2024届人教版高考生物一轮复习生态系统的物质循环、信息传递和稳定性学案

第 2 讲　生态系统的物质循环、信息传递和稳定性

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．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。(√)

3．生物富集的物质会沿着食物链、食物网在生物体内聚集，营养级越高，浓度也越高。(√)

4．生态系统的物质循环和能量流动的渠道都是食物链和食物网，所以物质和能量是循环往返的。(×)

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。(√)

6．利用性外激素诱杀害虫属于化学防治。(×)

7．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。(√)

8．一个生态系统的抵抗力稳定性很低，则恢复力稳定性就一定很高。(×)

9．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。(√)

系统学习(一)　生态系统的物质循环(固基点)

　　　　　　主干知识·记准理清

(一)碳循环

1．碳的存在形式与循环形式

2．碳循环途径

3.碳循环的过程

4．物质循环

(二)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．富集的过程

(1)途径：食物链(网)。

(2)实例——铅的富集过程。

3．特点

(1)食物链中营养级越高，生物富集的某种物质浓度就越大。

(2)生物富集也具有全球性。

(三)能量流动和物质循环的关系

1．区别

2．联系

(1)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)二者同时进行，相互依存、不可分割。

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1．(选择性必修2 P63“与社会的联系”拓展训练)温室效应加剧的原因是化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放，引起全球性的气候变化。我国政府采取的措施：一方面采取积极措施减少二氧化碳排放，另一方面大力植树种草，提高森林覆盖率。

2．(选择性必修2 P64有关生物富集的延伸思考)

(1)简述参与生物富集的物质及生物富集的途径。

提示：参与生物富集的物质有①重金属物质，如铅、镉、汞等；②人工合成的有机化合物，如DDT、六六六等。

生物富集的途径：①通过大气沉降到土壤、植被的表面，从而被植物吸收而富集。②通过降雨进入水体、土壤中，从而被动植物吸收而富集。③通过生物的迁移运动而富集。

(2)生物富集的特点是什么？它与能量流动有什么区别？

提示：特点是①逐级积累；②全球性。与能量流动的区别：①生物富集是某些物质沿食物链不断积累；能量流动是能量沿食物链不断减少。②生物富集沿食物链(网)传递的是不易被分解的重金属物质、有机农药等，能量流动沿食物链(网)传递的是有机物中的化学能。

3．(选择性必修2 P67“拓展应用”分析)氮元素在生物群落与非生物环境间能循环利用。请解释需不断向农田中施加氮肥的原因。

提示：农产品源源不断地从农田生态系统输出，其中的氮元素并不能全部归还土壤，所以需要施加氮肥。这与物质循环并不矛盾。

　　　　　　题点考法·练全练通

考法(一)　考查碳循环过程、特点与生物富集

1．(2020·全国卷Ⅲ)生态系统的物质循环包括碳循环和氮循环等过程。下列有关碳循环的叙述，错误的是(　 )

A．消费者没有参与碳循环的过程

B．生产者的光合作用是碳循环的重要环节

C．土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节

D．碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2的形式循环

解析：选A　消费者的存在能加快生态系统的物质循环，A错误；大气CO2库中的碳进入生物群落是通过生产者的光合作用或化能合成作用实现的，生产者的光合作用是碳循环的重要环节，B正确；土壤中的微生物可以通过呼吸作用将含碳有机物中的碳返回大气中，土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节，C正确；碳在生物群落和无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行，在生物群落内部主要以含碳有机物的形式传递，D正确。

2.生物富集作用是指通过生态系统中食物链或食物网的各营养级，使某些污染物在生物体内逐步浓集的趋势。如图为某条食物链中各生物体内有毒物质的相对含量，其中甲、乙、丙、丁4种生物各自只占一个营养级，且构成一条食物链。下列叙述正确的是(　 )

A．甲可能为分解者，能将有机物分解成无机物被绿色植物再利用

B．乙为次级消费者，其粪便中含有的能量是上一营养级同化量的一部分

C．丙为生产者，其同化的能量去向有以热能形式散失和流向下一营养级甲

D．通过对食物链逐级富集过程的研究可认识污染物的迁移转化规律

解析：选D　分解者不参与食物链的构成，A错误；乙为初级消费者，B错误；丙为三级消费者，C错误；污染物随着食物链中营养级别的升高在生物体内的含量逐步升高，因此通过对食物链逐级富集过程的研究可认识污染物的迁移转化规律，D正确。

