3.3生态系统的物质循环课件-2026-2027学年高二上学期生物人教版选择性必修2

该高中生物学课件聚焦生态系统物质循环，涵盖碳循环过程、生物富集及能量流动与物质循环关系，通过“呼气中CO₂旅行”情境导入，结合胡杨死亡问题探讨，以生产者、消费者等成分为支架，串联从现象到原理的知识脉络。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，通过土壤微生物分解实验（对照设计）、DDT富集数据及铅循环案例，培养分析归纳与实验能力。渗透物质与能量观、生态观，如碳平衡与温室效应分析，助力学生理解生物与环境联系，为教师提供丰富素材与清晰结构，提升教学效率。

第3节 生态系统的物质循环 1 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。 问题探讨 讨论 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？ 缺少分解者 枯枝落叶少，物质循环慢 课堂导入 呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，进入大气中。 食物 人体的细胞呼吸 CO2 植物的光合作用 这些二氧化碳分子离开你后，会开始怎样的旅行？ ☞碳元素和氧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的含量是怎样维持相对稳定的 3 讨论 1. 碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？ CO2和碳酸盐 含碳有机物 2. 碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要以什么形式进行？ 碳在生物群落之间主要是以什么形式进行？ CO2 以含碳有机物的形式通过食物链（网）进行。 一、碳循环 光合作用 光合作用 光合作用 大气中的CO2库 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 微生物的分解作用 煤 石油 分解者 溶解 摄食 （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） 4 3、碳是通过什么途径进出生物群落的？是如何进出生产者、消费者、分解者的？ 进生物体 生产者的光合作用 化能合成作用 消费者的摄食 出生物体 生产者、消费者呼吸作用 分解者的分解作用 化石燃料的燃烧 分解者的食腐、腐生 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 分解作用 非生物环境 生物 群落 大气中的CO2库 水圈中的CO2库 CO2 CO2 碳循环的文字图解 海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用 【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 辨图要点： 1. 碳循环中，只有生产者与大气中的CO2库之间箭头是双向的； 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。 大气中的CO2库 生产者 初消 次消 三级消 分解者 生产者 初级消费者 大气中的CO2库 次级消费者 分解者 【检测】识图 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。 (2)流动形式: ①生物群落与非生物环境之间： 。 ②生物群落内部：　 　　 。 ③传递的主要途径：　 　 　 　 。 (1)存在形式: ①非生物环境中： 。 ②生物群落内部： 　　　 。 CO2和碳酸盐 含碳有机物 CO2 含碳有机物 食物链(网) 碳循环过程 (3)进入生物群落的途径:　　　　　　　　 　　　 。 (4)返回非生物环境的途径: 、 、和 。 生产者的光合作用(主要)和化能合成作用 动植物的呼吸作用 分解者的分解作用 化石燃料的燃烧 (5)实现碳循环的关键成分: 。 生产者和分解者 碳循环过程 ➻主要是呼吸作用 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 能量主要以光的形式到达地球，其中大部分最后以红外线的形式从地球再辐射出去。在大气层中， CO2对光辐射没有阻挡，但是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。 一、碳循环 11 ①原因 森林、草原等植被遭到大面积破坏。 主要原因 的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放。 4、温室效应 化石燃料 12 ②危害 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 ③措施 减少二氧化碳 ： 增加二氧化碳的 ： 排放 吸收和固定量 开发新能源，减少化石燃料燃烧。 提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。 大力植树种草，提高森林覆盖率。 13 1.下图为碳循环示意图，甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分， 下列叙述正确的是（　 ） 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 C 习题巩固 14 2.(2024·天津四校联考)如图表示生物圈中碳元素的循环过程， 下列有关叙述正确的是(　 ) A.自然界中④过程只有绿色植物的光合作用 B.图中A、B、C分别代表消费者、生产者和分解者 C.碳循环是指碳元素在A、B、C之间以有机物的形式传递 D.图中A、B、C包含的所有种群共同构成生物群落 D 　④代表光合作用，故自然界中④过程不只有绿色植物可以进行，光合细菌也可以进行，A错误； 由图示信息可知，B与大气中二氧化碳存在双向箭头，故B代表生产者，B和C都有箭头指向A，故A代表分解者，则C代表消费者，B错误； 碳循环是指碳元素在生物群落和非生物环境间进行的循环，C错误； 图中的B(生产者)、C(消费者)和A(分解者)包含的所有种群共同构成生物群落，D正确。 15 3.(2025·广东潮州模拟)增加碳汇的措施旨在通过自然或人为手段来增加对大气中二氧化碳的吸收和储存，以减缓气候变化的影响。