3.3生态系统的物质循环课件-2025-2026学年高二上学期生物人教版选择性必修2

能量流动 概念： 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程 过程 能量的源头： 流经生态系统的总能量： 生产者固定的太阳能的总量 途径：食物链和食物网 特点 单向流动： 逐级递减： 沿食物链方向由低营养级流向下一营养级 能量沿食物链流动过程中逐级递减；传递效率为10%~20%。 研究意义 ①将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入生态系统的总能量；②科学规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用； ③调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分。 太阳能 生态金字塔：能量金字塔、生物量金字塔、数量金字塔 第3节 生态系统的物质循环 物质循环: 组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素，不断地在生物群落和非生物环境间的反复循环过程。物质循环带有全球性。（又叫做生物地球化学循环） 【前测】 持续的森林大火会对全球有哪些影响？   2.核污染水排放有哪些全球性的影响？   烧毁林木和林下植物资源，危害野生动物；引起水土流失，生境退化，使下游河流水质下降；引起空气污染，加重全球气候变暖，等等危害。 核污染水所含的放射性元素在海洋中扩散，可能造成局部环境中放射性物质浓度增加，对海洋生态环境及依靠海水生存的动植物造成不利影响，进而通过食物链富集影响人类健康。 1.结合示意图，分析 （1）碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？ 一、碳循环 在非生物环境中 二氧化碳等； 在生物群落中 主要是有机物。 大气中的二氧化碳库 煤、石油 生物群落中的有机物 4 大气中的二氧化碳库 光合作用 呼吸作用 溶解 （水生植物） 光合作用 （1）光合作用等； 将二氧化碳转化为有机物； （2）呼吸作用等; 将有机物分解为二氧化碳。 生产者 一、碳循环 5 大气中的二氧化碳库 呼吸作用 摄食 消费者 （1）摄食等； 将前一营养级的有机物转化为自身的有机物； （2）呼吸作用等; 将有机物分解为二氧化碳。 一、碳循环 6 6 大气中的二氧化碳库 微生物的分解作用 （1）食腐、腐生等； 将现成有机物转化为自身有机物； （2）呼吸作用等; 将有机物分解为二氧化碳。 分解者 分解者 一、碳循环 （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、形成那些产物）。 7 （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。 大气中的二氧化碳库 煤、石油 其他途径 水体中的HCO3-等 岩石中的CaCO3等 一、碳循环 碳以CO2的形式通过光合作用被生产者转化成含碳有机物；生产者体内的含碳有机物被消费者消化吸收；生产者和消费者体内的含碳有机物随它们的遗体被分解者吸收。最终这些有机物随着生产者、消费者和分解者的呼吸作用，以CO2形式排到非生物环境中去。 8 （3）如何看待人类活动对碳循环的影响？ 人类对煤和石油等化石能源的利用，会向大气中排放大量CO2；人类植树造林，开发新能源，发展节能产业等，有利于降低大气中的CO2浓度，维持生物圈的碳氧平衡。 一、碳循环 2.（1）碳以什么形式在无机环境和生物群落之间循环？ （2）碳如何从无机环境进入群落？ （3）碳怎样从一种生物传递给另一生物？ （4）生物群落中的碳以什么途径回归大气圈？ （5）请用关键词、线段、箭头、方框等表示 碳循环过程模型。 CO2 CO2通过生产者的光合作用以含碳有机物的形式进入生物群落 以含碳有机物的形式从一种生物传递给另一生物 以含碳有机物通过呼吸作用以CO2的形式回归大气圈 非生物环境 碳循环的模型示意图 大气中的CO2库 消费者 摄食 遗体和排出物 煤、石油等 燃烧 呼吸作用 呼吸作用 生产者 光合作用 水圈中的CO2库 非生物环境 生物群落 呼吸作用 未被利用 一、碳循环 分解者 碳循环具有全球性、循环性 大气环流 海洋洋流 碳是地球上最重要的生命元素和环境要素,在地球演化和生命起源的历史中扮演着重要的角色。 碳通过光合作用固定和呼吸作用释放过程, 在海洋、大气和陆地生物圈这 3 个主要的地球碳储库间流动。 一 碳循环 3.从构建的模型和事实来看，碳循环具有什么特点？ 12 一、碳循环 4.