高中生物第3章生态系统及其稳定性第3节生态系统的物质循环课件（新人教版选择性必修2）

第3章　生态系统及其稳定性\n第3节　生态系统的物质循环\n课标要求核心素养1．以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环。(生命观念、科学思维)2．说明能量流动和物质循环的关系。(生命观念、科学思维)3．尝试探究土壤微生物的分解作用。(科学探究)4．关注碳循环平衡失调与温室效应，关注生物富集。(社会责任)1．以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环。2．举例说出生态系统的物质循环具有全球性。3．关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。4．结合实例分析并阐明某些有害物质的富集现象。5．说明能量流动和物质循环的关系。\n知识导图\n课内探究•名师点睛训练巩固•课堂达标新知预习•双基夯实指点迷津•拨云见日学霸记忆•素养积累\n新知预习•双基夯实\n一、物质循环的概念及实例1．物质循环的概念及特点(1)概念：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等______，都在不断进行着从____________到__________，又从生物群落到非生物环境的循环过程。元素非生物环境生物群落\n(2)特点a．________：“生态系统的物质循环”中的“生态系统”并非一般的生态系统，而是________，所以物质循环又称为__________________。b．循环性：非生物环境中的物质可以被生物群落__________，即生物群落和非生物环境之间的物质可以反复出现、循环利用，周而复始地进行循环，不会消失。全球性生物圈生物地球化学循环反复利用\n2．物质循环的实例——碳循环(1)碳在非生物环境与生物群落间循环的主要形式是________，在生物群落内部传递的形式是____________，途径是______________。CO2含碳有机物食物链(网)\n(2)大气中碳元素进入生物群落的途径是光合作用和______________，生物群落中的碳元素回到非生物环境中的途径有分解者的分解作用、动植物的__________、化石燃料的燃烧等。此外，______对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。(3)化石燃料的开采和使用大大增加了CO2的排放，打破了碳平衡，加剧了温室效应，可以通过采取________________和提倡植树种草，______________________两方面措施进行缓解。化能合成作用呼吸作用海洋减少CO2排放增加CO2吸收和固定\n二、生物富集1．概念：生物体从周围环境吸收、积蓄某种______或__________的化合物，使其在机体内浓度______________的现象，称为生物富集。2．实例：____、镉、汞等重金属，DDT、六六六等____________以及一些放射性物质。3．特点：a.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，因此生物富集具有________；b.这些有害物质在生物体内的浓度沿食物链不断______。元素难以降解超过环境浓度铅有机化合物全球性升高\n三、能量流动和物质循环的关系1．二者是__________的，彼此相互依存，不可分割。2．物质作为能量的______，使能量沿着食物链(网)流动；能量作为______，使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间__________。同时进行载体动力循环往返\n四、探究土壤微生物的分解作用1．实验原理(1)土壤中生活着细菌、真菌和放线菌，它们数量众多，在生态系统中的成分为________。(2)分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，其分解速度与环境中的____________等生态因子相关。分解者温度、水分\n2．案例设计案例名称落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗探究土壤微生物对淀粉的分解作用实验设计分析自变量土壤中是否____________是否加入____________因变量落叶的腐烂程度淀粉的分解程度观测指标落叶的剩余量等a.加入碘液后的变蓝程度；b．加入斐林试剂水浴加热后是否有砖红色沉淀产生实验结论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含有微生物土壤浸出液\n1．