【高中生物】2023-2024学年苏教版选择性必修二 生态系统的物质循环 课件

第3节生态系统的物质循环目标素养1.通过分析生态系统的物质循环与能量流动的关系,建立生命的物质与能量观。2.通过分析生态系统中碳循环的模式图,培养运用理性思维分析问题和解决问题的能力。3.通过分析温室效应产生的原因以及预防措施,培养关注环境问题及生物学社会议题等的社会责任感。4.阐明某些有害物质会通过食物链不断富集的现象,认同生物富集的成因和危害,了解保护环境的必要性和迫切性。知识概览一、物质循环的实例——碳循环1.碳的存在形式(1)非生物环境:以

二氧化碳

和

碳酸盐

等形式存在。(2)生物群落:主要以

含碳有机物

的形式存在。

2.循环形式(1)碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以

二氧化碳

的形式进行的。

(2)在生物群落内以

含碳有机物

的形式进行。

3.过程图解

(1)写出图中①~⑥表示的过程。①

光合作用或化能合成作用

,②

呼吸作用

,③

呼吸作用

,④

捕食

,⑤

分解作用

,⑥

燃烧

。

(2)写出A、B、C、D表示的生物类群。A.生产者

,B.

分解者

,C.

初级消费者

,D.

次级消费者

。

4.循环特点(1)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。(2)由于二氧化碳能够随着大气环流在全球范围内流动,因此,碳循环具有全球性。此外,海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。5.温室效应(1)原因:世界范围内,

化石燃料

的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放,加剧了

温室效应

,引起全球性的气候变化。

(2)措施:我国一方面采取积极措施减少二氧化碳排放,另一方面大力

植树种草

,提高森林覆盖率,这在吸收和固定二氧化碳方面发挥了重要作用。

微思考如果人们不按生态规律办事,对森林乱砍滥伐,对生态系统的碳循环将会造成什么影响?提示:对森林乱砍滥伐,会打破碳循环的平衡,使大气中的二氧化碳进入生物群落过程受阻,大气中二氧化碳的含量就会明显增多,从而加剧温室效应。微训练下列有关下图所示碳循环的部分过程的分析,错误的是(

)A.参与①过程的生物包括生产者、消费者和分解者B.②过程增强后,①过程随之增强,故不能通过增强②来减少大气中的二氧化碳C.在生物群落内,碳循环的形式是含碳有机物D.人类减少对③的依赖是当前缓解温室效应的重要措施答案:B解析:生物群落由生产者、消费者和分解者组成,它们通过呼吸作用(分解作用)将二氧化碳释放到非生物环境中。可以通过植树种草等途径增强植物的光合作用,减少大气中的二氧化碳含量。二、物质循环的概念及特点1.概念组成生物体的

碳、氢、氧、氮、磷、硫

等元素,都在不断进行着

从非生物环境到生物群落,又从生物群落到非生物环境

的循环过程,这就是生态系统的物质循环。2.特点(1)

全球性

——生物地球化学循环。

(2)

循环往复运动

——物质可被生物群落反复利用。

三、生物富集1.概念生物富集是指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。

2.特点(1)食物链中营养级越高,生物富集的某种物质浓度就越大。(2)具有全球性。3.举例:铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等重金属,DDT、六六六等有机化合物以及一些放射性物质。四、能量流动和物质循环的关系1.联系能量流动和物质循环是生态系统的主要功能,它们同时进行,彼此相互依存,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。(1)物质作为能量的

