3.3生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)課件-高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修2

【本節(jié)聚焦】生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過(guò)程是怎樣的？怎樣理解生物富集的成因和危害？物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的關(guān)系是怎樣的？第3章

生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性

3.3生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)胡楊能抗干旱、御風(fēng)沙、耐鹽堿，可頑強(qiáng)地在荒漠中生存繁衍。然而，受水資源短缺的影響，一些遠(yuǎn)離水源的胡楊也難逃死亡的厄運(yùn)。這些死亡的胡楊雖歷經(jīng)烈日和荒漠的摧殘，卻依然傲立于大漠，其枝干往往呈現(xiàn)出千姿百態(tài)的奇特造型。問(wèn)題探討討論1.胡楊死亡后，為什么很長(zhǎng)時(shí)間都沒(méi)有腐爛？荒漠中缺乏水分，分解者數(shù)量很少，因此死亡后的胡楊無(wú)法被快速分解。討論2.有研究表明，長(zhǎng)有胡楊的荒漠土壤一般比草原的貧瘠，這是為什么？荒漠中生產(chǎn)者的種類與數(shù)量很少，能制造的有機(jī)物總量就少；消費(fèi)者與分解者也少，物質(zhì)循環(huán)緩慢；土壤中可供分解者分解的動(dòng)植物遺體等很少，且分解速度較慢，因此土壤中積累的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)很少；而且，胡楊還會(huì)從土壤中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此，長(zhǎng)有胡楊的荒漠土壤比草原的更為貧瘠。食物植物的光合作用碳元素和氧元素在生物群落和非生物環(huán)境之間是不斷循環(huán)的。人體的細(xì)胞呼吸CO2思考：呼一口氣，許多二氧化碳分子就離開(kāi)你的身體，進(jìn)入大氣中。

這些二氧化碳分子離開(kāi)你后，會(huì)開(kāi)始怎樣的旅行？一、碳循環(huán)生物體和大氣中的碳的含量都長(zhǎng)期處于穩(wěn)定，這是怎樣維持的呢?閱讀P61-62，思考1.碳在非生物環(huán)境和生物體內(nèi)分別以什么形式存在？2.碳以什么形式、通過(guò)什么途徑進(jìn)入生物群落；

碳以什么形式、通過(guò)什么途徑在群落內(nèi)部傳遞？3.生物群落中的碳以什么形式返回非生物環(huán)境？通過(guò)哪些途徑？4.請(qǐng)用關(guān)鍵詞、線段、箭頭、方框等構(gòu)建碳循環(huán)的模型。5.碳循環(huán)與溫室效應(yīng)有什么關(guān)系？如何緩解溫室效應(yīng)？6.人類活動(dòng)對(duì)碳循環(huán)有什么影響？一、碳循環(huán)1.碳循環(huán)的過(guò)程一、碳循環(huán)分解者1.碳的存在形式有？②在生物體中：主要是有機(jī)物的形式①在非生物環(huán)境中：主要是CO2的形式2.碳是如何分別進(jìn)出生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者

各個(gè)環(huán)節(jié)(以什么形式、通過(guò)哪些生命活動(dòng)、

形成哪些產(chǎn)物等)？思考·討論分析碳循環(huán)的過(guò)程①光合作用等：將CO2轉(zhuǎn)化為有機(jī)物②呼吸作用：將有機(jī)物分解為CO2(1)生產(chǎn)者(2)消費(fèi)者(3)分解者①攝食等：將前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為自身的有機(jī)物②呼吸作用等：將有機(jī)物分解為CO2①腐生生活：將現(xiàn)成有機(jī)物轉(zhuǎn)化為自身有機(jī)物②微生物的分解作用等：將有機(jī)物分解為CO2分解者動(dòng)植物遺體和動(dòng)物排遺物攝食燃燒生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者化石燃料呼吸作用呼吸

作用光合作用大氣中的CO2庫(kù)分解作用非生物環(huán)境生物群落1.碳循環(huán)的過(guò)程一、碳循環(huán)(2)碳進(jìn)入生物群落的途徑：(3)碳在生物群落內(nèi)傳遞的途徑：食物鏈和食物網(wǎng)生產(chǎn)者的光合作用、化能合成作用(1)碳的流動(dòng)形式①生物群落與非生物環(huán)境間：②生物群落內(nèi)部：CO2(5)碳循環(huán)的形式：(4)碳返回非生物環(huán)境的途徑：②分解者的分解作用①生產(chǎn)者、消費(fèi)者的呼吸作用③化石燃料的燃燒非生物環(huán)境（CO2）生物群落（有機(jī)物）光合作用、化能合成作用呼吸作用、分解作用化石燃料的燃燒1.碳循環(huán)的過(guò)程一、碳循環(huán)CO2含碳有機(jī)物大氣中的CO2能夠隨著大氣環(huán)流在全球范圍內(nèi)流動(dòng)，因此，碳循環(huán)具有

