1、第第3 3节节 生态系统的物质循环生态系统的物质循环u问题探讨问题探讨 胡杨能抗干旱、御风沙、耐盐碱，可顽胡杨能抗干旱、御风沙、耐盐碱，可顽强地在荒漠中生存繁衍。然而，受水资源强地在荒漠中生存繁衍。然而，受水资源短缺的影响，一些远离水源的胡杨也难逃短缺的影响，一些远离水源的胡杨也难逃死亡的厄运。这些死亡的胡杨虽历经烈日死亡的厄运。这些死亡的胡杨虽历经烈日和荒漠的摧残，却依然傲立于大漠，其枝和荒漠的摧残，却依然傲立于大漠，其枝干往往呈现出千姿百态的奇特造型干往往呈现出千姿百态的奇特造型。讨论：讨论：1.1.胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？胡杨死亡后，为什么很长时间都没有腐烂？荒漠中缺乏水分
2、，分解者数量很少，因此死亡后的胡杨无法被快速荒漠中缺乏水分，分解者数量很少，因此死亡后的胡杨无法被快速分解。分解。2.2.有研究表明，长有胡杨的荒漠土壤一般比草原的贫瘠，这是有研究表明，长有胡杨的荒漠土壤一般比草原的贫瘠，这是为什么？为什么？荒漠荒漠中生产者的种类与数量很少，能制造的有机物总量就少；消费者与中生产者的种类与数量很少，能制造的有机物总量就少；消费者与分解者也少，物质循环缓慢分解者也少，物质循环缓慢；土壤土壤中可供分解者分解的动植物遗体等很少，且分解速度较慢，因此土中可供分解者分解的动植物遗体等很少，且分解速度较慢，因此土壤中积累的营养物质很少壤中积累的营养物质很少；而且而且胡杨胡
3、杨还会从土壤中吸收营养物质还会从土壤中吸收营养物质。因此因此，长有胡杨的荒漠土壤比草原的更为贫瘠。，长有胡杨的荒漠土壤比草原的更为贫瘠。呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，进入大气中。体，进入大气中。你能想象这些二氧化碳分子的去向吗？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怎样来到你体内的？进入身体之前又存在于什么物质中？么物质中？不难看出，这两种元素在生物群落和非生物不难看出，这两种元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的。环境之间是不断
4、循环的。1.1.概念概念 组成生物体的组成生物体的_等等_，都在不断进行着从都在不断进行着从_到到_，又从，又从_到到_的的_过程，这就是生态过程，这就是生态系统的物质循环，又叫系统的物质循环，又叫_；碳、氢、氧、氮、磷、硫碳、氢、氧、氮、磷、硫元素元素非生物环境非生物环境生物群落生物群落生物群落生物群落非生物环境非生物环境循环循环生物地球化学循环生物地球化学循环2.2.范围范围_生物圈生物圈3.3.特点特点（1 1）_：物质循环的范围为生物圈；：物质循环的范围为生物圈；（2 2）_：物质可被生物群落反复利用，对：物质可被生物群落反复利用，对改进农业生产方式有多方面的启示，例如可以采用种改进农
5、业生产方式有多方面的启示，例如可以采用种养结合的模式。养结合的模式。全球性全球性循环往复运动循环往复运动一、生态系统的物质循环概述一、生态系统的物质循环概述注意：注意：1.“1.“物质循环物质循环”中的中的物质指物质指的是碳、氢、氧、氮、磷、的是碳、氢、氧、氮、磷、硫等硫等元素元素，而，而不是化合物或者单质不是化合物或者单质；2.“2.“物质循环物质循环”中的中的循环发生在非生物环境与生物群落循环发生在非生物环境与生物群落之间之间，在，在生物群落内部物质是沿食物链和食物网单向流生物群落内部物质是沿食物链和食物网单向流动的动的；3.3.物质循环的过程中起重要作用的生物：物质循环的过程中起重要作用
6、的生物：生产者生产者完成了物质和能量的完成了物质和能量的输入输入；分解者分解者实现了物质和能量的实现了物质和能量的输出输出；消费者加快消费者加快了物质循环。了物质循环。1.1.碳元素概述碳元素概述 碳是碳是_的重要元素之一，组成生物体的蛋的重要元素之一，组成生物体的蛋白质、糖类、脂质和核酸等都是以白质、糖类、脂质和核酸等都是以_形成形成的；大气中的碳主要是的；大气中的碳主要是_。构成生物体构成生物体碳链为基本骨架碳链为基本骨架二氧化碳二氧化碳二、物质循环实例二、物质循环实例碳循环碳循环u思考思考.讨论讨论 分析分析碳循环的过程碳循环的过程 二氧化碳能溶于水，因此能在二氧化碳能溶于水，因此能在大