参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。()2．碳的循环在生物群落内部是以CO2的形式进行的。()3．光合作用推动碳循环过程，促进了生物群落中的能量循环。()4．植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。()5．碳循环的进行伴随着能量流动，但由于生物体不能在代谢中利用热能，所以能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。()活学巧练×××√√\n6．由于人工碳排放过度，破坏了生态系统的碳平衡，导致大气中二氧化碳浓度增加并引起全球气候变化。()7．铅可沿食物链进入人体，在人体内的浓度可能超过环境浓度。()√√\n思考：1．二氧化碳分子中碳元素和氧元素，是怎样来到人体体内的？提示：二氧化碳中的碳元素和氧元素首先通过生产者的光合作用合成有机物，然后人直接或间接以生产者为食物，有机物通过消化系统的消化、吸收进入人体内。2．生态系统物质循环的特点是什么？提示：(1)全球性。(2)循环性。\n3．如何改变人类活动平衡生态系统中的碳循环？提示：(1)控制增加碳排放量的人类活动，如减少化石燃料的燃烧，改变能源结构等。(2)加强增加碳吸收量的人类活动，如大力植树造林，提高森林覆盖率等。4．生物富集和能量流动的区别是什么？提示：生物富集是某些物质沿食物链不断积累；能量流动是能量沿食物链不断减少。\n学霸记忆•素养积累\n1．物质循环的概念：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，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，这就是生态系统的物质循环，又叫生物地球化学循环。2．物质循环的特点：全球性、循环性。3．碳循环中碳的存在形式(1)在生物群落和非生物环境(无机环境)间：主要以CO2形式循环。(2)在生物群落内部：以含碳有机物形式传递。(3)在无机环境中：主要以CO2和碳酸盐形式存在。\n4．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。5．碳返回无机环境的途径(1)生产者、消费者的呼吸作用。(2)分解者的分解作用(实质是呼吸作用)。(3)化石燃料的燃烧。6．温室效应产生原因：大量化石燃料的燃烧，导致大气中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。\n7．生物富集现象是指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，使其在机体内的浓度超过环境浓度的现象，称为生物富集。这些难以降解的元素和化合物一旦进入食物链，最终会积累在食物链的顶端。8．物质循环与能量流动同时进行，相互依存，不可分割：(1)能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程。(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往复循环的动力。\n课内探究•名师点睛\n知识点1．碳循环的过程分析碳循环及物质循环过程分析\n\n(2)碳的存在形式与循环形式①在生物群落和非生物环境之间：主要以二氧化碳的形式循环。②在生物群落内部：以含碳有机物的形式传递。③在非生物环境中：主要以二氧化碳和碳酸盐的形式存在。\n2．温室效应(1)产生原因①化石燃料的大量燃烧，产生大量二氧化碳。②植被破坏，降低了对大气中二氧化碳的吸收量。(2)缓解措施①减少化石燃料的燃烧，开发新能源，减少二氧化碳的排放量。②大力植树造林，提高植被覆盖率，增加二氧化碳的吸收量。③提高秸秆还田率，增加土壤储碳量。\n3．对生态系统物质循环概念的理解\n知识贴士(1)物质循环中的“物质”指“构成生物体的元素”。(2)物质循环中的“循环”指在生物群落和非生物环境间的循环，生物群落内部不能实现循环。(3)生态系统的物质循环中的“生态系统”指生物圈。\n下列有关生态系统的物质循环的叙述，错误的是()A．具有全球性B．物质是指组成生物体的基本元素C．在生物群落和非生物环境之间循环往复D．在生态系统的各营养级之间循环往复解析：生态系统物质循环具有全球性，A项正确。物质是指组成生物体的基本元素，B项正确。碳循环在生物群落与无机环境之间以二氧化碳形式传递，并且循环往复，C项正确。循环是在生物群落与无机环境之间而不是在生态系统的各营养级之间，D项错误。典例1典例剖析D\n1．