专题31 生态系统的物质循环、信息传递及其稳定性（串讲）-备战2024年高考生物一轮复习精讲精练（新高考专用）

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碳循环在生物群落和非生物环境之间主要以CO2的形式进行，在生物群落内部以含碳有机物的形式传递。碳元素在非生物环境中主要以CO2和碳酸盐的形式存在。
物质循环是指组成生物体的元素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。物质循环具有全球性，循环往复运动。
3．请解释需不断向农田中施加氮肥的原因：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。
4.碳循环的破坏——温室效应
(1)形成原因：煤、石油等化石燃料的大量燃烧，导致大气中的二氧化碳含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
(2)影响：使气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
(3)解决途径
①减少化石燃料的使用，开发清洁能源。
②大力植树造林。
5.生物富集：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，这些物质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。生物富集的特点是在食物链的顶端浓度最高，并且具有全球性。
碳循环
(1)碳循环过程解读
(2)碳循环途径
1.物质循环与能量流动的区别与联系
(1)区别
(2)联系
①二者是同时进行的，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无机环境之间循环往返。
2.“三看法”快速确认碳循环的各环节
典例1.(2020·山东部分重点中学模拟改编)如图表示某农业生态系统的碳循环模式图，下列说法不正确的是( )
A．图中全部生物可构成1条食物链
B．碳以二氧化碳的形式由e传递到a
C．若将c、d的排泄物用于肥田，有利于提高能量的传递效率
D．若杀灭c中的农业害虫，有利于能量流向对人类最有益的部分
【答案】C
【解析】由题图可知，a为大气中的CO2库，b为生产者，c、d为消费者，e为分解者，由于分解者e不在食物链中，所以题图中生物可构成一条食物链，A正确；若将c、d的排泄物用于肥田，有利于提高能量的利用率，但不能提高能量的传递效率，C错误。
典例2.(2020·山东威海二模)土壤中的圆褐固氮菌是一种具有固氮能力的细菌，它能够利用土壤腐殖质中有机物氧化分解释放的能量将大气中的氮气转化为氨，硝化细菌能够通过硝化作用将氨转变为硝酸盐，植物吸收土壤中的硝酸盐后将其同化为有机氮，动物直接或间接以植物为食，将植物体内的有机氮同化为动物体内的有机氮，动植物遗体、排出物和残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨，并最终转变为氮气回归大气，从而完成了生物圈中的氮循环。下列相关说法正确的是( )
A．圆褐固氮菌可以通过有丝分裂实现增殖
B．圆褐固氮菌和硝化细菌在生态系统中均属于生产者
C．氮进入植物和动物体内可用于合成蛋白质和某些脂质
D．氮循环与能量流动是两个相对独立的过程
【答案】C
【解析】圆褐固氮菌属于原核生物，可以通过二分裂实现增殖，A错误；圆褐固氮菌通过摄取土壤中的养料，进行自生固氮，不能将无机物合成有机物，因而不属于生产者，硝化细菌属于生产者，B错误；氮元素是磷脂和蛋白质的组成元素，进入植物和动物体内可用于合成蛋白质和某些脂质，C正确；物质是能量的载体，能量是物质循环的动力，氮循环与能量流动不是两个相对独立的过程，D错误。
考点二 生态系统的信息传递
1．信息的种类有物理信息、化学信息、行为信息。
(1)生态系统中的信息来源于生物和无机环境。
(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是种群内部个体之间、种群之间以及生物与无机环境之间的传递。信息传递的方向一般是双向的。
3．信息传递在生态系统中的作用：生命活动的正常进行离不开信息的作用，种群的繁衍离不开信息的传递，信息可调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。
