3.3+生态系统的物质循环课件高二上学期生物人教版选择性必修2

每一度升温的背后：没有谁是一座孤岛

当全球平均气温比工业革命前高出1.15℃—1.2℃时，你觉得这只是气象站里的一个数字？

在北极，多年冻土活动层正以每年约0.15米的速度向深处融化。科学家估算，冻土层中封存着约1.6万亿吨碳——约为当前大气中碳含量的两倍。其中释放的甲烷，在20年尺度上的增温潜势是二氧化碳的约80倍。这些从西伯利亚冻土里冒出的气泡，正悄然改变着数千公里外北京的夏季降雨模式。

格陵兰冰盖年均流失约170亿吨，极端年份可达400亿吨以上。自1992年以来，这里的冰盖流失已让全球海平面上升约13.5毫米。听起来不多？但这意味着沿海城市每经历一次台风，风暴潮可以向内陆多推进数十米。上海、广州、纽约，没有谁能独善其身。

海洋默默承担了人类排放的约25%—30%二氧化碳，却也为此付出了代价：表层海水酸度已上升约30%，pH值下降了0.1。对于浮游生物而言，这微小的0.1意味着它们构筑碳酸钙外壳的难度显著增加。而浮游生物，正是养活全球数十亿人口的海鲜链条的最底层。

留给我们的时间正在流逝。目前，全球升温已达1.15℃—1.2℃，距离1.5℃的临界点仅剩约0.3℃。联合国IPCC报告指出，若突破1.5℃，70%—90%的珊瑚礁将消失，北极夏季无冰可能在本世纪内多次出现；而一旦达到2℃，99%以上的珊瑚礁将彻底灭绝。

每一度升温的背后，改变的从来不只是温度计上的水银柱。在这个平均风速只需三天就能绕地球一圈的大气系统里，没有谁是一座孤岛。第3节

生态系统的物质循环第3章

选择性必修二：生物与环境生态系统及其稳定性学习目标核心素养要求1.概述生态系统的物质循环过程。2.通过分析生物富集的过程，说明生物富集的危害，认同应采取措施减少危害。3.说明能量流动和物质循环的关系。4.尝试探究土壤微生物的分解作用。1.生命观念：通过比较物质循环与能量流动的关系，建立普遍联系的观点及生命系统的物质和能量观。2.科学思维：构建生态系统物质循环的模式图，培养运用科学思维分析问题、解决问题的能力。3.社会责任：关注碳循环平衡失调与温室效应，关注生物富集。生态系统的物质循环选择性必修二：生物与环境内容1碳循环本节目录内容聚焦内容1生物富集内容1能量流动与物质循环的关系【思考】为什么维持生态系统所需大量物质，例如氧、碳和许多其他物质，亿万年来却没有被生命活动所消耗完？构成物质的元素可以被循环利用，消费者能够加快物质循环【问题探讨】

呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，进入大气中会开始怎样的“旅行”？同时思考二氧化碳中的碳元素和氧元素又是如何来到你体内的？CO2摄食光合作用呼吸作用粪便分解者碳、氧元素在

和

之间是不断循环的。生物群落非生物环境内容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

为基本骨架形成的。碳链氨基酸葡萄糖核糖核苷酸【讨论】大气中的碳主要是二氧化碳。生物体和大气中的碳含量，都长期处于稳定的状态，这是怎样维持的呢？内容1碳循环一、碳循环【资料】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。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：主要是CO2，少许碳酸盐。在生物群落中：主要是含碳有机物。煤、石油生物群落中的有机物大气中的二氧化碳库内容1碳循环分析碳循环的过程思考·讨论【讨论】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)？大气中的CO2库生产者生产者生产者光合作用光合作用溶解光合作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用生产者(2)呼吸作用:将有机物分解为二氧化碳。(1)光合作用等:将二氧化碳转化为有机物。内容1碳循环（1）光合作用和化能合成作用：

将二氧化碳转化为有机物

（2）呼吸作用：将有机物分解为二

氧化碳。生产者生产者生产者光合作用光合作用溶解光合作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用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？）生产者大气中的CO2库内容1碳循环生产者生产者生产者光合作用光合作用溶解光合作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用消费者摄食呼吸作用呼吸作用消费者（1）摄食：将前一营养级有机物

