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

THE MATERIAL CYCLE OF ECOSYSTEMS 第三章第三节 生态系统的 物质循环 为什么维持生态系统所需大量物质，例如氧、碳和许多其他物质，亿万年来却没有被生命活动所消耗完？ 问题探讨 为什么维持生态系统所需大量物质，例如氧、碳和许多其他物质，亿万年来却没有被生命活动所消耗完？ 构成物质的元素可以被循环利用，消费者能够加快物质循环 一、碳循环 碳、氧元素在 和 之间是不断循环的。 呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，进入大气中。 这些二氧化碳分子离开你后，会开始怎样的旅行？ 食物 人体的细胞呼吸 CO2 植物的光合作用 生物群落 非生物环境 一、碳循环 1、碳元素 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 为基本骨架形成的。 氨基酸结构通式 葡萄糖结构 核糖核苷酸结构 大气中的碳主要是二氧化碳。生物体和大气中的碳含量，都长期处于稳定的状态，这是怎样维持的呢？ 碳链 一、碳循环 2、碳循环的过程 【讨论1】碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？ ②在生物群落中 主要是________的形式 ①在非生物环境中 主要是_____的形式 碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要以 的形式进行的。 CO2 CO2 有机物 碳循环的概念：碳元素在生物群落与非生物环境之间的循环。 一、碳循环 【讨论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？） 2、碳循环的过程 进：光合作用、化能合成作用等将CO2 转化为有机物； 出：呼吸作用等将有机物分解为CO2。 进：摄食等将前一营养级的有机物转化 为自身的有机物； 出：呼吸作用等将有机物分解为CO2。 生产者 消费者 一、碳循环 【讨论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？） 2、碳循环的过程 （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 将有机物分解为二氧化碳等。 进：食腐、腐生等将现成有机物转化为 自身有机物； 出：分解作用、呼吸作用等将有机物分 解为CO2。 分解者 其他途径 微生物分解作用，不仅包括发生在细胞内的呼吸作用，还包括发生在细胞外的分解作用。 一、碳循环 进入生物群落的途径 ①生产者光合作用 ②化能合成作用 碳在生物群落内传递的途径 食物链（网） 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 ③化石燃料的燃烧 实现碳循环关键因素 生产者和分解者 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 水圈中的CO2库 分解作用 非生物环境 生物 群落 3、构建碳循环模型 碳元素在 和 之间是不断循环的 生物群落 非生物环境 1、动植物遗体一定会被分解者分解吗？ 2、碳元素在生物群落中是循环的吗？ 9 【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 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 箭头指入最多的是大气中的CO2库，其次是分解者。指出最多的是生产者 一、碳循环 1. 先看双箭头：双箭头代表生产者、大气中的CO2库； 2. 其他所有成分都指向C，则C为大气中的CO2库； 3. 除了C之外，有最多被指向箭头的为分解者，即B为分解者。 10 海洋对于调节大气中碳含量起着非常重要的作用 海洋的碳含量是大气圈碳含量的56倍。海洋对大气中二氧化碳的吸收是平衡大气中二氧化碳的重要因素。 海洋生物利用海洋中所溶解的二氧化碳进行光合作用，其中一部分生物的残体分解释放出二氧化碳，另一部分形成生物碳酸盐沉积，与无机碳酸盐一道固定在岩石圈中，直到受地质作用被抬升到地表经风化作用而重新释放出二氧化碳。 一、碳循环 4. 碳循环失调的后果 温室效应 大 气 层 太阳辐射 大部分被地球吸收，并加热地球 一些被大气层吸收、散射 一些被云层反射 由地球产生的红外线辐射 1 2 一些被地球反射 3 温室气体 4 5 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”。 一、碳循环 极地冰川加速融化 海平面上升 气温升高 对人类和其他生物的生存构成威胁 土地荒漠化加剧 4. 碳循环失调的后果 温室效应 形成原因 解决措施 ①减少化石燃料的使用，开发清洁能源； 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。低碳生活。 一、碳循环 ①化石燃料的大量燃烧（主要原因），导致大气中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。 ②森林、草原等植被的破坏 二、氮循环 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。 ① ② ③ 三、生态系统的物质循环 1、概念 组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等 ，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。 元素 非生物环境 生物群落 1.“物质循环”中的“物质”指什么？ 2.这里的生态系统指的是什么生态系统？ 元素 生物圈 2、特点 根据科学家掌握的资料，人类从未在南极使用过 资料1 DDT，但研究人员早在20世纪60年代初就从阿德利企鹅的脂肪内检测出DDT。这说明什么？可以得到哪些启示？ 生态系统依靠太阳不断地提供能量，而物质却都 资料2 是由地球提供的。为什么维持生态系统所需的大量物质，亿万年来却没有被生命活动所耗尽？ ②循环往复运动 （反复利用、循环流动） ①全球性 （物质循环的范围为生物圈） （生物地球化学循环） 三、生态系统的物质循环 稻田 养鸭 四、物质循环和能量流动的关系 任务一：请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程。 ①物质循环与能量流动有什么关系？ 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？ 同时进行，相互依存，不可分割 物质是能量沿食物链网流动的载体 能量是物质循环的动力 光能 热能 生产者 大气中 的CO2 消费者 分解者 17 稻田养鱼 四、物质循环和能量流动的关系 能量流动 物质循环 范围 形式 特点 渠道 联系 生物群落(各营养级之间) 生物圈 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 在生物群落（食物链、网）和非生物环境之间循环往返 ①同时进行，相互依存，不可分割 ②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； ③物质是能量沿食物链网流动的载体； ④能量是物质循环的动力。 光能→化学能→热能 化学元素 18 五、生物富集 人类活动向环境中排放了很多有害物质，这些有害物质进入环境后也会进行物质循环，那么，它们的循环过程和碳循环、氮循环的过程相同吗? PCBs（多氯联苯）浓度 银鸥蛋 124 ppm 鳟鱼 4.83 ppm 胡瓜鱼 1.04 ppm 浮游动物 0.123 ppm 浮游植物 0.025 ppm 19 五、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。 2、参与生物富集的物质 1 重金属 如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等 2 人工合成的有机物 如DDT、六六六等 富集物质的共性（特点） 一些放射性物质 3 ①存在形式比较 ； ②生物体能够 但 ； ③生物代谢过程中不易被 。 稳定 吸收 不易排出 分解 20 五、生物富集 3. 生物富集的主要途径 4. 生物富集的特点 食物链和食物网 ①全球性 ②有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高 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） 如上图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍 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。 21 六、探究土壤微生物的分解作用 实验一：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ (1)提出问题： (2)作出假设： (3)设计实验： ①自变量： ②因变量： 检测指标： ③无关变量： 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的 土壤中是否含微生物 落叶的腐烂程度 落叶的量、土壤的量 对照组土壤 不处理（自然状态） 实验组土壤 高温60℃处理(灭菌） 实验前后叶片干重的变化量 22 实验二：探究土壤微生物对淀粉的分解作用 (1)实验原理： (2)实验材料： 土壤浸出液、淀粉糊（分解成单糖）、斐林试剂（碘液） 纱布 烧杯 土壤 水 水 玻璃棒 取出 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 23 课堂小测 1、为应对全球气候变化问题，我国政府向全世界做出了“碳达峰、碳中和”的郑重承诺，国家“十四五”规划也将加快推动绿色低碳发展列入其中。下列关于碳循环的相关叙述，错误的是（ ） A．生物群落与非生物环境之间的碳循环主要是以CO2的形式进行 B．碳循环平衡受破坏的主要原因是人类化石燃料的大量燃烧 C．碳循环指CO2在非生物环境和生物群落之间的循环过程 D．植树造林和减少化石燃料的燃烧，有利于“碳中和”提前实现 C 课堂小测 2、(多选)下列关于生态系统物质循环和能量流动的叙述，正确的是(　 　) A．生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程为生态系统的能量流动 B．当生产者通过光合作用合成有机物时，能量就从非生物环境流入生物群落 C．物质是能量的载体，生态系统中的能量是伴随着物质循环而循环利用的 D．在物质循环过程中，非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用 ABD 课堂小测 3、如图为生态系统能量流动和物质循环的关系图，下列相关叙述错误的是（ ） A．图中黑色箭头可表示能量流动过程，白色箭头可表示物质循环过程 B．能量流动和物质循环可借助生物之间的取食过程相依相伴进行 C．②表示热能散失的过程，生态系统需要通过①过程从外界获得能量 D．若图中物质循环表示碳循环，则碳在③④⑤过程的传递形式为CO2 D 课堂小测 4、某些人工合成的化合物如农药DDT、六六六等，进入环境后便参与生态系统的物质循环，但是，这些化合物难以被降解而在生物体内蓄积。如表是某水域生态系统在结构和功能处于相对稳定状态时，甲、乙、丙、丁四个种群所含有的总能量和残留DDT的平均浓度。下列说法错误的是（ ） A．该生态系统的水体中DDT的浓度小于0.04 ppm B．DDT在代谢中不易分解，具有生物富集作用 C．丁种群个体死亡后释放的DDT还可能再进入丁种群 D．四个种群最简单的能量流动渠道是形成一条食物链 D 种群 甲 乙 丙 丁 能量/kJ 2.8×109 1.3×108 9.1×107 2.9×107 DDT浓度/ppm 0.04 0.35 0.39 3.4 课堂小测 5、某同学设计了探究土壤微生物对淀粉的分解作用实验。下列关于该实验的分析和预测，不合理的是（ ） A．实验组加入土壤浸出液，对照组加等量蒸馏水 B．该实验中有多种微生物参与了对淀粉的分解和利用 C．应在室温下处理一段时间后，再进行相关物质的检测 D．加入碘液和加入斐林试剂都可检测淀粉的分解和还原糖的产生 D $