下列活动不能增加碳汇的是(　　) A.开展植树造林活动，增加森林覆盖面积 B.采取轮牧等措施，保持草地的健康状态 C.设计节能建筑，降低建筑物的能源消耗 D.建立生态廊道，保障动物正常迁移 D 开展植树造林活动,增加森林覆盖面积,能够提高碳吸收能力,增加碳汇,A不符合题意;采取轮牧等措施,保持草地的健康状态,增加土壤碳储量,能增加碳汇,B不符合题意;设计节能建筑,减少能源消耗,可以间接减少碳排放,能增加碳汇,C不符合题意;建立生态廊道,使得物种能够在不同的栖息地之间自由移动,这有助于维持物种的遗传多样性,不能增加碳汇,D符合题意。 16 二、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等基本元素 非生物环境 生物群落 生物群落 生物群落到非生物环境 2、 1、概念： 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) 农田 南极的企鹅 DDT杀虫剂 物质循环具有全球性 施用农药DDT的地区，虽然只占陆地面积的一小部分，可是在远离施药地区的南极动物企鹅体内也发现了DDT，南极动物体内为何会出现DDT？此现象说明了什么？ 3.物质循环在农业方面的应用 物质在生态系统中循环往复运动的特点，对改进农业生产方式 有多方面的启示。 鱼稻共生 种养结合模式 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，鱼和水稻形成了一个无公害的生物微循环 鱼菜共生 大棚里，既养鱼又种菜，不影响产量还能节水节肥，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 稻田养鸭 19 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 环境浓度的现象。 超过 2.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.生物富集的主要途径 食物链、食物网 三、 生物富集 20 4.生物富集的物质的特点 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 水 植物 小鱼 大鱼 鱼鹰 5.生物富集现象的特点 （2）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 （1）有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高。 21 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 如图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍 6.生物富集的危害 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 23 煤燃烧、有色金属冶炼 铅被排放进入大气 沉降在土壤和植被表面 进入土壤 进入水体 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比较稳定的铅的化合物，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 铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高 7.有害物质富集的实例——铅的富集 24 鱼的种类 甲 乙 丙 丁 戊 汞(Hg) 17.8 61.9 70.4 117.0 112.0 铅(Pb) 27.3 34.9 52.5 84.3 75.8 C 习题巩固 1.(2025·广东珠海模拟)科研人 员测定生活在某库区水域中层且 具有捕食关系的五种鱼体内 重金属的含量(ng·g-1)，结果如表。下列相关叙述错误的是(　　) A.在五种鱼中,甲种鱼所处营养级的总能量最多 B.丁、戊鱼的食物来源和生存空间可能高度相似 C.汞、铅的物质循环过程与碳元素的循环过程相同 D.鱼体内的重金属浓度高于水中的浓度称作生物富集 五种鱼中,甲种鱼体内重金属含量最少,所处的营养级最低,含有的总能量最多,A正确;丁和戊两种鱼体内汞和铅的含量最高且含量相近,营养级最高,丁和戊两种鱼可能是肉食性鱼,它们的食物来源和生存空间可能高度相似,B正确;人类活动向环境中排放了很多有害物质,包括一些重金属,如铅、镉、汞等,这些有害物质一进入环境便参与生态系统的物质循环,但是它们的循环过程与碳、氮元素的循环过程不同,C错误;重金属不容易被分解因而会在生物体内富集,如鱼体内的重金属浓度高于水中的浓度就称作生物富集,D正确。 25 B 2.（2025·浙江卷）由于DDT严重危害生物的健康且不易降解，许多国家禁用DDT。但DDT能杀灭按蚊，有效控制疟疾的传播，因此2006年世界卫生组织宣布允许非洲国家重新使用DDT，使得非洲疟疾的新增病例大幅下降。下列叙述不合理的是（     ） A.喷施低浓度的DDT，也会在生物体内积累 B.DDT不易降解，不会在生物圈中大面积扩散 C.在严格管控的情况下，DDT可以局部用于预防疟疾 D.与第二营养级相比，第三营养级生物体内的DDT含量更高 AD、DDT严重危害生物的健康且不易降解，能够沿着食物链逐渐在生物体内聚集，且营养级越高的生物体，其体内富集的DDT含量就越高，因此在喷施低浓度的DDT，也会在生物体内积累，与第二营养级相比，第三营养级生物体内的DDT含量更高，AD正确； B、物质循环具有全球性，DDT不易降解，可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地，若使用不当，可能会导致DDT在生物圈中大面积扩散，B错误； C、由题意“DDT能杀灭按蚊，有效控制疟疾的传播”可知：在严格管控的情况下，DDT可以局部用于预防疟疾，C正确。 故选B。 26 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 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 （1）同时进行，相互依存，不可分割； （2）物质是能量沿食物链网流动的载体； （3）能量是物质循环的动力。 四、 能量流动和物质循环的关系 能量流动是逐级递减的，是单方向不循环的。 光能→化学能→热能 无机物↔有机物 B 【检测】下列关于生态系统物质循环和能量流动过程的说法，不正确的是(　 ) A.