【高中生物】2023-2024學(xué)年蘇教版選擇性必修二 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán) 課件

第3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)目標(biāo)素養(yǎng)1.通過(guò)分析生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的關(guān)系,建立生命的物質(zhì)與能量觀。2.通過(guò)分析生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的模式圖,培養(yǎng)運(yùn)用理性思維分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。3.通過(guò)分析溫室效應(yīng)產(chǎn)生的原因以及預(yù)防措施,培養(yǎng)關(guān)注環(huán)境問(wèn)題及生物學(xué)社會(huì)議題等的社會(huì)責(zé)任感。4.闡明某些有害物質(zhì)會(huì)通過(guò)食物鏈不斷富集的現(xiàn)象,認(rèn)同生物富集的成因和危害,了解保護(hù)環(huán)境的必要性和迫切性。知識(shí)概覽一、物質(zhì)循環(huán)的實(shí)例——碳循環(huán)1.碳的存在形式(1)非生物環(huán)境:以

二氧化碳

和

碳酸鹽

等形式存在。(2)生物群落:主要以

含碳有機(jī)物

的形式存在。

2.循環(huán)形式(1)碳在生物群落與非生物環(huán)境之間的循環(huán)主要是以

二氧化碳

的形式進(jìn)行的。

(2)在生物群落內(nèi)以

含碳有機(jī)物

的形式進(jìn)行。

3.過(guò)程圖解

(1)寫(xiě)出圖中①~⑥表示的過(guò)程。①

光合作用或化能合成作用

,②

呼吸作用

,③

呼吸作用

,④

捕食

,⑤

分解作用

,⑥

燃燒

。

(2)寫(xiě)出A、B、C、D表示的生物類(lèi)群。A.生產(chǎn)者

,B.

分解者

,C.

初級(jí)消費(fèi)者

,D.

次級(jí)消費(fèi)者

。

4.循環(huán)特點(diǎn)(1)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。(2)由于二氧化碳能夠隨著大氣環(huán)流在全球范圍內(nèi)流動(dòng),因此,碳循環(huán)具有全球性。此外,海洋對(duì)于調(diào)節(jié)大氣中的碳含量起著非常重要的作用。5.溫室效應(yīng)(1)原因:世界范圍內(nèi),

化石燃料

的開(kāi)采和使用大大增加了二氧化碳的排放,加劇了

溫室效應(yīng)

,引起全球性的氣候變化。

(2)措施:我國(guó)一方面采取積極措施減少二氧化碳排放,另一方面大力

植樹(shù)種草

,提高森林覆蓋率,這在吸收和固定二氧化碳方面發(fā)揮了重要作用。

微思考如果人們不按生態(tài)規(guī)律辦事,對(duì)森林亂砍濫伐,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)將會(huì)造成什么影響?提示:對(duì)森林亂砍濫伐,會(huì)打破碳循環(huán)的平衡,使大氣中的二氧化碳進(jìn)入生物群落過(guò)程受阻,大氣中二氧化碳的含量就會(huì)明顯增多,從而加劇溫室效應(yīng)。微訓(xùn)練下列有關(guān)下圖所示碳循環(huán)的部分過(guò)程的分析,錯(cuò)誤的是(

)A.參與①過(guò)程的生物包括生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者B.②過(guò)程增強(qiáng)后,①過(guò)程隨之增強(qiáng),故不能通過(guò)增強(qiáng)②來(lái)減少大氣中的二氧化碳C.在生物群落內(nèi),碳循環(huán)的形式是含碳有機(jī)物D.人類(lèi)減少對(duì)③的依賴(lài)是當(dāng)前緩解溫室效應(yīng)的重要措施答案:B解析:生物群落由生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者組成,它們通過(guò)呼吸作用(分解作用)將二氧化碳釋放到非生物環(huán)境中。可以通過(guò)植樹(shù)種草等途徑增強(qiáng)植物的光合作用,減少大氣中的二氧化碳含量。二、物質(zhì)循環(huán)的概念及特點(diǎn)1.概念組成生物體的