大气中二氧化碳含量在工业革命开始后就长期上升，并且呈现有规律的季节变化，夏季下降，冬季上升，尝试解释原因。 工业革命后人类使用化石燃料的急剧骤增，使得大气中二氧化碳含量连续而迅速地上升。 可能是人类的化石燃料使用量在冬季高于夏季，植物光合作用二氧化碳利用率夏季高于冬季。 13 （1）从衣食住行等角度分析 人类社会对碳的需求 食物 饲料 衣物 薪材 木材 能源 化工产品 5.总结人类活动对碳循环有哪些影响？你如何看待这些影响？ 一、碳循环 人类活动对碳循环的影响 签署气候协议 《哥本哈根气候协议》 《巴黎协定》等 垃圾分类 节约粮食 提高质量标准 （2) 国家环保行动 天然林保护工程 退耕还林工程 沙漠治理行动 城市绿化 人类活动对碳循环的影响 （2) 国家环保行动 叶绿体太阳能电池 海水稻 加大科研投入 推广高产作物 (3)结合模型，请举例说明作为中学生可以如何力所能及地响应低碳生活地号召？ （拓展任务）碳循环中把释放二氧化碳的库称为源，吸收二氧化碳的库称为汇。维持碳平衡最关键的是每年碳的去处和动向，当碳汇（碳收入）和碳源（碳支出）的差值是正值，即生态系统的净生产量大于零，表明生态系统是CO2的汇，否则表明生态系统是CO2的源，谈谈哪些生态系统对二氧化碳的汇的贡献较大，原因是什么？ 绿色植物较多的生态系统，如森林、海洋生态系统。 这两类生态系统生产者种类和数量最多，光合作用吸收CO2最多。 二、生态系统的物质循环 1.观察氮循环示意图，描述过程，总结特点，分析人类活动的影响。 氨化作用 固定 硝化作用 反硝化作用 NO3- NO2- NH4+ 植物 遗体 消费者 分解者 未利用 大气N2 反硝化细菌 固氮菌、蓝细菌 含氮有机物 NH3 硝化细菌 反硝化细菌 生物 固氮 高能 固氮 工业 固氮 （缺氧） NH4+ NO3— 氮循环 硫循环 2.请根据碳循环和氮循环的过程总结生态系统的物质循环的概念。 二、生态系统的物质循环 组成生物体的碳、氢、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。 具有全球性、循环性的特点。 地球上最大的生态系统——生物圈，物质循环具有全球性，因此又叫生物地球化学循环。 二、生态系统的物质循环 3. 生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统，为什么？     4.（拓展任务）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施加氮肥呢？ 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。 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。 铅是一种毒性很强的化学元素 资料一：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。 自2013年起，联合国环境规划署和世界卫生组织联合号召：每年十月底在全球开展“预防铅中毒国际行动周”活动。 资料二：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。 资料三：铅对微生物也具有毒害作用。 1.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？请阅读以下资料 三、生物富集 26 2.依据资料和图解，说明铅铅循环的过程、特点及其成因。 铅循环的主要过程 火山喷发 沙尘暴 大火 大气 降水 水体 植物 土壤 动物 鱼 水鸟 猛禽 煤燃烧 金属 冶炼 浮游生物 三、生物富集 扩散途径：1.大气 2.水 3.生物迁移 全球性 27 水 水底沉积物 中国血蛤 3.分析铅浓度在生物体中的特点 （1）资料一：不同采样点中水、水底沉积物和中国血蛤体内铅浓度 结果：铅在中国血蛤体内的浓度超过环境浓度。 生物富集 中国血蛤 （Hiatula chinensis） 铅浓度(ppm) 采样点1 采样点2 采样点3 采样点4 三、生物富集 实验结果是什么？说明什么问题？ 说明：铅在中国血蛤体内发生生物富集作用。 28 对比碳循环，分析铅在生物体内富集的原因 成因：铅在生物体内形成难以降解的化合物，且不易排出。 消费者 生产者 分解者 吸收 摄食 呼吸作用 非生物环境中的碳 分解作用 29 分析生物富集随暴露时间的变化 （2）资料二：置于0.48 nmol/g铅溶液中美国钩虾体内铅浓度随时间的变化 结果：铅在美国钩虾体内浓度随浸泡时间延长而增加。 说明：铅在生物体内的生物富集随暴露时间延长而加剧。 美洲钩虾 （Hyalella azteca） 时间（天） 体内铅浓度(nmol/g) 实验结果是什么？