1、第三节第三节 碳是地球上储量最丰富的元素之一。碳是地球上储量最丰富的元素之一。它广泛地分布于大气、海洋、地壳沉积岩它广泛地分布于大气、海洋、地壳沉积岩和生物体中，并随地球的运动循环不止。和生物体中，并随地球的运动循环不止。同时碳又是有机化合物的基本成分，是构同时碳又是有机化合物的基本成分，是构成生命体的基本元素。碳循环还与生命活成生命体的基本元素。碳循环还与生命活动紧密相联。亿万年来，在地球的生物圈动紧密相联。亿万年来，在地球的生物圈和大气圈中，碳通过生命的新陈代谢，往和大气圈中，碳通过生命的新陈代谢，往复循环、生生不息。复循环、生生不息。碳循环：碳循环：碳元素约占生物体干重的碳元素约占生物体
2、干重的49，碳，碳是有机化合物的是有机化合物的“骨架骨架”，没有碳就没有，没有碳就没有生命。碳在无机环境与生物群落之间是生命。碳在无机环境与生物群落之间是以以CO2的形式进行循环的。的形式进行循环的。一、一、碳循环碳循环碳在自然界是一什么形式存在的？碳在自然界是一什么形式存在的？单质与化合物（无机物和有机物）。单质与化合物（无机物和有机物）。在无机环境中以碳单质、二氧化碳和碳酸在无机环境中以碳单质、二氧化碳和碳酸盐的形式存在；盐的形式存在；在生物群落主要以含碳有机物形式存在。在生物群落主要以含碳有机物形式存在。大气中的大气中的COCO2 2库库动植物遗体排泄物动植物遗体排泄物呼呼吸吸作作用用呼
3、呼吸吸作作用用微微生生物物的的分分解解作作用用自养生物自养生物光光合合作作用用燃烧燃烧？碳碳 循循 环环形式形式COCO2 2与循环有关的活动与循环有关的活动生产者的光合作用生产者的光合作用动植物的呼吸作用动植物的呼吸作用分解者的分解作用分解者的分解作用生产、生活的燃烧生产、生活的燃烧循环具有全球性循环具有全球性温室效应温室效应热热 量量热热 量量 二、二、物质循环的概念物质循环的概念无机环境无机环境生物群落生物群落范围：范围：物质：物质：特点：特点：生物圈（生物地球化学循环）生物圈（生物地球化学循环）组成生物体的化学元素组成生物体的化学元素往返运动（反复循环），并伴随往返运动（反复循环），并
4、伴随有复杂的物质变化和能量转化有复杂的物质变化和能量转化三、三、能量流动与碳循环的关系能量流动与碳循环的关系区别区别能量流动：能量流动：物质循环：物质循环：联系联系同时进行、彼此依存，不可分割同时进行、彼此依存，不可分割物质是能量的载体，能量是物质物质是能量的载体，能量是物质循环的动力循环的动力单向不循环、逐级递减单向不循环、逐级递减往返运动、反复利用往返运动、反复利用探究探究阅读阅读P102P102“土壤微生物土壤微生物”的分解作用的分解作用提出问题提出问题作出假设作出假设假设既可以是基于已有的知识和经验假设既可以是基于已有的知识和经验作出的解释，也可以是想象或猜测。作出的解释，也可以是想象
5、或猜测。制订计划制订计划首先，要确定实验变量是什么？需要控首先，要确定实验变量是什么？需要控制的变量有哪些？如何控制这些变量？制的变量有哪些？如何控制这些变量？其次，要确定探究的地点或场所其次，要确定探究的地点或场所（是在野外还是在实验室）（是在野外还是在实验室）第三设计实验方案第三设计实验方案落叶能在土壤中被分解，这究竟是土落叶能在土壤中被分解，这究竟是土壤的物理化学因素的作用，还是土壤壤的物理化学因素的作用，还是土壤微生物的作用呢？微生物的作用呢？实施计划实施计划进行实验：实验的过程中要特别注进行实验：实验的过程中要特别注意控制变量既对照实验的单一性原则，意控制变量既对照实验的单一性原则，
