生态系统的物质循环
一、学习目标：
①理解生态系统物质循环的概念
②识记、应用碳循环的过程
③通过分析“温室效应”的形成与危害，培养学生的推理，联想，思维迁移的能力。
④通过比较得出能量流动与物质循环的关系
二、重、难点：
分析生态系统中的物质循环
三、学习过程
知识点
观察与思考
归纳与结论
碳循环
1.物质循环
的概念
2碳循环
1.物质循环的范围
2.物质循环的“物质”
指什么？
3.物质循环的特点
1.在生态系统中，组成生物体的 等化学元素，不断的进行从无机环境到 ，又从
__________回到无机环境的循环过程，叫生态系统的物质循环。
2. 物质循环的特点是一方面具有 ，另一方面可以被生物群落 利用。
4.观察图5–11思考
⑴碳在自然界中的主要存在形式
⑵碳是如何分别进出生产者、消费者、消费者各个环节的（以什么形式、通过那种生命活动、形成那些产物等）？
3.碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以
的形式循环的。
4.碳从无机环境进入生物群落通过 作用或
作用，从生物群落进入无机环境通过 ，
在生物群落之间主要以 的形式通过
或 传递。
5.温室效应的成因，引导学生发表自己的观点
温室效应形成的主要原因是大量化石燃料的
燃烧，打破了生物圈中 的平衡，使大气中
含量迅速增加造成的。
实验：探
究土壤微生
物的分解作
用
仔细阅读思考探究性实验与验证性实验的区别
探究性实验的一般步骤（1）
（2） （3）
（4） （5）
能量流动
和物质循环
的关系
阅读课文找出
二者不同点及
联系
不同点：物质循环的特点是 ，
能量循环的特点是 。
联系： 物质作为能量的 ，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为 ，使物质不断地在生物群落和无机环境之间循环往复。
四、作业
1.下列关于物质循环的叙述错误的是( )
A.生态系统的物质循环指的是构成生物体的各种化合物在生物群落和无机环境之间的循环过程
B.碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的
C.碳循环具有全球性
D.大气中的二氧化碳能够随大气环流在全球范围内流动
2.大气中CO2过多与碳循环失衡有关。根据下图所做出的判断不正确的是( )
A.增加自养生物的种类和数量有利于降低大气中的CO2含量
B.大气中CO2的增加主要与异养生物②的数量增加有关
C.该生态系统中的自养生物与所有异养生物构成了生物群落
D.该图能表示物质循环过程，不能准确表示能量流动的方向
3.为了了解土壤微生物能否分解农药，并尽快得出实验结论，有人用“敌草隆”(一种除草剂)进行实验：取等量砂土分装于相同的两个容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌。下列有关事项的叙述中正确的是( )
A.向a、b中喷入等量的“敌草隆”，再置于同一恒温箱中培养相同时间
B.检测“敌草隆”的消失情况，预计a的“敌草隆”全部消失，b的基本不变
C.只用砂土实验效果比用几种典型土壤混合后的好
D.再增加c组作为对照，不喷入“敌草隆”，其他处理与a、b组相同
4.如图为某生态系统的部分物质循环简图，其中M表示非生物的物质和能量。下列叙述正确的是 ( )
A.若M表示大气中的CO2，则碳元素在图中④过程中是以有机物形式传递的
B.从图中我们可以看出能量伴随着物质循环而循环
C.若M表示大气中的CO2，则碳元素可在生物群落中反复循环利用
D.若M表示无机环境中的能量，则①的能量值为②与③对应的能量值之和
5.若用甲代表生产者，乙代表消费者，丙代表分解者，丁代表大气中的CO2库。图中能正确表示甲、乙、丙、丁在碳循环中的关系的是( )
生态系统的物质循环
教材分析
知识目标：
1.以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环。
2.尝试探究土壤微生物的分解作用。
3.说明能量流动和物质循环的关系。
4.关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。
能力目标：
1.学会分析生态系统中碳循环的方法。
2.通过学习“温室效应”的形成及对人类的危害，发展学生推理、联想和思维迁移能力。
3.利用“能量流动”教学过程，培养学生的比较，归纳能力以及对自己所持有观点的总结表达能力。
4.通过学习物质循环和能量流动的关系，学会用辩证统一的观点去分析事物。
