2023版高考生物一轮总复习第9单元生物与环境第33课生态系统的物质循环信息传递及稳定性教师用书

第33课　生态系统的物质循环、信息传递及稳定性

►学业质量水平要求◄

1．通过分析碳循环的过程，建立结构与功能相统一的观点及生命系统的物质和能量观。(生命观念)

2．通过分析抵抗力稳定性、恢复力稳定性与总稳定性的关系曲线，培养运用逻辑思维分析问题、解决问题的能力。(科学思维)

3．通过“设计制作生态缸，观察其稳定性”的实验，提高实验设计、动手操作及观察、分析能力。(科学探究)

4．通过碳循环过程的学习，认识温室效应加剧的原因，形成减少碳排放的生活意识；通过分析信息传递在实践中的应用及提高生态系统稳定性的措施，形成保护生物与环境的责任感。(社会责任)

考点一　生态系统的物质循环

1．碳循环

(1)过程解读

a．生产者，b．消费者，c．呼吸作用，d．光合作用和化能合成作用，e．呼吸作用，f．化石燃料的燃烧。

(2)碳的存在形式与循环形式

①存在形式：a．生物群落内部：以含碳有机物形式传递；b．非生物环境中：主要以CO2和碳酸盐形式存在。

②循环形式：生物群落与非生物的环境之间主要以CO2形式循环。

(3)碳循环途径

①碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用，化能合成作用。

②碳返回非生物环境的途径：生产者、消费者的呼吸作用，分解者的分解作用(实质是呼吸作用)，化石燃料的燃烧。

2．物质循环的概念

3．生物富集

(1)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。

(2)特点

①最终积累在食物链顶端。

②全球性。

4．能量流动、物质循环的关系

(1)二者同时进行、相互依存、不可分割。

(2)物质是能量的载体，能量是物质循环的动力。

5．探究土壤微生物的分解作用

1．生态系统的物质循环指的是各种化合物在生物群落与非生物环境之间往复循环。              (　×　)

2．碳在生物群落和非生物环境之间主要以有机物形式循环。 (　×　)

3．与碳循环有关的生理活动有光合作用、化能合成作用和呼吸作用等。 (　√　)

4．物质是能量的载体，能量是物质循环的动力。 (　√　)

1．运用单、双箭头判断生态系统碳循环图中的成分

说明：在碳循环中，只有生产者与大气中的CO2库(非生物的物质和能量)之间是双箭头。生产者、消费者、分解者都有箭头指向大气中的CO2库。除大气中的CO2库外，生产者、消费者都有箭头指向分解者。

(1)图甲——先根据双箭头判断：A和B应分别为生产者和大气中的CO2库。再根据A→C→D，A→D判断：D为分解者，C为消费者。

(2)图乙——根据A与C之间的双箭头判断：A是生产者，C是大气中的CO2库。根据A、B、D的箭头都流向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)图丙——根据A与E之间的双箭头判断：A为大气中的CO2库，E为生产者。然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F则为消费者。图中的食物链是E→F→D→B。

2．能量流动、物质循环和生物富集的关系

考向1| 碳循环过程分析

1．“碳中和”是指排出的二氧化碳或温室气体被植树造林、节能减排等形式抵消。“碳循环”是实现“碳中和”的科学路径之一。下列有关生态系统中的“碳循环”说法，错误的是(　　)

A．碳循环是指CO2在生物群落和非生物环境间的循环过程

B．化石燃料的燃烧使“碳中和”受到严重干扰

C．与碳循环有关的生理活动有光合作用、化能合成作用和细胞呼吸等

D．植树造林、采用低碳等生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡

A　解析：碳在群落和非生物环境之间主要以CO2的形式循环，而碳循环是指C元素在生物群落和非生物环境间往复循环的过程，A错误；化石燃料的燃烧使CO2的全球平衡被打破，从而加剧温室效应，使“碳中和”受到严重干扰，B正确；在碳循环过程中，通过光合作用、化能合成作用实现了碳元素进入生物群落的过程，而通过细胞呼吸可以使碳元素从生物群落返回到非生物环境，因此，与碳循环有关的生理活动有光合作用、化能合成作用和细胞呼吸等，C正确；植树造林、采用低碳等生活方式可缓解温室效应，有助于维持生物圈中碳循环的平衡，D正确。

