气中的二氧化碳库 呼吸作用 摄食 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。 2.碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)? 一、碳循环 SZ-LWH 2.碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)? 大气中的二氧化碳库 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)腐食、腐生等:将现成有机物转化为自身有机物。 分解者 微生物的分解作用 一、碳循环 SZ-LWH 煤、石油 水体中的HCO3-等 岩石中的CaCO3等 (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 大气中的二氧化碳库 一、碳循环 SZ-LWH 3.结合教材图3-10,用关键词、线段、箭头等完善碳循环的过程。 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 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 SZ-LWH 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 4.根据碳循环过程思考并回答下列问题。 (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) 生产者的光合作用、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 二氧化碳 (5)碳循环的形式: (4)碳返回非生物环境的途径: ②分解者的分解作用 ①生产者、消费者的呼吸作用 ③化石燃料的燃烧 一、碳循环 SZ-LWH 讨论:你如何看待人类活动对碳循环的影响? 碳循环失调的后果: 温室效应 (1)温室气体: 二氧化碳等 (2)主要原因: ①化石燃料的开采和使用大大增加了CO2的排放 ②森林、草原等植被遭到大面积破坏 (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增加CO2的吸收和固定量: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 一、碳循环 SZ-LWH 组成生物体的 等基本元素,在不断进行着从 到 ,又从 的循环过程。 非生物环境 C、H、O、N、P、S 范围: 物质: 循环过程: 特点: 生物圈,又叫生物地球化学循环 C、H、O、N、P、S等元素 非生物环境 生物群落 循环往复运动,全球性 生物群落 生物群落到非生物环境 2. 3.应用实例: 种养结合-如稻田中养鱼养鸭 1.概念: 一、碳循环 SZ-LWH 巧辨图形判断参与碳循环的四种成分 大气中的CO2库 生产者 分解者 消费者 生产者 初级消费者 大气中的CO2库 次级消费者 分解者 大气中的CO2库(非生物的物质和能量) 生产者 初消 次消 三级消 分解者 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。 技法提升 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。 4.人类活动对碳循环的影响 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; 问题:化石燃料的过量使用对环境有什么影响?怎么缓解这种影响? P63 与社会的联系 一、碳循环 SZ-LWH 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 (1)后果: 温室效应 将何去何从?我们还能活多久? 5.碳循环失调 一、碳循环 SZ-LWH (2)温室效应的原因: 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。 问题:应对温室效应我们该如何做? 5.碳循环失调 一、碳循环 SZ-LWH (3)缓解温室效应措施: 关水电、节约纸 点适量、不浪费 乘公交、少开车 戒奢侈、捐旧衣 重隔热、简装修 低碳生活 个人层次 5.碳循环失调 一、碳循环 SZ-LWH ①减少二氧化碳排放:开发新能源,减少化石燃料燃烧; ②增加CO2的吸收和固定量: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。 增加碳储存 减少碳排放 (3)缓解温室效应措施: 国家层次 5.碳循环失调 一、碳循环 SZ-LWH 氮循环 氮循环——固氮 高能固氮是通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发等所释放的能量进行固氮,形成的氨或硝酸盐随着降雨到达地球表面,属于天然固氮方式。 工业固氮是在高温、高压、催化剂的作用下,将氮气还原为氨气。工业固氮产量的不断提高,对生态系统中氮的循环产生了重要的影响。 生物固氮是通过固氮菌和蓝藻等自养或异养微生物进行固氮,生物固氮是最重要的固氮途径。 知识拓展 氮循环——氨化 当固定的无机氮被生物利用后,在体内形成含氮有机化合物,通过代谢产生尿素和尿酸等产物,排出体外。尿素和尿酸等通过土壤和水中的很多异养细菌、放线菌和真菌的代谢活动,转变为无机化合物(氨)并把它释放出来,这个过程就称为氨化作用。 氨和铵盐难以被直接利用,必须通过硝化作用转化为硝酸盐。氨和铵盐被硝化细菌(包括亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌)氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程称为硝化作用。 