(共40张PPT)
第3节 生态系统的物质循环
新人教版(2019)
选择性必修二《生物与环境》
问题探讨
讨论:
1.胡杨死亡后,为什么很长时间都没有腐烂?
2.有研究表明,长有胡杨的荒漠土壤一般比草原的贫瘠,这是为什么?
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。
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。
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;消费者与分解者也少,物质循环缓慢;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,因此土壤中积累的营养物质很少;而且,胡杨还会从土壤中吸收营养物质,因此,长有胡杨的荒漠土壤比草原的更为贫瘠。
一. 碳循环
思考●讨论
分析碳循环的过程
二氧化碳能溶于水,因此能在大气和海洋、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?
CO2和碳酸盐
含碳有机物
2.碳是如何进出生产者、消费者、分解者的(以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等)?
请同学们阅读课本62页,结合图3-10碳循环示意图构建碳循环的模型。
一. 碳循环
构建碳循环模型
非生物环境
(CO2和碳酸盐)
生物群落
(含碳有机物)
光合作用或
化能合成作用
呼吸作用或
分解作用
接下来展开生物群落┉
一. 碳循环
构建碳循环模型一
遗体和排出物
摄食
燃烧
生产者
消费者
分解者
化石燃料
呼吸作用
呼吸作用
光合作用
大气中的CO2库
分解作用
非生物环境
生物
群落
水圈中的CO2库
一. 碳循环
大气中的CO2库
生产者
光合作用
呼吸作用
分解作用
呼吸作用
燃烧
食物链和食物网
消费者
捕食
化
石
燃
料
遗体残骸
遗体残骸
分解者
遗体
遗体
水圈中的CO2库
构建碳循环模型二
一. 碳循环
总结:
1.碳的存在形式:
主要以CO2的形式存在,还有碳酸盐
主要以含碳有机物的形式存在
非生物环境中:
在生物体内:
2.碳的循环形式
①在生物群落和非生物环境之间:碳主要以 形式循环。
②在生物群落内部:碳以 形式沿食物链、食物网传递。
含碳有机物
(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)
CO2
一. 碳循环
3.碳进入生物群落的途径
生产者的光合作用和化能合成作用
4.碳返回非生物环境的途径
①生产者、消费者的 。
②分解者的 (实质是呼吸作用)。
③化石燃料的 。
呼吸作用
分解作用
燃烧
6.实现碳循环的关键因素
生产者和分解者
5.碳在生物群落中传递的主要途径:
食物链、食物网
总结:
7.与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器:
线粒体和叶绿体
一. 碳循环
总结:
8.碳循环特点:
全球性
9.碳循环具全球性的原因:
CO2能够随着大气环流在全球范围内进行
10.海洋对调节大气中的碳含量起着非常重要的作用
11.碳循环失调的后果:
温室效应
(1)温室气体:
二氧化碳等
(2)主要原因:
①化石燃料的开采和使用大大增加了CO2的排放
②森林、草原等植被遭到大面积破坏
(3)缓解措施:
①减少二氧化碳排放:开发新能源,减少化石燃料燃烧;
②增加CO2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
一. 碳循环
使气温升高,加快极地和高山冰川的融化,导致海平面上升,进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁
(4)影响:
一. 碳循环
思考●讨论
分析碳循环的过程
二氧化碳能溶于水,因此能在大气和海洋、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,向大气排放了大量的二氧化碳。
讨论:
3. 你如何看待人类活动对碳循环的影响?
①人类活动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,加剧温室效应,引起全球性的气候变化;
②但人类又大力开展植树造林、开发新能源、发展节能产业等,有利于降低大气中的二氧化碳浓度,维持生物圈的碳平衡。
与生活的联系
关水电、节约纸
点适量、不浪费
乘公交、少开车
戒奢侈、捐旧衣
重隔热、简装修
低碳生活
应用:碳循环图解中各成分的判定方法
突破口:(1)先看双箭头:双箭头代表生产者、大气中的CO2库。
其他所有成分都指向C的为大气中的CO2库。
(2)除了C之外,有最多被指向箭头的为分解者,即B为分解者。
生产者
大气中的CO2库
消费者
分解者
一. 碳循环
一. 碳循环
根据氮循环示意图,思考并回答下列问题。
(1)植物吸收的氮以什么形式存在?
离子。
固氮生物的固氮作用。
(3)生物群落中的氮最终通过什么途径返回大气中?
反硝化作用。
(2)大气中的氮气通过什么途径进入生物群落?