7、气和海洋、河大气和海洋、河流之间进行交换流之间进行交换。因此，碳还可以。因此，碳还可以长期固定或保存在长期固定或保存在非生命系统中非生命系统中，如固定于，如固定于煤、石油或木材煤、石油或木材中。人类对中。人类对煤和石油等能源的利用，煤和石油等能源的利用，向大气排放向大气排放了大量的二氧化了大量的二氧化碳。碳。讨论讨论1.1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？碳在非生物环境中主要以碳在非生物环境中主要以COCO2 2的形式存在（其次还有的形式存在（其次还有碳酸盐碳酸盐）；在在生物体内主要以生物体内主要以含碳有机物含碳有机物的形式存在；的形式存
8、在；讨论讨论2.2.碳是如何进出生产者、消费者、分解者碳是如何进出生产者、消费者、分解者、非生、非生物环境物环境的？请的？请建构模型。建构模型。生产者生产者大气中的大气中的COCO2 2库库消费者消费者分解者分解者呼吸作用呼吸作用光合作用光合作用捕食捕食遗体遗体遗体、排遗物遗体、排遗物分解作用分解作用呼吸作用呼吸作用化石燃料化石燃料遗体遗体遗体、排遗物遗体、排遗物燃烧作用燃烧作用思考：动植物遗体一思考：动植物遗体一定会被分解者分解吗？定会被分解者分解吗？讨论讨论3.3.你如何看待人类活动对碳循环的影响？你如何看待人类活动对碳循环的影响？人类人类活动对煤和石油等资源的利用，会向大气中排放大量活动
9、对煤和石油等资源的利用，会向大气中排放大量的二氧化碳，打破了生物圈中碳循环的平衡，加剧温室效的二氧化碳，打破了生物圈中碳循环的平衡，加剧温室效应，引起全球性的气候变化应，引起全球性的气候变化；但但人类又人类又大力开展植树造林、开发新能源、发展节能产业大力开展植树造林、开发新能源、发展节能产业等，等，有利于降低大气中的二氧化碳浓度，维持生物圈的碳有利于降低大气中的二氧化碳浓度，维持生物圈的碳平衡平衡。2.2.碳循环模式图碳循环模式图生产者生产者大气中的大气中的COCO2 2库库消费者消费者分解者分解者呼吸作用呼吸作用光合作用光合作用捕食捕食遗体遗体遗体、排遗物遗体、排遗物分解作用分解作用呼吸作用
10、呼吸作用化石燃料化石燃料遗体遗体遗体、排遗物遗体、排遗物燃烧作用燃烧作用思考：思考：（1 1）碳在非生物环境中的存在形式？碳在非生物环境中的存在形式？（2 2）碳在生物群落中的存在形式？）碳在生物群落中的存在形式？（3 3）碳进入生物群落的途径？）碳进入生物群落的途径？（4 4）碳在生物群落中传递的主要途径？）碳在生物群落中传递的主要途径？（5 5）碳返回非生物环境的途径？）碳返回非生物环境的途径？（6 6）碳在生物群落和非生物群落之间循环的形式？）碳在生物群落和非生物群落之间循环的形式？COCO2 2（主要）和碳酸盐（主要）和碳酸盐含碳有机物含碳有机物光合作用（主要）和化能合成作用光合作用（
11、主要）和化能合成作用食物链、食物网食物链、食物网生产者和消费者的呼吸作用；生产者和消费者的呼吸作用；分解者的分解作用；分解者的分解作用；化石燃料的燃烧；化石燃料的燃烧；COCO2 2思考：思考：（7 7）图中的消费者是否只表示初级消费者？）图中的消费者是否只表示初级消费者？（8 8）碳元素在生物群落是循环的吗？）碳元素在生物群落是循环的吗？（9 9）与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器是？）与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器是？不是，各级消费者都包含不是，各级消费者都包含不是，在生物群落中是沿着食物链不是，在生物群落中是沿着食物链(网网)单向流动的；单向流动的；线粒体和叶绿体线粒体和叶绿
