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节 生态系统的物质循环 第3章 生态系统及其稳定性 对荒漠中因缺水而枯死的胡杨长时间不会腐烂进行观察并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 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。 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？ ？ 1.举例说明利用物质循环和能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。 2.分析生态系统中的物质在生物群落与非生物环境之间不断循环的规律。 3.阐明某些有害物质会通过食物链不断富集的现象。 1.通过构建模型，理解物质循环的过程、特点和生态系统的整体性，形成结构与功能观。（生命观念） 2.通过分析模型和图像，理解温室效应形成的原因，保护环境的意义，进而形成科学的发展观。（科学思维） 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）？请用关键词、线段、箭头、方框等表示讨论的结果。 碳在非生物环境中主要以CO2的形式存在，在生物体内主要以有机物的形式存在。 一、碳循环 对碳进入生物群落进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 思考·讨论 捕食 呼吸作用 呼吸作用 3.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；大力开展植物造林、开发新能源、开展节能产业等，有利于降低大气中的CO2浓度，维持生物圈的碳氧平衡。 环境 CO2 环境 生产者 分解者 消费者 光合作用 对人类活动对碳循环的影响进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 1.碳循环的过程分析： （1）碳出入生物群落的途径 ①碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用或化能合成作用。 ②碳返回非生物环境的途径 生产者、消费者的呼吸作用 分解者的分解作用 化石燃料的燃烧 （2）碳的存在形式与循环形式： ①在生物群落和非生物环境之间：主要以二氧化碳的形式循环。 ②在生物群落内部：以含有碳有机物的形式传递。 ③在非生物环境中：主要以二氧化碳和碳酸盐的形式存在。 2.物质循环的概念：组成生物体的碳、氢、氧、氮、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。 3.物质循环的特点：全球性、循环性。 物质循环中的“物质”是什么？ ？ 对碳的存在形式物质循环中的物质实质进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 温室效应 指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。 1.概念： （1）化石燃料的大量燃烧，产生大量二氧化碳。 （2）植被破坏，降低了对大气中二氧化碳的吸收量。 2.产生原因 3.缓解措施 （1）减少化石燃料的燃烧，开发新能源，减少二氧化碳的排放量。 （2）大力植树造林，提高植被覆盖率，增加二氧化碳的吸收量。 （3）提高秸秆还田率，增加土壤储碳量。 【归纳提升】 1.物质循环中的“物质”指的是组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，既不是化合物，也不是单质。 2.生态系统的物质在非生物环境和生物群落之间以无机物的形式循环，在生物群落内以有机物的形式循环，同时伴随着复杂的物质和能量变化。 3.参与物质循环的重要生物：生产者完成了物质和能量的输入，分解者实现了物质和能量的输出，消费者加快了物质的循环。 对物质循环进行归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。 【例1】下图为碳循环示意图，甲、乙、丙表示生态系统中三种成分，下列叙述正确的是 （ ） C A.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 分析题图可知,甲为生产者，乙为消费者,丙为分解者。碳循环是指碳元素在甲、乙、丙与非生物环境之间不断循环的过程，A错误。乙在该生态系统中处于第二、第三等多个营养级，B错误。甲、乙、丙共同组成了该区域中的所有生物,即生物群落，C正确。生物X是生产者,可以不具有成形的细胞核,如硝化细菌；生物Y是分解者,可能含有线粒体,如蚯蚓，D错误。 13 二、生物富集 小资料： 铅是一种毒性很强的化学元素，原本以比较稳定的形式存在于环境中，但人类活动加速了铅的循环，改变了铅在环境中的分布。