。當(dāng)大氣中CO2含量增加，水圈中的CO2含量也隨之增加；當(dāng)大氣中的CO2發(fā)生局部短缺，水圈中的CO2也能及時(shí)進(jìn)入大氣。動(dòng)植物遺體和動(dòng)物排遺物攝食燃燒生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者化石燃料呼吸作用呼吸

作用光合作用大氣中的CO2庫(kù)分解作用非生物環(huán)境生物群落海洋對(duì)于調(diào)節(jié)大氣中的碳含量起著非常重要的作用。水圈中的CO2庫(kù)全球性①消極影響：②積極影響：一、碳循環(huán)1.碳循環(huán)的過(guò)程(6)人類活動(dòng)對(duì)碳循環(huán)的影響煤和石油等化石燃料的開(kāi)采和使用，大大增加CO2的排放量，打破了生物圈中碳循環(huán)的平衡，加劇溫室效應(yīng)，引起全球性的氣候變化；大力開(kāi)展植樹(shù)造林、開(kāi)發(fā)新能源、發(fā)展節(jié)能產(chǎn)業(yè)等，有利于降低大氣中的CO2濃度，維持生物圈的碳平衡。思考：碳循環(huán)失調(diào)有什么影響呢？溫室氣體(CO2、CH4、N2O等)，能有效吸收地球發(fā)射的長(zhǎng)波輻射，相當(dāng)于保溫層。大氣中CO2越多，地球上的溫度升高就越快，這種現(xiàn)象就叫做“溫室效應(yīng)”。非生物環(huán)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燒增加碳循環(huán)失衡---溫室效應(yīng)1.溫室氣體：CO2等過(guò)多2.CO2增多的原因①來(lái)源增加：化石燃料的開(kāi)采和使用大大增加②去路減少：森林、草原等植被的破壞3.危害4.防治措施減少化石燃料燃燒、開(kāi)發(fā)新能源增大植被面積，如植樹(shù)造林碳循環(huán)失衡---溫室效應(yīng)減少CO2來(lái)源增加CO2去路氣溫升高，加快極地、高山冰川融化海平面上升，洪災(zāi)不斷土地荒漠化加劇威脅人類和生物的生存碳達(dá)峰碳中和2030年2060年碳排放在由升轉(zhuǎn)降的過(guò)程中，碳排放的最高點(diǎn)即碳峰值大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰我國(guó)目前碳排放增速放緩，但仍呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，尚未達(dá)峰。人為排放源與通過(guò)植樹(shù)造林、碳捕集與封存技術(shù)等人為吸收匯達(dá)到平衡碳中和的吸收匯只包括通過(guò)植樹(shù)造林、森林管理和碳捕獲與封存等人為活動(dòng)增加的碳匯，而不是自然碳匯。中國(guó)國(guó)家主席習(xí)近平在2020年9月22日召開(kāi)的聯(lián)合國(guó)大會(huì)上表示：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。碳匯一般是指從空氣中清除CO2的過(guò)程、活動(dòng)、機(jī)制。注意：①“生態(tài)系統(tǒng)”指②“物質(zhì)循環(huán)”中的物質(zhì):③“物質(zhì)循環(huán)”中的循環(huán)發(fā)生在非生物環(huán)境生物群落（生物地球化學(xué)循環(huán)）二、生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)組成生物體的C、H、O、N、P、S等元素都不斷進(jìn)行著從非生物環(huán)境到生物群落，又從生物群落到非生物環(huán)境的循環(huán)過(guò)程。1.概念：2.特點(diǎn)：全球性，循環(huán)往返生物圈指C、H、O、N、P、S元素，而不是化合物或者單質(zhì)非生物環(huán)境與生物群落之間，在生物群落內(nèi)部物質(zhì)是沿食物鏈和食物網(wǎng)單向流動(dòng)的。C、H、O、N、P、S等元素循環(huán)往返(1)動(dòng)物的取食、消化能促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)(3)動(dòng)物呼出的CO2還可為水稻的光合作用補(bǔ)充原料(2)動(dòng)物糞便被分解者分解后可供植物吸收利用3.在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用二、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)——種養(yǎng)結(jié)合模式，在稻田中養(yǎng)鴨養(yǎng)魚(2)剩余有最多指向箭頭的為分解者。生產(chǎn)者大氣中的CO2庫(kù)消費(fèi)者分解者(1)先看雙箭頭：雙箭頭代表生產(chǎn)者、大氣中的CO2庫(kù)。其他所有成分都指向的為大氣中的CO2庫(kù)?！境Ｒ?jiàn)題型】碳循環(huán)圖解中各成分的判定方法生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者大氣中的CO2庫(kù)生產(chǎn)者分解者消費(fèi)者消費(fèi)者三、生物富集思考：土壤中的微生物能夠分解有機(jī)物，這是物質(zhì)循環(huán)過(guò)程中的重要一環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)中的消費(fèi)者能夠加快物質(zhì)的循環(huán)過(guò)程。

