3.3 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（第1課時）高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修二

第三章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性第3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（第一課時）目錄/CONTENTS01碳循環(huán)02物質(zhì)循環(huán)03生物富集04探究土壤微生物的分解作用新課導(dǎo)入

胡楊能抗干早、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。討論1.胡楊死亡后，為什么很長時間都沒有腐爛?荒漠中缺乏水分，分解者的數(shù)量少，因此死亡后的胡楊無法被快速分解。2.有研究表明，長有胡楊的荒漠土壤一般比草原的貧瘠，這是為什么?荒漠中生產(chǎn)者的種類與數(shù)量很少，能制造的有機(jī)物總量就少，消費(fèi)者與分解者也少，物質(zhì)循環(huán)緩慢。目錄01一、碳循環(huán)碳元素和氧元素在生物群落和非生物環(huán)境之間是不斷循環(huán)的。一、碳循環(huán)假如你在操場上運(yùn)動，呼出一口氣，許多CO2分子就離開你的身體。想象一下，這些CO2分子離開你之后，會開始怎樣的旅行？這些二氧化碳分子中的碳元素和氧元素又是怎樣來到你體內(nèi)的？進(jìn)入你體內(nèi)之前又存在于什么物質(zhì)中？食物人體的細(xì)胞呼吸CO2植物的光合作用分析碳循環(huán)的過程討論1：碳在非生物環(huán)境和生物體內(nèi)分別以什么形式存在？二氧化碳能溶于水，因此能在大氣和海洋、河流之間進(jìn)行交換。因此，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。人類對煤和石油等能源的利用，向大氣排放了大量的二氧化碳。一、碳循環(huán)在非生物環(huán)境中：主要是CO2，少許碳酸鹽。在生物群落中：主要是含碳有機(jī)物。1.碳的存在形式：思考?討論大氣中的二氧化碳庫思考?討論2.碳是如何進(jìn)出生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者的（以什么形式、通過哪種生命活動、形成哪些產(chǎn)物等）？光合作用或化能合成呼吸作用溶解光合作用進(jìn)：光合作用（主要方式）

生產(chǎn)者將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物；將有機(jī)物分解為二氧化碳。出：呼吸作用一、碳循環(huán)化能合成作用大氣中的二氧化碳庫呼吸作用攝食消費(fèi)者進(jìn)：攝食

出：呼吸作用將有機(jī)物分解為二氧化碳。將前一營養(yǎng)級的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為自身的有機(jī)物；思考?討論2.碳是如何進(jìn)出生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者的（以什么形式、通過哪種生命活動、形成哪些產(chǎn)物等）？一、碳循環(huán)大氣中的二氧化碳庫微生物的分解作用分解者分解者進(jìn)：食腐、腐生

出：微生物的分解作用將現(xiàn)成有機(jī)物轉(zhuǎn)化為自身有機(jī)物；將有機(jī)物分解為二氧化碳。思考?討論2.碳是如何進(jìn)出生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者的（以什么形式、通過哪種生命活動、形成哪些產(chǎn)物等）？一、碳循環(huán)思考：土壤腐殖質(zhì)中的碳總量與哪些因素有關(guān)？枯枝落葉層有機(jī)碎屑層腐殖質(zhì)層淀積層取決于碳的進(jìn)出量，有機(jī)物輸入多，分解者呼吸強(qiáng)度小的土壤中，腐殖質(zhì)含量相對較高。如：溫帶森林

熱帶雨林（腐殖質(zhì)厚度）＞討論2：碳元素是如何進(jìn)出生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者的(以什么形式、通過哪種生命活動、形成哪些產(chǎn)物等)?呼吸作用環(huán)境分解者環(huán)境CO2消費(fèi)者生產(chǎn)者呼吸作用光合作用化能合成作用捕食呼吸作用遺體殘骸遺體排遺物一、碳循環(huán)分析碳循環(huán)的過程思考?討論討論3：碳的進(jìn)出除生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者外，還有沒有其他途徑？(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采與使用。將有機(jī)物分解為二氧化碳等。大氣中的二氧化碳庫煤、石油水體中的HCO3-等巖石中的CaCO3等一、碳循環(huán)分析碳循環(huán)的過程思考?討論②如果大氣中二氧化碳發(fā)生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能及時進(jìn)入大氣。①當(dāng)大氣中二氧化碳含量增加，水圈的二氧化碳含量也隨之增加。海洋對調(diào)節(jié)大氣中的碳含量起著非常重要的作用海洋對調(diào)節(jié)大氣中的碳含量起著非常重要的作用（1）當(dāng)大氣中二氧化碳含量增加，水圈的二氧化碳含量也隨之增加。（2）如果大氣中二氧化碳發(fā)生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能及時進(jìn)入大氣。一、碳循環(huán)1.碳循環(huán)示意圖遺體和排遺物攝食燃燒生產(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或化能合成作用大氣中的CO2庫分解作用非生物環(huán)境生物群落水圈中的CO2庫一、碳循環(huán)大氣環(huán)流