氮循环过程
一. 碳循环
(4)据图可知氮元素是不断循环的,但农田生态系统为什么仍需不断施加氮肥?(课后拓展题)
农田土壤中氮元素的含量往往不足以使作物高产,加之农产品源源不断地自农田生态系统输出,其中的氮元素并不能都归还土壤,所以需要施加氮肥。
氮循环过程
一. 碳循环
生态系统的物质循环(matter cycle)
组成生物体的C、H、O、N、P、S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。又叫生物地球化学循环(biogeochemical cycle)
1.概念
2.范围
生物圈
3.特点
①全球性
②循环往复运动
注意:
1.“物质循环”中的物质指的是碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素,而不是化合物或者单质;
2.“物质循环”中的循环发生在非生物环境与生物群落之间,在生物群落内部物质是沿食物链和食物网单向流动的。
①动物的取食、消化能促进物质循环;
学以致用:稻田养鸭养鱼,请从物质循环角度说说它的好处:
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,
一. 碳循环
【实战演练1】如图为某生态系统的碳循环示意图,字母代表生态系统的组成成分,数字表示碳的流动过程,下列说法正确的是( )
A.图中①仅指CO2通过光合作用进入生物群落
B.图中的B与C是捕食关系
C.图中呼吸作用的过程包含②⑥⑦过程
D.碳循环是指CO2在生物圈的循环过程
C
一. 碳循环
【实战演练2】“中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”,这是我国对世界作出的承诺。“碳达峰”指在某一个时间点,二氧化碳的排放不再增长而达到峰值,之后逐步回落;“碳中和”是指在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳(温室气体)排放总量和通过一定途径吸收的二氧化碳总量相等,实现二氧化碳“零排放”。下列有关叙述错误的是( )
A.实现碳达峰后生态系统的碳循环不会明显减慢
B.实现碳中和有助于解决全球温室效应的问题
C.实现碳达峰后空气中二氧化碳的浓度将保持不变
D.植树造林和减少化石燃料燃烧有助于实现碳中和
C
一. 碳循环
【实战演练3】如今低碳生活、绿色经济已成为人类共同的目标。如图是碳循环的部分过程,下列有关分析不正确的是( )
A.碳循环的过程①②伴随着生态系统的能量流动B.植树造林有助于增强过程②而减少大气CO2含量C.减少对过程③的依赖是缓解温室效应的重要措施D.低碳生活方式有助于维持生物圈中的碳平衡
A
一. 碳循环
二. 生物富集
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。
1.概念:
2.常见存在生物富集现象的污染物
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、六六六等
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
二. 生物富集
5.实例——铅的富集过程
铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高
煤燃烧、有色金属冶炼
铅被排放进入大气
沉降在土壤和植被表面
进入土壤
进入水体
植物根吸收叶片摄入铅
水生植物、浮游动物直接吸收铅,动物饮用含铅的水,直接摄入铅
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
含铅生物被更高营养级动物食用,沿食物链聚集
最终积累在食物链的顶端
二. 生物富集
资料1:铅对人体血液、血管、肾脏、生殖腺和神经系统等均有毒害作用。在儿童中,铅中毒症状尤为明显。
自2013年起,联合国环境规划署和世界卫生组织联合号召:每年十月底在全球开展“预防铅中毒国际行动周”活动。
资料2:铅在植物组织中可致光合作用及脂肪代谢的强度减弱,吸水量减少,耗氧量增大,阻碍植物生长,甚至导致死亡。
资料3:铅对微生物也具有毒害作用。
5.实例——铅的富集过程
危害
二. 生物富集
6.生物富集现象的特点
扩散途径:①大气 ②水 ③生物迁移
特点:
①:全球性
思考:在农田中大量使用的DDT杀虫剂,为什么会在南极的企鹅体内检测到
②有害物质会沿食物链逐渐在生物体内聚集,最终积累在食物链的顶端(即随营养级升高,浓度逐级递增,呈现生物放大现象)
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)
有害物质在生物体内的浓度
【实战演练4】如图中食物网所代表的生态系统中,施用了杀虫剂林丹,这种杀虫剂自然降解的速度极慢。这种杀虫剂在下列生物体内的浓度最高的是( )
A.A B.H C.G D.F
B
二. 生物富集
【实战演练5】如图为生态系统能量流动和物质循环的关系图,下列叙述错误的是( )
A.能量流动和物质循环在生态系统中相依相伴进行B.图中②可表示热能,③④既能表示能量流动也能表示物质循环C.不易被分解的有害物质沿③④传递会表现出生物富集作用D.若图中物质循环表示氮循环,则氮在③④过程的传递形式主要为含氮有机物
B
二. 生物富集
项目 能量流动 物质循环
形式
特点
范围
联系 主要以有机物为载体
无机物、有机物
生态系统的各营养级之间
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,离不开物质的合成和分解;
②物质是能量沿食物链(网)流动的载体;
