3.3生态系统的物质循环2025-2026学年高二生物同步备课优质课件（人教版2019选择性必修2）

该高中生物学课件聚焦生态系统的物质循环，以“呼气中二氧化碳分子旅行”互动提问导入，通过碳循环过程分析、模型构建及问题讨论（如分解者作用），串联生物富集、物质与能量流动关系等核心知识点，搭建逻辑清晰的学习支架。 其亮点在于融合生命观念（物质与能量观）、科学思维（建模分析）和探究实践（土壤微生物分解实验设计），结合铅富集实例及温室效应社会议题，培养学生责任意识。丰富的案例与互动设计，助力学生深化理解，也为教师提供高效教学支持。

3.3 生态系统的物质循环 第3章 生态系统及其稳定性 1 教学目标 TEACHING OBJECTIVES 学习目标： 1.概述生态系统的物质循环过程。 2.通过分析生物富集的过程，说明生物富集的危害， 认同应采取措施减少危害。 3.说明能量流动和物质循环的关系。 4.尝试探究土壤微生物的分解作用。 重难点： 1.分析碳循环的过程，概述生态系统的物质循环过程。 2.说明能量流动和物质循环的过程。 生物富集 2 物质循环与能量流动的关系 3 碳循环 1 目录 CONTENT 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？ 食物 人体的细胞呼吸 CO2 植物的光合作用 C元素和O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含量长期处于稳定的状态，这是怎样维持的？ 思考●讨论 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CO2库 生物群落中的有机物 ①非生物环境：主要以 形式存在； CO2和碳酸盐 阅读教材P61-62,的资料，探究以下问题。 ②生物群落：主要以 形式存在。 有机物 主要存在于岩石圈 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 溶解 光合作用 呼吸作用 生产者 光合作用 呼吸作用 生产者 光合作用等将CO2转化为有机物。 呼吸作用等将有机物分解为CO2。 消费者 消费者 摄食 呼吸作用 消费者 摄食等将上一营养级的有机物转化为自身有机物 呼吸作用等将有机物分解为CO2。 大气中的CO2库 生产者 溶解 光合作用 呼吸作用 生产者 光合作用 呼吸作用 分解者 消费者 消费者 摄食 呼吸作用 分解者 分解作用 微生物的分解作用等：将有机物分解为CO2 食腐、腐生等:将现成有机物转化为自身有机物。 煤、石油 水体中的HCO3- 岩石中的CaCO3 3.碳的进出除生产者、消费者、分解者外，还有没有其他途径？ （1）CO2与HCO3-的相互转化（水中）； （2）煤、石油等化石燃料的开采与使用将有机物分解为CO2等。 1 构建碳循环的模型 尝试用关键词、箭头、方框等构建碳循环的模型 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 水圈中的CO2库 食物链和食物网 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。 （1）碳的流动形式: ①生物群落与非生物环境之间： 。 ②生物群落内部：　 　 　。 （2）流动途径： ①碳在群落内传递的主要途径：　 　　 　。 ②碳进入生物群落的途径？ ③碳返回非生物环境的途径 CO2 有机物 食物链(网) 生产者的光合作用、化能合成作用。 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。 问1.动植物遗体一定会被分解者分解吗？ 不一定，还可能形成煤、石油等化石燃料。 问2.碳元素在生物群落中是循环的吗？ 碳在生物群落中主要沿着食物链(网)单向流动。 碳在 和 间 不断循环；循环的形式是 。 生物群落 非生物环境 问3.实现碳循环的关键成分是什么？ CO2 生产者和分解者。 （3）碳循环的特点：_________________________. 循环往复运动; 具有全球性 注：CO2能够随着大气环流在全球范围内流动。 【方法技巧】判断参与碳循环的四种成分 辨图要点： ① 只有生产者与非生物环境之间的箭头是双向。 ② 指入箭头最多的为大气中的CO2库。 ③ 指入箭头其次多是分解者，剩下为消费者。 大气中的CO2库 生产者 分解者 消费者 大气中的CO2库 生产者 分解者 初级 消费者 次级 消费者 大气中的CO2库 生产者 分解者 消 费 者 与社会的联系——温室效应 1.概念：大气中的温室气体(CO2、CH4、N2O等)相当于保温层。大气中CO2越多， 地球上的温度升高就越快，这种现象就叫做“温室效应”。 能量主要以光的形式到达地球后，大部分以红外线的形式从地球辐射出去。在大气层中，CO2对光辐射没有阻挡，但能吸收红外线并阻挡红外线通过，就像温室的玻璃顶罩一样，能量进入容易出去难。 (1)原因 化石燃料的开采和使用大大增加了CO2的排放（主要原因） 森林、草原等植被遭到大面积破坏 CO2浓度 温度 与社会的联系——温室效应 (2)危害 极地和高山冰川加速融化 海平面上升 全球气候变暖 威胁人类和生物的生存 (3)缓解措施： ②提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。 ①大力植树种草，提高森林覆盖率。 减少二氧化碳排放： 增加二氧化碳的吸收和固定量： 开发新能源，减少化石燃料燃烧。 2 生态系统的物质循环 组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都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。 1.概念： 这里的物质指： 组成生物体的元素。不是指单质，也不是化合物。 物质循环的范围指： 生物圈 2.特点： ①具有全球性(生物地球化学循环) ②循环性(反复利用，循环流动) 大气循环 海洋循环 N2 拓展：氮循环 (1)植物吸收的氮以 形式存在。(2)大气中的氮气通过 途径进入生物群落；(3)生物群落中的氮最终通过 途径返回大气中。 (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？ 离子 固氮生物的固氮作用 反硝化作用 （NO3-） 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。 尿素及遗体 请从物质循环角度说说 的好处： 3.物质循环在农业方面的应用： 种养结合模式 稻田养鱼 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，鱼和水稻形成一个无公害的生物微循环。 稻田养鸭 鱼菜共生 大棚里既养鱼又种菜，不影响产量还节水节肥，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。 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。 (2024·广东卷)“碳汇渔业”，又称“不投饵渔业”，是指充分发挥生物碳汇功能，通过收获水产品直接或间接减少CO2的渔业生产活动，是我国实现“双碳”目标、践行“大食物观”的举措之一。下列生产活动属于“碳汇渔业”的是(　　) A.开发海洋牧场，发展深海渔业 B.建设大坝鱼道，保障鱼类洄游 C.控制无序捕捞，实施长江禁渔 D.增加饵料投放，提高渔业产量 A 习题巩固 开发海洋牧场,发展深海渔业可获取水产品且不需要投饵,直接或间接减少CO2,属于“碳汇渔业”,A符合题意;建设大坝鱼道,保障鱼类洄游、控制无序捕捞,实施长江禁渔,均没有收获水产品,不属于“碳汇渔业”,B、C不符合题意;“碳汇渔业”又称“不投饵渔业”,增加饵料投放,不符合“不投饵渔业”,不属于“碳汇渔业”,D不符合题意。 17 (2023·广东卷)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见下图。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 结合题中信息可知，1周后开始投喂人工饵料，水体中N、P等无机盐含量增多，水体的富营养化程度会增加，A错误； 生产者是生态系统的基石，其可以吸收N、P等无机盐，为浮游动物提供有机物，一个月后藻类在虾池的物质循环中仍处于主要地位，B正确； 分析题图可知，有的浮游动物摄食有机碎屑，属于分解者，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。 18 问：分解者能够分解有机物，消费者能够加快物质循环的过程。是不是所 有物质都能较快地回归到非生物环境呢？ 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。 3 生物富集 实例—铅的富集 资料：铅对人体血液、血管、肾脏、生殖腺和神经系统等均有毒害作用。在儿童中，铅中毒症状尤为明显。 铅在植物组织中可致光合作用及脂肪代谢的强度减弱，吸水量减少，耗氧量增大，阻碍植物生长，甚至导致死亡。铅对微生物也具有毒害作用。 水 浮游生物 鱼 水鸟 2ppm 5ppm 200ppm 1600ppm 【水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图】 实例—铅循环的过程和铅的富集 火山喷发 沙尘暴 大火 大气 降水 煤燃烧 金属冶炼 水体 植物 土壤 铅排放进入大气 动物 鱼 水鸟 猛禽 浮游生物 沉降 沉降 进入 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。 3 生物富集 2.常见的生物富集物质： ②人工合成的有机物: 如DDT、六六六等 ①重金属: 如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等 3. 富集物质的特点： ①在环境和生物体中存在形式比较_____； ②必须是生物体能够_____且________； ③在生物代谢过程中___________； 稳定 吸收 不易被分解 不易排出 4. 生物富集的危害： 例：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。 2017.9.24《水俣公约》第一届缔约国会议开幕，日本患者呼吁加强管控 1952年，日本5万多只猫集体跳海自尽 5. 