根据下图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，不正确的是()变式训练BA．参与①过程的生物包括生产者、消费者和分解者B．②过程增强后①过程随之增强，故不能通过增强②过程减少大气中CO2C．生物群落内部碳循环的物质形式是含碳有机物D．人类减少对③的依赖是当前缓解温室效应的重要措施\n解析：①过程生成CO2，参与①过程的生物包括生产者、消费者和分解者，A项正确。通过②过程，主要是绿色植物的光合作用能减少大气中的CO2，故能通过增强②过程减少大气中CO2，②过程增强对①过程无明显影响，B项错误。碳循环在无机环境和生物群落之间是以CO2的形式进行的，生物群落内部碳循环的物质形式是含碳有机物，C项正确。导致“温室效应”的主要原因是化石燃料的燃烧排放大量CO2，森林被砍伐，绿色植被被破坏，措施是多植树造林，减少化石燃料燃烧，开发利用新能源，所以人类减少对化石燃料的依赖是缓解温室效应的重要措施，D项正确。\n知识点1．参与生物富集的物质人类活动向环境中排放的有害物质，包括重金属以及人工合成的有机化合物等。2．生物富集的原因进入生物体内的有害物质，形成稳定的化合物，不易被生物体分解或排出，从而积蓄在体内。生物富集\n3．生物富集的途径(1)通过大气沉降在土壤和植被表面，从而被植物吸收而富集。(2)通过降雨进入水体从而被动植物吸收而富集。(3)通过生物的迁移运动而富集。4．生物富集的特点(1)在食物链中随营养级升高而积累。(2)具有全球性。\n知识贴士(1)生物富集的对象一般是有害重金属元素和某些人工合成的难以降解的化合物。(2)生物富集现象并不意味着这些元素和化合物不能循环，只是原有的平衡被打破。(3)生物富集的结果是这些有害元素或化合物在机体内的浓度超过环境浓度。\n某探究性小组对学校附近鱼塘中5种不同的生物进行了研究，其研究结果见下表。请据表判断，下列叙述正确的是()典例2典例剖析代表字母生物种类消化道内食物千克体重汞含量A鲇鱼小鱼78B河蚌水蚤、小球藻25C小球藻/3D小鱼水蚤10E水蚤小球藻5\nA．鱼塘中A、B、C、D、E的总和就是一个生态系统，河蚌与小鱼之间是竞争关系B．5种生物形成了3条食物链，其中最长的一条食物链是C→E→D→AC．农田中的化肥被雨水冲入池塘后，会使小球藻等浮游植物快速、大量繁殖，从而使水蚤、河蚌、鱼的数量增多D．5种生物中，小球藻所含的能量最少，鲇鱼富集的重金属最多答案：B\n解析：[C]小球藻是生产者，[A]鲇鱼、[B]河蚌、[D]小鱼、[E]水蚤都是动物，属于消费者，其中无分解者和非生物成分，所以鱼塘中A、B、C、D、E的总和不是一个生态系统，A项错误。5种生物形成的食物链为：[C]小球藻→[E]水蚤→[D]小鱼→[A]鲇鱼，[C]小球藻→[E]水蚤→[B]河蚌，[C]小球藻→[B]河蚌，共3条食物链。营养级越多，食物链越长，其中最长的一条食物链是C→E→D→A，B项正确。农田中的化肥被雨水冲入池塘后，会使池塘生态系统富营养化，水体溶氧量降低，水质恶化，从而使水蚤、河蚌、鱼的数量减少，C项错误。能量在沿着食物链流动的过程中是逐级递减的，该鱼塘中，小球藻所含的能量最多；在生态系统中，重金属在食物链中随着营养级的升高有富集现象，所处营养级越高的生物积累的重金属越多，在这5种生物中，鲇鱼所处的营养级最高，所以鲇鱼富集的重金属最多，D项错误。\n变式训练D\n解析：有毒物质沿食物链逐级积累，所处营养级越低的生物有毒物质积累越少，所处营养级越高的生物有毒物质积累越多。从表格中可以看出，各种生物体内残留的重金属铅浓度(×10－6)从少到多依次是A(0.05)、E(0.50)、C(0.56)、B(7)、D(58)。其中E和C的重金属铅浓度差不多，可能所处营养级相同，因此这几种生物最可能构成的食物链是ACBDE。\n知识点1．能量流动、物质循环与生物富集的关系能量流动、物质循环和生物富集的关系\n\n2.能量流动、物质循环与生物富集的关系图解\n下列关于物质循环、能量流动和生物富集的说法，错误的是()A．物质是能量流动的载体，能量是物质循环和生物富集的动力B．生物圈不需要从外界获得任何物质补给，就能长期维持其正常功能C．食物链和食物网是能量流动、物质循环和生物富集的渠道D．仅通过绿色植物的光合作用，就可完成生态系统的碳循环典例3典例剖析D\n解析：生态系统中，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，使物质在生物群落与非生物环境之间往复循环，使不易分解的物质沿食物链(网)富集，A项正确；物质是可循环的，生物圈不需要从外界获得任何物质补给，就能长期维持其正常功能，B项正确；在生态系统中，能量流动、物质循环和生物富集均可沿着食物链和食物网进行，C项正确；通过绿色植物的光合作用、生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用等，才能完成生态系统的碳循环，D项错误。