物质循环-省赛获奖教学设计

物质循环1.特点介绍生态系统除了需要能量外，还需要水和各种矿物元素。这首先是由于生态系统所需要的能量必须固定和保存在由这些无机物构成的有机物中，才能够沿着食物链从一个营养级传递到另一个营养级，供各类生物需要。否则，能量就会自由地散失掉。其次，水和各种矿质营养元素也是构成生物有机体的基本物质。因此，对生态系统来说，物质同能量一样重要。生物有机体在生活过程中，大约需要30—40种元素。其中如C、O、H、N、P、K、Na、Ca、Mg、S等元素的需要量很大，称为大量元素；另一些元素虽然需要量极少，但对生命是不可缺少的，如B、Cl、Co、Cu、I、Fe、Mn、Mo、Se、Si、Zn等，叫做微量元素。这些基本元素首先被植物从空气、水、土壤中吸收利用，然后以有机物的形式从一个营养级传递到下一个营养级。当动植物有机体死亡后被分解者生物分解时，它们又以无机形式的矿质元素归还到环境中，再次被植物重新吸收利用。这样，矿质养分不同于能量的单向流动，而是在生态系统内一次又一次地利用、再利用，即发生循环，这就是生态系统的物质循环或生物地球化学循环。物质循环的特点是循环式，与能量流动的单方向性不同。能量流动和物质循环都是借助于生物之间的取食过程进行的，在生态系统中，能量流动和物质循环是紧密地结合在一起同时进行的，它们把各个组分有机地联结成为一个整体，从而维持了生态系统的持续存在。在整个地球上，极其复杂的能量流和物质流网络系统把各种自然成分和自然地理单元联系起来，形成更大更复杂的整体——地理壳或生物圈。2.类型介绍全球的物质循环可分为3种类型：水循环、气体循环、沉积型循环。在水循环中，物质的主要储存库是大气圈和海洋。其循环与大气圈和海洋密切相关，具有明显的全球性，循环性能最为完善。凡属于气体型的物质及其分子或某些化合物必以气体形式参与循环过程。属于气体循环的物质主要有O、CO2、N、Cl、Br和F等。属于沉积型循环的物质，其分子或化合物决无气体形态，这些物质主要是通过岩石风化和沉积物的分解转变为可利用的营养物质，而由沉积物转化为岩石圈成分则是一个极其缓慢的物质移动过程。沉积型循环的主要储存库是土壤、沉积物和岩石圈。因此，这类物质循环的全球性不如气体型循环表现得那么明显。属于沉积物循环的物质主要有P、Ca、K、Na、Mg、Fe、Mn、I、Cu和Si等。3.水的循环水循环水循环是水分子从水体和陆地表面通过蒸发进入到大气，然后遇冷凝结，以雨、雪等形式又回到地球表面的运动。水循环的生态学意义在于通过它的循环为陆地生物、淡水生物和人类提供淡水来源。水还是很好的溶剂，绝大多数物质都是先溶于水，才能迁移并被生物利用。因此其他物质的循环都是与水循环结合在一起进行的。可以说，水循环是地球上太阳能所推动的各种循环中的一个中心循环。没有水循环，生命就不能维持，生态系统也无法开动起来。4.碳的循环碳对生物和生态系统的重要性仅次于水。植物通过光合作用从大气中摄取碳的速率和通过呼吸作用把碳释放给大气的速率大体相同。碳循环的基本路线是从大气储存库到植物和动物，再从动植物通向分解者，最后又回到大气中去。除了大气以外，碳的另一个储存库是海洋。海洋是一个重要的储存库，它的含碳量是大气含碳量的50倍。更重要的是，海洋对于调节大气中的含碳量起着非常重要的作用。在植物光合作用中被固定的碳，主要是通过生物的呼吸以CO2的形式有回到了大气圈。此外非生物的燃烧也使大气圈中的CO2的含量增加。CO2在大气圈和水圈之间的界面上通过扩散作用而互相交换着，如果大气中CO2发生局部短缺，就会引起一系列的补偿反应，水圈里溶解态的CO2就会更多地进入大气圈。同样，如果水圈里的碳酸氢根离子在光合作用中被植物耗尽，也可从大气中得到补充。总之，碳在生态系统中的含量过高或过低，都能通过碳循环的自我调节机制而得到调整并恢复到原来的平衡状态。森林也是生物碳库的主要储存库，相当于目前地球大气含碳量的三分之二。5.磷的循环磷是构成生物有机体的另一个重要元素。磷的主要来源是磷酸盐类岩石和含磷的沉积物（如鸟粪等）。它们通过风化和采矿进入水循环，变成可溶性磷酸盐被植物吸收利用，进入食物链。以后各类生物的排泄