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

第三章 生态系统及其稳定性 第3节 生态系统的物质循环 人教版 高二生物 选择性必修2 1 01 02 03 学习目标 构建生态系统物质循环的模式图，培养运用科学思维分析问题、解决问题的能力。(科学思维) 关注碳循环平衡失调与温室效应，关注生物富集。(社会责任) 通过比较物质循环与能量流动的关系，建立普遍联系的观点及生命系统的物质和能量观。(生命观念) 生物富集 能量流动和物质循环的关系 课堂小结与实战训练 02 03 04 碳循环 01 情景一： 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。 讨论: 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.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；土壤中积累的营养物质很少。 情景一： 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 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。 这些二氧化碳分子中的碳元素和氧元素又是怎样来到你体内的？ 进入你体内之前又存在于什么物质中？ 合作探究一：请同学们自主阅读教材P61-63，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？ 2.碳以什么形式通过什么途径进入生物群落？ 3.碳以什么形式通过什么途径在群落内部传递？ 3.生物群落中的碳以什么形式返回无机环境？通过哪些途径？ 4.实现碳循环的关键成分？碳循环与温室效应有什么关系？如何缓解？ 5.你如何看待人类活动对碳循环的影响？ 6.物质循环的概念？特点？物质循环中的“物质”指？ 7.人类可以怎样改进农业生产方式？ 01 碳循环 01 碳循环 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 碳链 1. 碳元素 01 碳循环 2.过程 碳的存在形式： ②在生物群落中： 主要是有机物的形式 ①在非生物环境中： 主要是CO2的形式， 少数碳酸盐 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 01 碳循环 光合作用 呼吸作用 溶解 光合作用 生产者 出：呼吸作用 将有机物分解为二氧化碳。 进：光合作用、化能合成作用 将二氧化碳转化为有机物 大气中的二氧化碳库 2.过程 01 碳循环 大气中的二氧化碳库 呼吸作用 摄食 消费者 出：呼吸作用 将有机物分解为二氧化碳 进：摄食等 将前一营养级的有机物转化为自身的有机物。 2.过程 01 碳循环 2.过程 大气中的二氧化碳库 分解者 出：微生物的分解作用等 将有机物分解为二氧化碳。 进：腐食、腐生等 将现成有机物转化为自身有机物。 分解者 微生物的分解作用 01 碳循环 2.过程 煤、石油 水体中的HCO3-等 岩石中的CaCO3等 其他途径 大气中的二氧化碳库 （1）CO2与HCO3-的相互转化（水中）； （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。 01 碳循环 2.过程 3.流动形式 （2）群落与非生物环境间 （3）生物群落内部 （1）无机环境中的存在形式 CO2和碳酸盐 CO2 含碳有机物 01 碳循环 4.进入生物群落的途径： 生产者的光合作用、化能合成作用 5.碳在生物群落内传递的途径： 食物链（网） 6.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 7.碳循环的形式： 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 二氧化碳 01 碳循环 大气中的CO2库 生产者 光合作用 呼吸作用 分解作用 呼吸作用 燃烧 食物链和食物网 捕食 化 石 燃 料 遗体、排遗物 遗体残骸 遗体 遗体 消费者 分解者 水圈中的CO2库 构建碳循环模型： 动植物遗体一定会被分解者分解吗？ 碳元素在生物群落中是循环的吗？ 01 碳循环 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（非生物的物质和能量） 生产者 初消 次消 三级消 分解者 注意：① 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，指出最多的是生产者。 判断参与碳循环的四种成分： 01 碳循环 8.海洋对碳循环的调节 海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。 当大气中二氧化碳含量增加，水圈中的二氧化碳含量也随之增加。 如果大气中的二氧化碳发生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能及时进入大气。 生产者 分解者 消费者 化石燃料 呼吸作用 呼吸作用 光合作用 摄食 燃烧 分解作用 大气中CO2库 水圈中的CO2库 煤 石油 大气中的CO2库 溶解 光合作用 摄食 光合作用 分解作用 呼吸作用 燃烧 01 碳循环 9.碳循环的特点 ②具有全球性 ①循环往复运动 CO2能够随着大气环流在全球范围内流动。 01 碳循环 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。 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？ 01 碳循环 温室效应 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。 化石燃料 开发新能源，减少化石燃料燃烧。 01 碳循环 2.危害 气温升高、极地和高山冰川加速融化、海平面上升、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 ②提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。 ①大力植树种草，提高森林覆盖率。 01 生态系统的物质循环 1.概念 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 生物群落 生物群落到非生物环境 这里的物质是指？ 这里的生态系统是指？ C、H、O、N、P、S等基本元素 生物圈 2.特点 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) 生物群落 无机环境 01 生态系统的物质循环 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。鱼帮菜、菜帮鱼，和谐互助 鸭子吃掉水稻叶片上的害虫及虫卵，粪便可作有机肥料，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 01 生态系统的物质循环 3.物质循环在农业方面的应用 稻田养鸭 稻田养鱼 （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； 稻田养鸭养鱼（种养结合模式），请从物质循环角度说说它的好处？ 1.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 实战训练 2.“碳中和”指在一定时间内直接或间接产生的CO2排放量和吸收的CO2总量相等，实现CO2的“零排放”。下列说法正确的是（　　） A．