碳、氫、氧、氮、磷、硫

等元素,都在不斷進(jìn)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(guò)程,這就是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。2.特點(diǎn)(1)

全球性

——生物地球化學(xué)循環(huán)。

(2)

循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)

——物質(zhì)可被生物群落反復(fù)利用。

三、生物富集1.概念生物富集是指生物體從周?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.特點(diǎn)(1)食物鏈中營(yíng)養(yǎng)級(jí)越高,生物富集的某種物質(zhì)濃度就越大。(2)具有全球性。3.舉例:鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)等重金屬,DDT、六六六等有機(jī)化合物以及一些放射性物質(zhì)。四、能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系1.聯(lián)系能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能,它們同時(shí)進(jìn)行,彼此相互依存,不可分割。能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和釋放,都離不開(kāi)物質(zhì)的合成和分解等過(guò)程。(1)物質(zhì)作為能量的

載體

,使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動(dòng)。

(2)能量作為

動(dòng)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

。

2.區(qū)別(1)在物質(zhì)循環(huán)過(guò)程中,非生物環(huán)境中的物質(zhì)可以被生物群落

反復(fù)

利用。

(2)能量在流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí),是逐級(jí)遞減的,而且流動(dòng)是

單方向不循環(huán)

的。

五、探究土壤微生物的分解作用1.實(shí)驗(yàn)原理微生物能分泌多種水解酶,將大分子有機(jī)物分解成小分子有機(jī)物,如纖維素酶、淀粉酶可將纖維素、淀粉水解成

葡萄糖

。小分子有機(jī)物被分解者吸收到細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解,最終形成二氧化碳、水和各種無(wú)機(jī)鹽,同時(shí)釋放能量。

2.實(shí)驗(yàn)方案

微判斷1.物質(zhì)循環(huán)中的“物質(zhì)”指的是組成生物體的各種化合物。(

)2.物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是兩個(gè)獨(dú)立的過(guò)程。(

)3.生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的渠道都是食物鏈和食物網(wǎng),所以物質(zhì)和能量都是循環(huán)往復(fù)的。(

)4.只有在光照的條件下,生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)才是同時(shí)進(jìn)行的。(

)××××5.可采用加熱烘干的方法除去實(shí)驗(yàn)組中的土壤微生物。(

)6.實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組可以分別選擇不同種類(lèi)的落葉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(

)××一

碳循環(huán)問(wèn)題探究右圖是自然界碳循環(huán)的簡(jiǎn)圖。據(jù)圖回答下列有關(guān)問(wèn)題。1.圖中的甲、乙、丙分別表示什么?并簡(jiǎn)述判斷的理由。提示:甲為分解者,乙為消費(fèi)者,丙為生產(chǎn)者。丙和大氣中的二氧化碳庫(kù)之間有雙向箭頭,且其他幾種成分都有箭頭指向大氣中的二氧化碳庫(kù),同時(shí)丙和乙都有箭頭指向甲,所以丙為生產(chǎn)者,甲為分解者,乙為消費(fèi)者。2.圖中的序號(hào)分別表示什么過(guò)程?提示:①代表分解者的分解作用,②和③代表呼吸作用,④代表光合作用或化能合成作用,⑤代表捕食,⑥和⑦代表動(dòng)植物的遺體、動(dòng)物的排遺物等提供給分解者。3.大氣中的二氧化碳進(jìn)入生物群落的主要途徑是什么(用圖中序號(hào)表示)?碳在甲、乙、丙之間的流動(dòng)形式主要是什么?提示:④。含碳有機(jī)物。4.氮元素在生物群落與非生物環(huán)境之間能否循環(huán)利用?如何解釋需不斷向農(nóng)田中施加氮肥?提示:能。農(nóng)田是人工生態(tài)系統(tǒng),是以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和效益、使能量更多地流向?qū)θ祟?lèi)最有益的部分為目的的,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)品源源不斷地從農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中輸出,其中的氮元素并不能都?xì)w還土壤,所以需要施加氮肥。歸納總結(jié)