生物富集的重要途径：食物链、食物网 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 ①具有全球性 有害物质可通过大气、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着食物链逐级积累（生物放大） 6. 特点： 北半球某农田中大量使用的DDT杀虫剂，在南极企鹅体内检测到 生物富集 生物放大 区别 联系 有害物质在生物体内形成稳定的不易排出的物质 有害物质通过食物链逐步浓缩 生物富集是生物放大的前提。 8. 生物放大的应用： 7. 减少生物富集的的措施： 合理利用资源，减少排放有害物质 实施垃圾分类 种植能富集有害重金属元素的植物 a.在湖泊里种植大量芦苇，芦苇可以吸收水中的有毒物质，而且芦苇抗毒能力非常强，然后将芦苇进行封存，防止有毒物质重新进入环境。 b.某些有益的物质(如：黄金、钽等珍贵稀有物质)也可沿食物链浓缩，这就为人类从生物体中提取某些稀有物质或元素提供一种方法。 （2025·湖北卷）蚯蚓通常栖息在阴暗、潮湿的 土壤环境中，以落叶、禽畜粪便和线虫等为食。 四溴双酚A（TBBPA）是土壤中常见的污染物 之一。科研人员以蚯蚓为实验对象，将其培养在 浓度为1mg/kg的TBBPA污染土壤中进行30天富集实验，然后将蚯蚓转至干净土壤进行30天排出实验，实验结果如下图。下列叙述错误的是（　　） A.蚯蚓在生态系统中既是消费者也是分解者 B.蚯蚓对TBBPA的富集效应在20天以后趋于饱和 C.该实验结束时蚯蚓被其他捕食者所食，TBBPA不会沿食物链传递 D.15天时蚯蚓体内富集的TBBPA浓度约是初始实验环境中TBBPA的8倍 习题巩固 C A、蚯蚓以落叶、禽畜粪便为食时属于分解者，以线虫为食时属于消费者，所以蚯蚓在生态系统中既是消费者也是分解者，A正确； B、从实验结果图可以看出，在20天以后，蚯蚓体内TBBPA浓度曲线趋于平缓，说明蚯蚓对TBBPA的富集效应在20天以后趋于饱和，B正确； C、TBBPA是土壤中常见的污染物，具有生物富集作用，若实验结束时蚯蚓被其他捕食者所食，TBBPA会沿食物链传递，C错误； D、由图可知，初始实验环境中TBBPA浓度为1mg/kg，15天时蚯蚓体内TBBPA浓度约为8μg/g=8mg/kg，所以15天时蚯蚓体内富集的TBBPA浓度约是初始实验环境中TBBPA的8倍，D正确。 故选C。 24 4 物质循环与能量流动的关系 能量流动 物质循环 范围 形式 过程 特点 联系 生态系统各营养级之间 生物圈(全球性) 主要以有机物中的化学能的形式 主要以无机物形式 (群落和非生物环境间主要以CO2的形式) 光能→化学能→热能 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 （开放型） 在生物群落和无机环境之间循环往复 （封闭型） 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 ，使能量沿食物链(网)流动； ③能量作为 ，使物质在生物群落和非生物环境之间循环往返。 载体 动力 思考：物质循环和能量流动的起点和终点是否相同？ 不同。能量流动的起点是生产者固定的太阳能，终点是以热能的形式散失。物质循环没有起点和终点。 26 5 探究土壤微生物的分解作用 (1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌、呈放射状的放线菌等微生物，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。 1.实验原理 第二年春天从土中刨出的花生 秋天刚收获的花生 枯枝落叶层 有机碎屑层 腐殖质层 淀积层 2.实验目的： 土壤微生物具有分解作用吗？ 提出问题1 做出假设 实 验 设 计 自变量 对照组 实验组 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 落叶+灭菌土壤（高温处理） 落叶+土壤（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） 注：增加重复次数（每组落叶等量若干，组内设置多组等） 实验组的土壤进行处理要排除土壤微生物的作用，同时尽可能避免土壤理化性质的改变（不能加热烘干，但可将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中处理一小时） 落叶腐烂 落叶未腐烂 实验结果： 土壤微生物对落叶有分解作用。 提出问题2 做出假设 实 验 设 计 自变量 实验组A 对照组B 实 验 现象 因变量 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 适量淀粉糊+30mL土壤浸出液 等量淀粉糊+30mL蒸馏水 B组变蓝 A组不变蓝 B组不产生砖红色沉淀 A组产生砖红色沉淀 【配制土壤浸出液】 A 淀粉糊+ 土壤浸出液 B 淀粉糊+ 蒸馏水 室温（20℃）放置7d后 加入碘液 加入碘液 加斐林试剂 加斐林试剂 不变蓝 砖红色沉淀 变蓝 无砖红色沉淀 加入 碘液 加入斐林试剂，水浴加热 观察颜色变化 实验结论： 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉。 2019人教版·生物·选择性必修2 感谢观看！ 30 $