生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

第3節(jié)第三章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性本節(jié)聚焦生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過(guò)程是怎樣的？01怎樣理解生物富集的成因和危害？0203物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的關(guān)系是怎樣的？【問(wèn)題探討】

荒漠中缺乏水分，分解者數(shù)量很少討論:

1.胡楊死亡后，為什么很長(zhǎng)時(shí)間都沒(méi)有腐爛？胡楊能抗干旱、御風(fēng)沙、耐鹽堿，可頑強(qiáng)地在荒漠中生存繁衍。然而，受水資源短缺的影響，一些遠(yuǎn)離水源的胡楊也難逃死亡的厄運(yùn)。這些死亡的胡楊雖歷經(jīng)烈日和荒漠的摧殘，卻依然傲立于大漠，其枝干往往呈現(xiàn)出千姿百態(tài)的奇特造型。2.有研究表明，長(zhǎng)有胡楊的荒漠土壤一般比草原的貧瘠，這是為什么？枯枝落葉少，物質(zhì)循環(huán)慢任務(wù)一：分析碳循環(huán)的過(guò)程資料

二氧化碳能溶于水，因此可在大氣和海洋、河流之間進(jìn)行交換。此外，碳還可以長(zhǎng)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(lèi)對(duì)煤和石油等能源的利用，向大氣中排放了大量的二氧化碳。討論：1.碳在非生物環(huán)境和生物體內(nèi)分別以什么形式存在?2.碳是如何進(jìn)出生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者的?3.嘗試構(gòu)建碳循環(huán)的模型。煤、石油碳的存在形式：生物群落中的有機(jī)物煤、石油②在生物群落中主要是有機(jī)物的形式①在非生物環(huán)境中主要是CO2的形式大氣中的二氧化碳庫(kù)1.碳在非生物環(huán)境和生物體內(nèi)分別以什么形式存在？2.碳是如何分別進(jìn)出生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者各個(gè)環(huán)節(jié)(以什么形式、通過(guò)哪些生命活動(dòng)、形成哪些產(chǎn)物等)？光合作用呼吸作用溶解光合作用生產(chǎn)者(2)呼吸作用:將有機(jī)物分解為二氧化碳。(1)光合作用等:將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物。大氣中的二氧化碳庫(kù)大氣中的二氧化碳庫(kù)呼吸作用攝食消費(fèi)者(2)呼吸作用等:將有機(jī)物分解為二氧化碳。(1)攝食等：將前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為自身的有機(jī)物。2.碳是如何分別進(jìn)出生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者各個(gè)環(huán)節(jié)(以什么形式、通過(guò)哪些生命活動(dòng)、形成哪些產(chǎn)物等)？2.碳是如何分別進(jìn)出生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者各個(gè)環(huán)節(jié)(以什么形式、通過(guò)哪些生命活動(dòng)、形成哪些產(chǎn)物等)？大氣中的二氧化碳庫(kù)分解者(2)微生物的分解作用等：將有機(jī)物分解為二氧化碳。(1)食腐、腐生等:將現(xiàn)成有機(jī)物轉(zhuǎn)化為自身有機(jī)物。分解者微生物的分解作用2.碳是如何分別進(jìn)出生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者各個(gè)環(huán)節(jié)(以什么形式、通過(guò)哪些生命活動(dòng)、形成哪些產(chǎn)物等)？煤、石油水體中的HCO3-等巖石中的CaCO3等（1）CO2與HCO3-的相互轉(zhuǎn)化；（2）CaCO3與HCO3-的相互轉(zhuǎn)化；（3）煤、石油等化石燃料的開(kāi)采與使用。將有機(jī)物分解為二氧化碳等。其他途徑大氣中的二氧化碳庫(kù)3.結(jié)合教材圖3－10，用關(guān)鍵詞、線(xiàn)段、箭頭等完善碳循環(huán)的過(guò)程。遺體和排出物攝食燃燒生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者化石燃料呼吸作用呼吸作用光合作用大氣中的CO2庫(kù)分解作用非生物環(huán)境生物群落水圈中的CO2庫(kù)非生物環(huán)境（CO2）生物群落（有機(jī)物）光合作用、化能合成作用呼吸作用、分解作用4.根據(jù)碳循環(huán)過(guò)程思考并回答下列問(wèn)題。(2)進(jìn)入生物群落的途徑：(3)碳在生物群落內(nèi)傳遞的途徑：食物鏈（網(wǎng)）生產(chǎn)者的光合作用、化能合成作用(1)流動(dòng)形式①生物群落與非生物環(huán)境間：CO2②生物群落內(nèi)部：含碳有機(jī)物二氧化碳(5)碳循環(huán)的形式：(4)碳返回非生物環(huán)境的途徑：②分解者的分解作用①生產(chǎn)者、消費(fèi)者的呼吸作用③化石燃料的燃燒引起

