1、第3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)學習目標素養(yǎng)定位1.概述生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過程2.通過分析生物富集的過程,說明生物富集的危害,認同應采取措施減少危害3.說明能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系4.嘗試探究土壤微生物的分解作用1.通過分析碳循環(huán)的過程,構(gòu)建概念模型,概述生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。(科學思維)2.通過比較生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程,說明兩者的關(guān)系。(科學思維)3.根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的規(guī)律,為科學、有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源等提出有價值的建議和措施。(社會責任)4.通過對案例的分析討論,闡明生物富集的成因和危害,并提出科學的防治建議。(社會責任)一、碳循環(huán)1.碳循環(huán)的過程圖解圖中:光合作用,呼吸作用,

2、消費者,呼吸作用,分解作用。2.物質(zhì)循環(huán)(1)概念:組成生物體的碳、氫、氧、氮、磷、硫等元素,都在不斷進行著從非生物環(huán)境到生物群落,又從生物群落到非生物環(huán)境的循環(huán)過程。(2)特點。全球性:物質(zhì)循環(huán)中所說的生態(tài)系統(tǒng)指的是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)生物圈,因此又叫生物地球化學循環(huán)。物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)往復運動。3.溫室效應(1)形成原因:化石燃料的開采和使用,大大增加了二氧化碳的排放,加劇了溫室效應。(2)危害:引起全球性的氣候變化。(3)我國采取措施:減少二氧化碳排放和大力植樹種草,提高森林覆蓋率。二、生物富集1.概念生物體從周圍環(huán)境吸收、積蓄某種元素或難以降解的化合物,使其在機體內(nèi)濃度超過環(huán)境濃度的

3、現(xiàn)象。2.特點(1)沿著食物鏈逐漸在生物體內(nèi)聚集,最終積累在食物鏈的頂端。(2)具有全球性。三、能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系1.區(qū)別(1)物質(zhì)循環(huán)具有全球性和循環(huán)性的特點。(2)能量流動是逐級遞減的,是單方向不循環(huán)的。2.聯(lián)系(1)二者同時進行,彼此相互依存,不可分割。(2)物質(zhì)作為能量的載體,使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動;能量作為動力 ,使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往返。四、探究土壤微生物的分解作用1.實驗原理(1)土壤中存在種類、數(shù)目繁多的細菌、真菌等微生物,它們在生態(tài)系統(tǒng)中的成分為分解者。(2)分解者的作用是將環(huán)境中的有機物分解為無機物,其分解速度與環(huán)境中的溫度、水分等生態(tài)因

4、子相關(guān)。2.實驗方案項目案例1案例2實驗假設(shè)土壤微生物能分解落葉使之腐爛土壤微生物能分解 淀粉實驗設(shè)計實驗組對土壤進行處理(如將土壤用塑料袋包好,放在60 恒溫箱中處理1 h)A燒杯中加入30 mL土壤浸出液+淀粉糊對照組對土壤不做處理(自然狀態(tài))B燒杯中加入30 mL蒸餾水+與A等量的淀粉糊自變量土壤中是否含有微生物是否加土壤浸出液實驗現(xiàn)象在相同時間內(nèi)實驗組落葉腐爛程度小于對照組AA1不變藍A2產(chǎn)生磚紅色沉淀BB1變藍B2不產(chǎn)生磚紅色沉淀結(jié)論分析微生物對落葉有分解作用土壤微生物能分解淀粉(1)參與物質(zhì)循環(huán)的對象是含有碳的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物。()提示:參與物質(zhì)循環(huán)的對象是組成生物體的化

5、學元素。(2)由于過度地開采和使用化石燃料,破壞了生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡,導致大氣中二氧化碳濃度增加并引起全球氣候變化。()(3)海洋對于調(diào)節(jié)大氣中的碳含量起著非常重要的作用。()(4)生物圈是一個在物質(zhì)和能量上自給自足的系統(tǒng)。()提示:生物圈是一個在物質(zhì)上自給自足的系統(tǒng),需要從系統(tǒng)外不斷補充能量。(5)營養(yǎng)級越高的生物種群體內(nèi)積累的有毒物質(zhì)越多。()探究一碳循環(huán)資料1:生態(tài)系統(tǒng)需要保持穩(wěn)定、不斷運轉(zhuǎn),就要不斷有能量輸入,對于生物圈來說,源源不斷的太陽能為它提供了能量,但是生物圈中的物質(zhì)卻只能來自地球。問題(1):生態(tài)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中,億萬年來生物圈中的物質(zhì)并沒有顯著減少或消耗,這是為什么呢?提示:物

