第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

第三節(jié)

生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

生態(tài)系統(tǒng)依靠太陽(yáng)不斷地提供能量，而生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)卻都是由地球提供的。討論：為什么維持生態(tài)系統(tǒng)所需的大量物質(zhì)，例如氧、水、碳、氮和許多其他物質(zhì)，億萬(wàn)年來(lái)卻沒(méi)有被生命活動(dòng)所耗盡？物質(zhì)循環(huán)的概念什么?這里的物質(zhì)是指什么？這里的生態(tài)系統(tǒng)是指什么生態(tài)系統(tǒng)？在哪兩者之間循環(huán)？快速閱讀課本P100~101回答下列問(wèn)題：都不斷地進(jìn)行著從無(wú)機(jī)環(huán)境到生物群落，又從生物群落到無(wú)機(jī)環(huán)境的循環(huán)過(guò)程，這就是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。物質(zhì)循環(huán)的概念是什么?這里的物質(zhì)是指什么？組成生物體的C、H、O、N、P、S等元素，地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)——生物圈，其中的物質(zhì)循環(huán)帶有全球性，這種物質(zhì)循環(huán)又叫生物地球化學(xué)循環(huán)。

生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)流動(dòng)，不會(huì)消失，生物可反復(fù)利用。生物群落組成生物體的C、H、O、N等元素?zé)o機(jī)環(huán)境反復(fù)循環(huán)在哪兩者之間循環(huán)？這里的生態(tài)系統(tǒng)是指什么生態(tài)系統(tǒng)？一.碳循環(huán)

碳元素約占生物體干重的49％，碳是有機(jī)化合物的“骨架”，沒(méi)有碳就沒(méi)有生命。碳在無(wú)機(jī)環(huán)境與生物群落之間是以CO2的形式進(jìn)行循環(huán)的。碳的循環(huán)過(guò)程C循環(huán)的圖解化石燃料大氣中的CO2生產(chǎn)者分解者消費(fèi)者思考？光合作用呼吸作用分解作用呼吸作用分解作用攝食作用形成石油、天然氣等形成石油、天然氣等呼吸作用燃燒作用碳的循環(huán)過(guò)程：1、生物圈中的生產(chǎn)者——綠色植物，通過(guò)光合作用，將大氣中的CO2和H2O合成糖類(lèi)，進(jìn)一步合成脂類(lèi)和蛋白質(zhì)等有機(jī)物，使CO2中的碳成為有機(jī)物中的碳。2、含碳有機(jī)物的一部分，通過(guò)食物鏈傳遞給各級(jí)消者。3、生產(chǎn)者和消費(fèi)者通過(guò)呼吸作用，將有機(jī)物分解成CO2和H2O

，并將CO2釋放到大氣中去。4、生產(chǎn)者與消費(fèi)者的遺體，被分解者分解，分解后產(chǎn)生的CO2返回到大氣中去。5、煤、石油等化石燃料的燃燒也將大量的CO2排放到大氣中去。（1）碳在無(wú)機(jī)環(huán)境和生物群落間循環(huán)的形式：（2）碳在生物體內(nèi)的存在形式：（3）碳進(jìn)入生物體的途徑：（4）碳在生物體之間傳遞途徑：（5）碳進(jìn)入大氣的活動(dòng)：CO2有機(jī)物光合作用和化能合成作用食物鏈和食物網(wǎng)①生物的呼吸作用②分解者有分解作用③化石燃料的燃燒碳小結(jié)：大氣中二氧化碳濃度的變化年份1860196019世紀(jì)末濃度（ppm)283320375--400溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)冰川融化熱帶風(fēng)暴土地干旱城市淹沒(méi)社會(huì)熱點(diǎn)：溫室效應(yīng)1、溫室氣體：CO2過(guò)多2、CO2增多的原因化石燃料的大量燃燒森林、草原等植被的破壞3、溫室效應(yīng)的危害氣溫升高沿海城市被淹沒(méi)農(nóng)田減少，糧食減產(chǎn)4.緩解溫室效應(yīng)的措施開(kāi)發(fā)新能源增大綠化面積極地冰川加速融化（3）圖中DC過(guò)程是通過(guò)

