物質(zhì)循環(huán)-省賽獲獎教學(xué)設(shè)計

物質(zhì)循環(huán)1.特點介紹生態(tài)系統(tǒng)除了需要能量外，還需要水和各種礦物元素。這首先是由于生態(tài)系統(tǒng)所需要的能量必須固定和保存在由這些無機物構(gòu)成的有機物中，才能夠沿著食物鏈從一個營養(yǎng)級傳遞到另一個營養(yǎng)級，供各類生物需要。否則，能量就會自由地散失掉。其次，水和各種礦質(zhì)營養(yǎng)元素也是構(gòu)成生物有機體的基本物質(zhì)。因此，對生態(tài)系統(tǒng)來說，物質(zhì)同能量一樣重要。生物有機體在生活過程中，大約需要30—40種元素。其中如C、O、H、N、P、K、Na、Ca、Mg、S等元素的需要量很大，稱為大量元素；另一些元素雖然需要量極少，但對生命是不可缺少的，如B、Cl、Co、Cu、I、Fe、Mn、Mo、Se、Si、Zn等，叫做微量元素。這些基本元素首先被植物從空氣、水、土壤中吸收利用，然后以有機物的形式從一個營養(yǎng)級傳遞到下一個營養(yǎng)級。當(dāng)動植物有機體死亡后被分解者生物分解時，它們又以無機形式的礦質(zhì)元素歸還到環(huán)境中，再次被植物重新吸收利用。這樣，礦質(zhì)養(yǎng)分不同于能量的單向流動，而是在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)一次又一次地利用、再利用，即發(fā)生循環(huán)，這就是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)或生物地球化學(xué)循環(huán)。物質(zhì)循環(huán)的特點是循環(huán)式，與能量流動的單方向性不同。能量流動和物質(zhì)循環(huán)都是借助于生物之間的取食過程進(jìn)行的，在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動和物質(zhì)循環(huán)是緊密地結(jié)合在一起同時進(jìn)行的，它們把各個組分有機地聯(lián)結(jié)成為一個整體，從而維持了生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)存在。在整個地球上，極其復(fù)雜的能量流和物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把各種自然成分和自然地理單元聯(lián)系起來，形成更大更復(fù)雜的整體——地理殼或生物圈。2.類型介紹全球的物質(zhì)循環(huán)可分為3種類型：水循環(huán)、氣體循環(huán)、沉積型循環(huán)。在水循環(huán)中，物質(zhì)的主要儲存庫是大氣圈和海洋。其循環(huán)與大氣圈和海洋密切相關(guān)，具有明顯的全球性，循環(huán)性能最為完善。凡屬于氣體型的物質(zhì)及其分子或某些化合物必以氣體形式參與循環(huán)過程。屬于氣體循環(huán)的物質(zhì)主要有O、CO2、N、Cl、Br和F等。屬于沉積型循環(huán)的物質(zhì)，其分子或化合物決無氣體形態(tài)，這些物質(zhì)主要是通過巖石風(fēng)化和沉積物的分解轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫臓I養(yǎng)物質(zhì)，而由沉積物轉(zhuǎn)化為巖石圈成分則是一個極其緩慢的物質(zhì)移動過程。沉積型循環(huán)的主要儲存庫是土壤、沉積物和巖石圈。因此，這類物質(zhì)循環(huán)的全球性不如氣體型循環(huán)表現(xiàn)得那么明顯。屬于沉積物循環(huán)的物質(zhì)主要有P、Ca、K、Na、Mg、Fe、Mn、I、Cu和Si等。3.水的循環(huán)水循環(huán)水循環(huán)是水分子從水體和陸地表面通過蒸發(fā)進(jìn)入到大氣，然后遇冷凝結(jié)，以雨、雪等形式又回到地球表面的運動。水循環(huán)的生態(tài)學(xué)意義在于通過它的循環(huán)為陸地生物、淡水生物和人類提供淡水來源。水還是很好的溶劑，絕大多數(shù)物質(zhì)都是先溶于水，才能遷移并被生物利用。因此其他物質(zhì)的循環(huán)都是與水循環(huán)結(jié)合在一起進(jìn)行的?？梢哉f，水循環(huán)是地球上太陽能所推動的各種循環(huán)中的一個中心循環(huán)。沒有水循環(huán)，生命就不能維持，生態(tài)系統(tǒng)也無法開動起來。4.碳的循環(huán)碳對生物和生態(tài)系統(tǒng)的重要性僅次于水。植物通過光合作用從大氣中攝取碳的速率和通過呼吸作用把碳釋放給大氣的速率大體相同。碳循環(huán)的基本路線是從大氣儲存庫到植物和動物，再從動植物通向分解者，最后又回到大氣中去。除了大氣以外，碳的另一個儲存庫是海洋。海洋是一個重要的儲存庫，它的含碳量是大氣含碳量的50倍。更重要的是，海洋對于調(diào)節(jié)大氣中的含碳量起著非常重要的作用。在植物光合作用中被固定的碳，主要是通過生物的呼吸以CO2的形式有回到了大氣圈。此外非生物的燃燒也使大氣圈中的CO2的含量增加。CO2在大氣圈和水圈之間的界面上通過擴散作用而互相交換著，如果大氣中CO2發(fā)生局部短缺，就會引起一系列的補償反應(yīng)，水圈里溶解態(tài)的CO2就會更多地進(jìn)入大氣圈。同樣，如果水圈里的碳酸氫根離子在光合作用中被植物耗盡，也可從大氣中得到補充?？傊?，碳在生態(tài)系統(tǒng)中的含量過高或過低，都能通過碳循環(huán)的自我調(diào)節(jié)機制而得到調(diào)整并恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。森林也是生物碳庫的主要儲存庫，相當(dāng)于目前地球大氣含碳量的三分之二。5.磷的循環(huán)磷是構(gòu)成生物有機體的另一個重要元素。磷的主要來源是磷酸鹽類巖石和含磷的沉積物（如鳥糞等）。它們通過風(fēng)化和采礦進(jìn)入水循環(huán)，變成可溶性磷酸鹽被植物吸收利用，進(jìn)入食物鏈。以后各類生物的排泄