4．信息传递在农业生产中的应用
(1)提高农产品或畜产品的产量。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。

1、能量流动、物质循环和信息传递的关系
2、(1)狼能依据兔留下的气味去捕食后者，兔同样也能依据狼的气味或行为特征躲避猎捕，这说明信息传递能调节种间关系，以维持生态系统的稳定。
(2)昆虫分泌性外激素引诱异性，说明种群的繁衍离不开信息传递。
(3)莴苣、茄、烟草的种子必须接受某种波长的光才能萌发说明生命活动的正常进行，离不开信息传递。
生态系统中信息类型的辨析方法
(1)涉及声音、颜色、植物形状、磁力、温度、湿度这些信号，通过动物感觉器官皮肤、耳朵、眼或植物光敏色素、叶、芽等感觉到的信息，则判断为物理信息。
(2)若涉及化学物质挥发性(如性外激素等)这一特点，则判断为化学信息。
(3)凡涉及“肢体语言”的，则判断为行为信息。
(4)若在影响视线的环境中(如深山密林)，生物间多依靠“声音”这种物理形式传递信息。
(5)若在噪音嘈杂的环境(如洪水、瀑布旁)，生物间多以“肢体语言”这种“行为”进行信息交流。
典例1.(2020·湖南常德期末)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
【答案】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，也可由无机环境发出，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。
典例2.(2020·江西上饶中学开学检测)农场中种植着粮食作物、果树，饲养着家禽、家畜等。运用生态系统信息传递的原理，可以有效提高农畜产品的产量。下列措施不属于此项原理的是( )
A．圈养家畜，散养家禽
B．施放过量的性引诱剂，干扰害虫的正常交尾
C．延长家禽的光照时间，提高产蛋率
D．人工控制作物光周期，达到早熟、高产的目的
【答案】A
【解析】生态系统的信息包括物理信息、化学信息和行为信息。圈养家畜、散养家禽是为了减少能量的消耗，A 符合题意；为干扰害虫的正常交尾施放的性引诱剂为化学信息，B 不符合题意；延长家禽的光照时间和人工控制作物光周期都是利用的物理信息，C、D 不符合题意。
考点三 生态系统的稳定性
生态系统稳定性：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。
生态系统具有稳定性的原因是生态系统具有自我调节能力，自我调节能力的基础是负反馈调节，生态系统的自我调节能力是有一定的限度。
3．生态系统稳定性的类型
(1)抵抗力稳定性：生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状的能力。
(2)恢复力稳定性：生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。
(3)联系：二者一般呈负相关。特例：冻原、沙漠等生态系统的两种稳定性都比较低。
(4)影响因素：生态系统的组分越多，食物网越复杂，自我调节能力越强，抵抗力稳定性越高，恢复力稳定性越低。
4．提高生态系统稳定性的措施
(1)控制对生态系统干扰的程度，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，应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。
1．设计和制作生态缸
2.生态系统调节中正反馈和负反馈的比较
典例1.(2020·河南洛阳高三模拟)下列有关生态系统稳定性的叙述，正确的是( )
A．生态系统的自我调节能力主要是通过反馈调节来实现的
B．热带雨林遭到严重砍伐后，其恢复力稳定性仍很强
C．外来物种入侵会增加物种多样性，提高生态系统的稳定性
D．河流受到轻度污染时，能通过物理沉降、化学分解和微生物分解来保持原状，属于恢复力稳定性
【答案】A
【解析】热带雨林抵抗力稳定性强，其遭到严重破坏后，恢复力稳定性弱，B错误；外来物种入侵往往会导致本地物种减少，降低生态系统的稳定性，C错误；河流受到轻度污染时，能通过物理沉降、化学分解和微生物分解来保持原状，属于抵抗力稳定性，D错误。
典例2.(2021·重庆南开中学检测)人工制作的生态缸，属于人工微型生态系统，可观察其稳定性。下列有关说法正确的是( )