海洋洋流循環(huán)往復(fù)、全球性一、碳循環(huán)2.碳循環(huán)的特點(diǎn)6.實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)的關(guān)鍵因素：3.進(jìn)入生物群落的途徑：4.碳在生物群落內(nèi)傳遞的途徑：食物鏈（網(wǎng)）光合作用（主要）和化能合成作用2.流動形式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5.碳返回非生物環(huán)境的途徑：②分解者的分解作用（實(shí)質(zhì)是呼吸作用）①生產(chǎn)者、消費(fèi)者的呼吸作用③化石燃料的燃燒非生物環(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、分解作用一、碳循環(huán)生產(chǎn)者和分解者7.與自然界碳循環(huán)關(guān)系最為密切的兩種細(xì)胞器：線粒體和葉綠體8.碳循環(huán)的特點(diǎn)：具有全球性

9.碳循環(huán)具有全球性的原因：CO2能夠隨著大氣環(huán)流在全球范圍內(nèi)進(jìn)行注意:碳循環(huán)中各成分包括:生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和大氣中的CO2庫。生產(chǎn)者大氣中的CO2庫消費(fèi)者分解者拓展：碳循環(huán)圖解中各成分的判定方法一、碳循環(huán)思路：1.先看雙箭頭：雙箭頭代表生產(chǎn)者、大氣中的CO2庫；2.其他所有成分都指向C，則C為大氣中的CO2庫；3.除了C之外，有最多被指向箭頭的為分解者，即B為分解者。大氣中的CO2庫生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者大氣中的CO2庫生產(chǎn)者初級消費(fèi)者次級消費(fèi)者三級消費(fèi)者分解者拓展：碳循環(huán)圖解中各成分的判定方法一、碳循環(huán)①__________②__________③______________________④______________________⑤______________________光合作用捕食（攝食）動植物的呼吸作用分解者的分解作用化石燃料的燃燒一、碳循環(huán)

如圖是生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)示意圖。其中①~⑤表示碳元素在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)的途徑。聯(lián)系社會大氣中的溫室氣體(CO2、CH4、NO2等)相當(dāng)于保溫層。大氣中CO2越多，地球上的溫度升高就越快，這種現(xiàn)象就叫做“溫室效應(yīng)”?！獪厥倚?yīng)能量主要以光的形式到達(dá)地球，其中大部分最后以紅外線的形式從地球再輻射出去。在大氣層中，CO2對光輻射沒有阻擋，但是能吸收紅外線并阻擋紅外線通過，就像溫室的玻璃頂罩一樣，能量進(jìn)入容易出去難。一、碳循環(huán)1）原因化石燃料的大量燃燒（主要原因）森林、草原等植被的破壞2）危害3）緩解措施極地和高山冰川加速融化海平面上升氣溫升高對人類和其他生物的生存構(gòu)成威脅減少化石燃料的使用，開發(fā)新能源大力植樹種草，提高森林覆蓋率提高秸稈還田率，提高土壤儲碳量。

土地荒漠化加劇，洪災(zāi)、旱災(zāi)不斷聯(lián)系社會——溫室效應(yīng)一、碳循環(huán)增加土壤儲碳量。減少二氧化碳排放量增加二氧化碳吸收糧食飼料肉食木材薪材化工產(chǎn)品能源……A.人類社會需求3、你如何看待人類活動對碳循環(huán)的影響？一、碳循環(huán)思考?討論B.國家環(huán)保行動簽署氣候協(xié)議提高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)垃圾分類回收號召節(jié)約糧食3、你如何看待人類活動對碳循環(huán)的影響？一、碳循環(huán)思考?討論退耕還林工程天然林保護(hù)工程沙漠治理行動城市綠化B.國家環(huán)保行動3、你如何看待人類活動對碳循環(huán)的影響？一、碳循環(huán)思考?討論無廢棄物農(nóng)業(yè)實(shí)施秸稈還田推廣高產(chǎn)作物發(fā)展清潔能源加大科研投入B.國家環(huán)保行動3、你如何看待人類活動對碳循環(huán)的影響？一、碳循環(huán)思考?討論一、碳循環(huán)與社會的聯(lián)系——溫室效應(yīng)

