2011年高二生物学案：5.3《生态系统的物质循环》（新人教版必修3）

生态系统的物质循环
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学习目标：
1.以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环。
2. 说明能量流动和物质循环的关系。
3.尝试探究土壤微生物的分解作用。4.关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。
知识点一 碳循环
（一）生态系统的物质循环：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。
1． 物质：组成生物体的＿＿＿＿＿＿等元素。
2． 循环途径：无机环境 。
3． 范围： 。
4. 特点：全球性，反复循环，因此又叫 循环。
（二）过程图解
小结：
1.碳元素的存在形式：
①在无机环境中以 和 的形式。
②在生物群落中以 的形式，沿 渠道传递。
③在生物群落与无机环境以 形式传递。
2.碳元素进入生物群落的方式：
CO2进入生物群落是通过自养型生物完成的，
主要是绿色植物的光合作用，也有化能合成作用。
3.碳元素返回无机环境的方式
①动植物的呼吸作用。 ②分解者的分解作用。 ③化石燃料的燃烧
（三）温室效应
1． 形成原因：化学染料短时间内大量燃烧使大气中 含量迅速增加，打破了生物圈 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。
3． 防止和减缓温室效应的主要措施
①改善能源结构，开发新能源（核能、水能等），尽量减少煤炭的燃烧量（减少CO2的来源）。
②大力推行 （增加CO2的去路）
知识点二 能量流动与物质循环的关系
（一）生态系统的主要功能 和 。
1． 二者＿＿＿＿＿＿的，彼此相互依存，不可分割。
2． 物质作为＿＿＿＿＿＿，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为＿＿＿＿＿，使物质能够不断地在＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿之间循环往返。
（二） 能量流动与物质循环的关系的比较表：
项目 能量流动 物质循环
形式 以 形式流动 等基本元素的循环
过程 沿食物链（网）单向流动 在无机环境和生物群落间反复循环
性质 开放式：地球之外的太阳能源源不断地输入生态系统，传递是逐渐递减耗尽为止 封闭式：生物圈是在物质上自给自足的系统
特点 、 物质被反复利用，具有
范围 生态系统的 各营养级
联系 两者同时进行，相互依存，不可分割。如图：能量流动不能离开物质循环而单独进行，能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解。物质是能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为动力，使物质能不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。生态系统中的各种组成成分---非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者，正是通过能量流动和物质循环才紧密联系在一起的，形成一个统一的整体。
特别提醒：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。
。生物的富集作用概念：生物的富集作用是指环境中的一些污染物如重金属、化学农药，这些污染物在生物体内难分解，通过食物链在生物体内大量积累的过程。
分类：生物富集作用可以分为水生生物富集作用和陆生生物富集作用。
知识点三 探究土壤微生物的分解作用
1． 探究性试验的一般步骤：（1）____________（2）____________（3）____________（4）____________（5）____________。
2．
案例1 案例2
实验假设
实验设计 实验组
对照组
自变量 土壤中是否含微生物 土壤中是否含有分解淀粉的微生物
实验现象 在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组 AA1A2BB1B2
结论分析
〖例1〗我国北方处于稳定状态的某森林
生态系统，其碳循环如右图，箭头和字母分别表
示碳元素的传递方向和转移量。下列选项正确的是 a b d
A.夏季,a﹥b﹢c﹢e B.秋季,e﹢f﹤g g
C. 春季,g﹦b﹢e﹢f D.冬季,d﹥c﹢f c
e f
c
解析：我国北方的夏季昼长夜短，气温较高，生产
者同化作用占优势，生长较快，因此a﹥b﹢c﹢e ；在秋季，植物的遗体、残枝、败叶相对增多，动物粪便增多，而土壤中的微生物数量相对稳定，由于气温变低，土壤中的微生物代谢变缓、繁殖变慢，因而e﹢f﹥g ；在冬季，动物呼吸作用加强以维持体温，即d值增大，而动物可摄入的有机物相对减少，即c值减少，可能的关系是d﹢f≤c。
