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

第3节生态系统的物质循环 第三章 生态系统及其稳定性 【本节聚焦】 1.生态系统的物质循环过程是怎样的? 2.怎样理解生物富集的成因和危害? 3.物质循环与能量流动的关系是怎样的? 问题探讨 【思考讨论】 你呼出了很多CO₂ 分子。想象一下，这些CO₂ 分子离开你之 后，会开始怎样的旅行，会去往何处?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? 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 任务一：分析碳循环的过程及特点 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。 思考 ·讨论：阅读课本62页，找出以下问题的答案。 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(以什么形式、通过哪种生命 活动、形成哪些产物等) ? 3.碳在无机环境和生物群落之间主要是以什么形式进行循环的?循环的范 围 如 何 ? 一、碳循环 1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在? 大气中的二氧化碳库 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。 ①在非生物环境中 主 要 是CO₂ 的 形式 ②在生物群落中 主要是有机物的 形式 碳的存在形式： 大气中的二氧化碳库 进 遗体残骸、 残枝败叶 进 摄食 溶解 光合作用 碳进入并在生物群落流动的途径 生产者光合作用、化能合成作用 将二氧化碳转化为有机物。 > 消费者摄食，沿食物链(网) 将前一营养级的有机物转化为自身 的有机物。 分解者食腐、腐生 将现成有机物转化为自身有机物。 一、碳循环 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 徐 进 进 进 呼吸作用 出 出 业 废 气 分解作用 出 煤石油 碳进入并在生物群落流动的途径 生产者 呼吸作用 将有机物分解为无机物(CO₂) 消费者 呼吸作用 将有机物分解为无机物 ( CO₂ 分解者 分解作用 将有机物分解为无机物 ( CO₂ 煤、石油及工业废气的排出 一、碳循环 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 ) ) 出 出 一、碳循环 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 (1)CO₂ 与HCO₃- 的相互转化； 其他途径 (2)CaCO₃ 与HCO₃ 的相互转化； CO₂ 水体中的HCO₃ 等 岩石中的CaCO₃ 等 HCO₃ 一、碳循环 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。 生产者 摄食 消费者 遗体和排出物 分解作用 分解者 水圈中的CO₂ 库 燃烧 化石燃料 非生物 环境 大气中的CO₂ 库 生物 群落 呼吸 作用 呼吸 作用 光合 作用 生产者 光合作用 呼吸作用 大 气 中 的CO₂ 库 水圈中的CO₂ 库 遗 体 排遗物 一、碳循环 1.构建碳循环模型 分解作用， 呼吸作用 食物链和食物网 捕食 化 石 燃 料 分解者 遗体残骸 消费者 E A 生 产 者 B 大 气 中 的二氧化碳库 C消 费 者 D 分解者 大气中的二氧 A 化 碳 库 B 三 级 消 费者 C 分 解 者 D 次 级 消费者 E 生 产 者 F 初级消费者 一、碳循环 应用：碳循环图解中各成分的判定方法 思考：若使上图表示完整的碳循环，需补充 化 石 燃 料 的 燃 烧◎ 1.碳的存在形式 非生物环境中：主要以CO ₂ 的形式存在，还有碳酸盐 在生物体内：主要以含碳有机物的形式存在 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CO₂ 形式循环。 ②在生物群落内部：碳以含碳有机物 形式沿食物链、食物网传递。 3.碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用和化能合成作用 4.碳返回非生物环境的途径：①生产者、消费者的 呼 吸 作 用 。 ②分解者的分解作用 (实质是呼吸作用)。 ③化石燃料的 燃 烧 。 总 结 ： 一、碳循环 一 、碳循环 2.人类活动对碳循环的影响 思考讨论：如果滥伐森林、大量化石燃料燃烧，对生态系统的碳循环及生 态环境有何影响? 化石燃料的使用增加了二氧化碳的排放，打破碳循环的平衡，引起温室效应。 (1)危害： 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。 (2)缓解措施： ①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。 衣 低碳 生活 戒态侈、捐 用 少开车 关水电、节约纸 点适量、不浪费 3.其他循环 根据氮循环示意图，思考并回答下列问题。 (1)植物吸收的氮以什么形式存在? 离 子 。 (2)大气中的氮气通过什么途径进入生物群落? 固氮生物的固氮作用。 (3)生物群落中的氮最终通过什么途径返回大 气中? 反硝化作用。 大气中的N₂ 食物链 食物链 动物 分解作用 微生物 氨化作用 NH₃ 亚硝化 NO 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?(课后拓展题) 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。 其他固 氮生物 人工氮肥 一、碳循环 含根瘤菌的 豆科植物 反硝化作用 同化作用 固氮作用 硝化 作用 植物 NO- 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。 水蒸气输运 降水 蒸发 蒸发 蒸腾 陆地 地下水流 一、碳循环 3.其他循环 水循环示意图 海洋 非生物环境 C、H、O、N、P、S 等元素 生物群落 ( 2 ) 范 围 ：生 物 圈，又叫生物地球化学循环(bioge ochemical cycle)。 ( 3 ) 特 点 ：①全球性： --- 生物地球化学循环 ②循环性：---- 反复利用、循环流动 一、碳循环 4.生态系统的物质循环——生物地球化学循环 (1)概念：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。 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： ①动物的取食、消化能促进物质循环； ②动物粪便被分解者分解后可供植物吸收利用， ③动物呼出的CO₂ 还可为水稻的光合作用补充 原料 。 稻田养鱼 一、碳循环 4.生态系统的物质循环——生物地球化学循环 (4)应用：——种养结合模式 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 W 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 沉降在土壤和植被表面 进入水体 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 铅被排放进入大气 进入土壤 植物根吸收 叶片摄入铅 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 W 二、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 在生物体内形成稳定 的不易排出的物质 如铅(Pb)、 镉 (Cd)、汞 (Hg) 等 >人工合成的 有机化合物： 如DDT、 六六六等 常见生物富集物质 □2 □PTION □l OPTION 在农田中大量使用的DDT 杀虫剂，为什么会在南 极的企鹅体内检测到? □ I N 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。 O l PT □ 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). 生物放大 2.生物富集的特点： 二、生物富集 □2 DPTION 二、生物富集 构建食物网的方法： 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： 种群 甲 乙 丙 丁 DDT浓度 0.04 0.35 0.39 3.4 写出四个种群的能量流动渠道： 甲 丙 丁 →乙 CO₂ 、能量散失 CO ₂ 光合作用 H₂O / 光能 分解者 ——CO₂ 、能量散失 — → 代表物质循环 ……… 代表能量流动 三、能量流动和物质循环的关系 呼 吸 生产者 呼吸 消费者 …… 分解作用 同化 二者是生态系统的主要功能，它们同时进行，相互依存，不可分割： ①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； ②物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动； ③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。 碳在生物群落和非生物环境间主 要以二氧化碳的形式 全球性、循环往复运动 在生物群落和非生物环境之间循环往返 主要以有机物中的化学能的形式 单向流动、逐级递减 沿食物链、食物网单向流动 能量流动 物质循环 范围 生物群落(生态系统各营养级之间) 生物圈 三、能量流动和物质循环的关系 形式 特点 过程 联系 对象：组成生物体的元素 范围：生物圈 特点：全球性，循环性 遗体残骸 大气中的CO₂ 库 水圈中的CO₂ 库 物质循环与能量流动的关系 生态系统的物质循环 碳循环 过 化 石 燃 料 分解作用 呼吸作用 食物链和食物网 捕 食 课堂小结 物质循环 实 例 光合作用 呼吸作用 消费者 生产者 解者 遗体残骸 程 遗 体 分 遗 体 燃烧 探究 ·实践：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.实验原理 (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 统中的成分为分解者 (2)分解者的作用是将环境中的_ 有机物 分解为_ 无机物其分解速 度与环境中的 温度 水分等生态因子相关。 秋天刚收 获的花生 第二年春天从土 中刨出的花生 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) 土壤微生物对落叶是否有分解作用 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，可将土壤用 塑料袋包好，放在60℃恒温 箱中1小时灭菌。 自变量 实验组 对照组 因变量 探究 ·实践：探究土壤微生物的分解作用 2.实验过程 实验 设计 实验假设 土壤 土壤 5cm 5cm 土壤不进行处 理，自然状态 落叶是在土壤微生物 的作用下腐烂的吗? 实验组 对照组 探究 · 实践：探究土壤微生物的分解作用 2.实验过程 存有存作存 有乍乍 秀 乍东乍乍 资作乍店有 土壤进行处理， 排除土壤微生 物的作用 实验结果： 落叶未腐烂 落叶腐烂 落叶 实验假设 土壤微生物能分解淀粉 实验 设计 自变量 土壤中是否含有分解淀粉的微生物 实验组 淀粉糊+30mL土壤浸出液 对照组 淀粉糊+30mL蒸馏水 因变量 观察颜色变化 碘液 变蓝 分解 葡萄糖 斐 剂 产生砖红色沉淀 加热 林试 探究 · 实践：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 1.实验原理 2.实验过程 淀粉 淀粉 探究 ·实践：探究土壤微生物的分解作用 2.实验过程 (1)配制土壤浸出液 土壤 水 取出 玻璃棒 加入斐林 试剂 不出现砖 红色沉淀 烧杯 (2)另取两只烧杯，编号 A 室温(20℃)环境 放置7d 后 加入斐林 试剂 出现砖红 色沉淀 加入土壤浸出液 淀粉糊 加入碘液 变蓝 加入蒸馏水 淀粉糊 加入碘液 不变蓝 纱布 水 B 来源 形式 传递 碳循环 物质循环概念 概念 富集物质特点及含量特点 生态系统的物质循环 课堂小结 能量流动与物质循环 循环往复 全球性 联系 差异 生物富集 物质循环特点 感谢您的观看! $$