转化为自身有机物（2）呼吸作用：将有机物分解为

二氧化碳。消费者生产者（1）光合作用和化能合成作用：将

二氧化碳转化为有机物

（2）呼吸作用：将有机物分解为二

氧化碳。大气中的CO2库内容1碳循环（1）光合作用和化能合成作用：

将二氧化碳转化为有机物

（2）呼吸作用：将有机物分解为二

氧化碳。生产者生产者生产者光合作用光合作用溶解光合作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用消费者摄食呼吸作用呼吸作用消费者（1）摄食：将前一营养级有机物转化为自身有机物（2）呼吸作用：将有机物分解为二

氧化碳。消费者生产者分解者用作解分的物生微（1）食腐、腐生：将现成有机物转化为自身有机物；（2）呼吸作用：将有机物分解为二氧化碳。分解者大气中的CO2库内容1碳循环煤、石油水体中的HCO3-等岩石中的CaCO3等（1）CO2与HCO3-的相互转化；（2）CaCO3与HCO3-的相互转化；（3）煤、石油等化石燃料的开采与使用。将有机物分解为CO2等。其他途径：3.碳的进出除生产者、消费者、分解者外，还有没有其他途径？请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环的模型大气中的CO2库内容1碳循环生产者（有机物）消费者（有机物）分解者（有机物）海洋等水体中碳酸氢根等岩石中的碳酸钙煤、石油等化石燃料光合作用呼吸作用被摄食呼吸作用残枝败叶遗体残枝败叶遗体呼吸作用被开采和使用溶解分解内容1碳循环1.碳循环过程：构建碳循环模型大气中的CO2库3.碳的循环形式：2.碳的存在形式生物群落内部：非生物环境中：CO2和碳酸盐生物群落与非生物的环境之间:主要以CO2形式循环。含碳有机物4.碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用、化能合成作用5.碳返回非生物环境的途径生产者、消费者的呼吸作用分解者的分解作用（呼吸作用）煤、石油等化石燃料海洋等水体中碳酸氢根的分解内容1碳循环一、碳循环6.碳在生物群落内传递的途径：食物链（网）生产者非生物环境消费者分解者非生物环境生产者初级消费者次级消费者分解者非生物环境生产者初级消费者次级消费者三级消费者分解者1.巧辨图形判断参与碳循环的四种成分习题检测2．(2023·清远高三联考)下图是某生态系统的碳循环示意图，箭头表示碳流动的方向。下列叙述错误的是（

）A．碳在生物群落内主要以含碳有机物的形式流动B．甲固定的能量除呼吸消耗外，其余都流入下一营养级C．丙和乙的种间关系为捕食和种间竞争D．若缺少甲和丁，该生态系统将会崩溃B习题检测海洋对于调节大气中碳含量起着非常重要的作用海洋的碳含量是大气圈碳含量的56倍。海洋对大气中二氧化碳的吸收是平衡大气中二氧化碳的重要因素。海洋生物利用海洋中所溶解的二氧化碳进行光合作用，其中一部分生物的残体分解释放出二氧化碳，另一部分形成生物碳酸盐沉积，与无机碳酸盐一道固定在岩石圈中，直到受地质作用被抬升到地表经风化作用而重新释放出二氧化碳。内容1碳循环一、碳循环【思考】如果滥伐森林、大量化石燃料燃烧，对生态系统的碳循环及生态环境有何影响？破坏碳循环的平衡大气中CO2含量增加温室效应内容1碳循环7.碳循环失调的后果温室效应大气层太阳辐射大部分被地球吸收，并加热地球一些被大气层吸收、散射一些被云层反射由地球产生的红外线辐射12一些被地球反射3温室气体45

大气中的温室气体(CO2、CH4、N2O等)相当于保温层。大气中CO2越多，地球上的温度升高就越快，这种现象就叫做“温室效应”。②极地冰川加速融化。③海平面上升。①气温升高。⑤对人类和其他生物的生存构成威胁。④土地荒漠化加剧。内容1碳循环1.危害2.形成原因①化石燃料的大量燃烧（主要原因），导致大气中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。7.碳循环失调的后果温室效应内容1碳循环②森林、草原等植被遭到大