3.如图是生态系统中碳循环示意图，其中“→”表示碳的流动方向。下列叙述错误的是(　 )

A．在碳循环过程中，同时伴随着能量流动

B．由于某种原因造成图中E生物数量大量减少，推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生的变化是D增多，F减少

C．该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、B

D．在A→C过程中碳主要以CO2的形式进行循环，在F→B过程中以含碳有机物的形式进行流动

解析：选C　分析图形，A、B、D、E、F均有箭头指向C，则C是大气中的CO2库。A、C之间为双向箭头，A为生产者。A、D、E、F均有箭头指向B，则B为分解者，D、E、F为消费者。图示中包含的食物链为A→D→E→F，故E减少，短时间内D增多，F减少。碳在生物群落与非生物环境之间主要以CO2的形式循环，在生物群落内部是以含碳有机物的形式流动。

考法(二)　考查物质循环和能量流动的关系

4．下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，正确的是(　 )

A．富营养化水体出现蓝细菌水华的现象，可以说明能量流动的特点

B．生态系统中能量的初始来源只有太阳能

C．食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用

D．非生物环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用

解析：选D　富营养化水体出现蓝细菌水华的现象，可以说明物质循环的特点，A错误；生态系统中能量的初始来源主要是太阳能，也可以是化学能，B错误；食物链各营养级中10%～20%的能量会被下一个营养级生物利用，C错误。

5．如图是某自然生态系统中碳循环的部分图解，其中a、b、c、d构成生物群落，①～⑧表示相关过程。请回答下列问题：

(1)碳在非生物环境与生物群落之间的循环主要是以________的形式进行的。图示各种成分之间缺少两个重要过程，请用虚线箭头在图中表示出来。

(2)图示初级消费者粪便中的能量属于________(填字母)同化量的一部分。b同化的能量最终的去向有______________________。若图中b的同化量增加1 kJ，则生产者的同化量至少需要增加________kJ。

(3)过度的人工碳排放，会破坏生态系统的____________，导致气温升高从而形成温室效应。为了避免温室效应的形成，可以采取的措施有________________________________________________________________________

(写出两点)。

解析：(1)碳在非生物环境与生物群落之间的循环主要是以CO2的形式进行的。根据生态系统的碳循环特点可知，d为生产者，a为初级消费者，b为次级消费者，c为分解者。图中缺少a指向c的箭头和非生物环境指向d的箭头。(2)初级消费者(a)粪便中的能量属于生产者(d)同化量的一部分。b为最高营养级，其同化的能量最终的去向有通过自身的呼吸作用散失和被分解者利用。若b的同化量增加1 kJ，则生产者至少需要增加的同化量为1÷20%÷20%＝25(kJ)。(3)当碳过度排放到环境中时，会破坏生态系统的碳平衡，从而导致大气中的CO2增多，形成温室效应。为了避免温室效应的形成，采取的措施可以从碳的来源和去路两个方面进行分析。

答案：(1)CO2　图略(缺少ac及非生物环境d)　(2)d　通过自身的呼吸作用散失和被分解者利用　25　(3)碳平衡(或碳循环的平衡)　尽量减少使用化石燃料；扩大绿化面积；增加绿色植物对CO2的吸收等(合理即可)

系统学习(二)　生态系统的信息传递(固基点)

　　　　　　主干知识·记准理清

(一)生态系统中信息的种类

1．信息的种类、概念、传递形式及实例

2.信息传递的三要素

(二)信息传递在生态系统中的作用

(三)信息传递在农业生产中的应用

1．提高农畜产品的产量。如利用模拟的动物信息吸引大量的传粉动物，就可以提高果树的传粉效率和结实率。

2．对有害动物进行控制。如利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物，降低害虫的种群密度。

(四)归纳总结生态系统三大功能的关系

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1．(选择性必修2 P69正文挖掘分析)生态系统的信息传递是否只存在于同种动物之间？举例说明。

提示：生态系统中的信息传递既发生在同种生物之间，也发生在异种生物之间，如在非洲大陆上，犀牛与牛椋鸟之间有频繁的信息交流，鸟的鸣叫与跳跃可以提醒犀牛附近有危险情况。