12、体现学现用：识图现学现用：识图A_A_B_B_C_C_D_D_A_A_B_B_C_C_D_D_E_E_F_F_生产者生产者大气中的二氧化碳库大气中的二氧化碳库消费者消费者分解者分解者大气中的二氧化碳库大气中的二氧化碳库三级消费者三级消费者分解者分解者次级消费者次级消费者生产者生产者初级消费者初级消费者思考：思考：若使上图表示完整的碳循环，需补充若使上图表示完整的碳循环，需补充_化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧现学现用：识图现学现用：识图_光合作用光合作用捕食捕食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化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧3.3.碳循环特点碳循环特点_4.4.碳循环全
13、球性的原因碳循环全球性的原因 _5.5.水圈对调节碳含量的重要作用水圈对调节碳含量的重要作用 _对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用：对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用：当大气中二氧化碳含量增加，水圈中的二氧化碳含当大气中二氧化碳含量增加，水圈中的二氧化碳含量也量也_；如果大气中的二氧化碳发生局部短缺，水圈中的二如果大气中的二氧化碳发生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能氧化碳也能_；全球性全球性二氧化碳能够随着大气环流在全球范围内进行二氧化碳能够随着大气环流在全球范围内进行海洋海洋随之增加随之增加及时进入大气及时进入大气6.6.碳循环失调实例碳循环失调实例温室效应温室效应 （1 1）温室
14、气体：）温室气体：_ （2 2）主要原因）主要原因 _ _ （3 3）缓解措施）缓解措施 _ _ _ _ _二氧化碳、甲烷等二氧化碳、甲烷等化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放森林、草原等植被遭到大面积破坏森林、草原等植被遭到大面积破坏减少二氧化碳排放：开发新能源，减少化石燃料燃烧；减少二氧化碳排放：开发新能源，减少化石燃料燃烧；增加二氧化碳的吸收和固定量：大力植树种草，提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；高森林覆盖率；提高秸秆还田率，提高土壤储碳量提高秸秆还田率，提高土壤储碳量1.1.概念概念 生物体从周围环境生物体
15、从周围环境_、_某种某种_或或_的的_，使其，使其_的现象；的现象；2.2.常见存在生物富集现象的污染物常见存在生物富集现象的污染物 _ _ _ _3.3.发生生物富集的物质的特点发生生物富集的物质的特点 富集物质在环境和生物体中富集物质在环境和生物体中存在形式存在形式是比较是比较_的；的；富集物质必须是生物体能够富集物质必须是生物体能够_的且的且_的；的；富集物质富集物质在生物代谢过程中在生物代谢过程中是是_的；的；4.4.生物富集的主要途径生物富集的主要途径_吸收吸收积蓄积蓄元素元素难以降解难以降解化合物化合物在机体内浓度超过环境浓度在机体内浓度超过环境浓度重金属：如铅重金属：如铅(Pb)
16、(Pb)、镉、镉(Cd)(Cd)、汞、汞(Hg)(Hg)等等人工合成的有机化合物：如人工合成的有机化合物：如DDTDDT、六六六等、六六六等稳定稳定吸收吸收不易被分解不易被分解食物链、食物网食物链、食物网不易排出不易排出三、物质循环的重要环节三、物质循环的重要环节生物富集生物富集5.5.生物富集实例生物富集实例铅的富集铅的富集煤和矿石中煤和矿石中的铅的铅空气中的空气中的铅颗粒铅颗粒土壤、水土壤、水体中的铅体中的铅生产者、生产者、浮游动物浮游动物各级消费者各级消费者最高营养级最高营养级含铅量最高含铅量最高燃烧冶炼燃烧冶炼降雨降雨吸收吸收捕食捕食积累积累6.6.生物富集现象的特点生物富集现象的特点