2．下图表示某生态系统的碳循环示意图，其中甲、乙、丙、丁为生态系统的组成成分，①～⑦表示生理过程。下列有关该图的分析，错误的是(　　)

A．乙是该生态系统的基石

B．⑦过程中碳的传递形式是CO2

C．①过程主要是指绿色植物的光合作用

D．丙中的多种生物之间只存在种间竞争关系

D　解析：由题图可知，乙、丙、丁都指向甲，因此甲是非生物的物质和能量，根据双向箭头可判断出乙是生产者，生产者是生态系统的基石，A正确；⑦过程表示消费者进行呼吸作用释放CO2，B正确；①过程将CO2输入生物群落中，主要是指绿色植物的光合作用，C正确；丙中多种生物之间可能存在捕食关系，D错误。

考向2| 生物富集

3．下图是一个生态系统中不同营养级同化的能量相对值示意图，其中丙是第一营养级(生产者)。若该生态系统受到含汞的废电池浸出液污染，生物体内含汞最多的营养级是(　　)

A．乙  B．丙  C．甲  D．丁

C　解析：题图中丙表示的营养级同化的能量最多，营养级级别最低，甲表示的营养级同化的能量最少，营养级级别最高，所以图示食物链是丙→丁→乙→甲，有害物质沿着食物链流动并逐渐积累，因此生物体内积存汞最多的营养级是甲。

考向3| 探究土壤微生物的分解作用

4．某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5 cm左右)为实验材料，研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用，对土壤处理情况如表所示。下列有关叙述错误的是(　　)

A．该实验能探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用

B．该实验的自变量为土壤是否灭菌，因变量是土壤的湿度

C．为了控制实验中的无关变量，作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理

D．预期结论是1、3组的落叶不被分解，2、4组中的落叶被不同程度分解

B　解析：该实验有两个自变量：土壤是否灭菌和土壤的湿度，因此可以探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用，A正确，B错误；作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理，防止落叶中的微生物影响实验结果，C正确；1组和3组土壤灭菌，没有微生物分解落叶，2组和4组土壤没有灭菌，土壤中有微生物分解落叶，只是在湿润和较干燥的环境中分解程度不同，D正确。

考向4| 物质循环和能量流动的关系分析

5．分析以下生态系统的能量流动和物质循环的关系简图，不能得到的结论是(　　)

A．生物圈的物质是自给自足的，能量是需要不断补充的

B．物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动

C．能量②③的总和便是生产者所固定的太阳能总量

D．碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的

C　解析：生态系统的物质可循环利用，而能量是单向流动不可循环的，任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，A不符合题意；物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动，B不符合题意；生产者固定的太阳能总量包括生产者自身的呼吸作用消耗的能量、生产者流向初级消费者的能量、生产者流向分解者的能量三部分，而能量②表示生产者流向初级消费者的能量，能量③表示初级消费者流向次级消费者的能量，C符合题意；碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要以CO2的形式进行，D不符合题意。

考点二　生态系统的信息传递

1．信息：指日常生活中，可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等。

2．信息的种类、特点、来源及实例(连线)

3．信息传递过程

4．信息传递在生态系统中的作用

5．信息传递在农业生产中的应用

(1)提高农畜产品的产量。

(2)对有害动物进行控制。

1．变色龙变换体色，主要是向同类传递行为信息。 (　×　)

2．利用性外激素诱杀害虫属于化学防治。 (　×　)

3．当食草动物看到青草明显减少时，部分个体会另觅取食地，这体现了生态系统的信息传递功能。              (　√　)

4．羊和草之间的信息传递有利于调节生物的种间关系，以维持生态系统的平衡与稳定。              (　√　)

