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1、第第3节节 生态系统的物质循环生态系统的物质循环第3章 生态系统及其稳定性 胡胡杨杨能能抗抗干干旱旱、御御风风沙沙、耐耐盐盐碱碱，可可顽顽强强地地在在荒荒漠漠中中生生存存繁繁衍衍。然然而而，受受水水资资源源短短缺缺的的影影响响，一一些些远远离离水水源源的的胡胡杨杨也也难难逃逃死死亡亡的的厄厄运运。这这些些死死亡亡的的胡胡杨杨虽虽历历经经烈烈日日和和荒荒漠漠的的摧摧残残，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。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。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，分解者数
2、量很少，因此死亡后的胡杨无法被快速分解。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。2.2.有研究表明，长有胡杨的荒漠土壤一般比草原的贫瘠，这是为什么？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？荒荒漠漠中中生生产产者者的的种种类类与与数数量量很很少少，能能制制造造的的有有机机物物总总量量就就少少；消消费费者者与与分分解解者者也也少少，物物质质循循环环缓缓慢慢；土土壤壤中中可可供供分分解解者者分分解解的的动动植植物物遗遗体体等等很很少少，且且分分解解速速度度较较慢慢，因因此此土土壤壤中中积积累累的的营营养养物物质质很很少少；而而且且，胡胡杨杨还还会会从从土土
3、壤壤中中吸吸收收营营养养物物质质，因因此此，长长有有胡胡杨杨的的荒荒漠漠土土壤比草原的更为贫瘠。壤比草原的更为贫瘠。不难看出，这两种元素在生物群落和非生物环境之间是不难看出，这两种元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的。不断循环的。呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，进入大气中。呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，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怎样来到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么物质中？你体内的？进入身体之前又存在于什么物质中？食物食物人体
4、的细胞呼吸人体的细胞呼吸COCO2 2植物的光合作用植物的光合作用1 1、碳在、碳在非生物环境非生物环境和和生物体内生物体内分别以什么分别以什么形式存在？形式存在？CO2和碳酸盐含碳有机物2 2、碳在无机环境和生物群落之间主要、碳在无机环境和生物群落之间主要是以什么形式进行循环的？循环的范是以什么形式进行循环的？循环的范围如何？围如何？CO2生物圈3 3、碳是如何进出生产者、消费者、分解者的？、碳是如何进出生产者、消费者、分解者的？（什么形式、那种生命活动、形成那些产物？什么形式、那种生命活动、形成那些产物？）进生物体进生物体生产者的光合作用 化能合成作用消费者的摄食出生物出生物体生产者、消费
5、者呼吸作用微生物的分解作用化石燃料的燃烧一、碳循环一、碳循环碳循环的文字图解碳循环的文字图解 （组成生物体的（组成生物体的蛋白质、糖类、脂质蛋白质、糖类、脂质和核酸和核酸等都是以等都是以碳链为基本骨架碳链为基本骨架形成的）形成的）1.1.碳的存在形式碳的存在形式非生物环境：非生物环境：COCO2 2（主要）和碳酸盐（主要）和碳酸盐生物群落：生物群落：含碳有机物含碳有机物2.2.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 23.3.碳进入生物群落的途径：碳进入生物群落的途径：光合作用（主要）和化能合成作用光合作用（主要）和化能合成作用4.4.碳在生
6、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：食物链、食物网食物链、食物网5.5.碳返回非生物环境的途径：碳返回非生物环境的途径：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；6.6.与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器：与自然界碳循环关系最为密切的两种细胞器：线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体7.7.碳循环特点：碳循环特点：全球性全球性8.8.碳循环具全球性的原因：碳循环具全球性的原因：COCO2 2能够随着大气环流在全球范围内进行能够随着大气环流在全球范围内进行9.9.海洋对调节大气中的碳含量起着非常重要的作用海
7、洋对调节大气中的碳含量起着非常重要的作用(1)(1)造成温室效应的原因：造成温室效应的原因：。(2)CO(2)CO2 2增多的原因：增多的原因：。(3)(3)温室效应的危害：温室效应的危害：。_(4)(4)应对措施：应对措施：。COCO2 2 过多过多植被的减少植被的减少农田减少，粮食减产农田减少，粮食减产减少煤、石油等化石燃料的燃烧减少煤、石油等化石燃料的燃烧开发新能源，如核能、太阳能、风能、水能等开发新能源，如核能、太阳能、风能、水能等保护植被，大面积植树种草，提高森林覆盖率保护植被，大面积植树种草，提高森林覆盖率化石燃料的大量燃烧化石燃料的大量燃烧极地和高山的冰川加速融化导致海平面上升极