面积的破坏。3.解决措施①减少二氧化碳排放：减少化石燃料的使用，开发清洁能源；②增加二氧化碳的吸收和固定量：大力植树种草，提高森林覆盖率；③提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。低碳生活。7.碳循环失调的后果温室效应内容1碳循环1.下图为碳循环示意图，甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分，下列叙述正确的是（）碳循环是指二氧化碳

在甲与丙之间不断循

环的过程B.乙在该生态系统中均

处于第二营养级C.甲、乙、丙共同组成生物群落D.生物X不可能不具有细胞核，生物Y不可能含有线粒体C习题检测二、物质循环1.概念

组成生物体的

等基本元素，在不断进行着从

到

，又从

的循环过程。非生物环境C、H、O、N、P、S生物群落生物群落到非生物环境C、H、O、N、P、S等基本元素内容1碳循环1.“物质循环”中的“物质”指：2.这里的生态系统指的是：

生物圈，又叫生物地球化学循环非生物环境反复循环生物群落C、H、O、N、P、S等元素根据科学家掌握的资料，人类从未在南极使用过资料1DDT，但研究人员早在20世纪60年代初就从阿德利企鹅的脂肪内检测出DDT。这说明什么？可以得到哪些启示？生态系统依靠太阳不断地提供能量，而物质却都资料2是由地球提供的。为什么维持生态系统所需的大量物质，亿万年来却没有被生命活动所耗尽？

②循环往复运动（反复利用、循环流动）①全球性

（物质循环的范围为生物圈）（生物地球化学循环）稻田养鸭内容1碳循环2.特点氮元素不断通过产品输出农田生态系统氮循环示意图【情景1】为什么要往农田中不断地施加氮肥呢？内容1碳循环【与生活的联系】内容1碳循环➊氮循环

其它物质循环的过程【情景2】但施加氮肥易造成水体富营养化等污染问题。如何减少稻田生态系统对化肥的依赖？“稻鸭共生”①施加有机肥；【优点】既有效利用生态系统资源，又可减轻肥料施用量。②养殖鱼蛙鸭蟹等“稻蟹共生”“稻蛙共生”内容1碳循环【与生活的练习】稻田养鸭稻田养鱼（1）动物的取食、消化能促进物质循环；（3）动物呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料（2）动物粪便被分解者分解后可供植物吸收利用【学以致用】稻田养鸭养鱼（种养结合模式），请从物质循环角度说说它的好处：内容1碳循环3.物质循环在农业方面的应用物质在生态系统中循环往复运动的特点，对改进农业生产方式有多方面的启示。内容1碳循环

其它物质循环的过程➋磷循环湿沉降植物残留物和废弃物植物吸收➌硫循环硫在大气层植物残留物过滤沉积物硫进入水内容1碳循环

其它物质循环的过程1、为应对全球气候变化问题，我国政府向全世界做出了“碳达峰、碳中和”的郑重承诺，国家“十四五”规划也将加快推动绿色低碳发展列入其中。下列关于碳循环的相关叙述，错误的是（）A．生物群落与非生物环境之间的碳循环主要是以CO2的形式进行B．碳循环平衡受破坏的主要原因是人类化石燃料的大量燃烧C．碳循环指CO2在非生物环境和生物群落之间的循环过程D．植树造林和减少化石燃料的燃烧，有利于“碳中和”提前实现C习题检测2.下列关于生态系统的物质循环的叙述中，正确的是（）A．所指的物质是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素构成的化合物B．所说的生态系统是指生物圈C．物质在循环过程中不断减少的D．在“桑基鱼塘”生态系统内实现了物质循环功能B习题检测

人类活动向环境中排放了很多有害物质，这些有害物质进入环境后也会进行物质循环，那么，它们的循环过程和碳循环、氮循环的过程相同吗?PCBs（多氯联苯）浓度银鸥蛋124ppm鳟鱼4.83ppm胡瓜鱼1.04ppm浮游动物0.123ppm浮游植物0.025ppm内容2生物富集1、概念生物体从周围环境吸收、积蓄某种

或难以降解的

，使其在机体内浓度

环境浓度的现象。2、参与生物富集的物质1重金属如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等2人工合成的有机物如DDT、六六六等富集物质的共性（特点）一些放射性物质3①存在形式比较

