第31讲 生态系统的物质循环信息传递及其稳定性.docx

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第31讲生态系统的物质循环信息传递及其稳定性

第31讲　生态系统的物质循环、信息传递及其稳定性

[考试内容及活动要求]　1.分析生态系统中的物质循环的基本规律及其应用

2.举例说出生态系统中的信息传递

3.阐明生态系统的稳定性

4.实验：

设计并制作生态瓶

考点一　生态系统的物质循环

1．概念

2．碳循环

（1）碳循环及存在形式

①在生物群落和无机环境间：

主要以CO2形式循环

②在生物群落内部：

以含碳有机物形式传递

③在无机环境中：

主要以CO2和碳酸盐形式存在

（2）碳进入生物群落的途径：

生产者的光合作用和化能合成作用

（3）碳返回无机环境的途径

①生产者、消费者的呼吸作用

②分解者的分解作用（实质是呼吸作用）

③化石燃料的燃烧

3．碳循环的破坏——温室效应

（1）形成原因：

化石燃料的大量燃烧，导致大气中的CO2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）解决思路

①减少化石燃料的使用，开发清洁能源

②大力植树造林

4．物质循环与能量流动的区别与联系

（1）比较

项目

能量流动

物质循环

形式

太阳能→化学能→热能

过程

沿食物链（网）单向流动

在无机环境与生物群落之间反复循环

范围

生态系统各营养级

全球（生物圈）

特点

单向流动、逐级递减

全球性、反复循环

（2）联系

①二者均开始于生产者，通过光合作用合成有机物、固定太阳能，然后沿共同的渠道——食物链（网）一起进行

②物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动

能量的固定、储存、转移和释放离不开物质的合成与分解等过程

③能量作为动力，使物质在生物群落和无机环境之间不断地循环往返

总体上来说，二者之间是相互依存、不可分割，并且同时进行的关系

1．有关碳循环的判断

（1）碳在生物群落和无机环境之间主要以有机物形式循环（　×　）

（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）化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因（　√　）

（4）如果人们不按生态规律办事，乱砍滥伐森林，会影响生态系统的碳循环（　√　）

（5）低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡（　√　）

2．有关物质循环的判断

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

（2）物质循环的范围是生物圈（　√　）

（3）物质循环和能量流动是两个相对独立的过程（　×　）

（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复的（　×　）

（5）物质是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力（　√　）

如图为碳元素在生态系统中循环的模式图，图中甲、乙、丙表示生态系统的生物成分，箭头表示生理过程

请据图分析：

（1）甲、乙、丙、丁分别代表生态系统的什么成分

并简述判断的理由

提示　甲和丁之间有双向箭头，且其他几种成分都有箭头指向丁，所以丁为大气中的CO2库，甲为生产者；甲和乙都有箭头指向丙，所以丙为分解者，则乙为消费者

（2）碳在甲、乙、丙之间的流动形式是什么

在甲（或乙或丙）与丁之间的流动形式又是什么

提示　碳在甲、乙、丙之间的流动形式是含碳有机物，在甲（或乙或丙）与丁之间的流动形式是CO2

（3）图中的字母分别表示什么过程

提示　b代表光合作用或化能合成作用，d和c代表呼吸作用，f代表微生物的分解作用，a代表捕食，e和g代表动植物的遗体、排遗物等提供给分解者

命题点一　碳循环的过程分析

1．（2018·山东实验中学调研）如图为某生态系统的碳循环示意图（Ⅰ～Ⅳ表示生态系统的成分，①～⑧表示相关过程），下列叙述正确的是（　　）

A．图示的碳循环路径是完整的

B．流经该生态系统的总能量是通过①过程实现的

C．图中以CO2的形式进行的过程有①⑥⑦⑧过程，以含碳有机物的形式进行的过程有②③④⑤

D．图中由生产者、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ构成的食物链中，能量流动是单向、逐级递减的

答案　B

解析　图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为大气中的CO2库、初级消费者、次级消费者和分解者

图中缺少Ⅱ、Ⅲ直接到Ⅰ的碳循环路径（第二营养级和第三营养级的呼吸作用），故A项错误；流经该生态系统的总能量是生产者通过①过程（如光合作用）固定的，B项正确；图中①⑦⑧过程以CO2的形式进行，②③④⑤⑥过程以含碳有机物的形式进行，C项错误；食物链中不包括分解者Ⅳ，D项错误

2．某生态系统碳循环的部分示意图如下：

回答下列问题：

（1）图中的字母________表示大气中的CO2库，由于许多因素的影响，使其含量夏季________（填“高于”或“低于”）冬季

（2）CO2被生产者吸收转变成体内物质进入生物群落，再被图中的A、B的____________和C的分解作用以及E的燃烧，转变成CO2后再重新循环

若此生态系统中的生物群落处在正常演替过程中，生产者吸收的CO2量__________（填“大于”或“小于”）整个生物群落排放的CO2量

（3）若将本题图修改为该生态系统的能量流动示意图，可将D的含义改为______________，其他字母及文字代表的含义不变，还需要修改之处有：

增加“光→A”、取消“→E→D”、____________

答案　

（1）D　低于　

（2）呼吸作用　大于　（3）无机环境　取消“D→A”

解析　

（1）题图显示：

A、B、C、E均有箭头指向D，说明D表示大气中的CO2库

A、D之间是双向箭头，A、B死的有机物可被C利用，说明A是生产者，C是分解者，进而推知：

B是消费者，E为化石燃料的燃烧

由于许多因素的影响，特别是夏季植物的光合作用较冬季旺盛，使夏季大气中CO2的含量低于冬季

（2）CO2被生产者吸收，通过光合作用转变成体内的含碳有机物进入生物群落，再被图中的A所示的生产者、B所示的消费者的呼吸作用和C所示的分解者的分解作用以及E所示的化石燃料的燃烧，转变成CO2后再重新循环