\n3．环境中的汞、铅等重金属随食物、饮水进入生物体内后储存在脂肪、神经组织中，不容易被排出体外。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得生物体内所含某种重金属的浓度如图所示。下列相关叙述错误的是()A．所处营养级越高的生物，其体内重金属浓度越高B．乙营养级摄入的能量多于乙营养级同化的能量C．该生态系统中物质流动渠道是丙→甲→乙→丁D．DDT和重金属都可通过食物链积累变式训练C\n解析：重金属会沿食物链和食物网在生物体内富集，所处营养级越高的生物，其体内重金属浓度越高，A项正确；乙营养级摄入的能量包括同化的能量和未同化的能量，因此乙营养级摄入的能量多于乙营养级同化的能量，B项正确；该生态系统中的物质流动渠道是丁→乙→甲→丙，C项错误；DDT和重金属都可通过食物链积累，D项正确。\n指点迷津•拨云见日\n碳循环过程中生态系统组成成分的判断1．常见图示\n2．判断方法：总口诀为双向箭头先找准，多进一出是环境，一出指向生产者，具体如下：(1)在碳循环模式图中找到双向箭头，双向箭头的两侧分别是大气中的二氧化碳库和生产者(如以上图示中的A与C)。(2)在此基础上，有多个箭头指进去的那个成分是大气中的二氧化碳库(如以上图示中的C)，双向箭头的另一侧则为生产者(如以上图示中的A)。(3)除大气中的二氧化碳库外，有多个箭头指进去的是分解者(如以上图示中的B)。剩下的成分为消费者(如甲、丙两图中的D，乙图中的D、E)。\n某同学画出如下三幅表示生态系统部分碳循环的示意图。下列分析错误的是()典例4A典例剖析A．碳循环中只有生产者与非生物环境之间的传递是双向的，所以三幅图中生产者都是AB．图1中C能促进生态系统的物质循环和能量流动C．图2中A、B、D、E构成群落，碳在其中流动的形式是有机物D．若使图1、图2、图3完整表示碳循环，需要补充化石燃料燃烧产生二氧化碳\n解析：在碳循环过程中，生产者与大气中二氧化碳库之间的传递是双向的，而其他生物只能通过呼吸作用向大气中释放二氧化碳，由此可知，图1～图3中属于生产者的分别是A、A、E，A项错误；图1中C为消费者，能促进生态系统的物质循环和能量流动，B项正确；图2中A为生产者，B和D为消费者，E是分解者，它们共同构成生物群落，在生物群落内部碳以有机物的形式流动，C项正确；题干所示三幅图中均没有涉及化石燃料的燃烧过程，要表示完整的碳循环，应增加化石燃料的燃烧过程，D项正确。\n解疑答惑问题探讨⇨P611．提示：荒漠地区相对干燥，极度炎热的环境很难滋生各种微生物，所以胡杨死亡后，很长时间都没有腐烂。2．提示：荒漠与草原相比，首先气候干燥，土壤中不容易滋生微生物，其次，胡杨代谢会产生一种叫“胡桃醌”的产物，进入土壤后对其他植物有很强的杀灭作用，致使胡杨周围没有其他植物生长，由于土壤中没有植物的残枝败叶和微生物的活动，长有胡杨的荒漠土壤一般比草原贫瘠。\n思考讨论⇨P611．提示：碳在非生物环境中以CO2、碳酸盐等形式存在；在生物体内主要以含碳有机物形式存在。2．提示：如下图所示：\n3．提示：随着社会的发展，人类活动对碳循环的影响越来越大。大量化石燃料的燃烧增加了CO2的排放量，森林砍伐、草原开垦等活动减少了CO2的吸收，再加上大气CO2增加导致的气候变化反馈过程，进一步影响了碳循环，碳循环的平衡很难维持。为维持碳循环的平衡，要控制人类活动，使人类减少碳的排放，增加碳的吸收，具体措施：大力植树造林，增加植被覆盖率，加大对大气中CO2的吸收，同时，改进能源结构，开发新能源，减少化石燃料的使用量，减少CO2的排放量，从而得到大气中CO2平衡。\n探究实践⇨P65(1)一般思路：提出问题→作出假设→设计实验方案→进行实验→分析结果，得出结论→表达和交流(2)设计实验时应注意以下几点：①找准自变量，确立好实验组和对照组，实验组是接受自变量处理的组别，对照组是未接受自变量处理的组别。②控制好无关变量，无关变量的控制应该注意取材的统一性，分组的随机性，编号的规范性，培养条件的一致性等。③确定好因变量(或观测指标)，观测指标的确定要具有可行性、可操作性。\n练习与应用⇨P67一、概念检测1．(1)√(2)×解析：物质循环和能量流动同时进行，相互依存，不可分割。2．(1)C解析：大熊猫依赖肠道中多种纤维素分解菌分解纤维素；大熊猫肠道中的纤维素是纤维素分解菌的能源物质和碳源，所以两者的种间关系为互利共生。(2)D解析：纤维素分解菌以纤维素作为碳源和能源物质，不是从大熊猫体内获得能量。3．D解析：二氧化碳进入生物群落主要是通过绿色植物的光合作用。