5．通过生态系统的信息传递，可以防治有害动物，也可以提高农畜产品的产量。(　√　)

1．生态系统的信息传递模型

(1)生态系统中的信息来源于生物和非生物环境。

(2)生态系统的信息传递的范围不包括细胞之间的传递。

(3)生态系统的信息传递既存在于同种生物之内，也发生在不同生物之间。

(4)信息传递的方向一般是双向的。非生物与生物之间的信息传递是单方向的。

2．能量流动、物质循环和信息传递的关系

考向1| 信息传递的类型

1．(2021·吉林松原模拟)在自然界中，水蚤与三刺鱼、三刺鱼与翠鸟之间存在捕食关系。科研小组利用有不同密度水蚤的人工水域和悬挂在水域上的翠鸟模型，研究了饥饿状态下的三刺鱼的取食行为，结果如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)

A．水蚤密度、有无翠鸟模型、饥饿状态下的三刺鱼都属于自变量

B．实验过程中，三刺鱼是处于最高营养级的捕食者

C．实验过程中，翠鸟模型传递给三刺鱼的是行为信息

D．有“危险”时，三刺鱼的进攻次数会随水蚤密度的增大而增大

B　解析：本题研究的是不同密度水蚤和有无翠鸟模型对三刺鱼取食的影响，实验的自变量是水蚤密度和有无翠鸟模型，A错误；实验过程中，翠鸟只是提供一种模型，并不真实存在，因此实验中三刺鱼不被翠鸟捕食，是处于最高营养级的捕食者，B正确；实验过程中，翠鸟模型传递给三刺鱼的是物理信息，C错误；由题图可知，有翠鸟模型时，即有“危险”时，三刺鱼的进攻次数会随水蚤密度的增大而减少，D错误。

【方法规律】判断生态系统信息种类的方法

考向2| 生态系统信息传递的作用

2．化感作用指植物通过向外分泌化学物质对周围其他植物产生的影响。科学家通过对化感作用的研究，发现松与赤杨、锦鸡儿与杨树种在一起有良好的作用，而松与接骨木、榆树与栎树都具有相克现象不能种在一起。以下相关叙述错误的是(　　)

A．化感作用均表现为相互促进效果

B．化感作用影响植物群落的种类组成

C．可以利用化感作用合理地相间种植两种或两种以上作物

D．化感作用体现了生态系统的信息传递功能

A　解析：根据题干信息“松与接骨木、榆树与栎树都具有相克现象不能种在一起”可知，化感作用也可表现为相互抑制，A错误；化感作用指植物通过向外分泌化学物质对周围其他植物产生影响，则会影响植物群落的种类组成，B正确；化感作用有的表现为相互促进，有的表现为相互抑制，可以利用化感作用合理地相间种植两种或两种以上作物，C正确；化感作用指植物通过向外分泌化学物质对周围其他植物产生的影响，这说明生态系统的信息传递能调节生物的种间关系，D正确。

3．下列有关生态系统信息传递及其应用的叙述，错误的是(　　)

A．动物的特殊行为信息可在同种或异种生物之间传递

B．生态系统中的信息是由生物发出并相互传递而发挥作用的

C．利用黑光灯诱捕法来调查昆虫的种群密度属于生态系统中信息传递的应用

D．短日照作物黄麻，南种北移可延长生长期，提高麻的产量，是对物理信息的合理利用

B　解析：动物的特殊行为对同种或异种生物能够传递某种信息，这种特殊行为特征可以体现行为信息，A正确；生态系统中的信息可由生物发出，也可由非生物环境发出，如光周期，B错误；利用黑光灯诱捕昆虫来调查昆虫的种群密度，是物理信息在生产生活中的应用，C正确；短日照作物黄麻，南种北移可延长生长期，提高麻的产量，是对物理信息的合理利用，D正确。

