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

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？ 请大家以小组为单位，绘制一幅“碳先生”的旅行的图片。 生物体和大气中的碳的含量是怎样维持相对稳定的 食物 人体的细胞呼吸 CO2 植物的光合作用 第3节 生态系统的物质循环 1、以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环（生命观念、科学思维） 2、说明能量流动和物质循环的关系（生命观念、科学思维） 3、尝试探究土壤微生物的分解作用（科学探究） 4、关注碳循环平衡失调与温室效应，关注生物富集（社会责任） 分析碳循环的过程 讨论： 1. 碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？ 在非生物环境中：主要以CO2的形式存在(还有碳酸盐) 在生物群落中：含碳有机物的形式存在 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)？ （请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环的模型。） 01 碳循环P62 碳是地球上储量最丰富的元素之一。 　　碳是构成生物体的基本元素，约占生物体干重的49％，碳链是有机化合物的“骨架”，没有碳就没有生命。 3 1.过程 3.进入生物群落的途径: 4.碳在生物群落内传递的途径: 食物链（网） 生产者的光合作用、化能合成作用 2.流动形式 ①生物群落与非生物环境之间：CO2 ②生物群落内部:含碳有机物 01 碳循环 碳是地球上储量最丰富的元素之一。　　碳是构成生物体的基本元素，约占生物体干重的49％，碳链是有机化合物的“骨架”，没有碳就没有生命。 4 二氧化碳 6.碳循环的形式： 非生物机环境 （ CO2 ） 生物群落 （有机物） 光合作用、化能合成作用 呼吸作用、分解作用 5.碳返回非生物环境的途径: 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 01 碳循环 如图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析错误的是（　　） A、生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足 B、A是消费者，C是生产者，碳在各成分间以CO2的形式传递 C、对E过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡 D、碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量的载体 B 大气中的CO2库 生产者 分解者 消费者 化石燃料的燃烧 考点：物质循环和能量流动的基本规律及其应用 专题： 分析：1、由图可知，CD之间存在双箭头，且其它成分都有箭头指向D，所以D为大气二氧化碳，C为生产者，A为消费者，B为分解者，E为化石燃料的燃烧．a为光合作用，b为呼吸作用，c为分解者的分解作用． 2、碳在生物群落中以有机物的形式循环，在生物群落和无机环境之间以二氧化碳的形式循环． 解答： 解：A、生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足，A正确； B、A是消费者，C是生产者，碳在生物群落中以有机物的形式循环，在生物群落和无机环境之间以二氧化碳的形式循环，B错误； C、E为化石燃料，若对此过度开发利用会导致温室效应的产生，C正确； D、能量是物质循环的动力，物质是能量的载体，D正确． 故选：B． 点评：本题结合生物圈中碳循环的部分示意图，考查生态系统的功能，重点考查生态系统中的碳循环，要求考生识记生态系统的组成成分，掌握各组成成分之间的关系，能准确判断图中各字母的名称，再结合所学的知识准确判断各选项． 【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、箭头指向最多的是大气中的CO2库，其次是分解者 注意: 碳循环中各成分包括:生产者、消费者、分解者和大气中的CO2库。 1．图1——先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物的物质和能量，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”，再根据A→D和C→D，确定A为生产者，D为分解者，则C为消费者。 2．图2——根据A与C之间是双向箭头判断：A和C中一个是生产者，另一个是非生物的物质和能量。根据A、B、D都有箭头指向E，可进一步判断：A是生产者，B是初级消费者，C是非生物的物质和能量，D是次级消费者，E是分解者。 3．图3——首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分，即A和E，一个为生产者，则另一个是大气中的CO2库。又因为其他各个成分都有箭头指向A，所以A为大气中的CO2库，E为生产者。然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F则为消费者。整个图解中，食物链是E→F→D→B。 思考：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？ 破坏碳循环的平衡 大气中CO2含量增加 温室效应 01 碳循环 1）原因 化石燃料的大量燃烧（主要原因） 森林、草原等植被的破坏 2）危害 3）缓解措施 极地和高山冰川加速融化 海平面上升 气温升高 对人类和其他生物的生存构成威胁 冰川融化 化石燃料的燃烧 7.与社会的联系——温室效应 01 碳循环 ①减少二氧化碳排放: 开发新能源，减少化石燃料燃烧； ②增加二氧化碳的吸收和固定量: 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。 （1）碳在无机环境和群落间循环的形式： （2）碳在无机环境中的主要存在形式： （3）碳在生物体内的主要存在形式： （4）碳进入生物体的主要途径： （5）碳在生物体之间传递途径： （6）碳进入大气的途径： CO2 CO2（主要）和碳酸盐 生产者的光合作用、化能合成作用 食物链和食物网 ① 生产者、消费者呼吸作用 含碳有机物 ② 微生物的分解作用 ③ 化石燃料的燃烧 总结 （7）与社会的联系——温室效应 （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） C 金版P64 （2021·广东高考真题）为积极应对全球气候变化，我国政府在2020年的联合国大会上宣布，中国于2030年前确保碳达峰（CO2排放量达到峰值），力争在2060年前实现碳中和（CO2排放量与减少量相等），这是中国向全世界的郑重承诺，漳显了大国责任。回答下列问题：（1）在自然生态系统中，植物等从大气中摄取碳的速率与生物的呼吸作用和分解作用释放碳的速率大致相等，可以自我维持___________。自西方工业革命以来，大气中CO2的浓度持续增加，引起全球气候变暖，导致的生态后果主要是_________________________________________。（2）生态系统中的生产者、消费者和分解者获取碳元素的方式分别是_____________________________，___________，______________。（3）全球变暖是当今国际社会共同面临的重大问题，从全球碳循环的主要途径来看，减少__________________和增加___________________是实现碳达峰和碳中和的重要举措。 碳平衡 极地冰雪和高山冰川融化、海平面上升 光合作用和化能合成作用 捕食 分解作用 二氧化碳的排放 二氧化碳的去路 生态系统的物质循环 组成生物体的　　　　　　　　　　等基本元素，在不断进行着 从　 　　　 到　　　 　，又从　 　　　 的循环过程。 非生物环境 C、H、O、N、P、S 范围： 物质： 循环过程： 特点： 生物圈，又叫生物地球化学循环 C、H、O、N、P、S等 非生物环境 生物群落 循环往复运动，全球性 生物群落 生物群落到非生物环境 2、 3、应用实例： 种养结合-如稻田中养鱼养鸭 1、概念： 02 （2020·全国高考真题）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．碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2形式循环 A 物质循环 02 （补充）下列关于生态系统的物质循环的叙述中，正确的是 （ ） A．所指的物质是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素构成的化合物 B．所说的生态系统是指生物圈 C．物质在循环过程中不断减少的 D．在“桑基鱼塘”生态系统内实现了物质循环功能 B 物质循环 02 物质循环是整个生物圈 提示:切断食物链。 金版P64 二、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。 2.物质 人工合成的有机物: 如DDT、六六六等。 重金属: 如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等。 3.物质的特点: ①在环境和生物体中存在形式是比较______的； ②必须是生物体能够______的且________的； ③在生物代谢过程中是________________的； 稳定 吸收 不易被分解 不易排出 4.生物富集的主要途径——______________ 食物链、食物网 1.概念: 17 如图为水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图 为什么浮游生物体内的铅含量比水体中的铅含量高？ 为什么营养等级越高，体内含有的铅浓度越大？ 水 浮游生物 鱼 水鸟 2 ppm 5 ppm 200 ppm 1600 ppm 进入体内的铅，可以形成多种稳定的化合物，不易分解、不易排出，生物不断的摄入无机环境中的化学物质，导致体内铅含量不断积累以致高于水体中的铅含量。 高营养级的生物捕食多种低营养级的生物，导致体内积累更多的铅，因此，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链顶端 生物富集 03 5、生物富集现象的特点 ①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 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） 有害物质在生物体内的浓度 如右图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍 生物富集 03 6.生物富集的危害：在生物体内形成积累性中毒。 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。 1952年，日本5万多只猫集体跳海自尽 2017年9月24日《水俣公约》第一届缔约国会议开幕 日本患者呼吁加强管控 8.研究生物富集的意义 减少有害物质在生物体内的富集，提高水产品的安全性。 能量流动 物质循环 范围 形式 特点 过程 联系 生物群落（生态系统各营养级之间） 生物圈 主要以有机物中的化学能的形式 碳在生物群落和非生物环境间主要以二氧化碳的形式 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 在生物群落和非生物环境之间循环往返 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。 能量流动和物质循环的关系 04 (1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。( ) (2)碳的循环在生物群落内部是以CO2的形式进行的。( ) (3)光合作用推动碳循环过程，促进了生物群落中的能量循环。( ) (4)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。( ) (5)碳循环的进行伴随着能量流动，但由于生物体不能在代谢中利用热能，所以能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。