第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

生態(tài)系統(tǒng)依靠太陽不斷地提供能量，而生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)卻都是由地球提供的。討論：為什么維持生態(tài)系統(tǒng)所需的大量物質(zhì)，例如氧、水、碳、氮和許多其他物質(zhì)，億萬年來卻沒有被生命活動所耗盡？現(xiàn)在是1頁\一共有46頁\編輯于星期五物質(zhì)循環(huán)的概念什么?這里的物質(zhì)是指什么？這里的生態(tài)系統(tǒng)是指什么生態(tài)系統(tǒng)？在哪兩者之間循環(huán)？快速閱讀課本P100~101回答下列問題：現(xiàn)在是2頁\一共有46頁\編輯于星期五都不斷地進行著從無機環(huán)境到生物群落，又從生物群落到無機環(huán)境的循環(huán)過程，這就是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。物質(zhì)循環(huán)的概念是什么?這里的物質(zhì)是指什么？組成生物體的C、H、O、N、P、S等元素，現(xiàn)在是3頁\一共有46頁\編輯于星期五地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)——生物圈，其中的物質(zhì)循環(huán)帶有全球性，這種物質(zhì)循環(huán)又叫生物地球化學循環(huán)。

生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)流動，不會消失，生物可反復利用。生物群落組成生物體的C、H、O、N等元素無機環(huán)境反復循環(huán)在哪兩者之間循環(huán)？這里的生態(tài)系統(tǒng)是指什么生態(tài)系統(tǒng)？現(xiàn)在是4頁\一共有46頁\編輯于星期五一.碳循環(huán)

碳元素約占生物體干重的49％，碳是有機化合物的“骨架”，沒有碳就沒有生命。碳在無機環(huán)境與生物群落之間是以CO2的形式進行循環(huán)的?，F(xiàn)在是5頁\一共有46頁\編輯于星期五碳的循環(huán)過程現(xiàn)在是6頁\一共有46頁\編輯于星期五C循環(huán)的圖解化石燃料大氣中的CO2生產(chǎn)者分解者消費者思考？光合作用呼吸作用分解作用呼吸作用分解作用攝食作用形成石油、天然氣等形成石油、天然氣等呼吸作用燃燒作用現(xiàn)在是7頁\一共有46頁\編輯于星期五碳的循環(huán)過程：1、生物圈中的生產(chǎn)者——綠色植物，通過光合作用，將大氣中的CO2和H2O合成糖類，進一步合成脂類和蛋白質(zhì)等有機物，使CO2中的碳成為有機物中的碳。2、含碳有機物的一部分，通過食物鏈傳遞給各級消者。3、生產(chǎn)者和消費者通過呼吸作用，將有機物分解成CO2和H2O

，并將CO2釋放到大氣中去。4、生產(chǎn)者與消費者的遺體，被分解者分解，分解后產(chǎn)生的CO2返回到大氣中去。5、煤、石油等化石燃料的燃燒也將大量的CO2排放到大氣中去?，F(xiàn)在是8頁\一共有46頁\編輯于星期五（1）碳在無機環(huán)境和生物群落間循環(huán)的形式：（2）碳在生物體內(nèi)的存在形式：（3）碳進入生物體的途徑：（4）碳在生物體之間傳遞途徑：（5）碳進入大氣的活動：CO2有機物光合作用和化能合成作用食物鏈和食物網(wǎng)①生物的呼吸作用②分解者有分解作用③化石燃料的燃燒碳小結(jié)：現(xiàn)在是9頁\一共有46頁\編輯于星期五大氣中二氧化碳濃度的變化年份1860196019世紀末濃度（ppm)283320375--400溫室效應現(xiàn)在是10頁\一共有46頁\編輯于星期五溫室效應現(xiàn)在是11頁\一共有46頁\編輯于星期五冰川融化熱帶風暴土地干旱城市淹沒現(xiàn)在是12頁\一共有46頁\編輯于星期五社會熱點：溫室效應1、溫室氣體：CO2過多2、CO2增多的原因化石燃料的大量燃燒森林、草原等植被的破壞3、溫室效應的危害氣溫升高沿海城市被淹沒農(nóng)田減少，糧食減產(chǎn)4.緩解溫室效應的措施開發(fā)新能源增大綠化面積極地冰川加速融化現(xiàn)在是13頁\一共有46頁\編輯于星期五（3）圖中DC過程是通過