溫室效應(yīng)5.以碳循環(huán)為例概括物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)。

物質(zhì)循環(huán)具有全球性和循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。6.化石燃料的過(guò)量使用對(duì)環(huán)境有什么影響？怎么緩解這種影響？減少煤、石油等化石燃料的燃燒開(kāi)發(fā)新的潔凈能源，如核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等植樹(shù)造林(森林碳匯)直接從空氣中捕集并封存增加碳匯減少碳排放碳匯一般是指從空氣中清除二氧化碳的過(guò)程、活動(dòng)、機(jī)制。

組成生物體的

等基本元素，在不斷進(jìn)行著從

到

，又從

的循環(huán)過(guò)程。非生物環(huán)境C、H、O、N、P、S范圍：物質(zhì)：

循環(huán)過(guò)程：特點(diǎn)：

生物圈，又叫生物地球化學(xué)循環(huán)C、H、O、N、P、S等非生物環(huán)境

生物群落循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，全球性生物群落生物群落到非生物環(huán)境2.3.應(yīng)用實(shí)例：種養(yǎng)結(jié)合-如稻田中養(yǎng)魚(yú)養(yǎng)鴨1.概念：生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)注意:1.“物質(zhì)循環(huán)”中的物質(zhì)指的是碳、氫、氧、氮、磷、硫等元素，而不是化合物或者單質(zhì)；2.“物質(zhì)循環(huán)”中的循環(huán)發(fā)生在非生物環(huán)境與生物群落之間，在生物群落內(nèi)部物質(zhì)是沿食物鏈和食物網(wǎng)單向流動(dòng)的；3.物質(zhì)循環(huán)的過(guò)程中起重要作用的生物:

生產(chǎn)者完成了物質(zhì)和能量的輸入；

分解者實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)和能量的輸出；

消費(fèi)者加快了物質(zhì)循環(huán)；1.概念:生物體從周?chē)h(huán)境吸收、積蓄某種元素或難以降解的化合物，使其在機(jī)體內(nèi)濃度超過(guò)環(huán)境濃度的現(xiàn)象。2.物質(zhì)人工合成的有機(jī)物:如DDT、六六六等。重金屬:如鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)等。3.發(fā)生生物富集的物質(zhì)的特點(diǎn):①在環(huán)境和生物體中存在形式是比較______的；②必須是生物體能夠______的且________的；③在生物代謝過(guò)程中是________________的；穩(wěn)定吸收不易被分解不易排出4.生物富集的主要途徑——______________食物鏈、食物網(wǎng)5.生物富集實(shí)例——鉛的富集煤和礦石中的鉛空氣中的鉛顆粒土壤、水體中的鉛生產(chǎn)者、浮游動(dòng)物各級(jí)消費(fèi)者燃燒冶煉降雨吸收捕食積累最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)含鉛量最高①具有全球性原因：②有害物質(zhì)在生物體內(nèi)的濃度

會(huì)沿食物鏈不斷升高魚(yú)鷹（2.5×10-5）大魚(yú)（2×10-6）小魚(yú)（5×10-7）植物（4×10-8）水（3×10-12）有害物質(zhì)在生物體內(nèi)的濃度如右圖測(cè)定結(jié)果顯示DDT濃度沿食物鏈放大了一千萬(wàn)倍6.生物富集現(xiàn)象的特點(diǎn)：思考：在農(nóng)田中大量使用的DDT殺蟲(chóng)劑，為什么會(huì)在南極的企鵝體內(nèi)檢測(cè)到?1.大氣2.水3.生物遷移等途徑擴(kuò)散到世界各地7.生物富集的危害：在生物體內(nèi)形成積累性中毒。進(jìn)入人體的甲基汞在體內(nèi)代謝緩慢，且不易排出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起中毒。通過(guò)血腦屏障進(jìn)入大腦的汞會(huì)侵害腦神經(jīng)，導(dǎo)致腦萎縮。1952年，日本5萬(wàn)多只貓集體跳海自盡2017年9月24日《水俁公約》第一屆締約國(guó)會(huì)議開(kāi)幕日本患者呼吁加強(qiáng)管控8.研究生物富集的意義