；②生物体能够

但

；③生物代谢过程中不易被

。稳定吸收

不易排出分解内容2生物富集生物富集元素化合物超过二生物富集煤燃烧、有色金属冶炼大气沉降土壤表面植被表面水体颗粒排放人体铅进入体内形成多种比较稳定的铅的化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被排出，积蓄在体内含铅的生物被更高营养级的动物食用，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端实例——铅的富集过程：内容2生物富集3.生物富集的主要途径4.生物富集的特点食物链和食物网①全球性：②生物放大作用（生态浓缩）：有害物质在生物体内的浓度会沿食物链

不断升高，最终积累在食物链的顶端。鱼鹰（2.5×10-5）大鱼（2×10-6）小鱼（5×10-7）植物（4×10-8）水（3×10-12）如上图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍内容2生物富集生物富集有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地。5.生物富集的危害

进入人体的甲基汞在体内代谢缓慢，且不易排出，严重时会引起中毒。通过血脑屏障进入大脑的汞会侵害脑神经，导致脑萎缩。1952年，日本5万多只猫集体跳海自尽2017年9月24日《水俣公约》第一届缔约国会议开幕日本患者呼吁加强管控6.减少生物富集的措施①合理利用资源，减少污染物排放；②实施垃圾分类；③种植能富集有害重金属元素的植物。在生物体内形成积累性中毒。内容2生物富集生物富集a.在湖泊里种植大量芦苇，芦苇可以吸收水中的有毒物质，而且芦苇抗毒能力非常强，然后将芦苇进行封存，防止有毒物质重新进入环境。b.某些有益的物质(如：黄金、钽等珍贵稀有物质)也可沿食物链浓缩，这就为人类从生物体中提取某些稀有物质或元素提供一种方法。

减少有害物质在生物体内的富集，提高水产品的安全性。7.研究生物富集的意义内容2生物富集生物富集1.(2023·广东卷)凡纳滨对虾是华南地区养殖规模最大的对虾种类。放苗1周内虾苗取食藻类和浮游动物，1周后开始投喂人工饵料，1个月后对虾完全取食人工饵料。1个月后虾池生态系统的物质循环过程见下图。下列叙述正确的是()A.1周后藻类和浮游动物增加，水体富营养化程度会减轻B.1个月后藻类在虾池的物质循环过程中仍处于主要地位C.浮游动物摄食藻类、细菌和有机碎屑，属于消费者D.异养细菌依赖虾池生态系统中的沉积物提供营养B习题检测2、某些人工合成的化合物如农药DDT、六六六等，进入环境后便参与生态系统的物质循环，但是，这些化合物难以被降解而在生物体内蓄积。如表是某水域生态系统在结构和功能处于相对稳定状态时，甲、乙、丙、丁四个种群所含有的总能量和残留DDT的平均浓度。下列说法错误的是（）A．该生态系统的水体中DDT的浓度小于0.04ppmB．DDT在代谢中不易分解，具有生物富集作用C．丁种群个体死亡后释放的DDT还可能再进入丁种群D．四个种群最简单的能量流动渠道是形成一条食物链D种群甲乙丙丁能量/kJ2.8×1091.3×1089.1×1072.9×107DDT浓度/ppm0.040.350.393.4习题检测请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程。①物质循环与能量流动有什么关系？②假如没有物质循环，能量是否能在营养级间实现流动？③假如没有能量的供应，物质循环是否能正常进行？同时进行，相互依存，不可分割物质是能量沿食物链网流动的载体能量是物质循环的动力光能热能生产者大气中的CO2消费者分解者内容3能量流动和物质循环的关系能量流动和物质循环的关系一、区别项目能量流动物质循环形式过程范围特点主要以有机物中化学能形式主要以无机物形式(群落和非生物环境间主要以CO2的形式)沿食物链（网）单向流动(开放型)在无机环境与生物群落之间循环往返(封闭型)各营养级间(生物群落)生物圈单向流动，逐级递减(能量来自于太阳)全球性、循环性(物质由地球提供)内容3能量流动和物质循环的关系二、联系能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的

和

等过程。物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；

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。生态系统中的各种组成成分，正是通过能量流动和物质循环，

才能够

紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。

和

是生态系统的主要功能，它们同时进行，

相互依存，不可分割。内容3能量流动和物质循环的关系物质循环能量流动合成分解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。内容3能量流动和物质循环的关系思考三、探究土壤微生物的分解作用第二年春天从土中刨出的花生(1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌、呈放射状的放线菌等微生物，它们在生态系统中的成分为