作用實現(xiàn)的，CD過程是通過

作用實現(xiàn)的，BD過程是通過______

作用實現(xiàn)的。碳循環(huán)始終與

結(jié)合在一起。（4）生物群落中有一部分碳以_______________形式儲藏在地層中。碳在無機環(huán)境中以

形式存在。CDBA（1）此生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是從[]_____

固定太陽能開始的。（2）碳元素在A、B、C之間的傳遞是以________形式進行的，在生態(tài)系統(tǒng)各成分中A為

，B為

。例、右圖示生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)示意圖，A、B、C、D是生態(tài)系統(tǒng)的成分，D為大氣，請據(jù)圖回答：練習C生產(chǎn)者消費者分解者光合呼吸分解能量石油、煤炭等CO2等有機物現(xiàn)在是14頁\一共有46頁\編輯于星期五（1）寫出①②③④的生理過程及⑤產(chǎn)生CO2的方式。①__________②_________③_______________④__________⑤_______（2）碳在無機環(huán)境與生物群落之間以________形式進行循環(huán)。（3）碳循環(huán)中最簡單的循環(huán)途徑是在___________和大氣之間的循環(huán)。光合作用

呼吸作用

微生物分解作用

呼吸作用

燃燒

CO2綠色植物練習現(xiàn)在是15頁\一共有46頁\編輯于星期五2、與自然界的碳循環(huán)關系最為密切的兩種細胞器是（）A.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體B.葉綠體和線粒體C.核糖體和葉綠體D.核糖體和高爾基體1、在生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中，既能使CO2進入生物群落，又能將其釋放到大氣中的生物是（）A.分解者B.植食動物C.肉食動物D.綠色植物BD現(xiàn)在是16頁\一共有46頁\編輯于星期五3、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)發(fā)生在（

）A.生物群落中

B.生產(chǎn)者和消費者之間

C.生產(chǎn)者和分解者之間D.生物群落與無機環(huán)境之間4、目前地球大氣的二氧化碳濃度增高，導致溫室效應，主要原因是（

）A.

人口劇增，呼出的二氧化碳增多

B.化石燃料的燃燒和自然資源的不合理利用C.大量生物遭滅絕

D.自然因素破壞了生態(tài)穩(wěn)定5、生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)與生物群落的哪些活動有關（）①光合作用②呼吸作用③蒸騰作用④微生物的分解作用

A.①②

B.①②④

C.①②③

D.①④DBB現(xiàn)在是17頁\一共有46頁\編輯于星期五水循環(huán)：

水是組成生物體的重要成分，約占體重的60％～95％，體內(nèi)進行一切生化反應都離不開水。地球上的水包括海洋中的水、陸地水、大氣中的水及地下水等，以汽態(tài)、液態(tài)和固態(tài)形式存在。水通過蒸發(fā)、植物的蒸騰作用上升到空氣中，又通過降雨返回地面等過程反復循環(huán)?，F(xiàn)在是18頁\一共有46頁\編輯于星期五水循環(huán)現(xiàn)在是19頁\一共有46頁\編輯于星期五在太陽輻射能的作用下，從海陸表面蒸發(fā)的水分，上升到大氣中。隨著大氣的運動和在一定的熱力條件下，水蒸汽凝結(jié)為液態(tài)水降落至地球表面。一部分降水可被植被攔截或被植物蒸騰散發(fā)。降落到地面的水可以形成地表徑流?，F(xiàn)在是20頁\一共有46頁\編輯于星期五貯于地下的水，一部分上升至地表供蒸發(fā)，一部分向深層滲透，在一定的條件下溢出成為不同形式的泉水；地表水和返回地面的地下水，最終都流入海洋或蒸發(fā)到大氣中。滲入地下的水一部分以地下徑流的形式進入河道，成為河川徑流的一部分?，F(xiàn)在是21頁\一共有46頁\編輯于星期五氮循環(huán)：