情感目标：
通过生态系统功能的学习，深化“我们只有一个地球”的理念，培养学生的环保意识
教学重点：
分析生态系统中的物质循环
教学难点：
说明能量流动和物质循环的关系
教学策略：
本节是第五章《生态系统及其稳定性》的第三节《生态系统的物质循环》，本小节内容包括三部分:一是物质循环的概念；二是碳循环；三是能量流动与物质循环的关系。本节课内容是第5章的一个重点，是衔接生态系统稳定性与能量流动的重要环节，并为生态系统的稳定性实现提供了一个平台，埋下了一个伏笔。该节内容与必修1组成细胞的元素和化合物、光合作用、呼吸作用有联系。
学生已学习了生态系统结构和能量流动的知识，对这部分的内容有了初步的了解。通过本节学习，可以深入理解生态系统结构和功能的理解，形成结构和功能相适应观点。通过对碳循环过程图像的学习，提出一些问题让学生思考，激发学生深入探究。帮助学生更好的理解生态系统的物质循环中从有机物到无机物的过程。根据学生已有知识和认知能力，在教师的引导下，对这部分内容进行探究基本上是可行的。
对于碳循环可以从学生生活经验出发，联系自己的身体，关注体内碳氧这两种元素的来源和去向以及碳氧的来去形式。关于碳循环的过程，指导学生识图，让学生运用前面学过的光合作用和呼吸作用的知识进行讨论，进而深入理解参与碳循环的生物类群和各生物类群的具体功能。启发学生归纳出碳循环的形式和范围及特点。概述物质循环与能量流动不同之处：在物质循环中，无机环境中的物质可以被生物群落反复利用；能量流动则不同，能量在流经生态系统各营养级时，是逐级递减的，而且是单方向的流动，而不是循环流动。
关于“能量流动与物质循环的关系和作用”， 先复习绿色植物的“光合作用”和“生物的呼吸作用”，使学生理解能量的固定和释放的具体过程。复习“物质代谢和能量代谢的关系”，进一步说明物质循环和能量流动的关系。通过对生态系统的概念、成分、结构的综合性分析，总结性强调物质循环和能量流动是同时进行、相互依存的统一整体
联系生态环境的实际，如滥伐森林、化石燃料的燃烧等对碳循环的影响，引出温室效应这个话题。“温室效应”是近年来日常生活中频繁出现的词汇，学生并不陌生，而且切身感受到温室效应的存在。对这部分内容通过教师引导学生讨论来解决（包括温室效应的成因、危害、对策）。引导学生关注环境问题。
导入设计一
展示一个自制生态缸
提问：这个密封的小世界如果我们不向其内投放食物和更换空气，里面的动、植物可以维持生命吗？能一直维持下去吗？
学生回答：
只要是给予充足的能量，条件适宜，这个生态系统就可以维持下去。
总结：正因为在生态系统中，物质可以被生物群落往复循环利用，所以，物质是永恒的，世界是物质的，是符合物质不灭定律的。事实上，物质循环时时刻刻发生在我们身边。
展示幻灯片图片
假设我将开始时的实验进行改进，将密闭的玻璃瓶中只装有标记C14的CO2，过了一段时间后，提问：
1）你认为水藻中哪种物质一定能检测到C14的存在？
2）C元素是如何由无机环境到生物体中的呢？这是一个什么生理过程？
3）玻璃瓶中的小鱼虾体内是否也存在C14呢？为什么？
学生回答：
……
导入设计二
展示资料，引入新课：
中国许多冰川的融化速度非常惊人，如在气候更加湿润的长江源头，昆仑山的玉珠峰冰川就创造了平均每年退缩43米的纪录；中国科学院青藏高原研究所曾指出，全球气候变暖使中国冰川面积近40年平均减少了7%，达3000多平方公里，而世界冰川监测服务机构(W GM S)的预测更为严峻：数十年后，全球绝大多数冰川将不复存在。随之而来的将是河流枯竭，草场沙化，海平面上升……一场全人类的灾难。
提出问题：与更早之前的历史上相比，全球气候变暖使冰川退缩，而为什么会出现这样的状况？
学生阅读课本，了解温室效应使全球气候变暖之前并未表现出如此严峻的形势，是因为之前能够保持生物圈中碳循环的平衡，
什么是碳循环？
通过问题引导学生自学碳循环模式图：
①碳元素在自然界的存在方式？
②碳元素在生物群落与无机环境之间的循环形式？
③碳元素进入生物群落通过哪些过程？回归无机环境又通过什么途径？
④尝试将具体循环过程用简图表示。
学生讨论回答
生态系统的物质循环
?达标练习
1．某同学完成了“土壤微生物的分解作用”的对照实验，对照组( )
A．土壤不做处理，自然状态
B．土壤进行处理
C．排除土壤微生物的作用
D．尽量避免土壤理化性质的改变
解析：采用对照实验的方法，设计实验组和对照组，对照组的土壤应不做处理，处于自然状态，实验组为了排除土壤微生物的作用应对土壤进行处理。
答案：A
2．诗文“落红不是无情物，化作春泥更护花”中所蕴含的生命科学知识是( )