17、 _有害物质会沿有害物质会沿_逐渐在生物逐渐在生物_，最终积，最终积累在食物链的累在食物链的_（即物质积累量（即物质积累量_）7.7.生物富集具有全球性的原因生物富集具有全球性的原因 _全球性全球性这些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这些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食物链食物链体内聚集体内聚集逐级递增逐级递增顶端顶端能量流动能量流动物质循环物质循环范围范围形式形式特点特点过程过程联系联系生物群落生物群落（生态系统各营（生态系统各营养级之间）养级之间）生物圈生物圈主要以主要以有机物中的化学能有机物中的化学能的形式的形式碳在碳在生物群落和非生物环境生
18、物群落和非生物环境间间主要以主要以二氧化碳二氧化碳的形式的形式单向流动、逐级递减单向流动、逐级递减全球性、循环往复运动全球性、循环往复运动沿食物链、食物网沿食物链、食物网单向流动单向流动 在生物群落和非生物环境在生物群落和非生物环境之间之间循环往返循环往返 二者是生态系统的主要功能，它们二者是生态系统的主要功能，它们同时进行同时进行，相互依相互依存存，不可分割不可分割：能量的能量的固定、储存、转移和释放固定、储存、转移和释放，都离不开物质的，都离不开物质的合合成和分解成和分解等过程；等过程；物质作为能量的载体物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为
19、动力能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和非生，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；物环境之间循环往返；四、能量流动和物质循环的关系四、能量流动和物质循环的关系 土壤中存在种类、数目繁多的土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌和呈放射状细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌的放线菌，它们在生态系统中的成分为，它们在生态系统中的成分为分解者分解者。分解速度主。分解速度主要与要与环境温度和湿度环境温度和湿度有关。有关。1.1.实验原理实验原理2.2.案例案例1 1提出问题提出问题实验假设实验假设实验设计实验设计 自变量自变量实验组实验组对照组对照组实验现象实验现象结论分析结论分析落
20、叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？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土壤中是否含微生物对土壤高温处理（灭菌）对土壤高温处理（灭菌）对土壤不做任何处理（自然状态）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微生物对落叶有分解作用五、探究土壤微生物的分解作用五、探究土壤微生物的分解作用3.3.案例案例2 2提出问题提出问题实验假设实验假设实验实验设计设计自变量自变量实验组实验组对照组对照组实验实验现象现象加入加入碘液碘液A1
21、A1B1B1加入斐加入斐林试剂林试剂A2A2B2B2结论分析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吗？土壤微生物能分解淀粉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土壤中是否含有分解淀粉的微生物A A杯中加入适量淀粉糊杯中加入适量淀粉糊+30mL30mL土壤浸出液土壤浸出液B B杯中加入等量淀粉糊杯中加入等量淀粉糊+30mL30mL蒸馏水蒸馏水不变蓝不变蓝变蓝变蓝产生砖红色沉淀产生砖红色沉淀不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土壤浸出液中的微生物能分解淀粉*淀粉组反应时间应充足，斐林试剂组实验过程需加热；淀粉组反应时间应充足，斐林试剂组实验过程需