8、地和高山的冰川加速融化导致海平面上升防止海洋污染防止海洋污染与社会的联系与社会的联系温室效应温室效应 温室气体：温室气体：COCO2 2、CHCH4 4、N N2 2O O、O O3 3等等 气温升高气温升高对人类和其他生物的生存构成威胁对人类和其他生物的生存构成威胁【方法技巧方法技巧】巧辨图形判断参与碳循环的四种成分巧辨图形判断参与碳循环的四种成分大气中大气中的的COCO2 2库库生产者生产者分解者分解者消费者消费者生产者生产者初级消费者初级消费者大气中的大气中的CO2CO2库库次级消费者次级消费者分解者分解者大气中的大气中的COCO2 2库库（非生物的物质和能量）（非生物的物质和能量）生产
9、者生产者初消初消 次消次消 三级消三级消 分解者分解者辨图要点：辨图要点：1 1、碳循环中，只有生产者与非、碳循环中，只有生产者与非生物环境之间的箭头是双向的生物环境之间的箭头是双向的2 2、箭头指向最多的是大气中的、箭头指向最多的是大气中的COCO2 2库，其次是分解者库，其次是分解者CDBA【典例典例】如图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析错误的是（）如图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析错误的是（）A A、生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足、生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足B B、A A是消费者，是消费者，C C是生产者，碳在各成分间以是生产者，碳在各成分间以COCO2 2的形
10、式传递的形式传递C C、对、对E E过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡D D、碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量的载体、碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量的载体B B大气中的大气中的COCO2 2库库生产者生产者分解者分解者消费者消费者化石燃料化石燃料的燃烧的燃烧 组成生物体的组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫碳、氢、氧、氮、磷、硫等等元素元素，都在不断进行着从，都在不断进行着从非生物环境非生物环境到到生物群落生物群落，又从又从生物群落生物群落到到非生物环境非生物环境的的循环循环过程，这就是生态系统的过程，这就是生态系统的物质循环物质循环，又叫，又
11、叫生物地球化学循环生物地球化学循环。二、生态系统物质循环的概念和二、生态系统物质循环的概念和特点特点1.1.概念：概念：这里的物质是指？这里的物质是指？这里的生态系统是指？这里的生态系统是指？C C C C、H H H H、O O O O、N N N N、P P P P、S S S S等基本元素等基本元素等基本元素等基本元素生物圈生物圈生物圈生物圈2.2.特点：特点：具有具有全球性全球性：物质循环的范围为生物圈。：物质循环的范围为生物圈。循环往复运动循环往复运动：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：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，
12、例如可以采用用种养结合种养结合的模式，促进物质循环，提高经济效益。的模式，促进物质循环，提高经济效益。生物体从周围环境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，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象。现象。三、生物富集三、生物富集1.1.概念：概念：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重金属：如铅重金属：如铅(Pb)(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3.3.发生生物富集的物质的特点发生生
13、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稳定稳定的；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吸收吸收的且的且不易不易排出排出的；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不易被分解不易被分解的；的；4.4.生物富集的主要途径：生物富集的主要途径：食物链、食物网食物链、食物网5.5.生物富集实例生物富集实例铅的富集铅的富集铅在生物体内铅在生物体内的浓度的浓度沿食物沿食物链链不断不断升高升高6.6.生物富集现象的特点生物富集现象的特点具有具有全球性全球性导致生物富集的有害物质可以通过大气、导致生物富集的有害物质可以通