作用實(shí)現(xiàn)的，CD過(guò)程是通過(guò)

作用實(shí)現(xiàn)的，BD過(guò)程是通過(guò)______

作用實(shí)現(xiàn)的。碳循環(huán)始終與

結(jié)合在一起。（4）生物群落中有一部分碳以_______________形式儲(chǔ)藏在地層中。碳在無(wú)機(jī)環(huán)境中以

形式存在。CDBA（1）此生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)是從[]_____

固定太陽(yáng)能開(kāi)始的。（2）碳元素在A、B、C之間的傳遞是以________形式進(jìn)行的，在生態(tài)系統(tǒng)各成分中A為

，B為

。例、右圖示生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)示意圖，A、B、C、D是生態(tài)系統(tǒng)的成分，D為大氣，請(qǐng)據(jù)圖回答：練習(xí)C生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者光合呼吸分解能量石油、煤炭等CO2等有機(jī)物（1）寫(xiě)出①②③④的生理過(guò)程及⑤產(chǎn)生CO2的方式。①__________②_________③_______________④__________⑤_______（2）碳在無(wú)機(jī)環(huán)境與生物群落之間以________形式進(jìn)行循環(huán)。（3）碳循環(huán)中最簡(jiǎn)單的循環(huán)途徑是在___________和大氣之間的循環(huán)。光合作用

呼吸作用

微生物分解作用

呼吸作用

燃燒

CO2綠色植物練習(xí)2、與自然界的碳循環(huán)關(guān)系最為密切的兩種細(xì)胞器是（）A.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體B.葉綠體和線(xiàn)粒體C.核糖體和葉綠體D.核糖體和高爾基體1、在生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中，既能使CO2進(jìn)入生物群落，又能將其釋放到大氣中的生物是（）A.分解者B.植食動(dòng)物C.肉食動(dòng)物D.綠色植物BD3、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)發(fā)生在（

）A.生物群落中

B.生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間

C.生產(chǎn)者和分解者之間D.生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間4、目前地球大氣的二氧化碳濃度增高，導(dǎo)致溫室效應(yīng)，主要原因是（

）A.

人口劇增，呼出的二氧化碳增多

B.化石燃料的燃燒和自然資源的不合理利用C.大量生物遭滅絕

D.自然因素破壞了生態(tài)穩(wěn)定5、生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)與生物群落的哪些活動(dòng)有關(guān)（）①光合作用②呼吸作用③蒸騰作用④微生物的分解作用

A.①②

B.①②④

C.①②③

D.①④DBB水循環(huán)：

水是組成生物體的重要成分，約占體重的60％～95％，體內(nèi)進(jìn)行一切生化反應(yīng)都離不開(kāi)水。地球上的水包括海洋中的水、陸地水、大氣中的水及地下水等，以汽態(tài)、液態(tài)和固態(tài)形式存在。水通過(guò)蒸發(fā)、植物的蒸騰作用上升到空氣中，又通過(guò)降雨返回地面等過(guò)程反復(fù)循環(huán)。水循環(huán)在太陽(yáng)輻射能的作用下，從海陸表面蒸發(fā)的水分，上升到大氣中。隨著大氣的運(yùn)動(dòng)和在一定的熱力條件下，水蒸汽凝結(jié)為液態(tài)水降落至地球表面。一部分降水可被植被攔截或被植物蒸騰散發(fā)。降落到地面的水可以形成地表徑流。貯于地下的水，一部分上升至地表供蒸發(fā)，一部分向深層滲透，在一定的條件下溢出成為不同形式的泉水；地表水和返回地面的地下水，最終都流入海洋或蒸發(fā)到大氣中。滲入地下的水一部分以地下徑流的形式進(jìn)入河道，成為河川徑流的一部分。氮循環(huán)：