6、質(zhì)是不斷循環(huán)的。資料2:二氧化碳能溶于水,因此可在大氣和海洋、河流之間進行交換。此外,碳還可以長期固定或保存在非生命系統(tǒng)中,如固定于煤、石油或木材中。人類通過對煤和石油等的利用,向大氣中排放了大量的二氧化碳。根據(jù)上述信息回答下列問題:問題(2):碳元素在生物體內(nèi)、大氣、水圈中分別主要以什么形式存在?提示:碳在生物體內(nèi)主要以有機物的形式存在;碳在非生物環(huán)境中主要以二氧化碳的形式存在于大氣中和溶解于水中。問題(3):碳元素是如何進入生物群落的?在大氣圈和生物群落之間以什么形式循環(huán)?提示:碳通過生產(chǎn)者的光合作用或化能合成作用進入生物群落;以CO2的形式循環(huán)。問題(4):碳返回大氣圈的途徑有哪些?提示

7、:生產(chǎn)者、消費者的呼吸作用;分解者的分解作用,實質(zhì)也是呼吸作用;化石燃料的燃燒。資料3:有機磷農(nóng)藥能引起人體神經(jīng)中毒癥狀,使用后殘留嚴重且難以降解。近年來在非農(nóng)業(yè)主生產(chǎn)區(qū),甚至在鮮有人類活動的地區(qū)的生物體內(nèi),發(fā)現(xiàn)了有機磷農(nóng)藥的存在。問題(5):根據(jù)上述資料總結(jié)出物質(zhì)循環(huán)的特點。提示:物質(zhì)循環(huán)具有全球性。1.碳循環(huán)及存在形式(1)在大氣中:主要以CO2的形式存在。(2)在生物群落內(nèi)部:主要以含碳有機物的形式傳遞。(3)在生物群落和非生物環(huán)境之間:主要是以CO2的形式循環(huán)。(4)碳進入生物群落的途徑:生產(chǎn)者的光合作用或化能合成作用。(5)碳返回非生物環(huán)境的途徑:生產(chǎn)者、消費者的呼吸作用;分解者的分

8、解作用;化石燃料的燃燒。2.溫室效應(1)打破碳循環(huán)平衡的活動及平衡被打破后導致的后果。打破碳循環(huán)平衡的活動有化石燃料的大量燃燒,增加了二氧化碳的排放量;森林、草原等植被被破壞,減少了二氧化碳的吸收量。平衡被打破后會產(chǎn)生溫室效應,導致氣溫升高,加快冰川的融化,導致海平面上升,進而對陸地生態(tài)系統(tǒng)和人類的生存構(gòu)成威脅。(2)減緩溫室效應的措施。減少化石燃料的燃燒、開發(fā)新能源減少二氧化碳的排放量。大力植樹種草,提高森林覆蓋率,增加二氧化碳的吸收量。1.如圖是生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)示意圖,其中甲丁代表生態(tài)系統(tǒng)的組成成分,代表碳元素在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)的途徑。下列說法錯誤的是(B)A.海洋對于調(diào)節(jié)甲中的碳含量起重

9、要作用B.碳在乙、丙之間主要以CO2的形式進行傳遞C.和過程實質(zhì)上都是有機物的氧化分解D.過程加劇了溫室效應,引起全球性氣候變化解析:題圖中多箭頭指向甲,甲為大氣中的CO2庫,海水中溶解著大量的CO2,海洋生態(tài)系統(tǒng)中存在大量浮游植物,淺海區(qū)還有大量藻類,這些植物光合作用吸收CO2,呼吸作用釋放CO2,勢必對大氣中CO2起調(diào)節(jié)作用;乙為生產(chǎn)者,丙為消費者,碳在乙、丙之間主要以含碳有機物的形式進行傳遞;是呼吸作用,是分解者的分解作用,實質(zhì)上都是有機物的氧化分解;是化石燃料的燃燒,加劇了溫室效應,引起全球性氣候變化。 “三看法”快速確認碳循環(huán)的各環(huán)節(jié)2.下列有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)的敘述中,不正確的是