答案：A
〖例2〗
右图示生态系统碳循环示意图，图中D为大气， C
请据图回答问题
（1）此生态系统的能量流动是从〔 〕 固 D
定太阳能开始的。
（2）碳元素在大气中与A、B、C、之间的流动是以 A B
形式进行的，在生态系统的各成分中，A为 ，B为 。
（3）图中D～C过程是通过 作用实现的，C～D过程是通过 作用实现的，B～D过程是通过 作用实现的。
（4）生物群落中的一部分碳返回大气中，而另一部分则以 形式储存在地层中，碳在生物群落与无机环境之间主要以 的形式循环。
（5）碳循环的同时一定伴随着 。
解析：在生态系统中，碳元素主要以二氧化碳的形式在生物群落与无机环境之间循环，始终伴随着能量流动，而生态系统的能量流动是从绿色植物的光合作用开始的，并进入生物群落随食物链而流动。生物群落中的碳是以二氧化碳的形式返回到大气中，但其中一部分碳则以化石燃料的形式储存于地层中。
答案：（1）C 生产者 （2）二氧化碳 消费者 分解者 （3）光合 呼吸 分解（4）化石燃料 二氧化碳 （5）能量流动
课堂随练
1． 生态系统的物质循环的特点不包括下列的： （ ）
A. 带有全球性 B. 物质是指组成生物体的基本元素
C. 在群落的各营养级之间循环往复 D. 在群落与无机环境之间循环往复
2与自然界的碳循环关系密切的两种细胞器是： （ ）
A. 线粒体和染色体 B. 叶绿体和线粒体
C. 叶绿体和核糖体 D. 线粒体和内质网
下列关于物质循环和能量流动的关系叙述不正确的是： （ ）
A. 物质为能量的载体，使能量在生态系统中流动
B.能量作为动力，使物质在生物群落与无机环境之间循环往复
C. 先进行物质循环，后发生能量流动 D. 二者相互依存，不可分割
4．.生态系统的物质循环，其物质是指.（ 　　）
A.细胞中的蛋白质和核酸 B. 组成生物体的C、H、O、N、P、S等基本元素
C.组成生物体的各种元素 D.组成细胞的各种化合物
5． 在自然界的物质循环中，对物质的转化起重要作用的是
A．化能自养生物 B．动物和微生物
C．微生物和绿色植物 D．绿色植物和动物
6．火灾常给森林带来较大危害，但是在寒带地区有时对森林中的残值落叶等进行有限度的人工火烧，以对森林进行资源管理，这种人工火烧的主要目的是
A．消灭森林病虫害 B．刺激树木种子萌发
C．加速生态系统的分解过程 D．提高森林的蓄水能力
7．大气中的碳进入生物群落的形式和作用是
A．碳酸盐；呼吸作用 B．二氧化碳；光合作用和化能合成作用
C．含碳有机物；光合作用 D．二氧化碳；分解作用
8． 施用农药DDT的地区，虽然只占陆地面积的一小部分，可是远离施药地区的南极，动植物内也发现了DDT，该现象说明了： （ ）
A. DDT使挥发性物质 B. DDT已加入全球性的生物地化循环
C. 科考队将DDT带到了南极 D. 南极动物也偶尔到施药地区觅食
9．细菌和真菌在生态系统中物质循环不可缺少是因为（　）
A．食物链中重要一环　 B．能把有机物分解为无机物，归还到无机环境中
C．与人类关系非常密切 D．与生产者、消费者都有关系
10．在碳循环过程中，使无机环境和生物群落相联系的生理作用是 ( )
①光合作用 ②蒸腾作用 ③呼吸作用 ④化能合成作用
A．①②③　　　　B．①③④　　　C．①②④　　　　D．①②③④
14． 看图回答问题
这是 元素的循环。
写出①～⑤所示过程的名称：
①
②③
④
⑤
图中A、B、C、D各是什么生物？
A B
C D
图中缺少的生理过程是 ，用箭头在图中表示出来。
由该循环可见，生态系统的物质循环具有以下特点：
①
②
14．如图为碳循环图解，请回答下列问题：
（1）物质循环实质上是物质在圈与圈之间转移。请在下列表格中填出各圈中碳素的贮存形式，用“十”或“—”标明是否参与碳素交换过程。
项目 岩石圈 大气圈 水圈 生物群落
碳素贮存形式
是否参与交换
上述分析得知，碳循环带有__________性。
（2）碳主要以__________形式循环的。
（3）碳从无机环境进入生物群落的唯一途径是［　］__________；由绿色植物通过②__________传递到各级消费者。
（4）碳从生物群落返回无机环境的途径③表示______；④表示______；⑤表示__________。
案例1 案例2
实验假设 微生物能分解落叶使之腐烂 微生物能分解淀粉
实验设计 实验组 对土壤高温处理 A烧杯中加入30ML土壤浸出液
对照组 对土壤不做任何处理 B烧杯中加入30ML蒸馏水
自变量 土壤中是否含微生物 土壤中是否含有分解淀粉的微生物
实验现象 在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组 AA1不变蓝A2产生砖红色沉淀BB1变蓝B2不变色
结论分析 微生物对落叶有分解作用 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
大 气
植物五
动物物物
土壤中的微生物
④
CO2
O2
C
B
A
动植物遗体和排泄物
D
煤,石油
①
②
③
⑤