A．自然界的物质循环 B．生态系统恢复力稳定性强
C．生物的变异现象 D．生物的种间竞争关系
答案：A
3．在浮游植物→浮游动物→鱼这条食物链中，碳是以哪种形式流动的( )
A．二氧化碳 B．有机物
C．碳酸盐 D．二氧化碳和有机物
答案：B
4．营腐生生活的细菌和真菌等在生态系统中占有重要地位，这是因为它们( )
A．能释放出氧气，吸收代谢废物
B．能为其他生物提供生物能源
C．能净化空气
D．能腐败、分解有机物使之变成无机物，归还到无机环境中
答案：D
5．(双选)关于碳循环正确的是 ( )
A．不依赖于水 B．不需要能量驱动
C．产生温室气体 D．具有全球性
答案：CD
6．下图是生态系统中碳循环的简明示意图，请据图回答下列问题：
(1)A过程是________的______作用，具体包括________和____________两种类型。
(2)图中缺少的一个重要箭头是________。
(3)与A过程本质相同的有________过程(用图中字母填写)。
(4)碳在无机环境中以______________形式存在，而在无机环境与生物群落之间主要以________形式进行循环。碳循环始终与____________结合在一起进行。
(5)生态系统的四种成分通过__________和__________紧密联系在一起而形成一个统一的整体。
(6)温室效应会导致全球气候变暖。为了防止CO2在大气中含量的上升，可采取哪些措施：
①____________________________________________________；
②___________________________________________________。
解析：碳元素在无机环境和生物群落之间的循环，离不开生产者(主要是绿色植物)。首先通过绿色植物的光合作用，被合成有机物进入植物体内，再通过食物链流到各级消费者体内，最后再流入分解者，被分解成CO2释放到大气中，同时各种生物的呼吸作用也产生CO2，直接回到大气中。另外，人们目前常用的能源，如石油、天然气、煤等燃料燃烧时释放的CO、CO2等物质也直接散放到大气中。要使大气中CO2浓度不再上升，采取的措施应有加大吸收CO2和减少CO2排放。
答案：(1)分解者 分解 无氧呼吸 有氧呼吸
(2)从大气中的CO2库到绿色植物
(3)B、C、D
(4)CO2或碳酸盐 CO2 能量流动
(5)物质循环 能量流动
(6)①植树造林，加大对CO2的吸收 ②减少化学燃料的燃烧，进而减少CO2的排放，开发新能源
?提升练习
7．下面是某营养元素循环简图，下列哪一组合能代表X、Y、Z三种生物( )
A．分解者、消费者、生产者
B．消费者、分解者、生产者
C．生产者、消费者、分解者
D．生产者、分解者、消费者
答案：C
8．(多选)下列关于生态系统能量流动和物质循环的关系的叙述中，正确的( )
A．二者是密切联系的两个过程
B．在能量流动过程中，物质是能量的载体
C．能量是物质循环的动力
D．从能量流动和物质循环的角度来看，生态系统是一个自给自足的系统
答案：ABC
9．下图是我国南方某地建立的“桑基鱼塘”农业生态系统，请据图回答：
(1)该生态系统的成功之处在于充分利用了生态系统的__________和__________规律，获得了鱼、猪、蚕、稻的全面丰收。
(2)该生态系统所需的能量来自____________；生产者是____________。
(3)该生态系统中除了图中的生物种类外，还必须有__________________等生物作为________。
(4)该生态系统中，由于物质的多次重复利用，提高了____________。
解析：本题是一个应用生态学知识指导生产实践的实例。在这个生态系统中有生产者(桑、稻)，有消费者(鱼、蚕、猪)，有分解者(分解粪便的菌类)，共同组成了一个相互依存的整体。建立这样一个生态农业体系的目的是充分地调动能量流动关系，使能量流向对人类有益的部分。
答案：(1)物质循环 能量流动 (2)太阳光 桑、稻 (3)腐生细菌、真菌 分解者 (4)物质利用率
10. 图甲是生态系统的碳循环示意图，图乙表示一个长期有效的生态系统中的食物网。请回答下列问题：
(1)图甲碳进入生物群落依赖于______________。图中①②④过程与③过程中碳流动形式的不同点是__________________________________________________________。
(2)图甲中分解者通过________________________(生理过程)将碳放回大气中。