氮循环——硝化 氮循环——反硝化 硝酸盐等含氮化合物在反硝化细菌的作用下转化为N2、NO和N2O,这个过程称为反硝化作用。 氮循环 知识拓展 水循环示意图 生物在水循环中起的作用很小。 水循环是由太阳能推动的。 水循环 知识拓展 判断下列正误: (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( ) √ √ √ √ 一、碳循环 SZ-LWH 人类活动向环境排放的很多有害物质 人工合成的有机化合物,如DDT、六六六等。 生态系统的物质循环 一些重金属,如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等。 参与 有害物质的循环过程 碳、氮等元素的循环过程 不同 情境导入 SZ-LWH 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? 26 铅与人类的生活息息相关 日 常 生 活 中 铅 的 应 用 香烟 食品 玩具 工业废气 化妆品 餐具 燃烧 容器 汽车 尾气 情境导入 SZ-LWH 思考:铅与人类的哪些生活相关呢? 情境导入 SZ-LWH 碳循环 生物富集 能量流动与物质循环的关系 探究土壤微生物的分解作用 第3节 生态系统的物质循环 1 2 4 目 录 SZ-LWH 3 1.概念: 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 环境浓度的现象。 超过 2.常见的生物 富集物质 如DDT、六六六等 重金属: 人工合成的有机化合物: 如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等 3.发生生物富集 的物质的特点 在环境和生物体中存在形式是比较稳定的 富集物质必须是生物体能够吸收的且不易排出的 富集物质在生物代谢过程中是不易被分解的 4.生物富集的主要途径: 食物链、食物网 二、生物富集 SZ-LWH ①具有全球性 ②有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高 5.生物富集现象的特点 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 二、生物富集 SZ-LWH 6.生物富集的危害: 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 7.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。 在生物体内形成积累性中毒 二、生物富集 SZ-LWH 8.生物富集实例——铅的富集 铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高 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 二、生物富集 SZ-LWH 下面是甲、乙、丙、丁四个种群在一个达到生态平衡的环境中残留农药的DDT的平均浓度: 写出四个种群的能量流动渠道:_ 乙 甲 丙 丁 典例分析 二、生物富集 SZ-LWH (6)由于人工碳排放过度,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。( ) (7)铅可沿食物链进入人体,在人体内的浓度可能超过环境浓度。( ) (1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。( ) (2)碳的循环在生物群落内部是以CO2的形式进行的。( ) (3)光合作用推动碳循环过程,促进了生物群落中的能量循环。( ) (4)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。( ) (5)碳循环的进行伴随着能量流动,但由于生物体不能在代谢中利用热能, 所以能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。( ) √ √ √ √ 正误判断 二、生物富集 SZ-LWH 碳循环 生物富集 能量流动与物质循环的关系 探究土壤微生物的分解作用 第3节 生态系统的物质循环 1 2 4 目 录 SZ-LWH 3 阅读教材P65,对比归纳能量流动和物质循环的关系。 项目 能量流动 物质循环 形式 特点 范围 联系 主要以有机物为载体 化学元素(无机物、有机物) 生态系统的各营养级之间 同时进行,相互依存,不可分割。 能量的固定、储存、转移和释放,离不开物质的合成和分解; 物质是能量沿食物链(网)流动的载体; 能量是物质在生态系统中循环往返的动力 单向流动,逐级递减 循环往复 生物圈(全球性) 三、能量流动和物质循环的关系 SZ-LWH 下列关于生态系统物质循环和能量流动的叙述,错误的是( ) A.生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程为生态系统的能 量流动 B.当生产者通过光合作用合成有机物时,能量就从非生物环境流入生 物群落 C.物质是能量的载体,生态系统中的能量是伴随着物质循环而循环利 用的 D.碳在生物群落与非生物环境之间的循环是以二氧化碳的形式进行的 典例分析 C 三、能量流动和物质循环的关系 SZ-LWH 碳循环 生物富集 能量流动与物质循环的关系 探究土壤微生物的分解作用 第3节 生态系统的物质循环 1 2 4 目 录 SZ-LWH 3 提出问题 实验假设 实验 设计 自变量 实验组 对照组 实验现象 结论分析 案例1 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗? 