2.碳循環(huán)的形式。

比較項(xiàng)目進(jìn)入生物群落生物群落內(nèi)部返回非生物環(huán)境形式二氧化碳含碳有機(jī)物二氧化碳方式光合作用和化能合成作用通過(guò)食物鏈或食物網(wǎng)①生產(chǎn)者和消費(fèi)者的呼吸作用②分解者的分解作用③化石燃料的燃燒3.碳循環(huán)過(guò)程模式圖

4.碳循環(huán)常見(jiàn)變式圖解分析

(1)圖甲——先根據(jù)雙向箭頭和有三個(gè)箭頭指向B判斷,A和B分別為生產(chǎn)者、非生物的物質(zhì)和能量;再根據(jù)A和C均指向D判斷,D為分解者,C為消費(fèi)者。(2)圖乙——根據(jù)A與C之間的雙向箭頭以及其他成分均有指向C的箭頭判斷,A是生產(chǎn)者,C是非生物的物質(zhì)和能量;根據(jù)A、B、D都有箭頭指向E,可進(jìn)一步判斷,B是初級(jí)消費(fèi)者,D是次級(jí)消費(fèi)者,E是分解者。(3)圖丙——根據(jù)A與E之間的雙向箭頭以及其他成分均有指向A的箭頭判斷,A為非生物的物質(zhì)和能量,E為生產(chǎn)者。然后觀察剩余的幾個(gè)成分,其中各成分都有箭頭指向C,所以C是分解者,剩余的B、D、F則為消費(fèi)者。整個(gè)圖解中,食物鏈?zhǔn)荅→F→D→B。(4)圖丁——根據(jù)大氣中的二氧化碳庫(kù)與A之間的雙向箭頭判斷,A是生產(chǎn)者,A、B、C均有箭頭指向動(dòng)植物遺體和動(dòng)物的排遺物,其箭頭又指向D,說(shuō)明D是分解者,進(jìn)一步判斷B為初級(jí)消費(fèi)者,C為次級(jí)消費(fèi)者。典例剖析【例1】下圖是生物圈中碳循環(huán)的部分示意圖。A、B、C、D構(gòu)成生物群落,①~⑨表示循環(huán)過(guò)程。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(

)A.大氣中的氣體X是指二氧化碳和一氧化碳B.完成①過(guò)程的能量主要是由⑧過(guò)程提供的C.D經(jīng)⑤⑥⑦過(guò)程獲得的能量占A、B、C總能量的10%~20%D.C處于第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)答案:D解析:生物群落與非生物環(huán)境之間的碳循環(huán)是以二氧化碳的形式進(jìn)行的,故題圖中大氣中的氣體X代表二氧化碳。①主要表示光合作用,該過(guò)程所需的能量主要來(lái)自太陽(yáng)能。兩個(gè)相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率為10%~20%,而題圖中D為分解者,不參與食物鏈的組成。題圖中A為生產(chǎn)者,B為初級(jí)消費(fèi)者(第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)),C為次級(jí)消費(fèi)者(第三營(yíng)養(yǎng)級(jí))。規(guī)律總結(jié)(1)判斷生態(tài)系統(tǒng)的成分的依據(jù):碳元素在非生物環(huán)境與生物群落之間傳遞時(shí),只有生產(chǎn)者與非生物環(huán)境之間的傳遞是雙向的,其他成分之間的傳遞都是單向的。(2)利用“三看法”快速確認(rèn)碳循環(huán)的各環(huán)節(jié)。

學(xué)以致用1.下圖是生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)示意圖,“→”表示碳的流動(dòng)方向。下列說(shuō)法正確的是(