A．该生态系统的成分包含了生产者、消费者以及食物链和食物网
B．封口的生态缸需要不断输入能量才能保持其相对稳定
C．封上生态缸盖，缸内空气中CO2均来源于分解者的分解作用
D．显著增加缸内各营养级生物的数量提高该生态缸的稳定性
【答案】B
【解析】食物链和食物网属于生态系统的营养结构，不属于生态系统的成分，A错误；输入生态系统的总能量最终以热能的形式散失，所以对于任何一个生态系统都需要持续不断地输入能量，B正确；二氧化碳的来源还包括生产者和消费者的呼吸作用，C错误；生态缸属于微型人工生态系统，生物种类和数量并不是越多越好，D错误。
1．物质循环的“物质”和“范围”
（1）参与物质循环的“物质”是指组成生物体的化学元素。
（2）循环的范围是生物圈，而不是具体的某一生态系统。
2．生态系统中物质循环和能量流动的起点和终点不同：能量流动的起点是生产者固定的太阳能，终点是热能散失；而物质循环中的物质在无机环境与生物群落之间循环往返，无起点和终点。
3.抵抗力稳定性与恢复力稳定性并不都呈负相关
在某些特殊生态系统中，抵抗力稳定性和恢复力稳定性都很低，如北极苔原生态系统和荒漠生态系统。
4．引入新的物种不一定都会增强生态系统的抵抗力稳定性，如果引入的物种造成了生物入侵现象，生态系统反而会遭到破坏，从而降低生态系统的抵抗力稳定性。
1.（2023·湖南·统考高考真题）“油菜花开陌野黄，清香扑鼻蜂蝶舞。”菜籽油是主要的食用油之一，秸秆和菜籽饼可作为肥料还田。下列叙述错误的是（ ）
A．油菜花通过物理、化学信息吸引蜂蝶
B．蜜蜂、蝴蝶和油菜之间存在协同进化
C．蜂蝶与油菜的种间关系属于互利共生
D．秸秆和菜籽饼还田后可提高土壤物种丰富度
【答案】C
【解析】A、油菜花可以通过花的颜色（物理信息）和香味（化学信息）吸引蜂蝶，A正确；
B、协同进化是指不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，蜜蜂、蝴蝶和油菜之间存在协同进化，B正确；
C、蜂蝶与油菜的种间关系属于原始合作，C错误；
D、秸秆和菜籽饼可以为土壤中的小动物和微生物提供有机物，故二者还田后可以提高土壤物种丰富度，D正确。
故选C。
2.（2022·天津·高考真题）天津市针对甘肃古浪县水资源短缺现状，实施“农业水利现代化与智慧灌溉技术帮扶项目”，通过水肥一体化智慧灌溉和高标准农田建设，助力落实国家“药肥双减”目标，实现乡村全面振兴。项目需遵循一定生态学原理。下列原理有误的是（ ）
A．人工生态系统具有一定自我调节能力
B．项目实施可促进生态系统的物质与能量循环
C．对人类利用强度较大的生态系统，应给予相应的物质投入
D．根据实际需要，合理使用水肥
【答案】B
【解析】A、生态系统具有一定的自动调节能力，但这种自动调节能力有一定限度，人工生态系统也具有一定自我调节能力，A正确；
B、能量流动是单向的，逐级递减的，不是循环的，因此不能促进能量的循环，B错误；
C、对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调，C正确；
D、植物不同生长发育时期所需的水和无机盐是不同的，因此要根据实际需要，合理使用水肥，D正确。
故选B。
3.（2022·江苏·统考高考真题）（多选题）下图表示夏季北温带常见湖泊不同水深含氧量、温度的变化。下列相关叙述合理的有（ ）
A．决定群落垂直分层现象的非生物因素主要是温度和含氧量
B．自养型生物主要分布在表水层，分解者主要分布在底泥层
C．群落分层越明显层次越多，生物多样性越丰富，生态系统稳定性越强
D．湖泊经地衣阶段、苔藓阶段、草本植物阶段和灌木阶段可初生演替出森林
【答案】BC
【解析】A、植物的分层主要受光照强度的影响，因此水生生物群落分层现象主要取决于光的穿透性（光照强度）、温度、氧气，A错误；
B、自养型生物需要利用光合成有机物，因此自养型生物主要分布在表水层，分解者的作用是分解动植物遗体的残骸，水生生物的遗体残骸会遗落在水体底部，因此分解者主要分布在底泥层，B正确；
C、群落分层越明显、层次越多，生物多样性越丰富，营养结构越复杂，生态系统稳定性越强，C正确；
D、湖泊发生的初生演替过程会经历水生植物阶段、湿生植物阶段、和陆生植物阶段，D错误。
故选BC。
4.（2023·广东·统考高考真题）凡纳滨对虾是华南地区养殖规模最大的对虾种类。放苗1周内虾苗取食藻类和浮游动物，1周后开始投喂人工饵料，1个月后对虾完全取食人工饵料。1个月后虾池生态系统的物质循环过程见图。下列叙述正确的是（ ）