提出问题 实验假设 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 案例2 探究土壤微生物对淀粉的分解作用 P65-66探究 实践 四、探究土壤微生物的分解作用 SZ-LWH 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 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。 实验结果: 落叶未腐烂 落叶腐烂 案例1 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗? P65-66探究 实践 四、探究土壤微生物的分解作用 SZ-LWH 提出问题 实验假设 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? 落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂 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) 相同时间内对照组落叶腐烂,实验组不腐烂 土壤微生物对落叶有分解作用 土壤进行处理,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,可将土壤用塑料袋包好,放在60 恒温箱中1小时灭菌 案例1 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗? P65-66探究 实践 四、探究土壤微生物的分解作用 SZ-LWH 纱布 烧杯 土壤 水 玻璃棒 水 取出 (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 1.实验原理 2.实验步骤: 案例2 探究土壤微生物对淀粉的分解作用 P65-66探究 实践 四、探究土壤微生物的分解作用 SZ-LWH (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 1.实验原理 2.实验步骤: 案例2 探究土壤微生物对淀粉的分解作用 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 3.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 )环境放置7d后 (2)检测淀粉是否被分解 淀粉糊 A B P65-66探究 实践 四、探究土壤微生物的分解作用 SZ-LWH 提出问题 实验假设 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 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 土壤中是否含有分解淀粉的微生物 A杯中加入适量淀粉糊+30mL土壤浸出液 B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 案例2 探究土壤微生物对淀粉的分解作用 P65-66探究 实践 四、探究土壤微生物的分解作用 SZ-LWH 生态系统的物质循环 物质循环 对象: 特点: 碳循环 过程 物质循环与能量流动的关系 范围: 实例 组成生物体的元素 生物圈 全球性,循环性 课堂小结 SZ-LWH 1.能量流动和物质循环是生态系统的主要功能。判断下列相关表述是否正确。 (1)物质循环发生在生物群落与非生物环境之间。 ( ) (2)能量流动和物质循环是两个相对独立的过程。 ( ) √ 一、概念检测 3.在生态系统中,使二氧化碳进入生物群落的生物主要是( ) A.细菌 B.真菌 C.动物 D.绿色植物 D 教材P67 练习与应用 SZ-LWH 2.竹子中纤维素含量很高。大熊猫每天要吃大量竹子,但一般只能利用其中一小部分纤维素。研究表明,大熊猫的基因组缺少编码纤维素酶的基因,但是肠道中有多种纤维素分解菌。 (1)大熊猫与它肠道内某种纤维素分解菌的种间关系为( ) A.捕食 B.寄生 C.互利共生 D.原始合作 (2)下列叙述不合理的是( ) A.大熊猫是初级消费者,属于第二营养级 B.大熊猫未消化的纤维素会被分解者利用循环 C.纤维素分解菌促进了生态系统中的物质 D.能量流动方向是竹子 大熊猫一纤维素分解菌 C D 教材P67 练习与应用 SZ-LWH 2.同碳元素一样,氮在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的。 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。 1.生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统?为什么? 是。生物圈是指地球上所有生物与其非生物环境的总和,它们通过物质循环构成一个物质上自给自足的系统。 二、拓展应用 教材P67 练习与应用 SZ-LWH 3.下表为生活在某库区水域中层的几种鱼体内重金属的含量(单位: ng.g-1)。请据表推测这几种鱼中,草食性的鱼是_,杂食性的鱼是_,肉食性的鱼是_。为什么? 鱼的种类 A B C D E Hg 17.8 61.9 70.4 117.0 112.0 Pb 27.3 34.9 52.5 84.3 75.8 Cd 8.8 14.1 10.3 21.9 41.6 D和E A B和C 这三种重金属(Hg、Pb、Cd)会富集在鱼体内,并沿食物链逐渐在鱼体内聚集,营养级越高,它们的相对含量越高。A鱼体内三种重金属的含量都是最低的,因此A为草食性,鱼B和C鱼体内,三种重金属的含量都高于A,但低于D和E,因此B和C可能是杂食性鱼;D和E鱼体内,三种重金属的含量都远高于A、B和C,因此D和E可能是肉食性鱼。 教材P67 练习与应用 SZ-LWH Lavf58.20.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf58.51.100 Lavf58.30.100 $$