10、(D)A.“物質(zhì)”是組成生物體的C、H、O、N、P、S等元素B.“生態(tài)系統(tǒng)”是指生物圈C.“循環(huán)”是指物質(zhì)在生物群落與非生物環(huán)境之間反復出現(xiàn)、循環(huán)流動D.由于生物營養(yǎng)級越高得到的能量越少,故物質(zhì)在循環(huán)過程中是不斷遞減的解析:生態(tài)系統(tǒng)的能量是單向流動、逐級遞減的,故生物營養(yǎng)級越高得到的能量就越少,但物質(zhì)在循環(huán)過程中是循環(huán)往復的,是不變的。探究二生物富集及能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系活動1:觀察水體和多種水生生物體內(nèi)的鉛濃度示意圖,回答以下問題。問題(1):據(jù)圖分析,可得出什么結(jié)果?出現(xiàn)這種結(jié)果的原因是什么?提示:鉛在生物體內(nèi)的濃度超過水體濃度且鉛在生物體內(nèi)的濃度沿食物鏈不斷升高。生物體從水體中吸收、

11、積蓄鉛,鉛在生物體內(nèi)形成比較穩(wěn)定的化合物,且不易排出,沿著食物鏈逐漸在生物體內(nèi)聚集,最終積累在食物鏈的頂端。資料:南極人跡罕見,無殺蟲劑DDT的使用,但據(jù)科考人員調(diào)查,在南極企鵝體內(nèi)卻發(fā)現(xiàn)了殺蟲劑DDT。問題(2):根據(jù)資料分析南極企鵝體內(nèi)出現(xiàn)DDT的原因并總結(jié)生物富集的特點。提示:有害物質(zhì)DDT可以通過大氣、水和生物遷移等途徑擴散到南極,進而通過食物鏈(網(wǎng))進入企鵝體內(nèi);生物富集具有全球性。問題(3):通過資料及生活經(jīng)驗總結(jié)參與生物富集的物質(zhì)有哪些。提示:重金屬,如鉛、鎘、汞等;人工合成的有機化合物,如DDT、六六六等。活動2:閱讀課本P65,回答以下問題:問題(4):生物群落內(nèi)的能量流動能

12、不能離開物質(zhì)的循環(huán)?為什么?能夠說明什么?提示:不能。因為生物群落內(nèi)的能量流動是以有機物的形式進行的,有機物是能量流動的載體。說明二者是同時進行的,彼此相互依存,不可分割;能量的固定、儲存、轉(zhuǎn)移和釋放,都離不開物質(zhì)的合成和分解等過程,物質(zhì)作為能量的載體,使能量沿著食物鏈流動;能量作為動力,使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往返。辨析生物富集與水體的富營養(yǎng)化生物富集和水體的富營養(yǎng)化是兩個不同的現(xiàn)象,水體的富營養(yǎng)化是指由于水體中N、P等植物必需的礦質(zhì)元素含量過多,導致藻類植物等大量繁殖,水體溶解氧含量下降,水質(zhì)惡化,魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。淡水中引起的稱水華,海水中引起的稱赤潮。

13、而生物富集強調(diào)的是生物體從周圍環(huán)境吸收、積蓄某種元素或難以降解的化合物,使其在機體內(nèi)濃度超過環(huán)境濃度的現(xiàn)象。3.對一個受到輕度農(nóng)藥污染的湖泊進行調(diào)查,測量得到該湖泊內(nèi)具有食物鏈關(guān)系的甲、乙、丙、丁4個種群所同化的總能量如下表,下列說法中不正確的一項是(D)生物種群甲乙丙丁能量(kJ)1.31082.81092.91079.8107A.在這四個種群中,甲和丁屬于種間競爭關(guān)系B.除乙種群外,其他3個種群的同化作用類型都屬于異養(yǎng)型C.按照生物富集原理,丙種群體內(nèi)的農(nóng)藥殘留量是最多的D.從4個種群的營養(yǎng)關(guān)系上看,它們之間只能形成一條食物鏈解析: 從各生物同化的能量可知,甲與丁相當,4個種群構(gòu)成了兩條食

14、物鏈:乙甲丙、乙丁丙,甲和丁都以乙為食,是種間競爭關(guān)系;乙是生產(chǎn)者,屬于自養(yǎng)型生物,其他3個種群均為消費者,其同化作用類型都屬于異養(yǎng)型;按照生物富集原理,營養(yǎng)級越高農(nóng)藥殘留量就越多,因此丙的農(nóng)藥殘留量最多;4個種群構(gòu)成了兩條食物鏈。4.分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系簡圖,不能得到的結(jié)論是(C)A.物質(zhì)作為能量的載體,使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動B.能量作為動力,使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往復C.能量的總和便是生產(chǎn)者所固定的太陽能D.碳在生物群落和非生物環(huán)境之間的循環(huán)主要是以CO2 的形式進行的解析:生產(chǎn)者所固定的太陽能總量是指生產(chǎn)者總的同化量,的總和是生態(tài)系統(tǒng)散失的總