碳在生物群落和非生物环境之间主要以有机物的形式循环 B．处于平衡的生态系统可以通过生产者、消费者和分解者的作用维持碳的收支平衡 C．实现碳中和的有效措施是增加消费者的数量 D．化石燃料燃烧产生的碳不参与全球碳循环 实战训练 A．图中由生产者、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ构成的食 物链中，能量流动是单向、逐级递减的 B．生产者为第一营养级，①②⑥⑧之和 为生产者固定的总能量 C．根瘤菌与豆科植物互利共生时，其生命活动所需的有机碳来自⑥过程 D．①⑦⑧过程以CO2的形式进行，②③④⑤⑥过程以有机物的形式进行 实战训练 3．下图为部分碳循环示意图，下列叙述正确的是（　　） 02 生物富集 人类活动向环境排放的很多有害物质 人工合成的有机化合物，如DDT、六六六等。 生态系统的物质循环 一些重金属，如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等。 参与 有害物质的循环过程 碳、氮等元素的循环过程 不同 合作探究二：请同学们自主阅读教材P63-65，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 1.什么是生物富集？常见参与生物富集的物质有哪些？ 2.发生生物富集的物质的特点？ 3.生物富集的主要途径？ 4.生物富集与生物放大的区别与联系？ 5.若某地发生铅污染，谁会是群落中铅含量最高的群体？这种现象只会发生在污染地区吗？从中归纳总结出生物富集的特点？ 6.生物富集有何危害？如何有效地减少生物富集现象？ 7.能量流动和物质循环的有什么区别与联系？ 02 生物富集 02 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 环境浓度的现象。 超过 2. 物质 （2）人工合成的有机物: 如DDT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 02 生物富集 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 （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。 02 生物富集 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。 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 1952年，日本5万多只猫集体跳海自尽 02 生物富集 7. 减少生物富集的的措施 合理利用资源，减少排放有害物质； 实施垃圾分类； 种植能富集有害重金属元素的植物。 芦苇可以吸收水中的有毒物质，而且芦苇抗毒能力非常强，然后将芦苇进行封存，防止有毒物质重新进入环境。 02 生物富集 8. 相关实例 铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高 海水 沉积物 浮游植物 浮游动物 无脊椎动物 鱼 海鸟 海洋哺乳动物 0.000002mg/L 0.005~0.16mg/L 8mg/kg 10mg/kg 5~11mg/kg 1~37mg/kg 110mg/kg 160mg/kg 生物放大 PCB(多氯联苯) 有害物质会沿食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端(即随营养级升高，浓度逐级递增，呈现生物放大现象) 02 生物富集 比较 项目 生物富集 生物放大 区别 联系 有害物质在生物体内形成稳定的不易排出的物质 通过食物链逐步浓缩 生物富集是生物放大的前提 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 生物放大 03 能量流动和物质循环的关系 光能 热能 生产者 大气中的 二氧化碳 消费者 分解者 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 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 物质是能量沿食物链网流动的载体； 请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程。 能量是物质循环的动力。 03 能量流动和物质循环的关系 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 主要以有机物中的化学能的形式 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（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 (无机物→有机物→无机物) 1.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 实战训练 实战训练 2.如图为某条食物链中各生物体内有毒物质的相对含量，其中甲、乙、丙、丁4种生物各自只占一个营养级，且构成一条食物链。下列叙述正确的是(　 ) A.甲可能为分解者，能将有机物分解成无机物被绿色植物 再利用 B.乙为次级消费者，其粪便中含有的能量是上一营养级同 化量的一部分 C.丙为生产者，其同化的能量去向有以热能形式散失和流 向下一营养级甲 D.通过对食物链逐级富集过程的研究，可以认识污染物的迁移转化规律 3.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 实战训练 04 探究土壤微生物的分解作用 (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 实验原理 秋天刚收获的花生 第二年从土中刨出的花生 04 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 土壤不进行处理，自然状态 注意：实验组的土壤要进行处理，以尽可能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（例如，将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中处理一小时。 实验结果： 落叶未腐烂 落叶腐烂 案例1： 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 04 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 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 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 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。 04 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 案例2： 探究土壤微生物对淀粉的分解作用 1.下列关于“探究土壤微生物对淀粉的分解作用”的课题，设计不合理的是（ ） A.用等量土壤浸出液和蒸馏水处理等量淀粉糊 B.实验应分别对土壤浸出液和蒸馏水进行高温消毒后再处理淀粉糊 C.应在20 ℃左右下处理7天后，再进行相关检测 D.用碘液检测淀粉，用斐林试剂检测还原糖 实战训练 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 实战训练 Lavf58.51.100 $