在煤燃烧、有色金属冶炼的过程中，铅会以直径不足0.5um 的微小颗粒被排放进入大气，然后沉降在土壤和植被表面。一部分铅颗粒随降雨进入土壤，另一部分进入水体。植物的根从土壤中吸收铅，叶片也会摄入吸附的铅。在水中生活的植物、浮游动物会直接吸收水中的铅。动物饮用含有铅的水，也会直接摄入铅。 进入体内的铅，能够形成多种比较稳定的铅化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被生物体排出，形成难以降解的化合物，从而积蓄在体内。 一旦含有铅的生物被更高营养级的动物食用，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端。 1.还有那些有害物质也有上述与铅类似的现象等？ 镉、汞、DDT、六六六等。 2.这种现象被称作生物富集，请概况什么是生物富集？ 生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难易降解的化学物，使其在体内浓度超过环境浓度的现象，也称作生物浓缩。 ？ 3.结合教材第64页图3-11分析，生物富集的危害是什么？ 铅主要能造成人体造血、神经系统和肾脏的损伤；汞在体内引起蓄积中毒，影响脑细胞的功能；镉使病人骨质脱钙，导致“痛痛病”。 4.生物富集现象也有全球性吗？ 它们可通过大气、水和生物迁移等途径扩散，因此具有全球性。 5.如何有效地减少生物富集现象？ 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等。 根据生物富集的特点提出如何减少，体现了科学探究的核心素养。 1.参与生物富集的物质 人类活动向环境中排放的有害物质，包括重金属以及人工合成的有机化合物等。 2.生物富集的原因 进入生物体内的有害物质，形成稳定的化合物，不易被生物体分解或排除，从而积蓄在体内。 （2）通过降雨进入水体从而被动植物吸收而富集。 （3）通过生物的迁移运动而富集。 4.生物富集的特点 （1）在食物链中随营养级升高而累积。 （2）具有全球性。 （1）通过大气沉降在土壤和植被表面，从而被植物吸收而富集。 3.生物富集的途径 5.能量流动、物质循环与生物富集的关系图解： 项目 能量流动 物质循环 形式 主要以有机物形式 主要以无机物形式 过程 单向流动逐级递减 在非生物环境和生物群落间反复循环 范围 生态系统的各营养级 全球性 特点 单向流动，逐级递减 反复出现，往复循环 联系 能量流动和物质循环二者相互伴随，相辅相承，是不可分割的统一整体。 对物质循环和能量流动进行归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。 【归纳提升】 【例2】曾震惊世界的日本水俣病是人吃了被甲基汞污染的鱼所引起的,经检测,水俣湾海水中甲基汞的含量为0.017mg/L(符合0.5mg/L以下的安全标准),对海水中具有营养关系的甲、乙、丙、丁、戊五种生物体内残存甲基汞的含量分析,结果如表。下列叙述错误的是 (　　) C 生 物 甲 乙 丙 丁 戊 甲基汞浓度/(mg·L-1) 0.05 5 0.51 50 0.48 A.生物体内甲基汞含量的积累是通过食物链的途径实现的 B.种群丁体内甲基汞含量约是海水的3000倍,对这个现象的正确解释是甲基汞沿食物链逐级富集 C.这五种生物最简单的能量流动过程是甲→戊→丙→乙→丁 D.该生态系统内碳循环开始于生产者 食物链应为两条:甲→戊→乙→丁、甲→丙→乙→丁,即丙和戊为同一个营养级,能量流动是沿着食物链传递并逐级递减的,C错误。 三、探究土壤微生物的分解作用 1.探究原理 （1）土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中主要充当分解者。 （2）分解者的分解速度与环境中的温度、水分等因素有关。 （3）土壤微生物能分泌淀粉酶将淀粉分解成还原糖（麦芽糖），淀粉遇碘变蓝。还原糖与斐林试剂，在水浴加热条件下，产生砖红色沉淀。 2.实验流程 项目 探究土壤微生物对落叶的分解作用 探究土壤微生物对淀粉的分解作用 实验设计 实验组 将土壤用塑料袋包好，放在60°C恒温箱中处理1h A烧杯中加入30mL土壤浸出液+淀粉糊 对照组 对土壤不做处理（自然状态） B烧杯中加入30mL蒸馏水+与A烧杯中等量的淀粉糊 自变量 土壤中是否含微生物 浸出液中是否含有土壤中的微生物 实验现象 相同的时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组 A A1 不变蓝 A2 产生砖红色沉淀 B B1 变蓝 B2 不产生砖红色沉淀 结论分析 微生物对落叶有分解作用 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 3.基本技术要求 （1）探究活动最好在实验室中进行，避免环境中不可控因素的影响。 （2）各地气候与环境等因素不同，微生物分解落叶所需的时间有差异。 