考点三　生态系统的稳定性

1．生态平衡

(1)概念：生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。

(2)特征

①结构平衡：生态系统的各组分保持相对稳定。

②功能平衡：生产—消费—分解的生态过程正常进行，保证物质循环和能量流动的正常进行。

③收支平衡：物质和能量的输入与输出平衡。

(3)调节机制：负反馈调节。

2．生态系统的稳定性

(1)概念：生态系统维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力。

(2)原因：具有自我调节能力。

(3)特点：生态系统的自我调节能力有一定限度。

3．生态系统稳定性的两个方面

4．提高生态系统稳定性的措施

(1)控制对生态系统的干扰强度，对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统的自我调节能力。

(2)对人类利用强度较大的生态系统，应给予相应的物质、能量的投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。

1．生态平衡并不是指生态系统一成不变，而是一种动态的平衡。 (　√　)

2．随着生物多样性的提高，生态系统的自我调节能力增强。 (　√　)

3．负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础。 (　√　)

4．某相对稳定的生态系统中旅鼠的天敌、植物、旅鼠之间数量的变化是一种正反馈调节。              (　×　)

5．森林生态系统的抵抗力稳定性要比草原生态系统高。 (　√　)

1．抵抗力稳定性和恢复力稳定性之间的关系

(1)一般呈负相关，抵抗力稳定性强的生态系统，恢复力稳定性差，反之亦然。但也有特殊情况，如极地苔原抵抗力稳定性和恢复力稳定性都较差。

(2)二者是同时存在于同一系统中的两种截然不同的作用力，它们相互作用共同维持生态系统的稳定。如图所示：

2．比较归纳正反馈调节与负反馈调节

考向1| 生态系统稳定性的分析

1．(2021·江西抚州三模)长江十年禁渔令颁布后，人们把目光投向了人工养殖。下图是一个生态环境改善型鱼塘物质循环流程图。下列有关分析正确的是(　　)

A．鱼塘中的沉水植物、鱼、虾、蟹、有机废弃物等共同构成了生物群落

B．螺蛳位于食物链的第三营养级，可以加快该生态系统的物质循环

C．对鱼、虾、蟹的捕捞强度过大会导致该生态系统的抵抗力稳定性下降

D．不同年龄段的某种草食性鱼分布在不同水层，说明群落具有垂直结构

C　解析：生物群落是指在相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合，鱼塘中的沉水植物、鱼、虾、蟹、有机废弃物等不能构成生物群落，A错误；螺蛳属于分解者，B错误；对鱼、虾、蟹的捕捞强度过大，会使生物数量减少，影响生态系统的营养结构，易导致该生态系统抵抗力稳定性下降，C正确；不同年龄段的某种草食性鱼属于同一种群，它们分布在不同水层，不属于群落的结构，D错误。

【方法规律】判断生态系统稳定性的方法

(1)抵抗力稳定性强弱的判断

(2)恢复力稳定性强弱的判断：一般与抵抗力稳定性成反比，但是也有例外，如极地苔原生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都比较弱。

考向2| 反馈调节机制

2．一个系统作用的效果反过来又促进或抑制了这个系统的工作，如果是促进，该调节就是正反馈，反之则是负反馈。图1为某草原生态系统中的反馈调节示意图，图2为某湖泊生态系统中发生的某种调节活动，下列分析正确的是(　　)

A．图1中生物和非生物的物质和能量构成了完整的生态系统

B．甲、乙、丙三者之间的食物联系是乙→丙→甲

C．图2所示调节导致的最终结果是维持该生态系统原有的稳态

D．图1中存在负反馈调节，图2中存在正反馈调节

D　解析：生态系统的成分包括生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量，而图1中缺少分解者，A错误；由题图1中种群数量的变化，可得出甲、乙、丙三者之间的捕食关系是乙→甲→丙，B错误；图2所示为正反馈调节，它会使生态系统偏离原有的稳态，C错误。

考点四　(探究·实践)设计制作生态缸，观察其稳定性

1．实验原理：生态系统保持稳定需要一定的条件。

(1)具有生态系统的各种成分。

(2)不同营养级生物之间应具有合适的比例。

2．实验流程

3．实验设计要求

1．某生物兴趣小组的同学用河水、池泥、水藻、植食性小鱼、广口瓶、凡士林等材料制作了3个生态瓶(如图所示)。下列叙述错误的是(　　)