氮元素是組成蛋白質(zhì)和核酸的重要成分。由于大氣成分的79％是氮氣，所以氮最重要的儲存庫就是大氣圈，但是大多數(shù)生物又不能直接利用氮氣，大氣中的氮只有被固定為無機氮化合物（主要是硝酸鹽和氨）以后，才能被生物所利用。因此，氮必須經(jīng)過生物固氮作用、硝化作用、反硝化作用等才能在生物群落與無機環(huán)境間反復循環(huán)。

現(xiàn)在是22頁\一共有46頁\編輯于星期五氮循環(huán)現(xiàn)在是23頁\一共有46頁\編輯于星期五氮循環(huán)的過程：1.固氮作用：根瘤菌、自生固氮菌、藍細菌等能將氮氣固定生成氨氣，在生物群落開始循環(huán)。N2+e+H++ATPNH3+ADP+Pi固氮菌現(xiàn)在是24頁\一共有46頁\編輯于星期五2.硝化作用

經(jīng)過固氮作用合成的氨或銨鹽難以被直接利用，而必須使它們在硝化作用中轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。

硝化作用過程在有氧條件下分為兩步：第一步：亞硝化細菌把氨或銨鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽第二步：硝化細菌把亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量亞硝化細菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細菌現(xiàn)在是25頁\一共有46頁\編輯于星期五3.硝酸鹽被植物吸收，用于合成蛋白質(zhì)、核酸等含氮有機化合物，在生物間通過食物鏈和食物網(wǎng)流動。這些含氮的有機化合物通過生物的新陳代謝又會使氮以代謝產(chǎn)物（尿素和尿酸）的形式重返氮的循環(huán)圈。4.氨化作用

土壤和水中的很多異養(yǎng)細菌、放線菌和真菌都能把這些簡單的含氮有機化合物（尿素和尿酸等）在代謝活動中轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機化合物（氨）并把它釋放出來。這個過程就稱為氨化作用或礦化作用。

現(xiàn)在是26頁\一共有46頁\編輯于星期五5.反硝化作用（也稱脫氮作用）

反硝化作用是在無氧或缺氧條件下把硝酸鹽等較復雜的含氮化合物轉(zhuǎn)化為N2和N2O等的過程。這樣分子氮如果未在固氮活動中被重新利用則會返回大氣圈庫。反硝化作用過程在缺氧條件下分為兩步：第一步：某些細菌把硝酸鹽還原為亞硝酸鹽第二步：某些細菌把亞硝酸鹽進一步還原N2或N2OC6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量現(xiàn)在是27頁\一共有46頁\編輯于星期五28現(xiàn)在是28頁\一共有46頁\編輯于星期五

氮的全球平衡破壞——水體富營養(yǎng)化

據(jù)估計，全球每年的固氮量為92×106噸。但是，借助于反硝化作用，全球的產(chǎn)氮量只有83×106噸。兩個過程的差額為9×106噸，這種不平衡主要是由工業(yè)固氮量的日益增長所引起的。

人工固氮對于養(yǎng)活世界上不斷增加的人口作了重大貢獻，但同時，大量含氮化合物進入土壤和流入池塘、湖泊、河流、海灣，造成水體富營養(yǎng)化，藻類和藍細菌種群大爆發(fā)，其尸體分解過程中大量掠奪其他生物所必須的氧，造成魚類、貝類大規(guī)模死亡。海洋和海灣的富營養(yǎng)化稱為赤潮，某些赤潮藻類還形成毒素，引起如記憶喪失、腎臟和肝臟的疾病。一般來說，氮污染使土壤和水體的生物多樣性下降。人類從合成氮肥中獲得巨大好處，但沒有預見其對于環(huán)境的不良后果。即使到現(xiàn)在，人類對于這些不良后果的注意仍然不足，遠不如對大氣CO2上升的關注?，F(xiàn)在是29頁\一共有46頁\編輯于星期五硫循環(huán)