14、过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地水和生物迁移等途径扩散到世界各地有害物质有害物质在生物体内的浓度会沿食物在生物体内的浓度会沿食物链不断升高链不断升高鱼鹰（2.510-5）大鱼（210-6）小鱼（510-7）植物（410-8）水（310-12）有有害害物物质质在在生生物物体体内内的的浓浓度度随营养级升高，浓度逐级递增，呈现生物放大现象。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能量流能量流动物物质循循环范范围形式形式特点特点过程程联系系生物群落生物群落（生态系统各营养级之间）（生态系统各营养级之间）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
15、生物群落和非生物环境间生物群落和非生物环境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之在生物群落和非生物环境之间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，相互依存相互依存，不可不可分割分割：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，都离不开物质的合成和合成和分解分解等过程；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，使能量沿着食物链（网
16、）流动；动；能量作为动力能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和非生物环境，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。之间循环往返。探究土壤微生物的分解作用探究土壤微生物的分解作用背景资料背景资料 土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，这些生物的数土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，这些生物的数量是极其繁多的，例如一茶匙表层土就可能含有亿万个细菌。量是极其繁多的，例如一茶匙表层土就可能含有亿万个细菌。由于各地气候与环境等因素不同，落叶在土壤中被分解的时间也是不同的，一般由于各地气候与环境等因素不同，落叶在土壤中被分解的时间也是不同的，一般在
17、温暖、湿润的环境中需要一直数月时间。在温暖、湿润的环境中需要一直数月时间。秋天刚收获的花生第二年春天从土中刨出的花生探究土壤微生物的分解作用探究土壤微生物的分解作用1.1.实验原理：土壤中存在种类、数目繁多的实验原理：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。分解速度主要与。分解速度主要与环境温环境温度和湿度度和湿度有关。有关。2.2.参考案例参考案例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叶是在土
18、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2022/11/23探究土壤微生物的分解作用探究土壤微生物的分解作用案例一土壤进行处理，排除土壤微生物的作用土壤不进行处理，自然状态落叶是在土壤微生落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的物的作用下腐烂的吗？吗？注
19、意：实验组的土壤注意：实验组的土壤要进行处理，以尽可要进行处理，以尽可能排除土壤微生物的能排除土壤微生物的作用，同时要尽可能作用，同时要尽可能避免土壤理化性质的避免土壤理化性质的改变（例如，将土壤改变（例如，将土壤用塑料袋包好，放在用塑料袋包好，放在6060恒温箱中处理一恒温箱中处理一小时。小时。实验结果：落叶未腐烂落叶腐烂探究土壤微生物的分解作用探究土壤微生物的分解作用3.3.参考案例参考案例2 2提出问题提出问题实验假设实验假设实验设实验设计计自变量自变量实验组实验组对照组对照组实验现实验现象象加入加入碘液碘液A A1 1B B1 1加入斐林加入斐林试剂试剂A A2 2B B2 2结论分析
20、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蒸馏水蒸馏水纱布纱布烧杯烧杯土壤土壤水水玻璃棒玻璃棒水水取出取出碘液碘液斐林试剂斐林试剂加热加热案例2 探究土壤微生物对淀粉的分解作用1.配制土壤浸出液一、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二、实验步骤2.另取两只烧杯，编号另取两只烧杯，编号A、B淀粉糊淀粉糊加入土壤浸出液加入
21、土壤浸出液加入碘液加入碘液AB加入蒸馏水加入蒸馏水A1A2B1B2加入加入碘液碘液加入斐加入斐林试剂林试剂加入斐加入斐林试剂林试剂实验结果实验结果 不变蓝不变蓝出现砖红出现砖红色沉淀色沉淀变蓝变蓝不出现砖不出现砖红色沉淀红色沉淀室温（室温（20）环境）环境放置放置7d7d后后探究土壤微生物的分解作用探究土壤微生物的分解作用3.3.参考案例参考案例2 2提出问题提出问题实验假设实验假设实验设实验设计计自变量自变量实验组实验组对照组对照组实验现实验现象象加入加入碘液碘液A A1 1B B1 1加入斐林加入斐林试剂试剂A A2 2B B2 2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