中國國家主席習(xí)近平在2020年9月22日召開的聯(lián)合國大會上表示：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，爭取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?；剂系拇罅咳紵髿庵蠧O2含量增加溫室效應(yīng)碳排放在由升轉(zhuǎn)降的過程中，碳排放的最高點(diǎn)即碳峰值大多數(shù)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰我國目前碳排放增速放緩，但仍呈增長態(tài)勢，尚未達(dá)峰。2060年人為排放源與通過植樹造林、碳捕集與封存技術(shù)等人為吸收匯達(dá)到平衡碳中和的吸收匯只包括通過植樹造林、森林管理和碳捕獲與封存等人為活動增加的碳匯，而不是自然碳匯。碳達(dá)峰2030年碳中和關(guān)水電、節(jié)約紙點(diǎn)適量、不浪費(fèi)乘公交、少開車戒奢侈、捐舊衣重隔熱、簡裝修低碳生活與生活的聯(lián)系——個人低碳生活一、碳循環(huán)氨化作用固氮作用硝化作用反硝化作用NO3-NO2-NH4+植物遺體消費(fèi)者分解者未利用大氣N2反硝化細(xì)菌固氮菌、藍(lán)細(xì)菌二、物質(zhì)循環(huán)了解：氮循環(huán)過程2.大氣中的氮?dú)馔ㄟ^什么途徑進(jìn)入生物群落？離子固氮生物的固氮作用1.植物吸收的氮以什么形式存在？3.生物群落中的氮最終通過什么途徑返回大氣中？反硝化作用4.據(jù)圖可知氮元素是不斷循環(huán)的，但農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為什么仍需不斷施加氮肥？農(nóng)田土壤中氮元素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。大氣中的N2工業(yè)固氮高能固氮生物固氮尿素及動植物遺體硝化細(xì)菌土壤微生物反硝化細(xì)菌氨化作用化石燃料燃燒氮氧化物氮肥NO3—NO3—NH4+二、物質(zhì)循環(huán)了解：氮循環(huán)過程高能固氮工業(yè)固氮生物固氮反硝化細(xì)菌在缺氧條件下，還原硝酸鹽，釋放出分子態(tài)氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的過程脫氨作用，即微生物分解含氮有機(jī)物最終產(chǎn)生氨的過程。了解：磷循環(huán)過程二、物質(zhì)循環(huán)目錄02二、物質(zhì)循環(huán)1.物質(zhì)循環(huán)概念：組成生物體的

等

，都在不斷進(jìn)行著從

，

的循環(huán)過程，這就是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)（mattercycle）。這里所說的生態(tài)系統(tǒng)是指地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)——生物圈。生物群落非生物環(huán)境組成生物體的C、H、O、N、P、S等元素反復(fù)循環(huán)2.含義

“物質(zhì)循環(huán)的范圍”指：___________。②“物質(zhì)”:是指組成生物體的___________，而不是單質(zhì)，也不是由這些元素組成的化合物——蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等。③“循環(huán)”:

生物圈化學(xué)元素指組成元素在非生物環(huán)境和生物群落之間的反復(fù)利用，而不是生物群落中。二、物質(zhì)循環(huán)碳、氫、氧、氮、磷、硫元素非生物環(huán)境到生物群落

又從生物群落到非生物環(huán)境特點(diǎn)①：生物圈是地球上的最大的生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)具有全球性，因此又叫生物地球化學(xué)循環(huán)。資料一：某農(nóng)田曾大量使用的DDT殺蟲劑，最終在南極的企鵝體內(nèi)檢測到。DDT為有機(jī)氯農(nóng)藥，降解比較緩慢，DDT在農(nóng)田使用后，隨著雨水沖刷等，進(jìn)入河流，最終進(jìn)入海洋。期間被水中的魚、蝦等取食，并殘留在體內(nèi)，然后通過食物鏈，最終到達(dá)了南極的企鵝體內(nèi)。二、物質(zhì)循環(huán)資料二：水循環(huán)示意圖特點(diǎn)②：具有循環(huán)性的特點(diǎn)?；瘜W(xué)元素在非生物環(huán)境和生物群落之間可以循環(huán)往復(fù)運(yùn)動。二、物質(zhì)循環(huán)魚稻共生稻田的水給魚提供生長環(huán)境，魚可吃害蟲，排泄物可為水稻提供有機(jī)肥，魚和水稻形成了一個無公害的生物微循環(huán)魚菜共生大棚里，既養(yǎng)魚又種菜，不影響產(chǎn)量還能節(jié)水節(jié)肥，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚不換水，種菜不施肥的神奇效果。魚幫菜、菜幫魚，和諧互助鴨子可吃掉水稻葉片上害蟲及蟲卵，糞便可作有機(jī)肥料，其在水里游動，加快水稻對養(yǎng)分吸收，也改良了土壤通透性，達(dá)到了生態(tài)高效種植效果稻田養(yǎng)鴨種養(yǎng)結(jié)合模式二、物質(zhì)循環(huán)3.啟示（應(yīng)用）習(xí)題檢測（2020·全國高考真題）生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)包括碳循環(huán)和氮循環(huán)等過程。下列有關(guān)碳循環(huán)的敘述，錯誤的是（

）

A．消費(fèi)者沒有參與碳循環(huán)的過程

B．生產(chǎn)者的光合作用是碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)

C．土壤中微生物的呼吸作用是碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)

D．碳在無機(jī)環(huán)境與生物群落之間主要以CO2形式循環(huán)A習(xí)題檢測（2021·北京東城區(qū)·高三二模）稻鴨共作是我國傳統(tǒng)的生態(tài)種養(yǎng)模式，