A．甲瓶中的小鱼很快死亡是因为瓶内分解者数量过少

B．乙瓶中的生物存活的时间相对较长

C．丙瓶中的分解者主要存在于河水及池泥中

D．若想维持生态平衡，丙瓶不应放在黑暗中

A　解析：甲瓶中的小鱼很快死亡主要是因为消费者(植食性小鱼)过多，所以应保持各组分的比例合适，才能使生态瓶稳定性维持较长时间。

2．设计制作封闭型生态缸应该遵循一定的原理和要求，下列原理或要求中合理的是(　　)

A．应该将生态缸放在阳光能够直接照射的地方，以保证获得足够的能量

B．应该经常向生态缸中通气，从而保证缸中生物的呼吸

C．生态缸中投放的生物必须有很强的生命力，投放的动物数量要多一些

D．生态缸的各种生物之间以及生物与非生物环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动

D　解析：应该将生态缸放在散射光下，而不能放在阳光能够直接照射的地方，A错误；生态缸应该是密闭的，不能通气，B错误；生态缸中投放的生物的数量和比例要适中，C错误；生态缸的各种生物之间以及生物与非生物环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动，D正确。

【命题动态】本考点常结合温室效应、生态农业等热点问题，考查碳循环、信息传递、生态系统稳定性等知识。题型为选择题或非选择题，难度较小。

1．(2021·湖南卷)某草原生态系统中植物和食草动物两个种群数量的动态模型如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．食草动物进入早期，其种群数量增长大致呈“J”形曲线

B．图中a点的纵坐标值代表食草动物的环境容纳量

C．该生态系统的相对稳定与植物和食草动物之间的负反馈调节有关

D．过度放牧会降低草原生态系统的抵抗力稳定性

[思维培养]

B　解析：早期食草动物进入草原生态系统，由于空间、资源充足，又不受其他生物的制约，所以食草动物的种群数量增长大致呈“J”形曲线，A正确。环境容纳量是指一定环境条件所能维持的种群最大数量，即该种群在该环境中的稳定平衡密度，而图中a点的纵坐标对应的数量为该食草动物的最大数量，所以环境容纳量应小于a点的纵坐标对应的数量，B错误。从题图中可以看出，食草动物过多会导致植物数量的下降，食草动物数量的下降又会导致植物数量的增多，属于典型的负反馈调节，C正确。生态系统有自我调节能力，但有一定的限度，过度放牧使得草原生物的种类和数量减少，降低了草原生态系统的自我调节能力，致使草原退化，D正确。

2．(2021·河北卷)为探究全球气候变暖对生态系统的影响，研究者将20个人工淡水池塘均分成两组，对照组保持环境温度，实验组始终比对照组高4 ℃(利用温控装置)，并从附近淡水栖息地搜集水生生物投入池塘。连续多年观测发现，池塘逐渐形成主要由浮游植物和浮游动物组成的群落。第15年时，池塘中浮游植物和浮游动物生物量(单位体积水体中生物体的质量)的检测结果如图。

回答下列问题：

(1)池塘生物群落区别于湖泊生物群落的重要特征为________，池塘生物群落从简单到复杂的过程中发生了________演替。

(2)某种水生生物被投入池塘后，其种群数量将呈________型(形)增长，若该生物种群密度在较长时期保持相对稳定，表明其种群数量已达到了________________。

(3)从能量流动角度分析，升温导致该生态系统总生物量降低的原因可能是___________________________________________。

(4)碳在池塘生物群落中主要以____________的形式传递，碳循环具有全球性的主要原因是______________________________________________________