。(2)分解者的作用是将环境中的

分解为

，其分解速度与环境中的

、水分等生态因子相关。分解者有机物无机物温度秋天刚收获的花生实验原理内容3能量流动和物质循环的关系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案例1落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？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，水浴加热A2B2结论分析案例2探究土壤微生物对淀粉的分解作用内容3能量流动和物质循环的关系土壤进行处理，排除土壤微生物的作用土壤不进行处理，自然状态【注意】实验组的土壤要进行处理，以尽可能排除土壤微生物的作用，同时要尽可能避免土壤理化性质的改变（例如，将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中处理一小时。实验结果：落叶未腐烂落叶腐烂案例1落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？内容3能量流动和物质循环的关系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土壤进行处理，排除土壤微生物的作用，同时要尽可能避免土壤理化性质的改变。不能加热烘干，会导致土壤理化性质发生改变，可将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中1小时灭菌案例1落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？内容3能量流动和物质循环的关系（1）配制土壤浸出液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1.实验原理2.实验步骤：案例2探究土壤微生物对淀粉的分解作用内容3能量流动和物质循环的关系探究·实践纱布烧杯土壤水水玻璃棒取出（1）配制土壤浸出液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1.实验原理2.实验步骤：案例2探究土壤微生物对淀粉的分解作用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3.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（2）检测淀粉是否被分解淀粉糊AB内容3能量流动和物质循环的关系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案例2探究土壤微生物对淀粉的分解作用内容3能量流动和物质循环的关系1.【考点速览·诊断】(1)“过腹还田”可使农作物秸秆得到多途径的利用。(2022·浙江6月选考，18D)()(2)碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要以CO2的形式进行。(2020·全国卷Ⅲ，6D)()(3)化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。(2017·江苏卷，11B)()(4)物质是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力。(2016·上海卷，20C)()√√√√习题检测2.在夏季稻田中往往分布着杂草等植物以及二化螟、青蛙等动物。研究发现，稻田养鸭可有效提高水稻的产量和质量，请分别从种间关系及物质循环的角度分析其原因：①_____________________________；②___________________________________________________________________________。鸭能防虫除草，使水稻生长良好鸭粪还田为水稻生长提供了优良的有机肥，使水稻生长健壮，减少了化肥的使用习题检测3.(2023·黑龙江大庆模拟)低碳生活、绿色经济已成为人类共识。2021年国务院政府工作报告中明确提出了“碳达峰”的目标，并制定碳排放达峰的行动方案，其中包括植树造林、节能减排、利用新能源等形式。下列有关说法错误的是()A.碳在生物群落和非生物环境之间主要是以含碳有机物的形式进行循环B.人类活动大量利用煤、石油等化石燃料，打破了生物圈中碳循环的平衡C.碳循环具有全球性，因此碳循环失衡影响的是整个地球的生态环境D.通过光合作用或化能合成作用，大气中的CO2转化为含碳有机物A习题检测4.(2023·福建泉州调研)某生态系统中，镉在沿着食物链传递的过程中产生生物富集现象。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图所示。下列相关叙述正确的是()CA.图示四个营养级中的所有生物构成生物群落B.该生态系统的食物链可表示为丙→甲→乙→丁C.镉沿食物链不断聚集并最终积累在最高营养级，随生物的遗体残骸等能回归非生物环境D.四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁<甲＋乙＋丙习题检测5.野生草本植物多具有根系发达、生长较快、抗逆性强的特点，除用于生态治理外，其中一些可替代木材栽培食用菌，收获后剩余的菌渣可作肥料或饲料。相关叙述错误的是（）A.种植此类草本植物可以减少水土流失B.菌渣作为农作物的肥料可实现能量的循环利用C.用作培养基的草本植物给食用菌提供碳源和氮源D.菌渣作饲料实现了物质在植物、真菌和动物间的转移B习题检测6.下列关于生态系统中的物质循环的说法错误的是（）A.生态系统的物质循环又叫生物地球化学循环B.生态系统的物质循环发生在种群和无机环境之间C.无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用D.植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环E.从物质循环的角度看，人体内碳元素的根本来源是大气中的CO2F.科考人员在南极发现了某些有害农药，此现象说明生态系统的物质循环具有全球性的特点B习题检测