2．(选择性必修2 P69旁栏思考拓展)信息传递与物质循环、能量流动存在哪些差异？请详细说明。

提示：三者的差异主要体现在以下3个方面：

①途径不同。物质循环与能量流动主要通过食物链(网)进行，信息传递通过多种途径进行。

②特点不同。物质循环具有循环性、全球性的特点，能量流动具有单向流动、逐级递减的特点，信息传递往往是双向的。

③范围不同。物质循环的范围是整个生物圈，能量流动的范围是食物链(网)的各营养级，信息传递的范围是生物与生物之间、生物与非生物环境之间。

　　　　　　题点考法·练全练通

考法(一)　考查信息传递的种类和功能

1．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．生态系统中信息是由生物发出并相互传递而发挥其作用的

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

解析：选B　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。

2．(2023·长沙二模)生态果园是一种新型养殖模式，包括果园、家禽、家畜等。果园中果农在果树开花时期，放置一电子仪器，产生与蜜蜂跳舞相同频率的振动或声音，吸引蜜蜂前来采蜜传粉。秋冬季节，部分家禽养殖户在增加营养的基础上延长光照时间，提高了家禽的产蛋率。下列有关该生态系统信息传递的叙述错误的是(　 )

A．电子仪器吸引蜜蜂前来采蜜传粉利用了物理信息的作用

B．蜜蜂找到蜜源后通过跳圆圈舞的方式为同伴传递的信息属于行为信息

C．家禽养殖户延长光照时间这一举措体现了信息传递有利于种群繁衍

D．果树体内的生长素对果树生长的调节体现了化学信息有利于生物体的生命活动

解析：选D　电子仪器产生的振动或声音属于物理信息，A正确；蜜蜂找到蜜源后通过跳圆圈舞的方式为同伴传递的信息属于行为信息，B正确；家禽养殖户延长光照时间，提高了家禽的产蛋率，有利于家禽的种群繁衍，C正确；果树体内的生长素对果树生长的调节不属于生态系统中的化学信息，D错误。

考法(二)　考查信息传递在生产中的应用

3．古书早有“旱极而蝗”的记载。干旱裸露的荒地是蝗虫的最佳产卵场所，阴湿多雨的环境易使蝗虫间流行疾病，雨雪还能直接杀灭蝗虫卵。中国科学院动物研究所揭示了蝗虫聚群成灾的奥秘：飞蝗群聚信息素4VA(4-甲氧基苯乙烯)，正是它导致了蝗虫聚群成灾。下列叙述不正确的是(　 )

A．较高浓度的“群聚信息素”可代替农药来杀死蝗虫，减少环境污染

B．可利用人工合成的“群聚信息素”监测田间蝗虫的种群数量动态

C．人工降雨可降低蝗灾区蝗虫的环境容纳量

D．可根据4VA的结构设计拮抗剂，阻止蝗虫的聚集

解析：选A　“群聚信息素”可以使蝗虫聚集，但是不能杀死蝗虫，A错误。

系统学习(三)　生态系统的稳定性(固基点)

　　　　　　主干知识·记准理清

(一)生态平衡与生态系统的稳定性

1．生态平衡

2．生态系统的稳定性

(二)抵抗力稳定性和恢复力稳定性的比较

(三)提高生态系统的稳定性

1．控制对生态系统的干扰强度，在不超过生态系统自我调节能力的范围内，合理适度地利用生态系统。

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

(四)设计和制作生态缸

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1．(选择性必修2 P73正文发掘)生态平衡的实质是什么？处于生态平衡的生态系统具有哪三个特征？

提示：生态系统的结构和功能处于动态平衡。结构平衡、功能平衡和收支平衡。

2．(选择性必修2 P75正文拓展训练)下图表示抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系，分析回答有关问题：

(1)图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。

(2)y的大小可以作为抵抗力稳定性强弱的指标，y大小与抵抗力稳定性的关系是y越大说明抵抗力稳定性弱；反之，抵抗力稳定性强。

(3)x可以表示恢复到原状所需的时间，x大小与恢复力稳定性的关系是x越大，表示恢复力稳定性越弱；反之，恢复力稳定性越强。

(4)TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积，可作为总稳定性的定量指标，这一面积越大，说明这个生态系统的总稳定性越低。

3．(选择性必修2 P76正文拓展)某地农业部门在防治棉铃虫的问题上提出了两种方案——Ⅰ.喷洒高效农药；Ⅱ.放养赤眼蜂(其为棉铃虫天敌)。请评价哪种方案更有利于提高农田生态系统的稳定性？说明理由。

