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

第3章 生态系统及其稳定性 第3节 生态系统的物质循环 问题探讨 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。 1.胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？ 荒漠中缺乏水分，分解者数量很少，因此死亡后的胡杨无法被快速分解。 2 问题探讨 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？ 荒漠中生产者的种类与数量很少，能制造的有机物总量就少；消费者与分解者也少，物质循环缓慢；土壤中可供分解者分解的动植物遗体等很少，且分解速度较慢，因此土壤中积累的营养物质很少；而且，胡杨还会从土壤中吸收营养物质，因此，长有胡杨的荒漠土壤比草原的更为贫瘠。 3 食物 人体的细胞呼吸 CO2 植物的光合作用 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呢 一、碳循环 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？ 一、碳循环 分析碳循环的过程，构建概念模型 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？ ②在生物体中： 主要是有机物的形式 ①在非生物环境中： 主要是CO2的形式 资料 二氧化碳能溶于水，因此可在大气和海洋、河流之间进行交换。此外，碳还可以长期固定或保存在非生命系统中，如固定于煤、石油或木材中。人类对煤和石油等能源的利用，向大气中排放了大量的二氧化碳。 一、碳循环 碳循环示意图 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。） 大气中的二氧化碳库 光合作用 呼吸作用 溶解 光合作用 生产者 （1）光合作用、化能合成 作用等； 将CO2转化为有机物； （2）呼吸作用； 将有机物分解为CO2。 大气中的二氧化碳库 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CO2。 呼吸作用 摄食 大气中的二氧化碳库 分解者 微生物的分解作用等； 将动植物的遗体和动物的排遗物分解成无机物（包括CO2）。 微生物的分解作用 分解者 大气中的二氧化碳库 其他途径 煤、石油等化石燃料的开采与使用。 将有机物分解为CO2等。 煤、石油 一、碳循环 碳循环示意图 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。） 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 分解作用 非生物环境 生物 群落 水圈中的CO2库 CO2 CO2 （有机物） 注意：海洋对调节大气中的碳含量起着非常重要的作用 二氧化碳在大气圈和水圈的界面上可以通过扩散作用而相互交换，从而维持大气圈的碳平衡 2.进入生物群落的途径： 3.碳在生物群落内传递的途径： 食物链、食物网 生产者的光合作用、化能合成作用 1.流动形式 ①生物群落与非生物环境间：CO2 ②生物群落内部：含碳有机物 二氧化碳 5.碳循环的形式： 4.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 非生物环境 （ 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 一、碳循环 归纳总结 根据碳循环模型思考并回答下列问题 6.实现碳循环的关键因素： 生产者和分解者 7.与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器： 线粒体和叶绿体 8.碳循环的特点： 全球性、循环往复运动 9.碳循环具有全球性的原因： CO2能够随着大气环流在全球范围内进行 一、碳循环 14 碳循环图解中各成分的判定方法 一、碳循环 生产者 大气中的CO2库 分解者 初级消费者 次级消费者 大气中的CO2库（非生物的物质和能量） 三级消 次消 初消 生产者 分解者 方法技巧： 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 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”。 非生物环境 生物 群落 呼吸作用、分解作用 光合作用、化能合成作用 化石燃料燃烧增加 在自然生态系统中，碳排放和碳汇保持平衡。工业活动使碳排放大于碳汇，从而使大气中的CO2增加。 一、碳循环 与社会的联系—温室效应 1.原因 森林、草原等植被遭到大面积破坏。 化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放(主要原因) 与社会的联系—温室效应 一、碳循环 17 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 减少二氧化碳排放：开发新能源，减少化石燃料燃烧 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 提高秸秆还田率，提高土壤储碳量 与社会的联系—温室效应 一、碳循环 18 例：“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 C 氮循环 二、生态系统的物质循环 1.概念：组成生物体的________________________等______，都在不断进行着从_____________到__________，又从__________到____________的_____过程，这就是生态系统的物质循环，又叫生物地球化学循环。 