3.3生态系统的物质循环

新教材选择性必修二

生物与环境

第3章

生态系统及其稳定性3.3生态系统的物质循环本节聚焦①构建碳在无机环境和生物群落之间循环过程，明确碳从无机环境进入生物群落、在生物群落间和从生物群落进入无机环境的途径、形式；②以碳循环为例，分析生态系统物质循环的含义；说明物质循环与能量流动的关系。③关注碳循环平衡失调与温室效应Materialcycleofecosystem生态系统的物质循环思考讨论：为什么维持生态系统所需的大量物质，例如氧、水、氮、碳和许多其他物质，亿万年来却没有被生命活动所消耗完？循环利用1、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碳链为基本骨架形成的。不难看出，这两种元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的。

呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，进入大气中。

你能想象这些二氧化碳分子的去向吗？

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？进入身体之前又存在于什么物质中？食物人体的细胞呼吸CO2植物的光合作用1、碳循环1、碳循环二氧化碳能溶于水，因此可在大气和海洋、河流之间进行交换。此外，碳还可以长期固定或保存在非生命系统中，如固定于煤、石油或木材中。人类对煤和石油等能源的利用，向大气中排放了大量的二氧化碳。讨论：①碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？在非生物环境中主要以CO2的形式和碳酸盐形式存在；在生物体内主要以含碳有机物的形式存在。【思考.讨论】分析碳循环的过程讨论②：

进入生物群落的方式：碳通过__________和

两种代谢反应从无机环境进入生物群落。光合作用化能合成作用讨论④：返回无机环境的方式碳通过___________________、

_________和

返回到无机环境。生产者、消费者的呼吸作用分解者的分解作用化石燃料的燃烧讨论③：进入生物群落的形式：碳以________形式从无机环境进入生物群落CO2讨论⑤：碳的循环形式碳在生物群落内部以_________形式循环，通过_________渠道进行传递。含碳有机物食物链（网）碳在无机环境与生物群落之间主要是______的形式进行循环。CO2【思考.讨论】分析碳循环的过程1、碳循环②碳是如何分别进出生产者、消费者、分解者各个环节(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)？（请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环的模型。）（1）碳如何从非生物环境进入生物群落？（2）碳如何在生物群落中传递(生产者、消费者和分解者)?（3）碳如何从生物群落返回非生物环境？【思考.讨论】分析碳循环的过程大气中的二氧化碳库光合作用呼吸作用溶解光合作用(1)光合作用等：将二氧化碳转化为有机物；生产者(2)呼吸作用：将有机物分解为二氧化碳。【思考.讨论】分析碳循环的过程1、碳循环大气中的二氧化碳库呼吸作用摄食消费者(1)摄食等：将前一营养级的有机物转化为自身的有机物；(2)呼吸作用等：将有机物分解为二氧化碳。【思考.讨论】分析碳循环的过程1、碳循环大气中的二氧化碳库微生物的分解作用(1)食腐、腐生等：将现成有机物转化为自身有机物；分解者分解者(2)微生物的分解作用等：将有机物分解为二氧化碳。【思考.讨论】分析碳循环的过程1、碳循环②碳是如何进出生产者、消费者、分解者的(以什么形式、通过哪些生命活动、形成哪些产物等)？请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环的模型。1、碳循环碳在生态系统各成分之间的传递并不都是双向的，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他各成分间的传递均是单向的。大气中的CO2库生产者消费者光合作用呼吸作用呼吸作用摄食分解者微生物的分解作用（有机物）食物链和食物网遗体和排遗物遗体和排遗物

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。大气中的二氧化碳库煤、石油其他途径1、碳循环【思考.讨论】分析碳循环的过程大气中的CO2库生产者消费者光合作用呼吸作用呼吸作用摄食分解者微生物的分解作用（有机物）食物链和食物网煤、石油燃烧请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环的模型。1、碳循环遗体和排遗物

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。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。1、碳循环(1)存在形式①非生物环境中：CO2和碳酸盐②生物群落内部：含碳有机物(2)流动形式①生物群落与非生物环境之间：CO2②生物群落内部：含碳有机物(3)进入生物群落的途径①光合作用；②化能合成作用(4)返回非生物环境的方式①生产者、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（5）碳在生物群落中传递的主要途径：食物链、食物网1、碳循环总结煤、石油等大气中的CO2库生产者消费者分解者遗体和排遗物光合作用呼吸作用燃烧呼吸作用延伸：氮循环18氮循环19磷循环延伸：水循环是指组成生物体的

都不断进行着从无机环境到生物群落，又从

到

的循环运动叫生态系统的物质循环。C、H、O、N、P、S等化学元素生物群落无机环境2、物质循环这里的生态系统指的最大的生态系统——生物圈。这就是生态系统的物质循环，又叫

。生物地球化学循环生物群落非生物环境组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素反复循环2、物质循环