6、并及时做好相关的记录。并及时做好相关的记录。结果分析结果分析可以将实验过程和现象列表整理，进可以将实验过程和现象列表整理，进行对比分析，得出实验结论。并与假设行对比分析，得出实验结论。并与假设比照，看你的实验结果是否支持你所作比照，看你的实验结果是否支持你所作出的假设。出的假设。表达和交流表达和交流实验组实验组对照组对照组自然状态自然状态（土壤不做处理）（土壤不做处理）土壤尽可能排除土土壤尽可能排除土壤微生物的作用，壤微生物的作用，避免土壤理化性质避免土壤理化性质的改变的改变6060恒温箱恒温箱1h1h灭菌灭菌2mL2mL淀粉糊淀粉糊30mL30mL土壤浸出液土壤浸出液2020放置放置7 7天
7、天2mL2mL淀粉糊淀粉糊30mL30mL蒸馏水蒸馏水2020放置放置7 7天天A1+A1+碘液碘液A2+A2+斐林试剂斐林试剂A1+A1+碘液碘液A2+A2+斐林试剂斐林试剂动植物遗体碎屑、排泄物大气中的SO2石油等化石燃料燃烧火山爆发分解者降水土壤或水体中的SO42-氮循环：氮循环：氮是组成蛋白质和核酸的主要成氮是组成蛋白质和核酸的主要成分。氮占大气成分的分。氮占大气成分的79，必须经过，必须经过生物固氮作用、硝化作用、反硝化作生物固氮作用、硝化作用、反硝化作用等才能在生物群落与无机环境间反用等才能在生物群落与无机环境间反复循环。复循环。固氮基因固氮基因固氮酶固氮酶N2 +e+H+ATP固
8、氮酶固氮酶NH3 +ADP+Pie+H+固氮酶固氮酶ATPADPN2C2H2C2H4大气中的大气中的N N2 2氮素化肥氮素化肥NO3-（亚）硝化细菌（亚）硝化细菌闪电闪电固氮生物固氮生物植物合成蛋白质植物合成蛋白质吸收吸收NH3 动物动物捕食捕食尸体及排泄物尸体及排泄物有机氮有机氮氨化作用氨化作用（细菌、真菌）（细菌、真菌）工厂工厂损失到河流中损失到河流中反硝化细菌反硝化细菌氨化作用氨化作用动植物的遗体、排出物和残落物中的有机动植物的遗体、排出物和残落物中的有机氮被微生物分解后合成氨；氮被微生物分解后合成氨；硝化作用硝化作用在有氧条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化在有氧条件下，土壤中的氨或铵盐在
9、硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐；细菌的作用下最终氧化成硝酸盐；反硝化作用反硝化作用氧气不足时，土壤中的硝酸盐被反硝化细氧气不足时，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并进一步菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并进一步还原成分子态氮，分子态氮返回大气中；还原成分子态氮，分子态氮返回大气中；生物固氮生物固氮工业固氮工业固氮高能固氮高能固氮闪电等高空瞬间闪电等高空瞬间放电所产生的高能，放电所产生的高能，使空气中的氮与水使空气中的氮与水中的氢结合，形成中的氢结合，形成氨和硝酸，氨和硝氨和硝酸，氨和硝酸则由雨水带到地酸则由雨水带到地面面植物植物铵盐或硝酸盐铵盐或硝酸盐蛋白质等有机氮蛋白质