硫是蛋白質(zhì)和某些氨基酸的重要組分，雖然少數(shù)生物可以從氨基酸（有機硫）中獲得它們所需要的硫，但大多數(shù)生物都是從無機的硫酸鹽中獲得它們所需要的硫。硫循環(huán)明顯的特點是，它有一個長期的沉積階段和一個較短的氣體型循環(huán)階段，因為含硫的化合物中，既包括硫酸鋇、硫酸鉛、硫化銅等難溶的鹽類，也有氣態(tài)的二氧化硫和硫化氫?，F(xiàn)在是30頁\一共有46頁\編輯于星期五現(xiàn)在是31頁\一共有46頁\編輯于星期五①硫的釋放多種生物地球化學過程可將硫釋放到大氣中；·火山噴發(fā)可以帶出大量的硫化氫氣體·巖體風化，該途徑產(chǎn)生的硫酸鹽將進入水中?！ずＫw沫形成的氣溶膠硫循環(huán)的主要過程為：·

硫化細菌通過化能合成作用能把硫化氫、硫化亞鐵等氧化為硫，并再將硫氧化為硫酸鹽。2H2S＋O2→2H2O＋2S+能量2S＋3O2＋2H2O→2H2SO4+能量2FeS2＋7O2＋2H2O→2FeSO4＋2H2SO4+能量現(xiàn)在是32頁\一共有46頁\編輯于星期五②巖石圈、水圈→生物群落和氮循環(huán)類似，植物根系吸收硫酸鹽用于合成氨基酸、蛋白質(zhì)等有機物，硫元素就開始在生物群落循環(huán)，最后由尸體和排泄物脫離，大部分此類物質(zhì)被分解者分解，少部分形成化石燃料。③重新沉積分解者將含硫有機物分解為硫酸鹽和硫化物后，這些硫化物將按①過程重新開始循環(huán)前面途徑產(chǎn)生的硫酸鹽大部分將進入水體?；鹕絿姲l(fā)等途徑形成的氣態(tài)含硫化合物將隨降雨進入土壤和水體，但大部分的硫直接進入海洋，并在海里永遠沉積無法連續(xù)循環(huán)。只有少部分在生物群落循環(huán)?，F(xiàn)在是33頁\一共有46頁\編輯于星期五酸雨會對環(huán)境帶來廣泛的危害，造成巨大的經(jīng)濟損失，如:腐蝕建筑物和工業(yè)設備；破壞露天的文物古跡；損壞植物葉面，導致森林死亡；使湖泊中魚蝦死亡；破壞土壤成分，使農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡；飲用酸化物造成的地下水，對人體有害?；剂系牟煌耆紵墒苟趸蜻M入大氣圈，這是大氣遭受污染的一個主要原因。大氣中的氧化硫、二氧化硫和元素硫可被進一步氧化形成三氧化硫，它與水結(jié)合便形成了硫酸，雨水中含有硫酸就會形成酸雨。硫循環(huán)平衡破壞——酸雨現(xiàn)在是34頁\一共有46頁\編輯于星期五五、磷循環(huán)磷是生物不可缺少的成分。它是細胞遺傳信息攜帶者核酸的構(gòu)成元素，也是生物膜成分磷脂及細胞代謝中三磷酸腺苷（ATP）等的構(gòu)成元素，在能量貯存、利用和轉(zhuǎn)化方面起著關鍵作用。它還制約著生態(tài)系統(tǒng)，尤其是水域生態(tài)系統(tǒng)的光合生產(chǎn)力。另外，磷還是動物骨骼和牙齒的主要成分。所以，沒有磷就沒有生命，也就不會有生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動?，F(xiàn)在是35頁\一共有46頁\編輯于星期五磷不存在任何氣體形式的化合物，所以磷是典型的沉積型循環(huán)物質(zhì)。沉積型循環(huán)物質(zhì)主要有兩種存在相：巖石相和溶解鹽相。循環(huán)的起點源于巖石的風化，終于水中的沉積。由于風化侵蝕作用和人類對磷礦的開采，磷被釋放出來，由于降水成為可溶性磷酸鹽，經(jīng)由植物、草食動物和肉食動物而在生物之間流動，待生物死亡后被分解，又使其回到環(huán)境中。