15、能量,但的總和不是全部留在生態(tài)系統(tǒng)中的能量,還應包括留在生物體內(nèi)的能量,故能量的總和不等于生產(chǎn)者固定的太陽能。 生活情境兩位同學在觀看有關(guān)恐龍的影片時,甲同學提出:“我體內(nèi)的能量中可能有遠古恐龍體內(nèi)的能量”,乙同學也提出:“我體內(nèi)的物質(zhì)可能有遠古恐龍體內(nèi)的物質(zhì)?！碧骄?這兩位同學的說法對嗎?分析原因。提示:甲同學的說法錯誤,乙同學的說法正確。因為能量是單向流動的,不能循環(huán)利用,而物質(zhì)是可以循環(huán)利用的。課堂小結(jié)隨堂檢測1.下圖為部分碳循環(huán)示意圖,有關(guān)敘述正確的是(D)A.圖中由生產(chǎn)者、和構(gòu)成的食物鏈中,能量最少的是B.生產(chǎn)者為第一營養(yǎng)級,過程所含能量之和為生產(chǎn)者固定的總能量C.根瘤菌與豆科植物互

16、利共生時,其生命活動所需的有機碳來自過程D.過程主要以CO2 的形式進行,過程以有機物的形式進行解析:和生產(chǎn)者之間有來回雙箭頭,為大氣中的CO2 庫,是分解者,二者不能參與食物鏈的構(gòu)成;生產(chǎn)者同化的能量為光合作用固定的能量,即過程所含的能量;根瘤菌與豆科植物互利共生時,其生命活動所需的有機碳來自豆科植物的光合作用,即過程。2.含鉛汽油的燃燒、對鉛的開采及提取等人類活動都可以增加大氣和土壤中的鉛含量。植物能吸收含鉛物質(zhì),動物通過取食植物而在體內(nèi)累積鉛。鉛在人體內(nèi)聚集和濃縮可引發(fā)智力障礙、神經(jīng)麻痹甚至死亡。下列說法中錯誤的是(A)A.營養(yǎng)級越高的生物,其體內(nèi)鉛含量越少B.鉛可以在生物群落和非生物環(huán)

17、境之間循環(huán)C.加大清潔能源利用可減少大氣中鉛的來源D.可采用生物吸收等方法對鉛進行集中處理解析:能量流動沿著食物鏈(網(wǎng))進行,由于生物富集,營養(yǎng)級越高,生物體內(nèi)鉛的濃度也越高;鉛作為一種元素,可以在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán);加大清潔能源利用可減少含鉛汽油的利用,進而減少大氣中鉛的來源;可采用生物吸收等方法對鉛進行集中處理。3.某興趣小組以帶有落葉的表層土壤(深5 cm左右)為實驗材料,研究土壤微生物在適宜溫度下的分解作用,對土壤處理情況如表所示。下列有關(guān)敘述不正確的是( B)項目1組2組3組4組土壤處理滅菌不滅菌滅菌不滅菌土壤濕度濕潤濕潤較干燥較干燥A.該實驗能探究不同土壤濕度條件下,土壤

18、微生物對落葉的分解作用B.該實驗的自變量為土壤是否滅菌,因變量是土壤的濕度C.為了控制實驗中的無關(guān)變量,作為實驗材料的落葉也應進行滅菌處理D.預期結(jié)論是1、3組的落葉不被分解,2、4組中的落葉被不同程度分解解析:該實驗的自變量是土壤濕度和是否滅菌,因變量是落葉分解程度。4.為積極應對全球氣候變化,我國政府在2020年的聯(lián)合國大會上宣布,中國力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰(CO2排放量達到峰值),在2060年前實現(xiàn)碳中和(CO2排放量與減少量相等) ,這是中國向全世界的鄭重承諾,彰顯了大國責任。下圖是某自然生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)示意圖,其中a、b、c、d構(gòu)成生物群落?；卮鹣铝袉栴}:(1)在生態(tài)系統(tǒng)中,碳元素在生