是不是所有物質(zhì)都能較快地通過(guò)食物鏈回歸非生物環(huán)境呢?閱讀P63-65，思考1.什么是生物富集？常見(jiàn)參與生物富集的物質(zhì)的種類和特點(diǎn)有哪些？2.生物富集的主要途徑？3.若某地發(fā)生鉛污染，誰(shuí)會(huì)是群落中鉛含量最高的群體？這種現(xiàn)象只會(huì)發(fā)生在污染地區(qū)嗎？從中歸納總結(jié)出生物富集的特點(diǎn)？三、生物富集1.概念：生物體從周圍環(huán)境吸收、積蓄某種元素或難以降解的化合物，使其在機(jī)體內(nèi)濃度

環(huán)境濃度的現(xiàn)象。2.實(shí)例如DDT、六六六等重金屬：人工合成的有機(jī)化合物：如鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)等三、生物富集①存在形式比較穩(wěn)定②易被生物吸收不易排出③不易被分解超過(guò)一些放射性物質(zhì)：如銫、鍶、氚等鉛的富集過(guò)程煤燃燒、有色金屬冶煉鉛被排放進(jìn)入大氣沉降在土壤和植被表面進(jìn)入土壤進(jìn)入水體植物根吸收葉片攝入鉛水生植物、浮游動(dòng)物直接吸收鉛，動(dòng)物飲用含鉛的水，直接攝入鉛鉛進(jìn)入體內(nèi)形成多種比較穩(wěn)定的鉛的化合物，分布于生物體的多種組織細(xì)胞中，導(dǎo)致鉛不易被排出，積蓄在體內(nèi)含鉛生物被更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)動(dòng)物食用，沿食物鏈聚集最終積累在食物鏈的頂端鉛在生物體內(nèi)的濃度沿食物鏈不斷升高3.特點(diǎn)①有害物質(zhì)在生物體內(nèi)的濃度沿食物鏈不斷升高，最終積累在食物鏈的頂端；②有害物質(zhì)可以通過(guò)大氣、水、和生物遷移等途徑擴(kuò)散到世界各地，因此生物富集具有全球性；魚鷹（2.5×10-5）大魚（2×10-6）小魚（5×10-7）植物（4×10-8）水（3×10-12）有害物質(zhì)在生物體內(nèi)的濃度DDT濃度沿食物鏈放大了一千萬(wàn)倍四、能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系能量流動(dòng)物質(zhì)循環(huán)范圍特點(diǎn)過(guò)程聯(lián)系生物群落（生態(tài)系統(tǒng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間）生物圈單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減全球性、循環(huán)往返沿食物鏈、食物網(wǎng)單向流動(dòng)在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往返二者是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，它們同時(shí)進(jìn)行，相互依存，不可分割：①能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和釋放，都離不開(kāi)物質(zhì)的合成和分解等過(guò)程；②物質(zhì)作為能量的載體，使能量沿著食物鏈（網(wǎng)）流動(dòng)；③能量作為動(dòng)力，使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往返。秋天剛收獲的花生第二年春天從土中刨出的花生土壤中生活著肉眼看不見(jiàn)的細(xì)菌、絲狀真菌和呈放射狀的放線菌，這些生物的數(shù)量是極其繁多的，例如一茶匙表層土就可能含有億萬(wàn)個(gè)細(xì)菌。