注意：②范围：是指地球上最大的生态系统——生物圈。③循环：①物质：组成生物体C、H、O、N、P、S等基本元素。而不是单质，也不是化合物。生物群落光合作用、化能合成作用呼吸作用、分解作用、（化石燃料的燃烧）无机环境全球性，反复利用，循环流动。物质循环的特点物质循环的图解：碳循环首先找双向箭头：双向箭头的两端分别是生产者和大气中的CO2，依据是只有生产者既能通过光合作用或化能合成作用从大气中吸收CO2，又能通过呼吸作用向大气中释放CO2除大气中的CO2外其他生物成分都有箭头指向的为分解者，因为动植物的遗体、排遗物都要被分解者分解(1)图甲——先根据A、B之间为双向箭头且指向B的箭头最多可判断：B为大气中的二氧化碳库，A为生产者。再根据A、C的箭头都指向D判断：D为分解者，C为消费者。(2)图乙——根据A、C之间为双向箭头且指向C的箭头最多可判断：A是生产者，C是大气中的二氧化碳库。根据A、B、D的箭头都指向E可进一步判断：E是分解者，B是初级消费者，D是次级消费者。物质循环的图解：碳循环物质循环的图解：碳循环下面三幅图均为碳循环常见模型，请填出三幅图中生产者、大气CO2库、消费者及分解者生产者：图1________、图2________、图3________AAE大气CO2库：图1________、图2________、图3________BCA分解者：图1________、图2________、图3________DEC消费者：图1________、图2________、图3________CB、DF、D、B26模型解读27应试技巧能量流动物质循环范围特点生物群落(生态系统各营养级之间)生物圈主要以有机物中的化学能的形式碳在生物群落和非生物环境间主要以二氧化碳的形式单向流动、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和非生物环境之间循环往返

二者是生态系统的主要功能，它们同时进行，相互依存，不可分割:①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；②物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；③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。3、能量流动和物质循环的关系联系过程形式(1)绘制物质循环图解时,注意物质是可以循环的。(2)能量流动是单向的,生产者的能量可流向消费者和分解者,但消费者与分解者中的能量不能流向生产者。生态系统物质循环和能量流动的关系图解3、能量流动和物质循环的关系1.物质循环和能量流动的起点和终点是否相同？

不同。能量流动的起点是生产者固定的太阳能，终点是以热能的形式散失。物质循环没有起点和终点。2.同碳元素一样，氮在生物群落和非生物环境之间也是不断循环的。为什么还要往农田中不断地施加氮肥？

因为农民要不断地从农田中收获农产品，会带走大量的氮元素，因此要通过往农田中不断地施加氮肥，以维持农田氮循环的稳定。思考讨论：3、能量流动和物质循环的关系能量流动和物质循环关系分析(1)能量流动和物质循环相伴而行，但能量在传递过程中由光能→化学能→热能，而物质在循环过程中，由无机物(CO2)→有机物→无机物(CO2)。(2)能量流动的终点是热能散失到非生物环境中，不能循环利用。而物质循环产生的CO2又被重新利用，所以没有终点。核心归纳探究土壤微生物的分解作用

土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，这些生物的数量是极其繁多的，例如一茶匙表层土就可能含有亿万个细菌。由于各地气候与环境等因素不同，落叶在土壤中被分解的时间也是不同的，一般在温暖、湿润的环境中需要一至数月时间。

落叶探究土壤微生物的分解作用1.实验原理：土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，它们在生态系统中的成分为分解者。分解速度主要与环境温度和湿度有关。2.参考案例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案例一土壤进行处理，排除土壤微生物的作用土壤不进行处理，自然状态落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？实验现象：落叶未腐烂落叶腐烂案例二探究土壤微生物对淀粉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A1B1加入斐林试剂A2B2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蒸馏水探究土壤微生物对淀粉的分解作用一、实验原理淀粉碘液变蓝淀粉葡萄糖产生砖红色沉淀分解斐林试剂加热提出问题：分解过程中物质发生怎样的变化？案例二水水玻璃棒斐林试剂加热纱布烧杯土壤碘液取出2.另取两只烧杯，编号A、B淀粉糊加入土壤浸出液加入碘液AB加入蒸馏水A1A2B1B2加入碘液加入斐林试剂加入斐林试剂实验结果不变蓝出现砖红色沉淀变蓝不出现砖红色沉淀室温（20℃）环境放置7d后案例二探究土壤微生物对淀粉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A1B1加入斐林试剂A2B2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

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。生物富集1.概念：2.常见存在生物富集现象的物质①重金属：如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等②人工合成的有机化合物：如DDT等3.发生生物富集的物质的特点①富集物质在环境和生物体中存在形式是比较稳定的；②富集物质必须是生物体能够吸收的且不易排出的；③富集物质在生物代谢过程中是不易被分解的；4.生物富集的主要途径：食物链、食物网3.实例煤和矿石中的铅最高营养级含铅量最高燃烧冶炼空气中的铅颗粒降雨土壤、水体中的铅生产者、浮游动物积累各级消费者捕食吸收资料1：不同采样点中水、水底沉积物和中国血蛤体内铅浓度铅在中国血蛤体内的浓度超过环境浓度生物富集实例——铅的富集对比碳循环，分析铅在生物体内富集的原因成因：铅在生物体内形成难以降解的化合物，且不易排出。资料2：水体和多种水生生物体内的铅浓度