碳、氢、氧、氮、磷、硫 元素 非生物环境 生物群落 生物群落 非生物环境 循环 注意：(1)“物质循环”中的物质指的是碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，而不是化合物或者单质 (2)“物质循环”中的循环发生在非生物环境与生物群落之间，在生物群落内部物质是沿食物链和食物网单向流动的 地球上最大的生态系统 — 生物圈 非生物环境 生物群落 2.特点： ①_______：物质循环的范围为生物圈； ②_____________：物质可被生物群落反复利用。 全球性 循环往复运动 完成了物质和能量的输入； 实现了物质和能量的输出； 加快了物质循环。 生产者 分解者 消费者 二、生态系统的物质循环 3.物质循环的过程中起重要作用的生物： 3.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。 种养结合模式-如稻田中养鱼养鸭 (1)动物的取食、消化能促进物质循环 (3)动物呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料 (2)动物粪便被分解者分解后可供植物吸收利用 例：稻鸭共作是我国传统的生态种养模式，在水稻栽种后至抽穗前将鸭子放养在水稻田中。鸭子可为稻田除草、灭虫；稻田可为鸭子的生长提供食物等生活条件。下列对稻鸭共作模式的生态学优点的分析不正确的是（　　） A．稻鸭共作模式能够减少饲料的投入，降低饲养成本 B．稻鸭共作模式能够减少化学农药的使用，减轻环境污染 C．稻鸭共作模式很好地实现了物质和能量的循环利用 D．稻鸭共作模式的设计兼顾了生态效益和经济效益 C 物质循环具有全球性 农田 南极的企鹅 DDT杀虫剂 问题：是不是所有的物质都能较快地通过食物链回归非生物环境呢？ 日常生活中铅的应用 香烟 食品 玩具 工业 废气 化妆品 餐具 燃烧 容器 汽车 尾气 铅与人类的生活息息相关。 实例——铅的富集 结论： 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1 资料2 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3 铅对微生物也具有毒害作用。 结论：铅是一种毒性很强的化学元素 实例——铅的富集 实例——铅的富集 不同采样点中水、水底沉积物和中国血蛤体内铅浓度 中国血蛤 水 水底沉积物 中国血蛤 铅浓度(ppm) 采样点1 采样点2 采样点3 采样点4 资料4 生物富集 结论：铅在中国血蛤体内的浓度超过环境浓度 水体和多种水生生物体内的铅 结论：铅在生物体内的浓度沿食物链 。 不断升高 水 浮游生物 鱼 水鸟 < < 2 ppm 5 ppm 200 ppm 1600 ppm 资料5 铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高 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 实例——铅的富集 铅循环的主要过程： 三、生物富集 1.概念： 2.物质： 3.发生生物富集的条件 4.生物富集的主要途径——________________ 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。 人工合成的有机物：DDT、六六六等。 重金属：铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）等； ①在环境和生物体中存在形式比较______ ②是生物体能够______的且____________ ③在生物代谢过程中是____________ 稳定 吸收 不易被分解 不易排出 食物链、食物网 +一些放射性物质 三、生物富集 5.特点： (1)全球性 生物富集的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)逐级递增 营养级越高的生物体富集物质的浓度越高 鱼鹰 大鱼 小鱼 植物 水 有害物质在生物体内的浓度 三、生物富集 6.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 7.减少生物富集的措施 合理利用资源，减少排放；实施垃圾分类；种植能富集有害重金属元素的植物。 扩散途径： 1.大气 2.水 3.生物迁移 特点：全球性 思考：在农田中大量使用的DDT杀虫剂，为什么会在南极的企鹅体内检测到? DDT是一种不易分解并能长期残存的农药；当人们施用DDT时，真正落到植物上的只有一少部分，其余不是落到地面，就是在大气层中漂浮，以后随雨水流入地下或顺小溪流入江河，流归大海。随着大气环流作用和海水运动，DDT被运到全球各个角落，然后再沿着食物链和食物网流动，并在生物体内积累和浓缩。可见，DDT已加入生物地球化学循环，故南极企鹅体内也会含有DDT。 项目 物质循环 能量流动 特点 范围 联系 生物群落各营养级之间 生物圈 ①同时进行、相互依存不可分割 ②能量的固定、转移、储存、释放离不开物质的合成和分解 ③物质是能量流动的载体 ④能量是物质反复循环的动力 ⑤生态系统的各种成分，由于物质循环和能量流动而紧密的联系在一起，形成统一的整体 四、能量流动和物质循环的关系 循环往复、全球性 单向传递、逐级递减、不可循环 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。 