提示：放养赤眼蜂。因为喷洒高效农药，在消灭棉铃虫的同时，也会杀死大量的棉铃虫的天敌。棉铃虫失去了天敌的控制，就容易再度大爆发。在棉田中放养赤眼蜂，由于棉铃虫和赤眼蜂在数量上存在相互制约的关系，因此，能够将棉铃虫的数量长期控制在较低水平。从长远角度看，方案Ⅱ有利于提高农田生态系统的稳定性。

　　　题点考法·练全练通

考法(一)　考查生态系统稳定性的类型及相互关系

1．下列有关生态系统稳定性的叙述正确的是(　 )

A．负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础

B．生态系统稳定性的高低可通过种群内个体数目的多少来体现

C．同等强度干扰下，草原生态系统比沙漠生态系统恢复速度慢

D．“野火烧不尽，春风吹又生”，体现了生态系统的抵抗力稳定性

解析：选A　负反馈调节在生态系统中普遍存在，是生态系统自我调节能力的基础，A正确；生态系统稳定性的高低可通过生物种类的多少来体现，B错误；因草原的环境条件较沙漠优越，所以，草原生态系统恢复力稳定性比沙漠强，故同等强度干扰下，草原生态系统比沙漠生态系统恢复速度快，C错误；“野火烧不尽，春风吹又生”，体现了生态系统的恢复力稳定性，D错误。

2．如图表示不同生态系统中环境变化对生物群落的影响，a和b表示两个不同的生物群落。下列有关叙述正确的是(　 )

A．a群落代表低多样性生物群落，b群落代表高多样性生物群落

B．a群落遭到生物入侵一定会使生态系统结构变复杂，抵抗力稳定性增强

C．b群落物种单一，容易随环境的变化而变化

D．a、b群落均具备一定的缓冲外来冲击的能力

解析：选D　由图可知，在相同环境条件的影响下，b群落的变化明显，说明其生物多样性较低，A错误；a群落遭到生物入侵可能会使生态系统结构变简单，抵抗力稳定性减弱，B错误；图中无法判断b群落物种情况，C错误；群落a、b随着环境变化，群落出现波动，最终恢复原状，说明具备一定的缓冲外来冲击的能力，D正确。

[规律方法]　生态系统抵抗力稳定性大小的判断

考法(二)　考查生态平衡与反馈调节

3．自然界的生物与周围的环境之间，与群落中的其他生物种群之间，有着密切的联系。它们相互依赖、相互制约，构成占据一定空间、具有一定结构、执行一定功能的动态平衡体系。下列叙述错误的是(　 )

A．生产者制造有机物，是该动态平衡体系的首要成分

B．正反馈调节是该动态平衡体系维持相对稳定的主要调节方式

C．俗语“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃泥巴”包含食物链的含义

D．水体中沉降植物的分泌物可抑制藻类生长，说明生产者间也存在信息联系

解析：选B　生产者利用外界物质能量制造有机物，是生态系统的首要成分，A正确。负反馈调节是该动态平衡体系维持相对稳定的主要调节方式，B错误。“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃泥巴”包含了一条“泥巴中的藻类→虾米→小鱼→大鱼”的食物链，C正确。生态系统的信息传递具有调节种间关系的功能。植物分泌物抑制藻类生长，为种间关系间的调节，D正确。

4．生态系统的稳态是一种动态平衡，包括结构和功能上的相对稳定。图中“置位点”为生态系统所具有的某一稳定状态。下列说法正确的是(　 )

A．若图示为庭院生态系统，则其物质和能量的输入全部依赖于A

B．通过对B生物量的计算，可以推测各类B在生态系统中的相对重要性

C．图中所示的反馈调节是维持生态系统稳定性的基础

D．当生态系统处于“置位点”时，B的数量将保持在K值不变

解析：选B　若图示为庭院生态系统，则其物质和能量的输入除了依赖于A，还依赖于外界有机物的输入，A错误；通过对B生物量的计算，可以推测各类B在生态系统中的相对重要性，B正确；图中所示的负反馈调节是维持生态系统稳定性的基础，C错误；当生态系统处于“置位点”时，B的数量将在K值保持相对稳定，D错误。

[归纳拓展]　正反馈调节与负反馈调节比较

考法(三)　考查生态缸的制作和分析

5．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无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动

解析：选D　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无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动，D正确。

6．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

解析：选A　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。