(3)图乙食物网中的肉食动物是________，通常数量较少，从能量角度分析，其原因是______________________________________。
解析：(1)从图示看出，图甲碳进入生物群落依赖于生产者的光合作用。图中①②④过程与③过程中碳流动形式的不同点是前者以CO2的形式流动而③过程以含碳有机物的形式流动。(2)图甲中分解者通过呼吸作用将碳放回大气中。(3)图乙食物网中的肉食动物是X、H，由于在食物链中能量流动是逐级递减的，营养级越高，能量就越少，个体数一般就越少。
答案： (1)生产者的光合作用 ①②④过程中以CO2的形式流动(或③过程中以含碳有机物的形式流动)
(2)有氧呼吸和无氧呼吸(呼吸作用)
(3)X、H 营养级越高，能量就越少，个体数一般就越少
课件39张PPT。第5章 生态系统及其稳定性
第3节 生态系统的物质循环 栏目链接(1)以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环。
(2)尝试探究土壤微生物的分解作用。
(3)说明能量流动和物质循环的关系。
(4)关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。
栏目链接 栏目链接1．碳循环的形式。
在生物群落与无机环境之间以__________形式进行，生物群落内以含碳________形式进行。
2．碳循环的过程：
知识
清单一、碳循环
栏目链接二氧化碳有机物知识
清单 栏目链接3．特点。
在自然生态系统中，植物通过____________从大气中摄取碳的速率，与通过生物的____________和分解者的分解作用而把碳释放到大气中的速率大致相同。
4．温室效应。
(1)形成的原因：化石燃料短时间内燃烧使大气中CO2 释放出来，打破了生物圈中________的平衡。
(2)危害：加快极地和高山冰川的融化，导致海平面________，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
光合作用呼吸作用碳循环上升大力植树造林，是否会对温室效应起到缓解作用？
应 用
思 考答案：大力植树造林后，这些植物能大量吸收已有的二氧化碳，因而能起到一定的缓解作用。但更应该控制源头——温室气体的排放。 栏目链接二、能量流动和物质循环的关系
知识
清单 栏目链接生物群落 无机环境生物圈反复知识
清单 栏目链接生态系统 同时载体动力循环往返要 点
探 究探究一 生态系统的碳循环与温室效应
栏目链接要 点
探 究2．碳循环平衡的破坏——温室效应
(1)大气中CO2的来源。
①分解者的分解作用。
②动植物的细胞呼吸。
③化石燃料的燃烧。煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧，使大气中的CO2浓度增高，是形成“温室效应”的最主要原因。
(2)大气中CO2含量持续增加的原因。
①工厂、汽车、飞机、轮船等对化石燃料的大量使用，向大气中排放大量的CO2。
栏目链接要 点
探 究②森林、草原等植被遭到大面积的破坏，如对森林的不合理砍伐、毁林开荒，对草原的过度放牧、过度开垦等，大大降低了植被对大气中CO2的调节能力。
(3)温室效应的形成。
CO2与悬浮粒子是决定地球温度及气候的关键因素。CO2能吸收太阳辐射的红外线，当太阳照射到地球表面时，使地球变暖，这种热能又以红外线的形式向太空辐射，再次被CO2吸收，从而使大气层成为地面的保温层，起到保温作用。
栏目链接要 点
探 究 栏目链接易 错
提 示碳在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产 碳者与无机环境之间的传递是相互的，其他各成分之间的传递都是单向的。
栏目链接1．关于生态系统的物质循环的叙述，不正确的是( )
A．所说的物质是指组成生物体的一些基本化学元素
B．所说的生态系统是地球最大的生态系统——生物圈
C．所说的循环是指物质在生物群落与无机环境之间反复出现循环流动
D．物质在循环过程中不断递减
栏目链接尝试
应用D2．在生态系统中，对碳循环起决定作用的是( )
A．动植物的呼吸作用
B．植物的光合作用
C．微生物的分解作用
D．以上三点
尝试
应用答案：D 栏目链接要 点
探 究探究二 物质循环与能量流动的比较
栏目链接要 点
探 究(续表)
栏目链接1.任何一个生态系统的能量流动和物质循环都保持着相对的平衡，这是一个生态系统相对稳定的重要保证。