由于各地氣候與環(huán)境等因素不同，落葉在土壤中被分解的時(shí)間也是不同的，一般在溫暖、濕潤(rùn)的環(huán)境中需要一至數(shù)月時(shí)間。探究土壤微生物的分解作用探究·實(shí)踐案例1：落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎？提出問(wèn)題落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎？實(shí)驗(yàn)假設(shè)落葉在土壤微生物的作用下可以腐爛實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)自變量實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論分析土壤中是否含微生物對(duì)土壤處理（60℃滅菌）對(duì)土壤不做任何處理（自然狀態(tài)）相同時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)組落葉不腐爛，對(duì)照組腐爛土壤微生物對(duì)落葉有分解作用土壤進(jìn)行處理，排除土壤微生物的作用，同時(shí)要盡可能避免土壤理化性質(zhì)的改變。不能加熱烘干，會(huì)導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變，可將土壤用塑料袋包好，放在60℃恒溫箱中1小時(shí)滅菌探究·實(shí)踐案例2：探究土壤微生物對(duì)淀粉的分解作用提出問(wèn)題實(shí)驗(yàn)假設(shè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)自變量實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象加入碘液A1B1加入斐林試劑A2B2結(jié)論分析土壤微生物能分解淀粉嗎？土壤微生物能分解淀粉是否含有分解淀粉的土壤微生物A杯中加入適量淀粉糊+30mL土壤浸出液B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸餾水不變藍(lán)變藍(lán)產(chǎn)生磚紅色沉淀不產(chǎn)生磚紅色沉淀土壤浸出液中的微生物能分解淀粉探究·實(shí)踐①分組：甲組（對(duì)照組）：土壤不做處理(自然狀態(tài))；乙組（實(shí)驗(yàn)組）：一段時(shí)間后，記錄并比較兩組落葉的的腐爛程度（落葉的剩余量）取兩個(gè)燒杯，分別放入等量土壤，編號(hào)甲、乙1.落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎?②處理：③觀察：材料與器具：形狀和大小相似的落葉若干、土壤、紗布袋、燒杯等（1）實(shí)驗(yàn)思路土壤要進(jìn)行處理（60℃滅菌），以盡可能排除土壤微生物的作用，同時(shí)要盡可能避免土壤理化性質(zhì)的改變（例如將土壤用塑料袋包好，放在60℃恒溫箱1h滅菌)將形狀和大小相似的落葉均分到兩個(gè)紗布袋中，并將紗布袋放置在甲、乙兩組土壤中，其他條件相同且適宜。1.落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎?（2）預(yù)期結(jié)果及結(jié)論甲組（實(shí)驗(yàn)組）落葉的腐爛程度比乙組（對(duì)照組）小，或甲組（實(shí)驗(yàn)組）落葉的剩余量比乙組（對(duì)照組）小大，說(shuō)明土壤微生物對(duì)落葉有分解作用2.探究土壤微生物對(duì)淀粉的分解作用（1）制備土壤浸出液：將取自農(nóng)田、林地或花盆等處的土壤放入里面墊有厚紗布的燒杯中，加水?dāng)嚢?，然后將紗布連同土壤一起取出。將留在燒杯中的土壤浸出液靜置一段時(shí)間備用。分組：另取兩只燒杯，編號(hào)為A、B，放入等量淀粉糊。處理：在A燒杯中加人30mL土壤浸出液，B燒杯中加入30mL蒸餾水。觀察：在室溫(20℃左右)下放置7天后，分別取A、B燒杯中的溶液20mL，各放人兩支試管中，分別編號(hào)為A1、A2，B1、B2，在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林試劑，加熱。觀察試管中溶液的顏色變化，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（2）實(shí)驗(yàn)思路：最好是”滅菌的土壤浸出液”A1、A2取自加入土壤浸出液的一組B1、B2取自加入滅菌后的土壤浸出液的一組（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論碘液檢測(cè)

斐林試劑檢測(cè)不變藍(lán)變藍(lán)產(chǎn)生磚紅色沉淀土壤浸出液中的微生物能分解淀粉不產(chǎn)生磚紅色沉淀生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)對(duì)象：組成生物體的元素特點(diǎn)：全球性，循環(huán)往復(fù)碳循環(huán)物質(zhì)循環(huán)應(yīng)用范圍：生物圈實(shí)例過(guò)程本節(jié)小結(jié)練習(xí)與應(yīng)用2.同碳元素一樣，氮在生物群落和非生物環(huán)境之間也是不斷循環(huán)的。為什么還要往農(nóng)田中不斷地施加氮肥呢?農(nóng)田是人工生態(tài)系統(tǒng)，是以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，使能量更多地流向人類，滿足人類需要為目的的。農(nóng)田土壤中氮的含量往往不足以使作物高產(chǎn)，加之農(nóng)產(chǎn)品