例：图中所示为一个简化的草原生态系统能量流动和物质循环示意图，①~⑦是对图中箭头含义的描述，所属箭头号码正确的是（ ） ①生物群落中能量的散失 ②生物群落中的物质回归无机环境 ③无机环境的能量进入生物群落 ④能量在生物体之间传递转化 ⑤能量沿着食物链流动 ⑥碳元素从有机物变二氧化碳 ⑦碳元素进入生物群落 A. ①—（2）（3）； ②—（3） B. ③—（1）；④—（2） C. ④—（2）（3）；⑤—（2）（3） D. ⑥—（4）（5）；⑦—（1） D 例：右图表示a、b、c三地区森林土壤有机物分解状况，则分解者的作用强弱是（ ） A. a>c＝b 　　　 B. c>b>a C. c＝b>a 　　　 D. a>b>c D 例：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（ ） A. 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 例：图1是某生态系统碳循环示意图，其中A、B、C、D是生态系统内各生物成分，1、2、3、4、5、6表示有关的生理过程；图2为该生态系统中某一食物链及部分能量流动情况。下列说法正确的是（ ） A. 在图1中，B、C分别属于初级消费者、生产者 B. 图1中能表示呼吸作用过程的只有2、4、5 C. 在图2的食物链中，②/①的比值代表兔与狼（生物之间）的能量传递效率 D. 如果A发生瘟疫，D的数量将先增加后减少最后趋于稳定 D 生产者 初级消费者 分解者 次级 消费者 摄入量 粪便量 被分解者分解利用 狼的同化量 探究土壤微生物的分解作用 探究·实践 秋天刚收获的花生 第二年春天从土中刨出的花生 1.背景资料 土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，这些生物的数量是极其繁多的，例如一茶匙表层土就可能含有亿万个细菌。 由于各地气候与环境等因素不同，落叶在土壤中被分解的时间也是不同的，一般在温暖、湿润的环境中需要一至数月时间。 ★分解速度主要取决于： 环境温度和湿度 案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 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） 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 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 探究土壤微生物的分解作用 探究·实践 土壤进行处理，排除土壤微生物的作用 土壤不进行处理，自然状态 案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 探究土壤微生物的分解作用 探究·实践 注意：实验可设置3组重复，以增加可信度 实验结果：在相同时间内实验组落叶的腐烂程度小于对照组 实验结论：土壤微生物对落叶有分解作用 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 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 案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用 探究土壤微生物的分解作用 探究·实践 分解 1.实验原理： 淀粉 碘液 变蓝 淀粉 葡萄糖 产生砖红色沉淀 斐林试剂 加热 2.实验步骤： （1）配制土壤浸出液 案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用 探究土壤微生物的分解作用 探究·实践 2.实验步骤： （2）另取两只烧杯，编号A、B 淀粉糊 加入土壤浸出液 加入碘液 A B 加入蒸馏水 A1 A2 B1 B2 加入碘液 加入斐林试剂 加入斐林试剂 实验结果 不变蓝 出现砖红色沉淀 变蓝 不出现砖红色沉淀 室温（20℃）环境放置7d后 实验结论：土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 生态系统的物质循环 概念 特点 实例：碳循环 生物富集 探究土壤微生物的分解作用 概念 条件 污染物 过程 探究原理 实验流程 技术要求 非生物环境 元素 生物群落 循环性 全球性 概念 碳的存在形式 碳出入生物群落的途径 碳循环失调--温室效应 课堂小结 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。（ ） 2.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 √ × C 一、概念检测 2.（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 3.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 D 二、拓展应用 1.生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统？为什么？ 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？ 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。 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？ 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。 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 Lavf57.83.100 $