減少有害物質(zhì)在生物體內(nèi)的富集，提高水產(chǎn)品的安全性。能量流動(dòng)物質(zhì)循環(huán)范圍形式特點(diǎn)過(guò)程聯(lián)系生物群落(各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間)生物圈主要以有機(jī)物中的化學(xué)能的形式單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減全球性、循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)沿食物鏈、食物網(wǎng)單向流動(dòng)在生物群落和非生物環(huán)境之間循環(huán)往返①同時(shí)進(jìn)行，相互依存，不可分割②能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和釋放，離不開(kāi)物質(zhì)的合成和分解等過(guò)程；③物質(zhì)是能量沿食物鏈網(wǎng)流動(dòng)的載體；④能量是物質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力。光能→化學(xué)能→熱能化學(xué)元素(無(wú)機(jī)物→有機(jī)物→無(wú)機(jī)物)探究土壤微生物的分解作用秋天剛收獲的花生第二年春天從土中刨出的花生1.背景資料

土壤中生活著肉眼看不見(jiàn)的細(xì)菌、絲狀真菌和呈放射狀的放線(xiàn)菌，這些生物的數(shù)量是極其繁多的，例如一茶匙表層土就可能含有億萬(wàn)個(gè)細(xì)菌。

由于各地氣候與環(huán)境等因素不同，落葉在土壤中被分解的時(shí)間也是不同的，一般在溫暖、濕潤(rùn)的環(huán)境中需要一至數(shù)月時(shí)間。提出問(wèn)題作出假設(shè)123設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)45分析結(jié)果、得出結(jié)論表達(dá)和交流6案例1：落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎？提出問(wèn)題實(shí)驗(yàn)假設(shè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)自變量實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論分析落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎？落葉在土壤微生物的作用下可以腐爛土壤中是否含微生物對(duì)土壤高溫處理（滅菌）對(duì)土壤不做任何處理（自然狀態(tài)）相同時(shí)間內(nèi)對(duì)照組落葉腐爛，實(shí)驗(yàn)組不腐爛土壤微生物對(duì)落葉有分解作用不能加熱烘干，會(huì)導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變，可將土壤用塑料袋包好，放在60℃恒溫箱中1小時(shí)滅菌土壤進(jìn)行處理，排除土壤微生物的作用，同時(shí)要盡可能避免土壤理化性質(zhì)的改變。土壤進(jìn)行處理，排除土壤微生物的作用土壤不進(jìn)行處理，自然狀態(tài)落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎？實(shí)驗(yàn)結(jié)果：落葉未腐爛落葉腐爛案例1：落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎？紗布燒杯土壤水玻璃棒水取出碘液斐林試劑加熱（1）配制土壤浸出液淀粉碘液變藍(lán)淀粉葡萄糖產(chǎn)生磚紅色沉淀分解斐林試劑加熱1.實(shí)驗(yàn)原理：2.實(shí)驗(yàn)步驟：案例2：探究土壤微生物對(duì)淀粉的分解作用提出問(wèn)題實(shí)驗(yàn)假設(shè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)自變量實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象加入碘液A1B1加入斐林試劑，水浴加熱A2B2結(jié)論分析土壤微生物能分解淀粉嗎？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A杯中加入適量淀粉糊+30mL土壤浸出液B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸餾水不變藍(lán)變藍(lán)產(chǎn)生磚紅色沉淀不產(chǎn)生磚紅色沉淀土壤浸出液中的微生物能分解淀粉練習(xí)與應(yīng)用2.同碳元素一樣，氮在生物群落和非生物環(huán)境之間也是不斷循環(huán)的。為什么還要往農(nóng)田中不斷地施加氮肥呢?農(nóng)田是人工生態(tài)系統(tǒng)，是以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，使能量更多地流向人類(lèi)，滿(mǎn)足人類(lèi)需要為目的的。農(nóng)田土壤中氮的含量往往不足以使作物高產(chǎn)，加之農(nóng)產(chǎn)品源源不斷地自農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)輸出，其中的氮元素并不能都?xì)w還土壤，所以需要施加氮肥。這與物質(zhì)循環(huán)并不矛盾。1.生物圈是不是一個(gè)在物質(zhì)上自給自足的系統(tǒng)?為什么?是。生物圈是指地球上所有生物與其非生物環(huán)境的總和，它們通過(guò)物質(zhì)循環(huán)構(gòu)成一個(gè)物質(zhì)上自給自足的系統(tǒng)。二、拓展應(yīng)用練習(xí)與應(yīng)用3.下表為生活在某庫(kù)區(qū)水域中層的幾種魚(yú)體內(nèi)重金屬的含量(單位：

ng.g-1)。請(qǐng)據(jù)表推測(cè)這幾種魚(yú)中，草食性的魚(yú)是______，雜食性的魚(yú)是_______，肉食性的魚(yú)是_______為什么?魚(yú)的種類(lèi)ABCDEHg17.861.970.4117.0112.0Pb27.334.952.584.375.8Cd8.814.110.321.941.6D和EAB和C

這三種重金屬(Hg、Pb、Cd)會(huì)富集在魚(yú)體內(nèi)