③能量是物质在生态系统中循环往返的动力
单向流动,逐级递减
循环往复
生物圈(全球性)
三. 能量流动和物质循环的关系
三. 能量流动和物质循环的关系
【实战演练6】中国科学家在南海首次发现一个约3米长的鲸落。鲸落是指鲸鱼死亡后幕入深海形成的生态系统,可以滋养各种各样的深海生物长达百年之久,被称为深海生命的“绿洲”。当残余鲸落中的有机物质被消耗殆尽后,鲸骨的矿物遗骸就会成为礁岩,作为生物的聚居地。下列叙述正确的是( )
A.鲸落中的生产者通过光合作用合成了有机物,将能量从无机环境输入到了生物群落
B.鲸落使深海中的营养物质增多,有利于海洋生态系统的发展
C.鲸落具有物质循环和能量流动的功能,其中的能量是伴随物质而被循环利用的D.由于鲸落生态系统的特殊性,其形成后不会再发生群落演替现象
B
三. 能量流动和物质循环的关系
【实战演练7】秸秆还田是当今世界上普遍采用的一项培肥地力的增产措施,利用机械将收获后的农作物秸秆粉碎翻埋是农村最常用的一种方式。秸秆还田在杜绝了秸秆焚烧所造成的大气污染的同时还有增肥增产作用。下列说法错误的是( )A.秸秆还田可以提高土壤中有机质含量和土壤肥力
B.秸秆还田既减少了资源浪费,又有利于促进物质循环
C.微生物分解秸秆过程可以为农作物生长提供物质和能量
D.若用某些秸秆饲养牛羊,其粪便再还田,则可以提高能量利用率
C
四. 探究土壤微生物的分解作用
探究●实践
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。
分解者的作用是将有机物分解为无机物,分解速度主要与环境温度和湿度有关。
四. 探究土壤微生物的分解作用
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
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
四. 探究土壤微生物的分解作用
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
四. 探究土壤微生物的分解作用
案例2:探究土壤微生物对淀粉的分解作用
1.假设:
2.实验材料:
土壤浸出液
土壤中的微生物对淀粉具有分解作用。
四. 探究土壤微生物的分解作用
3.实验设计
对照组:
实验组:
20℃放置7天后,取实验组和对照组的溶液分装到不同试管,分别加入斐林试剂和碘液,进行观察。
蒸馏水+淀粉
土壤浸出液+淀粉
案例2:探究土壤微生物对淀粉的分解作用
四. 探究土壤微生物的分解作用
淀粉糊
加入土壤浸出液
加入碘液
A
B
加入蒸馏水
A1
A2
B1
B2
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
4.实验结果
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 A1
B1
加入斐林试剂 A2
B2
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
四. 探究土壤微生物的分解作用
案例2:探究土壤微生物对淀粉的分解作用
1.能量流动和物质循环是生态系统的主要功能。判断下列相关表述是否正确。
(1)物质循环发生在生物群落与非生物环境之间。 ( )
(2)能量流动和物质循环是两个相对独立的过程。 ( )
练习与应用
一、概念检测
×
√
2.竹子中纤维素含量很高。大熊猫每天要吃大量竹子,但一般只能利用其中一小部分纤维素。研究表明,大熊猫的基因组缺少编码纤维素酶的基因,但是肠道中有多种纤维素分解菌。
(1)大熊猫与它肠道内某种纤维素分解菌的种间关系为( )
A.捕食 B.寄生 C.互利共生 D.原始合作
C
练习与应用
(2)下列叙述不合理的是( )
A.大熊猫是初级消费者,属于第二营养级
B.大熊猫未消化的纤维素会被分解者利用循环
C.纤维素分解菌促进了生态系统中的物质
D.能量流动方向是竹子→大熊猫一纤维素分解菌
D
3.在生态系统中,使二氧化碳进入生物群落的生物主要是( )
A.细菌 B.真菌 C.动物 D.绿色植物
D
练习与应用
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呢
农田是人工生态系统,是以提高农作物的产量,使能量更多地流向人类,满足人类需要为目的的。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自农田生态系统输出,其中的氮元素并不能都归还土壤,所以需要施加氮肥。这与物质循环并不矛盾。
1.生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统 为什么
是。生物圈是指地球上所有生物与其非生物环境的总和,它们通过物质循环构成一个物质上自给自足的系统。
二、拓展应用
练习与应用
3.下表为生活在某库区水域中层的几种鱼体内重金属的含量(单位: ng.g-1)。请据表推测这几种鱼中,草食性的鱼是______,杂食性的鱼是_______,肉食性的鱼是_______为什么
鱼的种类 A B C D E
Hg 17.8 61.9 70.4 117.0 112.0
Pb 27.3 34.9 52.5 84.3 75.8
Cd 8.8 14.1 10.3 21.9 41.6
D和E
A
B和C
这三种重金属(Hg、Pb、Cd)会富集在鱼体内,并沿食物链逐渐在鱼体内聚集,营养级越高,它们的相对含量越高。A鱼体内三种重金属的含量都是最低的,因此A为草食性,鱼B和C鱼体内,三种重金属的含量都高于A,但低于D和E,因此B和C可能是杂食性鱼;D和E鱼体内,三种重金属的含量都远高于A、B和C,因此D和E可能是肉食性鱼。