___________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

解析：(1)要认识一个群落，首先要分析该群落的物种组成，群落的物种组成是区别不同群落的重要特征。池塘生物群落从简单到复杂的过程中，由于原有的土壤条件等都有保留，所以该过程中发生了群落的次生演替。(2)某种水生生物被投入池塘后，由于池塘空间和资源有限，其种群数量增长会呈“S”型(形)曲线增长。当该种群密度处于较长时期的相对稳定阶段，表明其种群数量已达到了环境容纳量。(3)食物链中每一营养级同化的能量除了自身呼吸消耗和被下一营养级同化以外，还有一部分能量被分解者分解利用。从生态系统的能量流动角度分析，升高温度可能会导致每一营养级生物自身呼吸消耗增加，分解者分解作用加快，从而导致生态系统总生物量降低。(4)碳在非生物环境中主要以CO2和碳酸盐形式存在，碳在生物群落的各类生物体中以含碳有机物的形式存在，并通过食物链在生物群落中传递；碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要以CO2的形式进行，大气中的CO2能够随着大气环流在全球范围内流动，所以具有全球性。

答案：(1)群落的物种组成　次生　(2)“S”　环境容纳量　(3)生物自身呼吸消耗增加，分解者分解作用加快　(4)含碳有机物　碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要以CO2的形式进行，大气中的CO2能够随着大气环流在全球范围内流动

1．(生活、学习和实践情境)厨余垃圾易腐败含有大量的有毒有害物质，直接进入人类食物链中，会对人体健康造成极大危害。可将厨余垃圾投放至易腐垃圾减量机，经破袋、粉碎、脱水、固液分离、固体搅拌、烘干等一系列智能化处理，变废为宝，转化成有机肥，通过深埋或兑水使用，供居民用来浇花、种树、肥田等。下列有关叙述错误的是(　　)

A．厨余垃圾加工成的有机肥，实现了对废弃物中能量和物质的循环多级利用

B．将有机肥施加到农田中，会改变土壤微生物的组成和密度

C．厨余垃圾处理减轻了环境污染，提高了城市生态系统的稳定性

D．有机肥通过深埋或兑水使用是为了防止造成烧苗

A　解析：能量不能循环利用，A错误；有机肥增加了土壤中有机物的种类，微生物能分解有机肥中的有机物为自身提供营养和能量，所以微生物的组成和密度会增加，B正确；厨余垃圾中含有大量有害有毒物质，一系列智能化处理，变废为宝，转化成有机肥，处理后能减轻环境污染，有利于增加生物种类，提高生态系统稳定性，C正确；有机肥通过深埋或兑水使用，是为了防止根细胞外界溶液浓度过高，造成根细胞大量失水，即烧苗现象，D正确。

2．(生活、学习和实践情境)胶州湾准备推广“贝参藻多营养层次海洋牧场”这一养殖模式，它是指利用立体养殖技术，将藻类、扇贝和海参置于同一片海区养殖，达到生态互补、共生互促目的的养殖方式。鼠尾藻的枝条中上部生长着较窄的狭叶，下部生长着较宽的阔叶，可种植在表层；中层种植扇贝，底层播种海参。请分析此种养殖模式的可行性，下列相关说法错误的是(　　)

A．鼠尾藻枝条叶片有狭叶和阔叶，可以充分利用不同水层的太阳光

B．牧场中的物质循环和能量流动是平衡的，不需要向海水中投放饵料

C．藻类、扇贝、海参的分布可体现生物群落的垂直结构

D．扇贝和海参的代谢物被分解者分解为无机物后才能被鼠尾藻吸收利用

B　解析：鼠尾藻的枝条中上部生长着较窄的狭叶，下部生长着较宽的阔叶，可以充分利用不同水层的太阳光，A正确；由于人类不断从牧场中收获产物，所以其中的物质循环和能量流动是不平衡的，同时物质循环是在生物圈内，而不是在该牧场中，因此需要向海水中投放饵料，B错误；鼠尾藻种植在表层，中层种植扇贝，底层播种海参，体现了群落的垂直结构，C正确；扇贝和海参的代谢物中的有机物需要被分解者分解为无机物后才能被鼠尾藻吸收利用，D正确。