10、等有机氮动物动物植物体内的有机植物体内的有机氮氮动物体内的有动物体内的有机氮机氮四、生物固氮在农业上的应用土壤中氮素的补充土壤中氮素的补充施含氮肥料（化肥和农家肥）施含氮肥料（化肥和农家肥）生物固氮生物固氮生物固氮能提高农作物的产量和增强生物固氮能提高农作物的产量和增强土壤的肥力。土壤的肥力。生物固氮在农业生产上的应用实例生物固氮在农业生产上的应用实例拌种、种植豆科制作绿肥（田菁、苜蓿、紫拌种、种植豆科制作绿肥（田菁、苜蓿、紫云英等）云英等）关于屁屁的主要成分是氮，约占屁的屁的主要成分是氮，约占屁的23238080；其次是二氧化碳，约占；其次是二氧化碳，约占2020；再次是；再次是氢、甲烷和氧
11、等。氢、甲烷和氧等。美国太空总署经过仔细调查的结果，发美国太空总署经过仔细调查的结果，发现屁里面含有现屁里面含有400400种成分。其中主要的成分种成分。其中主要的成分是氮、氢、二氧化碳、甲烷、氧等无臭气是氮、氢、二氧化碳、甲烷、氧等无臭气体，及微量的氨、硫化氢、吲哚、粪臭素、体，及微量的氨、硫化氢、吲哚、粪臭素、挥发性胺、挥发性脂肪酸等形成恶臭原因挥发性胺、挥发性脂肪酸等形成恶臭原因的气体。即使将产生恶臭的全部气体集中的气体。即使将产生恶臭的全部气体集中起来，也只占屁量的不到起来，也只占屁量的不到1%1%。在大肠内，特别是大肠到直肠这一。在大肠内，特别是大肠到直肠这一段，定居的细菌不少于段，
12、定居的细菌不少于100100种，其数量约在种，其数量约在100100万亿个左右。它们万亿个左右。它们。在分解的过程中，还。在分解的过程中，还 会产会产生一些生一些，这些气体集中，这些气体集中起来就成为屁。起来就成为屁。一个成年人每天进入肠道的气体约有一个成年人每天进入肠道的气体约有7 71010升，大部分由肠壁血管吸收，从肠道排升，大部分由肠壁血管吸收，从肠道排出的气体约有出的气体约有0.50.5升左右，这就是人在正常升左右，这就是人在正常情况下每天放出的情况下每天放出的 屁，其中包括在一定场屁，其中包括在一定场合下经过克制而强忍不放的屁。没有放出合下经过克制而强忍不放的屁。没有放出的屁的屁
13、会被肠壁吸收，进入血液中，然后由会被肠壁吸收，进入血液中，然后由尿排出体外。尿排出体外。屁的多少与人们的食物构成与烹饪习惯有屁的多少与人们的食物构成与烹饪习惯有关。有些人爱吃生葱、洋葱、生姜、生蒜、关。有些人爱吃生葱、洋葱、生姜、生蒜、薯类、甜食、豆制品和面食，由于上述这些薯类、甜食、豆制品和面食，由于上述这些食物含有可产生大量氢和二氧化碳、硫化氢食物含有可产生大量氢和二氧化碳、硫化氢等气体的基质，所以食后往往会使气大增，等气体的基质，所以食后往往会使气大增，不断排屁。不断排屁。屁的多少还与人的消化机能强弱有关。消屁的多少还与人的消化机能强弱有关。消化不良时，肠道细菌发酵快，容易产生气体化不良
14、时，肠道细菌发酵快，容易产生气体而使人排屁。而使人排屁。一个正常的人，每天放屁一个正常的人，每天放屁510510次，总共次，总共会排出会排出500500毫升左右的气体。毫升左右的气体。一般而言，吃得越香（如肉类、各种油炸一般而言，吃得越香（如肉类、各种油炸食物），放出的屁越臭。食物），放出的屁越臭。屁的成分看，有些是属于可燃性气体。屁的成分看，有些是属于可燃性气体。虽然到目前为止，我们还未听说有谁因放虽然到目前为止，我们还未听说有谁因放屁而惹出火灾的事儿，但是，屁对宇航员屁而惹出火灾的事儿，但是，屁对宇航员来说，确是一件性命攸关的大事儿。因为，来说，确是一件性命攸关的大事儿。因为，宇航员在密闭