\n二、拓展应用1．是。因为生物圈是指地球上所有生物与其非生物环境的总和，通过物质循环构成一个在物质上自给自足的系统。2．农田是人工生态系统，以提高农作物的产量和效益，使能量更多地流向人类，满足人类的需要为目的。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。3．AB、CD、E因为Hg、Pb、Cd都属于重金属物质，随营养级升高，重金属物质的含量也会增多。\n训练巩固•课堂达标\n1．下列是根据下图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，其中正确的是()A．碳元素在生物群落内部主要以CO2的形式传递B．参与③过程的生物包括生产者、消费者和分解者C．③过程增强后，②过程随之增强，不能通过增强③减少大气中的CO2D．开发太阳能、水能、核能等能源，可减少人类对①过程的依赖D\n解析：碳元素在生物群落内部主要以含碳有机物的形式传递，A项错误；参与③过程的生物是生产者，B项错误；③过程增强后，能减少大气中的CO2量，但增强③过程不是减少大气中CO2量的最主要措施，C项错误。\n2．若森林生态系统受到重金属的污染，则在食物链(草→鼠→蛇→鹰)中，体内重金属含量最高的是()A．草B．鹰C．蛇D．鼠解析：物质和能量是沿着食物链和食物网流动的，重金属能够沿着食物链积累。所处营养级越高的生物(越靠近食物链的末端)，体内所积累的重金属越多(富集)。在食物链草→鼠→蛇→鹰中，鹰所处营养级最高，所以它的体内重金属含量最高。B\n3．为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂，下列各项构成了一个实验设计，其中不符合实验目的的步骤是()A．可选择带有落叶的土壤为实验材料，筛选出落叶和土壤B．落叶平均分成两份，把土壤也平均分成两份C．将灭菌的落叶设为实验组，不做处理的落叶设为对照组D．将落叶分别埋入两组土壤中，观察腐烂情况C\n解析：分解落叶的微生物往往在含有落叶的土壤中较多，所以可选择带有落叶的土壤为实验材料，筛出落叶和土壤，A项不符合题意；由实验目的可知，实验分两组，一组为实验组，一组为对照组，所以要将落叶平均分成两份，把土壤也平均分成两份，B项不符合题意；应将灭菌的土壤设为实验组，不做处理的土壤设为对照组，C项符合题意；将落叶分别埋入两组土壤中，观察腐烂情况，D项不符合题意。\n4．(不定项选择)下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。下列相关叙述错误的是()A．若M表示大气中的CO2库，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库，则碳元素可在生物群落中反复循环利用D．若M表示非生物环境中的能量，则①的能量值为②与③对应的能量值之和BCD\n解析：碳元素在生物群落中是以含碳有机物的形式传递的，A项正确。能量流动是单向的，不能循环，B项错误。碳循环是指碳元素在生物群落和非生物环境之间反复循环，而不是在生物群落的内部循环，C项错误。①代表的是生态系统固定的总能量，②代表的是生产者呼吸作用散失的能量，③代表的是分解者分解作用散失的能量，①的能量值大于②与③对应的能量值之和，D项错误。\n5．下图甲是某生态系统碳循环的示意图，图乙表示该生态系统部分种群的食物关系。请据图分析回答下列问题：\n(1)图甲中属于生物群落的是________________(填字母)。(2)图乙中d和c的种间关系是______。若a固定的能量不变，d减少，则b可利用的能量______。(3)图乙中a同化的能量除呼吸消耗外，其余的能量用于自身的__________________。(4)据图提出两项实现“低碳”、缓解温室效应的关键措施：____________________；__________________________________________________________________。A、B、C、D竞争增加生长、发育和繁殖减少化石燃料的使用植树造林，增加植被(或开发水能、太阳能等新能源)(答案合理即可)\n解析：(1)由题图可推知，A为生产者，B为分解者，C、D为消费者，E为无机环境中的CO2库，所以属于生物群落的有A、B、C、D。(2)图乙中，d和c都以e为食，属于竞争关系；a以d、c为食，若a固定的能量不变，d减少，必然要从c获取更多的能量，从而使b的竞争者减少，可利用的能量增加。(3)A同化的能量用于自身的呼吸作用和自身的生长、发育和繁殖。(4)一方面通过减少化石燃料的燃烧、开发新能源来减少向大气中排放二氧化碳，另一方面可通过增加植被来增强对二氧化碳的吸收，从而缓解温室效应。