生物圈中的物质可以循环利用，但能量不能循环利用 B.蜣螂以牛粪为食，即获得了牛的同化量中的一部分能量 C.能量流动和物质循环是同时进行的，彼此相互依存，不可分割 D.生态系统的能量逐级递减与生物的呼吸作用散失热量有关 物质可以在生物群落和非生物环境之间循环利用，能量流动是单向的，不能循环利用，A正确； 牛的粪便中的能量不属于牛同化的能量，应该属于其上一营养级同化的能量，B错误； 物质是能量的载体，能量作为动力，使得物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往复，可见能量流动和物质循环是同时进行的，彼此相互依存，不可分割，C正确； 生物体同化的能量大部分通过呼吸作用以热能的形式散失了，且还有一部分被分解者分解和没有被下一营养级全部利用，所以能量流动是逐渐递减的，D正确。 28 1.实验原理: 土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，它们在生态系统中的成分为分解者。分解速度主要与环境温度和湿度有关。 2.参考案例1 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 结论分析 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 对土壤高温处理(灭菌) 对土壤不做任何处理(自然状态) 探究·实践 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。 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 案例1 探究土壤微生物对落叶的作用 准备土壤 实验组: 土壤灭菌处理 对照组: 土壤不做处理 准备落叶 实验组与对照组叶片数量与大小基本一致 一段时间后,检测树叶分解情况 分别埋入落叶 实验组 对照组 实验现象 结论分析 相同时间内对照组落叶腐烂，实验组不腐烂 土壤微生物对落叶有分解作用 3.参考案例2 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 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 是否加土壤浸出液 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 探究土壤微生物对淀粉的分解作用 32 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 3.参考案例2 探究土壤微生物对淀粉的分解作用 33 1.(2025·广东深圳模拟)如表为“探究土壤微生物的分解作用”实验处理，下列有关叙述正确的是(　　) C 习题巩固     第1组 第2组 实验处理 60 ℃恒温箱处理土壤1 h + - 将落叶埋入土壤 + + 实验结果 落叶是否腐烂 否 是 注:“+”表示进行处理，“-”表示不进行处理。 A.该实验中第1组为对照组，第2组为实验组 B.将落叶埋入土壤前要用塑料袋进行密封处理 C.若第1组落叶也有轻微腐烂，可能是落叶携带的微生物所致 D.60 ℃恒温箱处理土壤1 h，土壤的理化性质不会发生任何改变 据表分析可知,第1组土壤有处理,第2组未做任何处理,因此第1组应为实验组,第2组为对照组,A错误;落叶埋入土壤前不能用塑料袋进行密封处理,否则落叶无法接触到土壤,也无法验证土壤的分解作用,B错误;实验中灭菌处理的是土壤,落叶并未做灭菌处理,因此在相同条件下,若实验组落叶也有轻微腐烂,可能是落叶携带的微生物所致,C正确;60 ℃恒温处理土壤1 h,土壤的理化性质会有小幅改变,但对实验影响较小,D错误。 34 2.土壤生物在土壤形成和发育过程中 起主导作用。如图表示自然林地土壤 与农耕地土壤的有机物供给情况。 下列叙述正确的是( ) A.自然林地的土壤小动物都属于生态系统组成成分中的消费者 B.农耕地的土壤中有机物蓄积少，只与农作物的产品输出有关 C.若要探究土壤微生物对落叶的分解作用， 实验组土壤应保持自然状态 D.除草除虫可调整农耕地的能量流动关系， 使能量更多地流向对人类最有益的部分 D 自然林地的土壤小动物不全都是消费者，还有分解者，A错误； 农耕地的土壤中有机物蓄积少，不仅与农作物的产品输出有关，还与将妨碍作物生长的杂草等植物除掉，以及人们对农耕地进行整地翻土，让土壤变得松软，土壤微生物更加活跃，促进有机物的分解等有关，B错误； 若要探究土壤微生物对落叶的分解作用，对照组土壤应保持自然状态，实验组土壤要进行处理，以尽量排除土壤微生物的影响，C错误。 35 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。 （ ） √ × 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 D 练习与应用 36 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循环 C.纤维素分解菌促进了生态系统中的物质 D.能量流动方向是竹子→大熊猫一纤维素分解菌 C D 37 4.生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统？为什么？ 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。 生物圈是一个在“物质”上自给自足的系统，不是一个在“能量”上自给自足的系统，因为物质可以在生物圈内循环利用，而能量不能循环利用，它必须由生物圈外的太阳能源源不断地输入，方可维持正常运转。 38 5.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? 氮元素在生物群落与非生物环境间能循环利用。但需不断向农田中施加氮肥，原因是农产品源源不断地从农田生态系统输出，其中的氮元素并不能全部归还土壤，所以需要施加氮肥。 39 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_______,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 D和E A B和C 40 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。 41 Lavf57.58.101 $