氮元素是組成蛋白質(zhì)和核酸的重要成分。由于大氣成分的79％是氮?dú)?，所以氮最重要的?chǔ)存庫(kù)就是大氣圈，但是大多數(shù)生物又不能直接利用氮?dú)猓髿庵械牡挥斜还潭闊o(wú)機(jī)氮化合物（主要是硝酸鹽和氨）以后，才能被生物所利用。因此，氮必須經(jīng)過(guò)生物固氮作用、硝化作用、反硝化作用等才能在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境間反復(fù)循環(huán)。

氮循環(huán)氮循環(huán)的過(guò)程：1.固氮作用：根瘤菌、自生固氮菌、藍(lán)細(xì)菌等能將氮?dú)夤潭ㄉ砂睔?，在生物群落開(kāi)始循環(huán)。N2+e+H++ATPNH3+ADP+Pi固氮菌2.硝化作用

經(jīng)過(guò)固氮作用合成的氨或銨鹽難以被直接利用，而必須使它們?cè)谙趸饔弥修D(zhuǎn)化為硝酸鹽。

硝化作用過(guò)程在有氧條件下分為兩步：第一步：亞硝化細(xì)菌把氨或銨鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽第二步：硝化細(xì)菌把亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量亞硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌3.硝酸鹽被植物吸收，用于合成蛋白質(zhì)、核酸等含氮有機(jī)化合物，在生物間通過(guò)食物鏈和食物網(wǎng)流動(dòng)。這些含氮的有機(jī)化合物通過(guò)生物的新陳代謝又會(huì)使氮以代謝產(chǎn)物（尿素和尿酸）的形式重返氮的循環(huán)圈。4.氨化作用

土壤和水中的很多異養(yǎng)細(xì)菌、放線(xiàn)菌和真菌都能把這些簡(jiǎn)單的含氮有機(jī)化合物（尿素和尿酸等）在代謝活動(dòng)中轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)機(jī)化合物（氨）并把它釋放出來(lái)。這個(gè)過(guò)程就稱(chēng)為氨化作用或礦化作用。

5.反硝化作用（也稱(chēng)脫氮作用）

反硝化作用是在無(wú)氧或缺氧條件下把硝酸鹽等較復(fù)雜的含氮化合物轉(zhuǎn)化為N2和N2O等的過(guò)程。這樣分子氮如果未在固氮活動(dòng)中被重新利用則會(huì)返回大氣圈庫(kù)。反硝化作用過(guò)程在缺氧條件下分為兩步：第一步：某些細(xì)菌把硝酸鹽還原為亞硝酸鹽第二步：某些細(xì)菌把亞硝酸鹽進(jìn)一步還原N2或N2OC6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量29

氮的全球平衡破壞——水體富營(yíng)養(yǎng)化

據(jù)估計(jì)，全球每年的固氮量為92×106噸。但是，借助于反硝化作用，全球的產(chǎn)氮量只有83×106噸。兩個(gè)過(guò)程的差額為9×106噸，這種不平衡主要是由工業(yè)固氮量的日益增長(zhǎng)所引起的。

人工固氮對(duì)于養(yǎng)活世界上不斷增加的人口作了重大貢獻(xiàn)，但同時(shí)，大量含氮化合物進(jìn)入土壤和流入池塘、湖泊、河流、海灣，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，藻類(lèi)和藍(lán)細(xì)菌種群大爆發(fā)，其尸體分解過(guò)程中大量掠奪其他生物所必須的氧，造成魚(yú)類(lèi)、貝類(lèi)大規(guī)模死亡。海洋和海灣的富營(yíng)養(yǎng)化稱(chēng)為赤潮，某些赤潮藻類(lèi)還形成毒素，引起如記憶喪失、腎臟和肝臟的疾病。一般來(lái)說(shuō)，氮污染使土壤和水體的生物多樣性下降。人類(lèi)從合成氮肥中獲得巨大好處，但沒(méi)有預(yù)見(jiàn)其對(duì)于環(huán)境的不良后果。即使到現(xiàn)在，人類(lèi)對(duì)于這些不良后果的注意仍然不足，遠(yuǎn)不如對(duì)大氣CO2上升的關(guān)注。硫循環(huán)