说明什么问题？ 30 分析铅浓度在生物群落内的特点 （3）资料三：水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图 生物富集随暴露时间延长而加剧 水 浮游生物 鱼 水鸟 c浮游生物 > c水 c鱼 > c水 c水鸟> c水 < < 2 ppm 5 ppm 200 ppm 1600 ppm 生物富集 食物链生物富集的放大作用 31 4.总结生物富集的概念。 三、生物富集 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。 5.分析铅在生态系统中流动的特点，并总结生态系统中元素和有害物质循环的相同点和不同点。 归纳总结生态系统中物质循环的规律 碳循环 非生物环境 生物群落 吸收 摄食 呼吸作用 分解者的分解作用 铅循环 非生物环境 生物群落 吸收 摄食 分解者的分解作用 33 1.重金属（如汞、镉等） 2.放射性物质（如含137Cs、226Ra等的物质） 3.一些人工合成的有机化合物（如DDT等） DDT（双对氯苯基三氯乙烷） 6.还有哪些物质也有生物富集的现象？有害物质的流动特点对我们的生产生活有什么启示？ 三、生物富集 34 学习有害物质流动的特点对我们的启示 1. 树立环境保护的意识，实施垃圾分类，合理利用资源； 2. 开发新技术和新材料，有效地减少铅等有害物质的使用和排放； 3. 利用某些生物能够富集有害物质的特征，进行被污染环境的生物修复。 35 碳循环的图解 化石燃料 非生物环境 生产者 分解者 消费者 光合作用 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用、分解作用 摄食 形成煤、石油、 天然气等 形成煤、石油、 天然气等 燃 烧 遗体 遗体 四、探究土壤微生物的分解作用 思考：可提出哪些研究问题？ 如何证明土壤微生物具有分解作用？ 有机物的分解 现象 本质 分解过程中，物质发生怎样的变化？ 落叶等的腐烂 影响 因素 百花山自然保护区和奥林匹克森林公园每年会有大量落叶成为土壤的一部分，落叶的分解需要土壤中的微生物发挥分解作用，而两地温度等因素不同（气候与环境），落叶在土壤中被分解的时间也是不同的。 设计实验方案 1.落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 对照组 实验组 自变量 有土壤微生物 无土壤微生物 设置方式 落叶+土壤 落叶+灭菌土壤 因变量 落叶腐烂（快慢和程度） 无关变量 避免土壤理化性质的改变 增加重复次数（每组落叶等量若干，组内设置多组等） 四、探究土壤微生物的分解作用 38 进行实验观察和结果记录 1.落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 培养时间 第1周 第2周 第3周 第4周 对照组落叶 平均干重 实验组落叶 平均干重 （实验组-对照组）平均干重 四、探究土壤微生物的分解作用 39 分析可能的结果和得出对应的结论 1.落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 相同时间内（实验组-对照组）平均干重 结论 正值 落叶是在该土壤中微生物的作用下腐烂 0或者负值 落叶在该土壤中微生物的作用下不腐烂 四、探究土壤微生物的分解作用 40 可能的实验现象（以一片落叶为例） 1.落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 一个月后的落叶 新采集的落叶 图片资料选自人民教育音像出版社光盘 四、探究土壤微生物的分解作用 41 （1）设计实验方案 2.土壤微生物能分解淀粉吗？ 对照组 实验组 自变量 有土壤微生物 无土壤微生物 设置方式 淀粉+土壤 浸出液 淀粉+灭菌的 土壤浸出液 因变量 观测指标 1.淀粉显色反应的变化 2.还原糖含量的变化 无关变量 减少土壤中带颜色的颗粒物 1.淀粉酶的土壤中存在地点； 2.淀粉酶在高温下变性失活后， 还能复性吗？ B组 A组 四、探究土壤微生物的分解作用 可能观察到的实验现象 加碘液： 加斐林试剂： 图片资料选自人民教育音像出版社光盘 （2）可能的实验结果分析，是否与预期相符？ 42 五、加强现代农业中物质循环建设 桑基鱼塘生态农业模式图 据图描述桑基鱼塘的物质循环。与“种养分离的农业模式”相比，具有什么明显的优势？ 43 桑基鱼塘将水网洼地挖深成为池塘，挖出的泥在水塘的四周堆成高基，基上种桑，塘中养鱼，桑叶用来养蚕，蚕的排泄物用以喂鱼，而鱼塘中的淤泥又可用来肥桑。 从种桑开始，通过养蚕而结束于养鱼的生产循环，构成了桑、蚕、鱼三者之间密切的关系，形成池埂种桑、桑叶养蚕、蚕茧缫、蚕沙、蚕蛹、缫丝废水养鱼、鱼粪等泥肥肥桑的比较完整的能量流系统。在这个系统里，蚕丝为中间产品，不再进入物质循环。鲜鱼才是终级产品，提供人们食用。 五、加强现代农业中物质循环建设 种养分离的现代农业缺点： 1.畜禽粪便污染； 2.农药污染环境； 3.土地利用率低等。 生态农业优点： 如：牧草-作物-牛/羊； 稻-鸭/鱼 种养结合 养殖业 种植业 牧草 农作物 饲料 有机肥 家禽 家畜 鱼 苗木 实现了能量的多级、充分利用，提高了能量的利用率。 45 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 范围 生态系统各营养级 生物圈（全球性） 特点 单向传递，逐级递减 全球性、循环性 联系 同时进行，彼此相互依存，不可分割。 1.能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解等过程； 2.物质是能量沿食物链（网）流动的载体； 3.能量是物质在生态系统中循环往返的动力。 六、能量流动和物质循环的关系 46 生态 系统 结构 功能 能量流动 物质循环 ？ 动 力 载体 决定 过程 特点 生态金字塔 生物富集 组成成分 营养结构 影响 渠道 参与 47 例.下表是某一年内对某水生生态系统营养级和能量流动情况的调查结果，表中A．B．C．D分别表示不同的营养级，E为分解者。Pg表示生物同化作用固定能量的总量,Pn表示生物体贮存的能量(Pn=Pg-R),R表示生物呼吸消耗的能量。（单位：102千焦/㎡/年） Pg Pn R A 15.9 2.8 13.1 B 870.7 369.4 501.3 C 0.9 0.3 0.6 D 141.0 61.9 79.1 E 211.5 20.1 191.4 1.请用表中字母分别代表营养级，写出一条食物链 第一营养级 第二营养级 第三营养级 第四营养级 分解者 2.请计算第三营养级到第四营养级的能量传递效率? 3.请比较此生态系统输入的总能量和输出的总能量 0.9÷15.9×100%＝5.7% 输入: 870.7 输出: 785.5 B→D→A→C 同化量（总量） 积累量 呼吸作用消耗量 因为生物群落中各种生物都有生长发育繁殖所需的能量一直在生物体内，那么输能量的入量不应该一定大于输出量吗？ 教材P67一、概念检测1. （1）（√） （2）（×） 2.（1）C （2）D 3. D二、拓展应用1.【提示】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.【提示】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。3. A　　B和C　 D和E 提示: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。 1.生物群落的生产者、消费者和分解者同化的能量是呼吸作用散失掉的能量之后剩下的部分吗？ 呼吸消耗的能量包含在同化的能量中 生产者和消费者同化的能量减去呼吸消耗的能量后，剩余的能量都储存在积累的有机物中，用于生物个体生长发育繁殖，最终流向下一营养级和分解者（最高营养级均流向分解者） 2人类社会利用的电能等能量，能算在生态系统能量流动里吗？ 电能算是输入到人工生态系统（城市、果园、农田等）中被人类利用的能量，但不属于该生态系统生物群落同化的能量。再例如，人类利用沼气（主要是甲烷）烧水做饭和照明等，属于人类利用了沼气的能量做生活能源，这部分能量没有被人类同化（人类消化吸收的食物中的有机物所含能量，才是真正被同化的能量）。 生物群落中的生物同化的能量才算是生态系统流动的能量。电能是输入到人工生态系统的能量，但不能沿着食物链和食物网流动。 1.生物群落的生产者、消费者和分解者同化的能量是呼吸作用散失掉的能量之后剩下的部分吗？ 呼吸消耗的能量包含在同化的能量中 生产者和消费者同化的能量减去呼吸消耗的能量后，剩余的能量都储存在积累的有机物中，用于生物个体生长发育繁殖，最终流向下一营养级和分解者（最高营养级均流向分解者） 2人类社会利用的电能等能量，能算在生态系统能量流动里吗？ 电能算是输入到人工生态系统（城市、果园、农田等）中被人类利用的能量，但不属于该生态系统生物群落同化的能量。再例如，人类利用沼气（主要是甲烷）烧水做饭和照明等，属于人类利用了沼气的能量做生活能源，这部分能量没有被人类同化（人类消化吸收的食物中的有机物所含能量，才是真正被同化的能量）。 生物群落中的生物同化的能量才算是生态系统流动的能量。电能是输入到人工生态系统的能量，但不能沿着食物链和食物网流动。 C D B A Lavf56.15.100 $