)A.圖中甲是生產(chǎn)者,乙、丁、戊是消費(fèi)者,丙是分解者B.該生態(tài)系統(tǒng)的成分包括甲、乙、丙、丁、非生物的物質(zhì)和能量C.該生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈可表示為甲→丁→戊D.甲和乙的種間關(guān)系為捕食答案:C解析:由題圖中甲、丙之間為雙向箭頭且乙、丁、戊均指向丙可知,甲為生產(chǎn)者,丙為大氣中的二氧化碳庫(kù),又由甲、丁、戊均指向乙可知,丁、戊為消費(fèi)者,乙為分解者。該生態(tài)系統(tǒng)的成分包括甲、乙、丁、戊、非生物的物質(zhì)(包括丙)和能量。該生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈可表示為甲→丁→戊。乙為分解者,所以甲和乙的種間關(guān)系不是捕食。二

生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系

問(wèn)題探究能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的功能,二者之間的相互關(guān)系如下圖所示。請(qǐng)思考回答下列問(wèn)題。1.請(qǐng)分析上圖,完善圖中內(nèi)容。提示:圖中字母表示的成分是A生產(chǎn)者,B初級(jí)消費(fèi)者,C次級(jí)消費(fèi)者,D分解者;圖中的能量形式分別是①熱能,②化學(xué)能,③化學(xué)能,④熱能。2.物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是各自獨(dú)立進(jìn)行的,這種說(shuō)法正確嗎?為什么?提示:不正確。能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和釋放,都離不開(kāi)物質(zhì)的合成和分解等過(guò)程。3.生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)之間有何聯(lián)系和區(qū)別?提示:聯(lián)系:物質(zhì)是能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動(dòng)的載體,能量是物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中往復(fù)循環(huán)的動(dòng)力。區(qū)別:在物質(zhì)循環(huán)過(guò)程中,非生物環(huán)境中的物質(zhì)可以被生物群落反復(fù)利用;能量流動(dòng)則不同,能量在流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí),是逐級(jí)遞減的,而且流動(dòng)是單方向不循環(huán)的。歸納總結(jié)1.圖示2.能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的區(qū)別與聯(lián)系典例剖析【例2】

下圖是生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系簡(jiǎn)圖,根據(jù)下圖不能得到的結(jié)論是(

)A.物質(zhì)作為能量的載體,使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動(dòng)B.能量作為動(dòng)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C.能量①②③④的總和便是生產(chǎn)者所固定的太陽(yáng)能總量D.碳在生物群落和非生物環(huán)境之間的循環(huán)主要是以二氧化碳的形式進(jìn)行的答案:C解析:生產(chǎn)者所固定的太陽(yáng)能總量是指生產(chǎn)者總的同化量,①②③④的總和小于生產(chǎn)者所固定的太陽(yáng)能總量。學(xué)以致用2.下圖為一個(gè)簡(jiǎn)化的生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)示意圖。下列關(guān)于圖中箭頭含義的表述,錯(cuò)誤的是(