22、加热；实验原理：实验原理：土壤土壤中生活着肉眼看不见的细菌中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和丝状真菌和呈呈放射状放射状的的放线菌，数放线菌，数量是极其繁多量是极其繁多的。的。探究土壤微生物的分解作用探究土壤微生物的分解作用探究探究-实践实践 它们在生态系统中的成分它们在生态系统中的成分为分解者为分解者。分解速度主要与环境温度和湿度有关。分解速度主要与环境温度和湿度有关。提出问题：提出问题：土壤微生物能分解淀粉吗？土壤微生物能分解淀粉吗？作出假设：作出假设：土壤微生物能分解淀粉土壤微生物能分解淀粉设计实验：设计实验：（1 1）材料用具：土壤、烧杯、玻璃棒、试）材料用具：土壤、烧杯、玻璃棒、试管
23、、蒸馏水、碘液、斐林试剂、淀粉糊等管、蒸馏水、碘液、斐林试剂、淀粉糊等。（2 2）实验原理：土壤微生物通过分泌）实验原理：土壤微生物通过分泌淀粉酶淀粉酶能将能将淀淀粉粉分解为分解为还原性糖还原性糖（麦芽糖、果糖、葡萄糖），通过（麦芽糖、果糖、葡萄糖），通过碘液碘液检测，可以检测，可以证明淀粉被分解证明淀粉被分解；通过；通过斐林试剂（水斐林试剂（水浴加热）浴加热）的检测，可以证明淀粉被分解为还原性糖。的检测，可以证明淀粉被分解为还原性糖。（3）实验步骤）实验步骤：1.配置土壤浸出液一、实验原理一、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实验课题：探究土壤微生物对淀粉的分解作用
24、实验课题：探究土壤微生物对淀粉的分解作用实验课题：探究土壤微生物对淀粉的分解作用实验课题：探究土壤微生物对淀粉的分解作用进行实验：进行实验：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出现砖红色沉淀沉淀变蓝变蓝不出现砖红色沉淀分析结果分析结果得出结论：得出结论：土壤浸出液中的微生物能分解淀粉土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 实验证明土壤中的微生物能分解淀粉碘液检测 斐林试剂检测A1、A2取自加土壤浸出液的一组B1、B2取自加入蒸馏水的一组探究活动探究活动案例案例1 1 探究土壤微生物对落叶的作用探究土壤微生物对落叶的作用准备土
25、壤准备土壤实验组：实验组：土壤灭菌处理土壤灭菌处理 对照组：对照组：土壤不做处理土壤不做处理准备落叶准备落叶实验组与对照组叶片数量与大小基本一致实验组与对照组叶片数量与大小基本一致分别埋入落叶分别埋入落叶一段时间后一段时间后,检测树叶分解情况检测树叶分解情况案例案例2 落叶落叶是在土壤微生物的作用下是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？腐烂的吗？对照组：土壤不做处理实验组：土壤做处理，排除微生物的作用实验结果：落叶未腐烂落叶腐烂（3 3）图中）图中D CD C过程是通过过程是通过 作用实现的，作用实现的，C DC D过程是通过过程是通过 作用作用实现的，实现的，B DB D过程是通过过程是通过_ 作
26、用实现的。作用实现的。（4 4）生物群落中有一部分碳以）生物群落中有一部分碳以 _ _ 形式储形式储藏在地层中。碳在无机环境中以藏在地层中。碳在无机环境中以 形式存在。形式存在。CDBA（1 1）此生态系统的能量流动是从）此生态系统的能量流动是从 _ 固定太阳固定太阳能开始的。能开始的。（2 2）碳元素在大气中与）碳元素在大气中与A A、B B、C C之间之间的传递是以的传递是以 _形式进行的，形式进行的，在生态系统各成分中在生态系统各成分中A A为为 ，B B为为 。右右图示生态系统碳循环示意图，图示生态系统碳循环示意图，A A、B B、C C、D D是生态系统的成分是生态系统的成分，请请据图回答：据图回答：C生产生产者者消费消费者者分解分解者者光合光合呼呼吸吸分解者分解者分解分解煤、石油等化煤、石油等化石燃料石燃料CO2、碳酸碳酸盐盐CO2课堂检测课堂检测.