( ) × × × √ √ (6)由于人工碳排放过度，破坏了生态系统的碳平衡，导致大气中二氧化碳浓度增加并引起全球气候变化。( ) (7)铅可沿食物链进入人体，在人体内的浓度可能超过环境浓度。( ) √ √ 演练获得 课堂小结 05 To explore the decomposition of soil microorganisms 探究土壤微生物的分解作用 第二年春天从土中刨出的花生 1.实验原理 (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_______。 (2)分解者的作用是将环境中的_______分解为_______，其分解 速度与环境中的______、水分等生态因子相关。 分解者 有机物 无机物 温度 秋天刚收获的花生 24 To explore the decomposition of soil microorganisms 探究土壤微生物的分解作用 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。 提出问题 实验假设 实验设计 实验组 对照组 自变量 实验观察 结论分析 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 土壤微生物能分解落叶使之腐烂 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） 观察落叶的腐烂程度 土壤微生物对落叶有分解作用 不能加热烘干，会导致土壤理化性质发生改变，可将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中1小时灭菌 完成《金》P66 25 To explore the decomposition of soil microorganisms 探究土壤微生物的分解作用 提出问题 实验假设 实验设计 自变量 实验组 对照组 实验现象 加入 碘液 A1 B1 加入斐林试剂，水浴加热 A2 B2 结论分析 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 A杯中加入适量淀粉糊+30mL土壤浸出液 B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸馏水 不变蓝 变蓝 产生砖红色沉淀 不产生砖红色沉淀 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 26 生态系统碳平衡取决于光合作用固定的碳量与呼吸作用释放的碳量的消长关系。若碳的固定量大于释放量，则该生态系统为碳汇；若呼吸作用排放的碳量大于光合作用的固定量，则该生态系统为碳源。回答下列问题： 3）为验证土壤微生物对有机碳的分解作用，某同学以落叶和土壤为实验材料，采用对照实验的办法，设计两组实验，请帮助其完成实验设计思路并预期结果： 实验思路：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 预期结果： ，说明土壤微生物对有机碳有分解作用。 取适量土壤均分为甲、乙两组， 甲组不做处理，乙组（在60℃下）灭菌处理（1小时）， 两组土壤中均埋入等量落叶，在相同的条件下放置一段时间， 称量并计算剩余的落叶量。 甲组的剩余落叶量少于乙组 2.在生态系统中，使二氧化碳进入生物群落 的生物主要是 （ ） A.细菌 B.真菌　　C.动物 D.绿色植物 一、概念检测 1.能量流动和物质循环是生态系统的主要功能。判断下列相关表述是否正确。 （1）物质循环发生在生物群落与非生物环境之间。 （ ） （2）能量流动和物质循环是两个相对独立的过程。 （ ） D 3.竹子中纤维素含量很高。大熊猫每天要吃大量竹子，但一般只能利用其中一小部分纤维素。研究表明，大熊猫的基因组缺少编码纤维素酶的基因，但是肠道中有多种纤维素分解菌。 （1）大熊猫与它肠道内某种纤维素分解菌的种间关系为 （ ） A.捕食 B.寄生　　　C.互利共生 D.原始合作 （2）下列叙述不合理的是 （ ） A.大熊猫是初级消费者，属于第二营养级 B.大熊猫未消化的纤维素会被分解者利用 C.纤维素分解菌促进了生态系统中的物质循环 D.能量流动方向是竹子→大熊猫→纤维素分解菌 C D 1. 生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统？为什么？ 【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. 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地施加氮肥呢？ 【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。 二、拓展应用 3. 下表为生活在某库区水域中层的几种鱼体内重金属的含量（单位：ng・g-1）。请据表推测， 这几种鱼中，草食性的鱼是 ，杂食性的鱼是 ，肉食性的鱼是 ，为什么？ 鱼的种类 A B C D E Hg 17.8 61.9 70.4 117.0 112.0 Pb 27.3 34.9 52.5 84.3 75.8 Cd 8.8 14.1 10.3 21.9 41.6 A B和C D和E 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。 【例1】“低碳生活”获得越来越多人的认同。根据下图所示碳循环的部分过程进行的有关分析,错误的是 (　　) A.非生物环境和生物群落之间碳循环的形式是二氧化碳 B.参与②过程的生物包括生产者、消费者和分解者 C.③过程增强后,②过程随之增强,不能通过增强③过程来减少大气中的二氧化碳 D.开发太阳能、水能、核能等新能源,能缓解温室效应 人类健康与生物富集 阅读材料,探究下列问题。 在日本水俣湾曾出现过一种奇怪的病,这种“怪病”就是日后轰动世界的“水俣病”,是工业废水排放污染造成的公害病,罪魁祸首是汞。 (1)造成水俣病的汞是怎么进入人体的?推测一下可能的途径。 (2)从生态角度分析,怎样能阻断水俣病。 提示:通过被工业废水污染的食物进入人体。途径可能是被污染的鱼、虾→人,通过食物链富集。 $