)A.④和⑤可表示生物群落中能量的散失B.⑤可表示生物群落中的物質(zhì)回歸非生物環(huán)境C.②表示能量在生物體間單向流動(dòng)D.①可表示碳元素從二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物答案:A解析:生物群落中的能量通過(guò)呼吸作用(④)以熱能的形式散失,⑤表示生物群落中的物質(zhì)回歸非生物環(huán)境。1.某生態(tài)系統(tǒng)中,鎘在沿著食物鏈轉(zhuǎn)移的過(guò)程中產(chǎn)生生物富集作用。該生態(tài)系統(tǒng)有甲、乙、丙、丁四個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí),各營(yíng)養(yǎng)級(jí)所積累的鎘的相對(duì)濃度如下圖所示。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A.上述四個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)可以構(gòu)成食物網(wǎng)B.四個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)中處于最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的是丙C.鎘不屬于該生態(tài)系統(tǒng)的組成成分D.四個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所同化的能量值的關(guān)系可表示為丁>甲+乙+丙答案:C解析:題圖中不同的營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物可以構(gòu)成食物網(wǎng),A項(xiàng)正確。生態(tài)系統(tǒng)中某些有害物質(zhì)會(huì)沿食物鏈積累,因此圖中含有鎘的濃度越高,營(yíng)養(yǎng)級(jí)越高,故丙所處的營(yíng)養(yǎng)級(jí)最高,B項(xiàng)正確。生態(tài)系統(tǒng)的組成成分包括生物群落和非生物的物質(zhì)和能量,鎘屬于生態(tài)系統(tǒng)的組成成分,C項(xiàng)錯(cuò)誤。由題圖可知,丁的鎘濃度最低,說(shuō)明其所處的營(yíng)養(yǎng)級(jí)最低,則其固定的能量最多,由于能量是單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減的,因此四個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所同化的能量值的關(guān)系可表示為丁>甲+乙+丙,D項(xiàng)正確。2.下圖為某生態(tài)系統(tǒng)的部分物質(zhì)循環(huán)簡(jiǎn)圖,其中M表示非生物的物質(zhì)和能量。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.若M表示大氣中的二氧化碳庫(kù),則碳元素在④過(guò)程中是以含碳有機(jī)物的形式傳遞的B.從圖中可以看出能量伴隨著物質(zhì)循環(huán)而循環(huán)C.若M表示大氣中的二氧化碳庫(kù),則碳元素可在生物群落中反復(fù)循環(huán)利用D.若M表示非生物環(huán)境中的能量,則①的能量值為②與③對(duì)應(yīng)的能量值之和答案:A解析:碳元素在生物群落中是以含碳有機(jī)物的形式傳遞的,A項(xiàng)正確。能量在生態(tài)系統(tǒng)中沿食物鏈單向流動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)誤。碳元素是在非生物環(huán)境和生物群落之間反復(fù)循環(huán)利用的,而不是在生物群落的內(nèi)部,C項(xiàng)錯(cuò)誤。①代表的是生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者固定的總能量,它不僅包括②③④,還包括消費(fèi)者通過(guò)呼吸作用散失到非生物環(huán)境中的能量以及流向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量等,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.某生物興趣小組以帶有落葉的表層土壤(深5cm左右)為實(shí)驗(yàn)材料,研究土壤微生物在適宜溫度下的分解作用,對(duì)土壤處理情況見(jiàn)下表。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)組別1組2組3組4組土壤處理滅菌不滅菌滅菌不滅菌濕潤(rùn)濕潤(rùn)較干燥較干燥A.該實(shí)驗(yàn)?zāi)芴骄坎煌寥罎穸葪l件下,土壤微生物對(duì)落葉的分解作用B.為了控制實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)變量,作為實(shí)驗(yàn)材料的落葉也應(yīng)進(jìn)行滅菌處理C.該實(shí)驗(yàn)的自變量為土壤是否進(jìn)行滅菌處理,實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照組是1組和3組D.預(yù)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地分解答案:C解析:該實(shí)驗(yàn)中1、2組是濕潤(rùn)土壤,3、4組是較干燥土壤,2組與4組對(duì)照,可以探究不同土壤濕度條件下,土壤微生物對(duì)落葉的分解作用。該實(shí)驗(yàn)中對(duì)土壤采取了滅菌和不滅菌的處理,這是對(duì)自變量的處理,落葉上存在的微生物屬于無(wú)關(guān)變量,為了避免無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾,應(yīng)對(duì)各組的落葉進(jìn)行滅菌處理。該實(shí)驗(yàn)的自變量為土壤是否滅菌處理及土壤的濕度,若該實(shí)驗(yàn)的自變量為土壤是否滅菌處理,那么實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照組是2組和4組。該實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)論是1、3組的落葉不被分解,2、4組的落葉被不同程度地分解。4.下圖為我國(guó)北方處于穩(wěn)定狀態(tài)下的某森林生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)示意圖,圖中A、B、C、D分別代表生態(tài)系統(tǒng)的組成成分,①~⑦代表碳元素的傳遞過(guò)程。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題。(1)寫(xiě)出字母或標(biāo)號(hào)代表的生態(tài)系統(tǒng)的組成成分或碳循環(huán)過(guò)程:B為

;C為

;