溶解性磷酸鹽也可隨著水流，進入江河湖海，并沉積在海底。其中一部分長期留在海里，另一些可形成新的地殼，在風化后再次進入循環(huán)現(xiàn)在是36頁\一共有46頁\編輯于星期五在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，含磷有機物被細菌分解為磷酸鹽，其中一部分又被植物再吸收，另一些則轉(zhuǎn)化為不能被植物利用的化合物。同時，陸地的一部分磷由徑流進入湖泊和海洋。在淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)中，磷酸鹽能夠迅速地被浮游植物所吸收，而后又轉(zhuǎn)移到浮游動物和其他動物體內(nèi)，浮游動物每天排出的磷與其生物量所含有的磷相等，所以使磷循環(huán)得以繼續(xù)進行。浮游動物所排出的磷又有一部分是無機磷酸鹽，可以為植物所利用，水體中其他的有機磷酸鹽可被細菌利用，細菌又被其他的一些小動物所食用。一部分磷沉積在海洋中，沉積的磷隨著海水的上涌被帶到光合作用帶，并被植物所吸收?，F(xiàn)在是37頁\一共有46頁\編輯于星期五因動植物殘體的下沉，常使得水表層的磷被耗盡而深水中的磷積累過多。磷是可溶性的，但由于磷沒有揮發(fā)性，所以，除了鳥糞和對海魚的捕撈，磷沒有再次回到陸地的有效途徑。在深海處的磷沉積，只有在發(fā)生海陸變遷，由海底變?yōu)殛懙睾?，才有可能因風化而再次釋放出磷，否則就將永遠脫離循環(huán)。正是由于這個原因，使陸地的磷損失越來越大。因此，磷的循環(huán)為不完全循環(huán)，現(xiàn)存量越來越少，特別是隨著工業(yè)的發(fā)展而大量開采磷礦加速了這種損失。據(jù)估計，全世界磷蘊藏量只能維持100a左右，在生物圈中，磷參與循環(huán)的數(shù)量，目前正在減少，磷將成為人類和陸地生物生命活動的限制因子?，F(xiàn)在是38頁\一共有46頁\編輯于星期五能量流動物質(zhì)循環(huán)形式過程范圍特點聯(lián)系主要以有機物形式動沿食物鏈（網(wǎng)）單向流動生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級單向流動，逐級遞減主要以無機物形式在無機環(huán)境與生物群落之間反復循環(huán)全球（生物圈）反復循環(huán)，逐級累積能量流動和物質(zhì)循環(huán)的相互關系（1）同時進行、相互依存（2）物質(zhì)是能量流動的載體（3）能量是物質(zhì)循環(huán)的動力現(xiàn)在是39頁\一共有46頁\編輯于星期五

練習在農(nóng)田中大量使用DDT殺蟲劑為什么會殃及南極的企鵝?

生物圈是地球上的最大的生態(tài)系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)帶有全球性.現(xiàn)在是40頁\一共有46頁\編輯于星期五1.20世紀60年代，美國農(nóng)莊主為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，曾用飛機反復大面積地噴灑有機磷殺蟲劑，幾年后顯而易見的是（）B①徹底消滅了該地區(qū)的害蟲②害蟲的抗藥性愈來愈強③消滅了該地區(qū)雜草④這個地區(qū)鳥類數(shù)量減少⑤未噴灑農(nóng)藥的鄰近地區(qū)一帶生物