2.物质循环是往返运动(反复循环)，并伴随有复杂的物质变化和能量转化。物质循环离不开能量的驱动。
栏目链接易 错
提 示尝 试
应 用 3．下列生态系统中，物质能循环流动的范围、物质循环的主要形式分别是( )
A．森林、化合物 B．草原、化学元素
C．海洋、化合物 D．生物圈、化学元素
栏目链接D尝 试
应 用 栏目链接4．随着环境污染的不断加剧，可能会引起海洋表层的浮游植物大量死亡，从而进一步加剧温室效应。这是因为浮游植物死亡会( )
A．使大气中CO2增加
B．使大气中臭氧增加
C．使海洋表层的无机物增加
D．使海洋表层的含氧量减少
A要 点
探 究探究三 对“土壤微生物的分解作用”的探究活动的分析
栏目链接要 点
探 究 栏目链接尝 试
应 用 5．在探究“落叶在土壤微生物的作用下会腐烂”时，以带有落叶的土壤实验材料，采用对照实验的方法，设计实验组和对照组。对照组的土壤不做处理(自然状态)，实验组的土壤要进行的处理是( )
A．加入细菌或放线菌等微生物
B．加水使其潮湿
C．低温处理
D．将土壤用塑料袋包好，放在60 ℃恒温箱中1 h灭菌
栏目链接D尝 试
应 用 6．以单位面积计算，热带雨林中残枝落叶较温带森林的多，土壤中有机物的积累量一般是( )
A．热带雨林小于温带森林
B．热带雨林大于温带森林
C．热带雨林等于温带森林
D．热带雨林与温带森林无法比较 栏目链接尝 试
应 用 解析：热带雨林降水多，有机质易被冲走，植物根系发达，分解者活动较明显 ，土壤有机物分解较快 。而温带针叶林，植被稀疏，阳光少，气温低，导致分解者分解慢，分解慢。
答案：A 栏目链接 栏目链接题型1 碳循环的过程
例1 在生态系统的碳循环中，能把CO2释放到大气中的生理过程是( )
A．蒸腾作用 B．化能合成作用
C．光合作用 D．呼吸作用 栏目链接名师点睛各种生物的呼吸作用都产生CO2，直接回到大气中。另外，化石燃料的燃烧也释放CO2。解析：碳进入无机环境的主要方式：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(多是人为因素)。
答案：D 栏目链接变式
训练1．在生态系统的碳循环中，既能使CO2进入生物群落，又能使CO2释放到大气中的生物是( )
A．绿色植物 B．植食动物
C．肉食动物 D．营腐生生活的真菌
栏目链接解析：在碳循环中，使CO2进入生物群落主要是通过绿色植物的光合作用，绿色植物又通过呼吸作用把CO2释放到大气中。
答案：A题型2 能量流动和物质循环的关系
例2 在生物圈中，物质和能量流动的特点是( )
A．物质流动和能量流动都是循环的
B．物质的流动是不循环的，能量的流动也是不循环的
C．物质的流动是循环的，能量的流动是单向不循环的
D．物质的流动是单向不循环的，能量的流动是循环的 栏目链接名师点睛：注意能量流动和物质循环的本质区别。能量流动是逐级递减的、单向的、不循环的；物质循环是带有全球性的、反复利用，循环运动。解析：能量流动是逐级递减的、单向的、不循环的，最终在环境中消失。物质循环是带有全球性的，在生物群落与无机环境间物质可以反复出现，反复利用，循环运动，不会消失。
答案：C 栏目链接变式
训练2．下图1为某草原生态系统的碳循环示意图，图2表示在该生态系统中能量流经初级消费者的示意图。请据图分析回答：
栏目链接(1)碳在生物群落内以________的形式被利用。
(2)碳从无机环境进入生物群落的途径①主要是________作用；生物群落中的碳进入无机环境的途径为图1中的________(填数字序号)。
(3)能量流入第二营养级后，一部分在初级消费者的________中以热能的形式散失了；一部分用于初级消费者____________________等生命活动，储存在初级消费者的有机物中。构成初级消费者有机物中的能量，一部分随着____________等被分解者分解而释放出来；另一部分则被次级消费者摄入体内，能量流入________营养级。
(4)从图2中可以总结出能量流动的特点是____________________________________________________. 栏目链接变式
训练(5)狼是该生态系统没有的生物种类，现将它引入其中。请在给出的坐标图上用曲线表示狼的数量最可能的变化情况(纵坐标上的点表示狼的起始数量)。
栏目链接变式
训练变式
训练 栏目链接变式
训练(5)见图 栏目链接本课总结
一、知识归纳 栏目链接二、要点回顾 栏目链接1．碳循环的过程。
2．大气中CO2过多，对温室效应的影响。