A．1周后藻类和浮游动物增加，水体富营养化程度会减轻
B．1个月后藻类在虾池的物质循环过程中仍处于主要地位
C．浮游动物摄食藻类、细菌和有机碎屑，属于消费者
D．异养细菌依赖虾池生态系统中的沉积物提供营养
【答案】B
【解析】A、1周后开始投喂人工饵料，虾池中有机碎屑含量增加，水体中N、P等无机盐增多，水体富营养化严重，A错误；
B、藻类作为生产者，在物质循环中占主要地位，B正确；
C、浮游动物摄食藻类，同时浮游动物摄食细菌和有机碎屑，属于消费者和分解者，C错误；
D、异养细菌依赖虾池生态系统中的沉积物和有机碎屑提供营养，D错误。
故选B。
5.（2023·湖北·统考高考真题）2020年9月，我国在联合国大会上向国际社会作出了力争在2060年前实现“碳中和”的庄严承诺。某湖泊早年受周边农业和城镇稠密人口的影响，常年处于CO2过饱和状态。经治理后，该湖泊生态系统每年的有机碳分解量低于生产者有机碳的合成量，实现了碳的零排放。下列叙述错误的是（ ）
A．低碳生活和绿色农业可以减小生态足迹
B．水生消费者对有机碳的利用，缓解了碳排放
C．湖泊沉积物中有机碳的分解会随着全球气候变暖而加剧
D．在湖泊生态修复过程中，适度提高水生植物的多样性有助于碳的固定
【答案】B
【解析】A、低碳生活和绿色农业可以促进CO2的吸收以及减少CO2的排放，从而减小生态足迹，A正确；
B、水生消费者对有机碳的利用，其遗体、粪便还会被分解者利用，不会缓解碳排放，B错误；
C、随着全球气候变暖，酶的活性升高，湖泊沉积物中有机碳的分解会加剧，C正确；
D、在湖泊生态修复过程中，适度提高水生植物的多样性能够充分利用光能，有助于碳的固定，D正确。
故选B。
6.（2020·全国·统考高考真题）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形式循环
【答案】A
【解析】A、消费者能通过呼吸作用将有机物中的碳转化为无机物CO2，释放到无机环境中，参与了碳循环，A错误；
B、生产者的光合作用能将无机环境中的无机碳转化为含碳有机物，是碳进入生物群落的重要途径，因此是碳循环的重要环节，B正确；
C、土壤中的微生物的分解作用，能将有机物中的碳转化为无机物释放到无机环境中，是碳返回无机环境的重要过程，C正确；
D、碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2的形式循环，在生物群落内部的传递形式是含碳有机物，D正确。
故选A。
考点分布
重点难点
备考指南
1.生态系统的物质循环
2.生态系统的信息传递
3.生态系统的稳定性
1.生态系统中物质循环的基本规律及应用
2.生态系统中的信息传递
3.生态系统的稳定性
理解掌握物质循环的特点。
理解碳循环的过程及图解。
掌握生态系统传递的信息分类。
理解掌握生态系统稳定性及相关因素。
项目
物质循环
能量流动
形式
太阳能→化学能→热能
过程
在无机环境与生物群落之间反复循环
沿食物链(网)单向流动
范围
全球(生物圈)
生态系统各营养级
特点
全球性、循环性
单向流动、逐级递减
项目
能量流动
物质循环
信息传递
特点
单向流动、逐级递减
全球性、循环性
往往是双向的
途径
食物链和食物网
多种
地位
生态系统的动力
生态系统的基础
决定能量流动和物质循环的方向和状态
联系
同时进行，相互依存，不可分割，形成统一整体
设计要求
相关分析
生态缸一般是封闭的
防止外界生物或非生物因素的干扰
生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力，成分齐全
生态缸中能够进行物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定
生态缸的材料必须透明
有利于为光合作用提供光能；保持生态缸内温度；便于观察
生态缸宜小不宜大，缸中的水量应适宜，要留出一定的空间
便于操作；缸内储备一定量的空气
生态缸的采光应用较强的散射光
防止水温过高导致水生植物死亡
项目
正反馈调节
负反馈调节
调节方式
加速最初发生变化的那种成分所发生的变化
抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化
结果
常使生态系统远离稳态
有利于生态系统保持相对稳定
实例分析