15、的飞行舱内如果不断地放屁，宇航员在密闭的飞行舱内如果不断地放屁，排出的气体一旦积聚到相当浓度并弥漫开排出的气体一旦积聚到相当浓度并弥漫开来，就可能会招来意外。所以，宇航员是来，就可能会招来意外。所以，宇航员是不能放屁的，尤其是在飞行期间。为了保不能放屁的，尤其是在飞行期间。为了保证做到这一点，他们的食物事先必须经过证做到这一点，他们的食物事先必须经过严格的挑选和科学的搭配。严格的挑选和科学的搭配。屁是一种危险的气体，屁中所含的氢有屁是一种危险的气体，屁中所含的氢有时会高达时会高达4747。因此，科。因此，科 学家提出告诫，学家提出告诫，在这种情况下，便要严禁烟火，一丁点火在这种情况下，便要严禁
16、烟火，一丁点火花都可能引花都可能引 起爆炸。起爆炸。大气污染源大气污染源烟尘、烟尘、SO2 SO2、（、（COCO、NOxNOx、光化学氧、光化学氧化剂、悬浮微粒、飘尘）化剂、悬浮微粒、飘尘）水污染水污染石油污染、石油污染、城市废水污染石油污染、石油污染、城市废水污染土壤污染土壤污染固体废弃物污染固体废弃物污染噪声污染噪声污染指指pHpH值小于值小于5.65.6的雨雪或其他形式的大气降的雨雪或其他形式的大气降水。水。SOSO2 2以及以及NONO、NONO2 2等，在大气中转化成硫酸等，在大气中转化成硫酸和硝酸。和硝酸。危害植物的叶和芽，使农作物和树木死亡危害植物的叶和芽，使农作物和树木死亡腐
17、蚀建筑物和设备腐蚀建筑物和设备使土地和湖泊酸化，使地下水酸化，破坏使土地和湖泊酸化，使地下水酸化，破坏湖泊的食物链湖泊的食物链减少二氧化硫和氮氧化物的排放减少二氧化硫和氮氧化物的排放硫是生物体的重要组成元素之一硫是生物体的重要组成元素之一,它以蛋它以蛋白质及半胧氨酸、胧氨酸等氨基酸和一些白质及半胧氨酸、胧氨酸等氨基酸和一些无机化合物的形式存在无机化合物的形式存在,在生物体的生命过在生物体的生命过程中起着重要作用。程中起着重要作用。氮循环氮循环陆地陆地陆地陆地其它其它动植物动植物蓝藻蓝藻浅层死有机物浅层死有机物溶解死溶解死有机物有机物土壤土壤中无中无机氮机氮库库丢失于深丢失于深层沉积中层沉积中动
18、植物动植物活体活体共生或共生或自由生活自由生活的固氮的固氮微生物微生物死有机体死有机体陆地陆地河流带走河流带走生物固氮生物固氮大气库大气库N2大气库大气库HN3,NO,NO2,N2O，工业固氮工业固氮（汽车（汽车,化肥化肥,电厂）电厂）脱氮脱氮闪电闪电化学反应化学反应海洋海洋火火山山作作用用降降水水大气大气特点：特点：（1）碳循环的形式：）碳循环的形式：（2）碳在自然界中的存在形式：）碳在自然界中的存在形式：（3）碳在生物体内的存在形式：）碳在生物体内的存在形式：（4）碳进入生物体的途径：）碳进入生物体的途径：（5）碳在生物体之间传递途径：）碳在生物体之间传递途径：（6）碳进入大气的途径：）碳进入大气的途径：CO2；CO2和碳酸盐；和碳酸盐；含碳有机物；含碳有机物；绿色植物的光合作用；绿色植物的光合作用；食物链；食物链；生物的呼吸作用生物的呼吸作用分解者有分解作用分解者有分解作用化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧
