生物选择性必修2第3章 生态系统及其稳定性第3节 生态系统的物质循环课文内容ppt课件

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1.碳循环分析生态系统中碳循环的过程,归纳出物质在生物群落与非生物环境之间的循环特点。2.生物富集结合人类活动排放到环境中的有害物质的性质以及物质循环的特点,归纳生物富集的概念;阐明有害物质通过食物链不断富集的现象。3.能量流动和物质循环的关系举例说明物质循环和能量流动的关系和特点。4.探究土壤微生物的分解作用通过具体案例分析土壤微生物的分解作用,理解探究实验的方案设计与实施。
1.通过分析、总结碳循环的过程及特点,构建物质循环的模型,培养归纳与总结、模型与建模的思维习惯。2.基于对生态系统中有害物质随食物链或食物网的富集,强化生命系统观、结构与功能观以及物质与能量观等。3.运用生命系统观、物质与能量观,理解物质的循环总是伴随着能量的流动。
一、碳循环1.碳的存在形式(1)在大气中:主要以二氧化碳的形式存在。(2)在生物群落内部:以蛋白质、糖类等含碳有机物的形式存在。2.碳循环的过程(1)循环途径
(2)循环形式:碳在生物群落与非生物环境之间循环的形式主要是二氧化碳;碳在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行,传递形式为有机物。(3)方向:碳在非生物环境与生物群落之间传递时,只有生产者与非生物环境之间的传递是双向的,其他成分之间都是单向的。3.碳循环的失衡——温室效应(1)原因:化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放,加剧了温室效应,引起全球性的气候变化。(2)措施:我国一方面采取积极措施减少二氧化碳排放,另一方面大力提倡植树种草,提高森林覆盖率,这在吸收和固定二氧化碳方面发挥了重要作用。
4.生态系统物质循环的概念组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素,都在不断进行着从非生物环境到生物群落,又从生物群落到非生物环境的循环过程,又叫生物地球化学循环。5.物质循环的特点及生产启示(1)物质循环的特点:循环往复运动,全球性。(2)生产启示实例:可采用种养结合的模式,在稻田中养鸭养鱼,动物的取食、消化能促进物质循环,它们排出的粪便中氮、磷等可供水稻吸收利用,它们呼出的二氧化碳还可为水稻的光合作用补充原料。
二、生物富集1.有害物质的积累(1)有害物质:重金属,如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等;人工合成的有机化合物,如DDT、六六六等。(2)实例:铅沿食物链不断积累和浓缩①在煤燃烧、有色金属冶炼的过程中,铅微小颗粒被排放进入大气,然后沉降在土壤和植被表面,通过各种途径进入生物体内。②进入体内的铅,能够形成多种比较稳定的铅化合物,分布于生物体的多种组织细胞中,导致铅不易被生物体排出,从而积蓄在体内。③一旦含有铅的生物被更高营养级的动物食用,铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集,最终积累在食物链的顶端。
2.生物富集的概念生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物,使其在机体内浓度超过环境浓度的现象,称作生物富集。3.由于铅、镉等有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地,因此,生物富集现象是全球性的。
三、能量流动和物质循环的关系1.联系(1)能量流动和物质循环是生态系统的主要功能,它们同时进行,彼此相互依存,不可分割。(2)能量的固定、储存、转移和释放,都离不开物质的合成和分解等过程。(3)物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动;能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返。2.区别在物质循环过程中,非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用;能量在流经生态系统各营养级时,是逐级递减的,而且流动是单方向不循环的。
四、探究土壤微生物的分解作用1.实验原理微生物能分泌多种水解酶,将大分子有机物分解成小分子有机物,如纤维素酶、淀粉酶可将纤维素、淀粉水解成葡萄糖。小分子有机物被分解者吸收到细胞中进行氧化分解,最终形成二氧化碳、水和各种无机盐,同时释放能量。
【预习检测】 1.判断正误。(1)碳在生物群落内部、生物群落和非生物环境之间都是不断循环的。(　　)(2)碳、氮、氧等元素的循环具有全球性。(　　)(3)碳可在森林群落和非生物环境之间进行循环。(　　)(4)容易发生生物富集的物质,在生物体内比较稳定且不易被排出。(　　)(5)生态系统的物质循环和能量流动有其自身的规律。(　　)
2.生物的下列过程中,与碳循环无直接关系的是(　　)A.光合作用　　　　B.细胞呼吸C.蒸腾作用D.微生物的分解作用答案:C解析:蒸腾作用是水分通过气孔排出植物体的过程,与碳循环无关。
阅读教科书第61页思考·讨论“分析碳循环的过程”,回答下列问题。(1)碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在?提示:碳在非生物环境中主要以二氧化碳的形式存在;碳在生物体内以含碳有机物的形式存在。(2)碳在生物群落与非生物环境之间是如何进行循环的?(请用关键词、线段、箭头、方框等构建碳循环模式图)提示:
(3)你如何看待人类活动对碳循环的影响?提示:①人们对化石燃料的开采和使用会大大增加二氧化碳的排放,加剧温室效应;不按生态规律办事,乱砍滥伐,也将打破碳循环平衡,使大气中二氧化碳进入生物群落的过程受阻,大气中二氧化碳的含量明显增多。②人们可通过采取积极措施减少二氧化碳的排放以及植树种草、开发新能源等措施缓解大气中二氧化碳过多导致的温室效应。(4)氮元素在生物群落与非生物环境之间能否循环利用?如何解释需不断向农田中施加氮肥?提示:能。农田是人工生态系统,是以提高农作物的产量和效益,使能量更多地流向对人类有益的方向为目的的,农田土壤中氮的含量往往不足以使作物高产,加之农产品源源不断地自农田生态系统输出,其中的氮元素并不能都归还土壤,所以需要施加氮肥,这与物质循环并不矛盾。
1.生态系统碳循环图解的识别
(1)图1——先根据双向箭头和有三个箭头指向B判断,A和B应分别为生产者、非生物的物质和能量,后者不能写为“无机环境”。再根据A→D和C→D判断,C为消费者,D为分解者。(2)图2——根据A与C之间的双向箭头和A、B、D、E都有箭头指向C判断,A是生产者,C是非生物的物质和能量。根据A、B、D的箭头都指向E,可进一步判断,B是初级消费者,D是次级消费者,E是分解者。(3)图3——根据A与E之间的双向箭头和B、C、D、E、F都有箭头指向A判断,A为非生物的物质和能量,E为生产者。然后观察剩余的几个成分,其中B、D、E、F都有箭头指向C,所以C是分解者,剩余的B、D、F则为消费者。整个图解中,食物链是E→F→D→B。
2.分解作用与细胞呼吸的关系微生物的分解作用与细胞呼吸不能完全等同。微生物还可将相关酶分泌到细胞外,将细胞外的大分子有机物分解成小分子有机物(也可能生成无机物),故微生物的分解作用包括体外的有机物分解和体内的细胞呼吸作用。
(不定项选择题)下图为生态系统中的碳循环过程示意图,其中甲、乙、丙、丁为构成该生态系统的生物成分,箭头表示物质流动方向。下列相关叙述错误的是(　　)A.图中①过程可以表示绿色植物的光合作用B.缺少类群甲,生态系统的物质循环不能正常进行C.类群丙的厌氧呼吸是产生大气中气体X的途径之一D.甲是消费者,乙是生产者答案:CD
解析:图中乙为生产者,所以①过程可以表示绿色植物的光合作用,②过程表示生产者的呼吸作用,A项正确;图中甲为分解者,如果缺少分解者,生态系统中动植物的遗体和动物的排遗物会堆积如山,物质循环将不能正常进行,B项正确,D项错误;由图可知,气体X为二氧化碳,丙为消费者,其需氧呼吸可以产生二氧化碳,但其厌氧呼吸不能产生二氧化碳,C项错误。
【变式训练】 1.关于生态系统的碳循环,下列说法错误的是(　　)A.碳循环具有全球性B.碳在生物群落和非生物环境之间循环往复C.碳只能通过动植物的呼吸作用返还到非生物环境D.碳从非生物环境进入生物群落要通过生产者答案:C解析:碳循环在整个生物圈中进行,具有全球性;碳以二氧化碳的形式在生物群落与非生物环境之间循环往复;碳能通过动植物的呼吸作用、分解者的分解作用和化石燃料的燃烧等返还到非生物环境;碳从非生物环境进入生物群落要通过生产者的光合作用或化能合成作用。
2.下图为生态系统中碳循环的模式图。下列相关叙述正确的是(　　)A.甲代表生产者,①可以代表化能合成作用B.在食物链中含有碳元素最多的营养级可能是甲C.该生态系统中的消费者为乙、丙D.碳元素在甲、乙、丙、丁之间以含碳有机物的形式传递答案:B解析:据图分析,甲是生产者,乙是消费者,丙是分解者,丁是大气中的二氧化碳库,则①表示呼吸作用;根据能量传递逐级递减的特点可知,甲含有的能量最多,则其含有的碳元素也最多;碳元素在甲、乙、丙之间以含碳有机物的形式传递,而生物群落与丁之间的传递形式是二氧化碳。
一些重金属、DDT和六六六等有机化合物会沿着食物链逐渐在生物体内聚集,请回答下列关于生物富集的问题。(1)能量在沿食物链流动时逐级递减,生物体内的重金属和DDT等有机化合物的浓度是不是也沿食物链逐级降低?提示:不是。重金属和DDT等有机化合物在食物链中存在生物富集现象,即营养级越高,该物质的浓度越高。(2)重金属、DDT等能在生物体内富集的原因有哪些?提示:这些物质化学性质稳定不易被分解;在生物体内积累,不易被排出。
(3)重金属、DDT等物质是怎样被富集的? 提示:重金属、DDT等物质沿着食物链逐渐在生物体内聚集,即营养级越高的生物体内积累的浓度越高,最终积累在食物链的顶端。(4)重金属、DDT等物质有什么危害?提示:对位于食物链顶端的物种造成灾难性影响。
根据重金属、DDT等有机化合物的含量构建食物链(网)有机汞存在生物富集现象,即随着营养级的升高,汞含量增加,所以从表中有机汞含量的大小可推知生物营养级的高低,从而判断各生物能量值的大小。某生态系统中各营养级生物体内残留有机汞的情况如上表所示。表中A有机汞含量最低,属于第一营养级;C和E的有机汞含量差不多,表明两者属于同一营养级;D的有机汞含量最高,属于最高营养级。所以,最可能的食物链如右图。
某水域被DDT污染,该水域生态系统中A、B、C、D、E 5种生物种群体内也均有不同含量的DDT,经检测,其含量分别如下表所示。据表回答下列问题。
(1)根据表格可以得出,这5种生物种群构成的食物链是　　　　　　　。(2)表中属于该生态系统中必不可少的成分的是　　　　(填字母),即　　　　。 (3)若由于某种原因,该生态系统中的第二营养级的生物全部灭绝了,则首先受损害的生物是表中的　　　　(填字母),即　　　　　　　　　　。 (4)DDT对生物体有毒害作用,根据　　　　现象,上述生物中受危害程度最大的是　　　　,其次是　　　　　　　　。 答案:(1)A→E→C→B→D　(2)A　生产者　(3)C　次级消费者(第三营养级)　(4)生物富集　D　B解析:化学杀虫剂和有害物质通过食物链逐级积累,最终积累在食物链的顶端。营养级越高,DDT浓度越大,受危害程度越大。
【变式训练】 1.下列各项中,能通过食物链传递引起生物富集的是(　　)A.DDT污染　　　　　　B.大气中SO2污染C.噪声污染D.大气中氟利昂污染答案:A解析:DDT等有机化合物被生物摄入体内后不易被降解,会沿食物链在生物体内聚集,即生物富集。
2.下列关于食物链和食物网的叙述,正确的是(　　)A.食物网中的植食性动物属于不同的营养级B.在生物群落中,物质只沿食物链和食物网流动C.捕食食物链由生产者、消费者和分解者组成D.难降解的有害物质会沿着食物链转移和富集答案:D解析:食物网中的植食性动物都属于第二营养级,A项错误;在生物群落中,物质不只沿食物链和食物网流动,还可从生产者流向分解者,从消费者流向分解者等,B项错误;捕食食物链中不存在分解者,C项错误;难降解的有害物质会沿食物链转移和富集,D项正确。
1.物质循环和能量流动的起点和终点是否分别相同?提示:不同。能量流动的起点是生产者固定的太阳能,终点是散失的热能;而物质循环中,物质在非生物环境与生物群落之间循环往复运动,无起点和终点。
2.能量流动与物质循环之间的关系是怎样的?提示:(1)区别
(2)联系:①两者是同时进行的,彼此相互依存,不可分割;②物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动;能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返。
能量流动与物质循环的关系
下图为某生态系统的部分物质循环简图,其中M表示非生物的物质和能量。下列相关叙述正确的是(　　)A.若M表示大气中的二氧化碳库,则碳元素在图中④过程中是以有机物的形式传递的B.从图中我们可以看出能量伴随着物质循环而循环C.若M表示大气中的二氧化碳库,则碳元素可在生物群落中反复循环利用D.若M表示非生物环境中的能量,则①的能量值为②与③对应的能量值之和答案:A
解析:碳元素在生物群落中是以含碳有机物的形式传递的,A项正确;能量在生态系统中沿食物链单向流动,而不能循环利用,B项错误;碳元素是在非生物环境和生物群落之间反复循环利用的,而不是在生物群落的内部,C项错误;①代表的是生态系统中生产者固定的总能量,它不仅包括②③,还包括消费者通过呼吸作用散失到非生物环境中的能量以及流向下一营养级的能量,D项错误。
【变式训练】 1.(不定项选择题)下列有关物质循环和能量流动的相关叙述,正确的是(　　)A.碳从消费者传递给分解者的形式为有机物B.能量流动的特点是单向流动、逐级递减C.生产者固定的能量为流经自然生态系统的总能量D.能量流动推动了物质循环,物质循环不利于能量的流动答案:ABC解析:碳在生物群落中以有机物的形式传递,A项正确;能量流动的特点是单向流动、逐级递减,B项正确;生产者固定的能量为流经自然生态系统的总能量,C项正确;物质是能量的载体,所以物质循环有利于能量的流动,能量流动推动了物质循环,D项错误。
2.下图为一个简化的生态系统能量流动和物质循环示意图,下列对图中箭头含义的表述,错误的是(　　)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部分物质回归非生物环境后,又被生物群落利用C.②可表示能量在生物体之间单向流动D.①可表示碳元素从二氧化碳转变为有机物答案:A解析:由图可知,生物群落中能量的散失可用④表示;⑤可以表示生物群落中的部分物质回归非生物环境后,又被生物群落利用;能量在生物体之间单向流动可用②③表示;碳元素从二氧化碳转变为有机物可用①表示。
1.结合教科书第65~66页探究·实践“探究微生物的分解作用”中的参考案例1,回答下列问题。(1)取样时,应在落叶多的地方取泥土,还是在落叶少的地方取?请说明理由。提示:落叶多的地方,因为落叶多的地方微生物密集。(2)取样时,应取表层土还是深层土?提示:表层土,因为大部分微生物需要进行有氧呼吸,分布在土壤的表层。
(3)该实验的自变量是什么?无关变量有哪些?提示:自变量是土壤中微生物的多少。无关变量是温度、水分、空气等。(4)实验中对实验组和对照组的实验结果要有衡量标准,本实验的衡量标准是什么?通过什么表现出来?提示:落叶的“腐烂程度”。通过落叶的质量变化、外观变化表现出来。
2.分析教科书第65~66页探究·实践“探究微生物的分解作用”的参考案例2,碘液与斐林试剂的检测作用是否一样?提示:不一样。前者检测淀粉的分解是否彻底完成,后者检测淀粉的分解是否发生。
1.实验要求及分析(1)探究活动最好在实验室中进行,以便控制变量,避免环境中不可控制因素的影响。(2)各地气候与环境等因素不同,微生物分解落叶的功能不同,分解的时间也有差异,一般需要适宜的温度、湿润的条件等。2.实验组、对照组的确定(1)验证实验中,应根据题意首先弄清实验研究的自变量是什么,然后找到进行自变量处理的一组,即为实验组,没进行自变量处理、仅为排除无关变量干扰而设置的实验为对照组。(2)探究实验中,接受自变量处理的,实验结果是未知的,为实验组;未接受自变量处理的,实验结果是已知的,为对照组。
(不定项选择题)为了探究土壤微生物能否分解农药,有人用“敌草隆”(一种除草剂)进行实验。取等量含微生物的同种砂土分装于相同的两个容器中,a组经60 ℃恒温处理1 h,b组不处理。下列有关叙述正确的是(　　)A.应分别向a、b组中喷入等量的“敌草隆”,并置于同一恒温箱中培养相同时间B.检测“敌草隆”的消失情况,预计a组的“敌草隆”全部消失,b组的含量基本不变C.只用砂土实验效果比用几种典型土壤混合后的好D.a组为实验组,b组为对照组答案:AD
解析:实验组为a组,对照组为b组,本实验的自变量是土壤中微生物的多少,而“敌草隆”的使用量和培养条件是无关变量,无关变量应保持一致且适宜,所以应向a、b中喷入等量“敌草隆”,再置于同一恒温箱中培养相同时间,A项正确;a组的“敌草隆”含量应该是不变,b组的“敌草隆”含量可能会减少,B项错误;因为典型土壤中含微生物较多,所以用几种典型土壤混合后的效果好,C项错误;a组经过60 ℃恒温处理,b组不处理,故a组为实验组,b组为对照组,D项正确。
【变式训练】 1.下图所示为一年内a、b、c三个林区的土壤中有机物的积累情况。则a、b、c三个地区气温关系可能是(　　)A.a>b>c　B.c>a>bC.a=b>cD.a=b=c答案:B解析:土壤中有机物的积累量与土壤中微生物的活动密切相关,而微生物的数量、分解有机物的速率又与当地的气温密切相关,即气温越高,微生物的繁殖速率和分解有机物的速率越大,物质循环速度越快,土壤中积累的有机物就越少。
2.火灾常给森林带来较大危害,但是在某些国家,有时会对寒带地区森林中的残枝落叶等进行有限度的人工火烧,以对森林进行资源管理。这种人工火烧的主要目的是(　　)A.消灭森林病虫害B.刺激树木种子萌发C.加速生态系统的分解过程D.提高森林的蓄水能力答案:C
解析:大多数微生物及其他分解者将动植物的遗体、枯枝落叶及土壤中的有机质分解成无机物归还给环境。因此,分解者在生态系统的物质循环过程中起着非常重要的作用,但分解者对有机物的分解过程受到温度的影响。寒带地区温度低,物质的分解速度慢,林地表面覆盖了较多的枯枝落叶,这样就不利于植物所需元素的循环利用,因此,这些地区的林业工作者有时将部分残枝落叶进行有限度的火烧,有利于适当加速分解者的分解作用,从而促进物质循环。