载体

,使能量沿着食物链(网)流动。

(2)能量作为

动力

,使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间

循环往返

。

2.区别(1)在物质循环过程中,非生物环境中的物质可以被生物群落

反复

利用。

(2)能量在流经生态系统各营养级时,是逐级递减的,而且流动是

单方向不循环

的。

五、探究土壤微生物的分解作用1.实验原理微生物能分泌多种水解酶,将大分子有机物分解成小分子有机物,如纤维素酶、淀粉酶可将纤维素、淀粉水解成

葡萄糖

。小分子有机物被分解者吸收到细胞中进行氧化分解,最终形成二氧化碳、水和各种无机盐,同时释放能量。

2.实验方案

微判断1.物质循环中的“物质”指的是组成生物体的各种化合物。(

)2.物质循环和能量流动是两个独立的过程。(

)3.生态系统的物质循环和能量流动的渠道都是食物链和食物网,所以物质和能量都是循环往复的。(

)4.只有在光照的条件下,生态系统的物质循环和能量流动才是同时进行的。(

)××××5.可采用加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物。(

)6.实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验。(

)××一

碳循环问题探究右图是自然界碳循环的简图。据图回答下列有关问题。1.图中的甲、乙、丙分别表示什么?并简述判断的理由。提示:甲为分解者,乙为消费者,丙为生产者。丙和大气中的二氧化碳库之间有双向箭头,且其他几种成分都有箭头指向大气中的二氧化碳库,同时丙和乙都有箭头指向甲,所以丙为生产者,甲为分解者,乙为消费者。2.图中的序号分别表示什么过程?提示:①代表分解者的分解作用,②和③代表呼吸作用,④代表光合作用或化能合成作用,⑤代表捕食,⑥和⑦代表动植物的遗体、动物的排遗物等提供给分解者。3.大气中的二氧化碳进入生物群落的主要途径是什么(用图中序号表示)?碳在甲、乙、丙之间的流动形式主要是什么?提示:④。含碳有机物。4.氮元素在生物群落与非生物环境之间能否循环利用?如何解释需不断向农田中施加氮肥?提示:能。农田是人工生态系统,是以提高农作物的产量和效益、使能量更多地流向对人类最有益的部分为目的的,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从农田生态系统中输出,其中的氮元素并不能都归还土壤,所以需要施加氮肥。归纳总结

2.碳循环的形式。

比较项目进入生物群落生物群落内部返回非生物环境形式二氧化碳含碳有机物二氧化碳方式光合作用和化能合成作用通过食物链或食物网①生产者和消费者的呼吸作用②分解者的分解作用③化石燃料的燃烧3.碳循环过程模式图

4.碳循环常见变式图解分析

(1)图甲——先根据双向箭头和有三个箭头指向B判断,A和B分别为生产者、非生物的物质和能量;再根据A和C均指向D判断,D为分解者,C为消费者。(2)图乙——根据A与C之间的双向箭头以及其他成分均有指向C的箭头判断,A是生产者,C是非生物的物质和能量;根据A、B、D都有箭头指向E,可进一步判断,B是初级消费者,D是次级消费者,E是分解者。(3)图丙——根据A与E之间的双向箭头以及其他成分均有指向A的箭头判断,A为非生物的物质和能量,E为生产者。然后观察剩余的几个成分,其中各成分都有箭头指向C,所以C是分解者,剩余的B、D、F则为消费者。整个图解中,食物链是E→F→D→B。(4)图丁——根据大气中的二氧化碳库与A之间的双向箭头判断,A是生产者,A、B、C均有箭头指向动植物遗体和动物的排遗物,其箭头又指向D,说明D是分解者,进一步判断B为初级消费者,C为次级消费者。典例剖析【例1】下图是生物圈中碳循环的部分示意图。A、B、C、D构成生物群落,①~⑨表示循环过程。下列有关说法正确的是(

)A.大气中的气体X是指二氧化碳和一氧化碳B.完成①过程的能量主要是由⑧过程提供的C.D经⑤⑥⑦过程获得的能量占A、B、C总能量的10%~20%D.C处于第三营养级答案:D解析:生物群落与非生物环境之间的碳循环是以二氧化碳的形式进行的,故题图中大气中的气体X代表二氧化碳。①主要表示光合作用,该过程所需的能量主要来自太阳能。两个相邻营养级之间的能量传递效率为10%~20%,而题图中D为分解者,不参与食物链的组成。题图中A为生产者,B为初级消费者(第二营养级),C为次级消费者(第三营养级)。规律总结(1)判断生态系统的成分的依据:碳元素在非生物环境与生物群落之间传递时,只有生产者与非生物环境之间的传递是双向的,其他成分之间的传递都是单向的。(2)利用“三看法”快速确认碳循环的各环节。

学以致用1.下图是生态系统中碳循环示意图,“→”表示碳的流动方向。下列说法正确的是(

)A.图中甲是生产者,乙、丁、戊是消费者,丙是分解者B.该生态系统的成分包括甲、乙、丙、丁、非生物的物质和能量C.该生态系统中的食物链可表示为甲→丁→戊D.甲和乙的种间关系为捕食答案:C解析:由题图中甲、丙之间为双向箭头且乙、丁、戊均指向丙可知,甲为生产者,丙为大气中的二氧化碳库,又由甲、丁、戊均指向乙可知,丁、戊为消费者,乙为分解者。该生态系统的成分包括甲、乙、丁、戊、非生物的物质(包括丙)和能量。该生态系统中的食物链可表示为甲→丁→戊。乙为分解者,所以甲和乙的种间关系不是捕食。二

