3.3 生态系统的物质循环-【爱上生物课】2024-2025学年高二生物备课通关优质课件（人教版2019选择性必修2）

第1节生态系统的 物质循环 第三章生态系统及其稳定性 猪七爷素材淘宝店：https://shop149141837.taobao.com 问题探讨 现在在教室的我们，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”？再想想二氧化碳分子中的碳元素和氧元素，是怎样来到你体内的？ 任务： 请小组思考讨论，绘制“碳先生的旅行”示意图。 CO2 CO2 CO2 ❓ 一、碳循环 同学互评！ 不足：动物的粪便直接供给植物，忽略了分解者的参与，只考虑植物的光合作用，而忽略了植物的呼吸作用，没有考虑化石燃料的燃烧 不难看出，这两种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？ 一、碳循环 1.碳循环的过程 分析碳循环的过程 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。 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 1.碳循环的过程 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？ 碳的存在形式： 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 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 1.碳循环的过程 讨论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）？ 一、碳循环 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。 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）？ 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。 大气中的二氧化碳库 煤、石油 呼吸作用 分解作用 煤石油 工业废气 一、碳循环 1.碳循环的过程 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 其他途径： 一、碳循环 1.碳循环的过程 请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环的模型。 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 1.碳循环的过程 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 一、碳循环 其他循环： 氮循环 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？ 1. 植物吸收的氮以 形式存在。 离子 固氮生物的固氮作用 反硝化作用 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。 一、碳循环 水循环 生命活动离不开水，自然界中许多化学反应也都是在水溶液中进行的。 此外，水携带着大量各种化学物质周而复始地循环，极大影响着各类化学物质在地球上的分布。 因此可以说，没有水循环就没有物质循环。 一、碳循环 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。 磷循环 一、碳循环 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。 2.生态系统物质循环的概念： 这里的生态系统是指？ 生物圈 3.生态系统物质循环的特点： ①具有全球性： 物质循环的范围为生物圈 生物地球化学循环 ②循环往复运动：----反复利用、循环流动 一、碳循环 【方法技巧】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。 一、碳循环 总结： 1.碳的存在形式： 主要以CO2的形式存在，还有碳酸盐 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 一、碳循环 （1）人类活动的影响 4.应用 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； 一、碳循环 （1）人类活动的影响 4.应用 碳循环失调的后果： 温室效应 人类的哪些行为加快了大气中二氧化碳含量升高的速度？ 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。 （1）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 （2）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 4.应用 （2）农业生产方面 稻田养鸭 稻田养鱼 （1）动物的取食、消化能促进物质循环； （3）动物呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料 （2）动物粪便被分解者分解后可供植物吸收利用， 学以致用：稻田养鸭养鱼（种养结合模式），请从物质循环角度说说它的好处： 小结 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 二、能量流动和物质循环的关系 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 食物链和食物网 光能 热能 二、能量流动和物质循环的关系 22 任务：请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程。 光能 热能 生产者 大气中的 二氧化碳 消费者 分解者 思考 ①物质循环与能量流动有什么关系？又有何什么区别? ②假如没有物质循环，能量是否能在营养级间实现流动？ ③假如没有能量的供应，物质循环是否能正常进行？ 二、能量流动和物质循环的关系 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 能量流动与物质循环比较 三、生物富集 都是从周围环境吸收、积蓄体内，难以降解的化合物 三、生物富集 思考：人体内的铅从哪里来？ 三、生物富集 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 铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高 三、生物富集 这种现象被称为生物富集 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，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象。称作生物富集(bio-concentration)。 生物富集的成因 常见生物富集物质 在生物体内形成稳定的不易排出的物质 重金属： 人工合成的有机化合物： 如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等 如DDT、 六六六等 三、生物富集 资料1：在农田中大量使用的DDT杀虫剂，在南极的企鹅体内检测；研究表明导致生物富集的有害物质（DDT、666等）可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地。 ①具有全球性 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 资料2：如右图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍 2.特点： ②生物放大 有害物质会沿食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端(即随营养级升高，浓度逐级递增，呈现生物放大现象)。 三、生物富集 3.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。 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。 1952年，日本5万多只猫集体跳海自尽 得水俣病（汞中毒）的日本患者呼吁加强管控 4.缓解措施： 三、生物富集 例：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：__________________________ 构建食物网的方法： 乙 甲 丙 丁 胡杨能抗干旱、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？ 讨论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？ 消费者 生产者 分解者 吸收 摄食 分解作用 非生物环境中的物质 缺乏水分，环境恶劣 少 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。 如何探究土壤微生物的分解作用呢？ 探究土壤微生物的分解作用 案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ （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__________、水分等生态因子相关。 分解者 有机物 无机物 温度 1.实验原理 秋天刚收获的花生 第二年春天从土中刨出的花生 探究土壤微生物的分解作用 2.实验过程 提出问题 实验假设 实验设计 自变量 实验组 对照组 因变量 无关变量 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60℃处理1h(灭菌：排除微生物作用) 对土壤不做任何处理(自然状态) 落叶是否腐烂（比较腐烂程度） 落叶的量、土壤的量等（保证适宜且相同） 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 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。 探究土壤微生物的分解作用 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 实验结果： 落叶未腐烂 落叶腐烂 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的。 3.实验结论： 探究土壤微生物的分解作用 案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用 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 探究土壤微生物的分解作用 1.实验原理 淀粉 碘液 变蓝 淀粉 葡萄糖 产生砖红色沉淀 分解 斐林试剂 加热 2.实验步骤 （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 探究土壤微生物的分解作用 2.实验步骤 （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 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 探究土壤微生物的分解作用 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 小结 动 力 生态 系统 结构 功能 能量流动 物质循环 信息传递 载体 决定 过程 特点 生物富集 组成成分 营养结构 渠道 参与 练习与应用 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。 （ ） 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 一、概念检测 C 练习与应用 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。 （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 C.纤维素分解菌促进了生态系统中的物质循环 D.能量流动方向是竹子→大熊猫→纤维素分解菌 D 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 练习与应用 1.生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统?为什么? 二、拓展应用 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。 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。 练习与应用 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。 THANK YOU 猪七爷素材淘宝店：https://shop149141837.taobao.com Lavf58.30.100 Lavf60.16.100 $$