硫是蛋白質(zhì)和某些氨基酸的重要組分，雖然少數(shù)生物可以從氨基酸（有機(jī)硫）中獲得它們所需要的硫，但大多數(shù)生物都是從無(wú)機(jī)的硫酸鹽中獲得它們所需要的硫。硫循環(huán)明顯的特點(diǎn)是，它有一個(gè)長(zhǎng)期的沉積階段和一個(gè)較短的氣體型循環(huán)階段，因?yàn)楹虻幕衔镏校劝蛩徜^、硫酸鉛、硫化銅等難溶的鹽類(lèi)，也有氣態(tài)的二氧化硫和硫化氫。①硫的釋放多種生物地球化學(xué)過(guò)程可將硫釋放到大氣中；·火山噴發(fā)可以帶出大量的硫化氫氣體·巖體風(fēng)化，該途徑產(chǎn)生的硫酸鹽將進(jìn)入水中。·海水飛沫形成的氣溶膠硫循環(huán)的主要過(guò)程為：·

硫化細(xì)菌通過(guò)化能合成作用能把硫化氫、硫化亞鐵等氧化為硫，并再將硫氧化為硫酸鹽。2H2S＋O2→2H2O＋2S+能量2S＋3O2＋2H2O→2H2SO4+能量2FeS2＋7O2＋2H2O→2FeSO4＋2H2SO4+能量②巖石圈、水圈→生物群落和氮循環(huán)類(lèi)似，植物根系吸收硫酸鹽用于合成氨基酸、蛋白質(zhì)等有機(jī)物，硫元素就開(kāi)始在生物群落循環(huán)，最后由尸體和排泄物脫離，大部分此類(lèi)物質(zhì)被分解者分解，少部分形成化石燃料。③重新沉積分解者將含硫有機(jī)物分解為硫酸鹽和硫化物后，這些硫化物將按①過(guò)程重新開(kāi)始循環(huán)前面途徑產(chǎn)生的硫酸鹽大部分將進(jìn)入水體?；鹕絿姲l(fā)等途徑形成的氣態(tài)含硫化合物將隨降雨進(jìn)入土壤和水體，但大部分的硫直接進(jìn)入海洋，并在海里永遠(yuǎn)沉積無(wú)法連續(xù)循環(huán)。只有少部分在生物群落循環(huán)。酸雨會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)廣泛的危害，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，如:腐蝕建筑物和工業(yè)設(shè)備；破壞露天的文物古跡；損壞植物葉面，導(dǎo)致森林死亡；使湖泊中魚(yú)蝦死亡；破壞土壤成分，使農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡；飲用酸化物造成的地下水，對(duì)人體有害?；剂系牟煌耆紵墒苟趸蜻M(jìn)入大氣圈，這是大氣遭受污染的一個(gè)主要原因。大氣中的氧化硫、二氧化硫和元素硫可被進(jìn)一步氧化形成三氧化硫，它與水結(jié)合便形成了硫酸，雨水中含有硫酸就會(huì)形成酸雨。硫循環(huán)平衡破壞——酸雨五、磷循環(huán)磷是生物不可缺少的成分。它是細(xì)胞遺傳信息攜帶者核酸的構(gòu)成元素，也是生物膜成分磷脂及細(xì)胞代謝中三磷酸腺苷（ATP）等的構(gòu)成元素，在能量貯存、利用和轉(zhuǎn)化方面起著關(guān)鍵作用。它還制約著生態(tài)系統(tǒng)，尤其是水