【例3】某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5cm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，对土壤处理情况见下表。下列有关叙述错误的是（ ） 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．该实验的自变量为土壤是否灭菌的处理，实验中的对照组是1和3 C．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 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的分解 B 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，土壤湿度是自变量，对照组是1、3，预期结果是1、3组的落叶不被分解，2、4组中的落叶被不同程度的分解。 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 生态系统的物质循环 概念 特点 实例：碳循环 生物富集 探究土壤微生物的分解作用 概念 条件 污染物 过程 探究原理 实验流程 技术要求 非生物环境 元素 生物群落 循环性 全球性 概念 碳的存在形式 碳出入生物群落的途径 碳循环失调--温室效应 消费者能通过呼吸作用将有机物中的碳转化为无机物CO2，释放到非生物环境中，参与了碳循环，A错误；生产者的光合作用能将非生物环境中的无机碳转化为含碳有机物，是碳进入生物群落的重要途径，因此是碳循环的重要环节，B正确；土壤中的微生物的分解作用，能将有机物中的碳转化为无机物释放到非生物环境中，是碳返回非生物环境的重要过程，C正确；碳在非生物环境与生物群落之间主要以CO2的形式循环，在生物群落内部的传递形式是含碳有机物，D正确。 1.生态系统的物质循环包括碳循环和氮循环等过程。下列有关碳循环的叙述，错误的是( ) A. 消费者没有参与碳循环的过程 B.生产者的光合作用是碳循环的重要环节 C.土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节 D.碳在非生物环境与生物群落之间主要以CO2形式循环 A 伴随甲过程（光合作用或化能合成作用的进行），能量输入到生物群落中，碳循环是指碳元素在生物圈中的循环过程，A正确；乙过程可以代表物的呼吸作用、分解者的分解作用，还包括化石燃料的燃烧等，B错误；蓝细菌或硝化细菌等原核生物也能完成该循环，蓝细菌和硝化细菌没有叶绿体和线粒体，C错误；碳在非生物环境与生物群落之间以CO2形式进行循环，而在生物群落内部以有机物形式进行传递，D错误。 2.如图为碳循环的部分示意图，下列相关叙述正确的是（ ） A. 伴随甲过程的进行，能量输入到生物群落中 B. 乙过程只代表生物的呼吸作用 C. 能完成该循环的生物一定含有叶绿体和线粒体 D. 群落内部、群落与非生物环境之间碳循环形式相同 A 1周后开始投喂人工饵料,虾池中有机碎屑含量增加,水体中N、P等无机盐增多,水体富营养化严重,A错误;藻类作为生产者,在物质循环中占主要地位,B正确;浮游动物摄食藻类,同时又摄食细菌和有机碎屑,属于消费者和分解者,C错误;异养细菌依赖虾池生态系统中的沉积物和有机碎屑提供营养,D错误。 3.(2023·广东选择考)凡纳滨对虾是华南地区养殖规模最大的对虾种类。放苗1周内虾苗取食藻类和浮游动物,1周后开始投喂人工饵料,1个月后对虾完全取食人工饵料。1个月后虾池生态系统的物质循环过程如图。下列叙述正确的是 ( ) A.1周后藻类和浮游动物增加,水体富营养化 程度会减轻 B.1个月后藻类在虾池的物质循环过程中仍处 于主要地位 C.浮游动物摄食藻类、细菌和有机碎屑,属于消费者 D.异养细菌依赖虾池生态系统中的沉积物提供营养 B 除去实验组中的土壤微生物时，要尽可能排除土壤微生物的作用，而加热烘干的方法会导致土壤理化性质的改变（不能采用，可将土壤用塑料袋包好，放在60℃的恒温箱中1小时灭菌），A错误；自然状态下土壤微生物对落叶的分解作用是处在自然状态空气下，所以应将实验组和对照组的土壤放在自然状态空气的条件下进行，B错误；土壤微生物具有分解落叶的作用，采用普通土壤的为对照组，采用排除土壤中微生物的为实验组，可以预测对照组中落叶的分解速度明显高于实验组的分解速度，C正确；落叶的种类为无关变量，无关变量应保持相同且适宜，所以实验组和对照组应选择相同种类的落叶进行实验，D错误。 4.兴趣小组设计实验来探究土壤微生物对落叶的分解作用，下列操作及分析正确的是（　　） A．可采用加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物 B．将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下进行 C．对照组中落叶的分解速度明显高于实验组的分解速度 D．实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验 C $$