生态系统中能量流动和物质循环的关系

问题探究能量流动和物质循环是生态系统的功能,二者之间的相互关系如下图所示。请思考回答下列问题。1.请分析上图,完善图中内容。提示:图中字母表示的成分是A生产者,B初级消费者,C次级消费者,D分解者;图中的能量形式分别是①热能,②化学能,③化学能,④热能。2.物质循环和能量流动是各自独立进行的,这种说法正确吗?为什么?提示:不正确。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.生态系统中的能量流动和物质循环之间有何联系和区别?提示:联系:物质是能量沿着食物链(网)流动的载体,能量是物质在生态系统中往复循环的动力。区别:在物质循环过程中,非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用;能量流动则不同,能量在流经生态系统各营养级时,是逐级递减的,而且流动是单方向不循环的。归纳总结1.图示2.能量流动和物质循环的区别与联系典例剖析【例2】

下图是生态系统的能量流动和物质循环的关系简图,根据下图不能得到的结论是(

)A.物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动B.能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返C.能量①②③④的总和便是生产者所固定的太阳能总量D.碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的答案:C解析:生产者所固定的太阳能总量是指生产者总的同化量,①②③④的总和小于生产者所固定的太阳能总量。学以致用2.下图为一个简化的生态系统能量流动和物质循环示意图。下列关于图中箭头含义的表述,错误的是(

)A.④和⑤可表示生物群落中能量的散失B.⑤可表示生物群落中的物质回归非生物环境C.②表示能量在生物体间单向流动D.①可表示碳元素从二氧化碳转变为有机物答案:A解析:生物群落中的能量通过呼吸作用(④)以热能的形式散失,⑤表示生物群落中的物质回归非生物环境。1.某生态系统中,镉在沿着食物链转移的过程中产生生物富集作用。该生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级,各营养级所积累的镉的相对浓度如下图所示。下列相关叙述错误的是(

)A.上述四个营养级可以构成食物网B.四个营养级中处于最高营养级的是丙C.镉不属于该生态系统的组成成分D.四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁>甲+乙+丙答案:C解析:题图中不同的营养级的生物可以构成食物网,A项正确。生态系统中某些有害物质会沿食物链积累,因此图中含有镉的浓度越高,营养级越高,故丙所处的营养级最高,B项正确。生态系统的组成成分包括生物群落和非生物的物质和能量,镉属于生态系统的组成成分,C项错误。由题图可知,丁的镉浓度最低,说明其所处的营养级最低,则其固定的能量最多,由于能量是单向流动、逐级递减的,因此四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁>甲+乙+丙,D项正确。2.下图为某生态系统的部分物质循环简图,其中M表示非生物的物质和能量。下列相关叙述正确的是(

)A.若M表示大气中的二氧化碳库,则碳元素在④过程中是以含碳有机物的形式传递的B.从图中可以看出能量伴随着物质循环而循环C.若M表示大气中的二氧化碳库,则碳元素可在生物群落中反复循环利用D.若M表示非生物环境中的能量,则①的能量值为②与③对应的能量值之和答案:A解析:碳元素在生物群落中是以含碳有机物的形式传递的,A项正确。能量在生态系统中沿食物链单向流动,B项错误。碳元素是在非生物环境和生物群落之间反复循环利用的,而不是在生物群落的内部,C项错误。①代表的是生态系统中生产者固定的总能量,它不仅包括②③④,还包括消费者通过呼吸作用散失到非生物环境中的能量以及流向下一营养级的能量等,D项错误。3.某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5cm左右)为实验材料,研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用,对土壤处理情况见下表。下列有关叙述错误的是(

)组别1组2组3组4组土壤处理灭菌不灭菌灭菌不灭菌湿润湿润较干燥较干燥A.该实验能探究不同土壤湿度条件下,土壤微生物对落叶的分解作用B.为了控制实验中的无关变量,作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理C.该实验的自变量为土壤是否进行灭菌处理,实验中的对照组是1组和3组D.预期结论是1、3组的落叶不被分解,2、4组中的落叶被不同程度地分解答案:C解析:该实验中1、2组是湿润土壤,3、4组是较干燥土壤,2组与4组对照,可以探究不同土壤湿度条件下,土壤微生物对落叶的分解作用。该实验中对土壤采取了灭菌和不灭菌的处理,这是对自变量的处理,落叶上存在的微生物属于无关变量,为了避免无关变量对实验的干扰,应对各组的落叶进行灭菌处理。该实验的自变量为土壤是否灭菌处理及土壤的湿度,若该实验的自变量为土壤是否灭菌处理,那么实验中的对照组是2组和4组。该实验的预期结论是1、3组的落叶不被分解,2、4组的落叶被不同程度地分解。4.下图为我国北方处于稳定状态下的某森林生态系统中碳循环示意图,图中A、B、C、D分别代表生态系统的组成成分,①~⑦代表碳元素的传递过程。请据图回答下列问题。(1)写出字母或标号代表的生态系统的组成成分或碳循环过程:B为

;C为

;