若此生态系统中的生物群落处在正常演替过程中，则随着演替的进行，生物的种类和数量，特别是生产者的种类和数量逐渐增多，因此生产者吸收的CO2量大于整个生物群落排放的CO2量

（3）若将本题图修改为该生态系统的能量流动示意图，可将D的含义改为无机环境，其他字母及文字代表的含义不变

因能量流动起源于生产者固定的太阳能、渠道是食物链和食物网、特点之一是单向流动，所以还需要修改之处有：

增加“光→A”、取消“→E→D”、取消“D→A”

科学思维

　碳循环图解中各成分的判定方法

（1）图中双向箭头代表生产者、大气中的CO2库，其中其他所有成分都指向的为大气中的CO2库，即C为大气中的CO2库，A是生产者

（2）除了C之外，有最多被指向箭头的为分解者，即B为分解者

（3）三个图的模式其实一致，复杂的地方在于消费者的划分，图甲中消费者只有D，图乙中消费者有D、E，图丙中消费者有D、E、F

（4）图甲蕴含的食物链为A→D，图乙蕴含的食物链为A→D→E，图丙蕴含的食物链为A→D→E→F

命题点二　物质循环和能量流动的关系分析

3．图1是某生态系统碳循环示意图，其中A、B、C、D是生态系统内各生物成分，1、2、3、4、5、6表示有关的生理过程；图2为该生态系统中某一食物链及部分能量流动情况

下列说法正确的是（　　）

A．在图1中，B、C分别属于初级消费者、生产者

B．图1中能表示呼吸作用过程的只有2、4、5

C．如果A发生瘟疫，D的数量将先增加后减少最后趋于稳定

D．在图2的食物链中，②/①的比值代表兔与狼（生物之间）的能量传递效率

答案　C

解析　图1中C是生产者，B是分解者，D是初级消费者，A是次级消费者，A项错误；图1中的过程3是分解者的分解作用，其实质也是呼吸作用，B项错误；如果次级消费者A因发生瘟疫而数量减少，则初级消费者D的数量会增加，增加后会导致生产者数量减少，D又会因食物减少而数量减少，最后趋于相对稳定状态，C项正确；图2中的①和②代表兔和狼的摄入量而不是同化量，所以②/①的比值不能代表兔与狼（生物之间）的能量传递效率，D项错误

4．（2018·西安一中期末考试）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．能量①②③④的总和便是生产者所固定的太阳能总量

B．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

C．物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动

D．碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的

答案　A

考点二　生态系统的信息传递

1．信息的概念：

是指日常生活中，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．信息传递在生态系统中的作用及应用

（1）变色龙变化体色，主要是向同类传递行为信息（　×　）

（2）能量流动是单向的，物质循环和信息传递都是双向的（　×　）

（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，也可以提高一些农产品或畜产品的产量（　√　）

据图分析生态系统的信息传递模型

（1）图中“信息”可来自何处

提示　生物或无机环境

（2）从图中可以看出，生态系统的信息传递是否只发生于生物与生物之间

提示　不是，在生物与生物之间以及生物与无机环境之间都能发生信息传递

（3）从信息传递的方向来看，生态系统的信息传递具有什么特点

提示　具有双向传递的特点

命题点一　信息传递的类型和作用分析

1．（2018·海南，19）某同学将一面镜子竖立在一棵树旁，该树上的一只小鸟飞到镜前，对着镜子中的“小鸟”愤怒地啄击扑打

下列关于该事件中信息传递的叙述，错误的是（　　）

A．小鸟啄击扑打的动作本身是一种行为信息

B．小鸟的眼睛能够感受镜子发出的物理信息

C．小鸟把镜子传递的信息当作来自入侵者的信息

D．激怒小鸟的信息是直接来自非生物的化学信息

答案　D

解析　激怒小鸟的信息是直接来自非生物的物理信息，D错误

2．（2018·银川一中高三二模）下列有关生态系统信息传递及应用的叙述，不正确的是（　　）

A．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

B．利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物，降低害虫种群密度，属于化学防治

C．信息的传递能够调节生物种间关系，维持生态系统的稳定

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

答案　B

解析　用黑光灯诱捕来调查昆虫的种群密度，是利用昆虫的趋光性特点，这属于生态系统中物理信息传递的应用，A正确；利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物，降低害虫种群密度，属于生物防治，B错误；信息的传递能够调节生物种间关系，维持生态系统的稳定是生态系统中信息传递的意义之一，C正确；短日照作物黄麻，南种北移可延长生长期，是“日照长短”这个物理信息对黄麻植物的刺激引起的，D正确

科学思维

　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、芽等感觉上述信息，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”者均属于行为信息

（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），生物多以“肢体语言”这种“行为”进行信息交流

命题点二　生态系统的能量流动、物质循环和信息传递的比较

3．如图表示生态系统各组成成分之间的能量流动、物质循环及信息传递过程，则图甲、图乙、图丙可依次表示（　　）

A．能量流动、碳的循环、信息传递

B．能量流动、信息传递、碳的循环

C．碳的循环、能量流动、信息传递

D．信息传递、能量流动、碳的循环

答案　C

解析　生态系统的碳循环具有循环往复、全球性的特点，在生物群落内是单向的，图甲可表示碳的循环；在生态系统内能量流动是单向的，图乙可表示能量流动；而生态系统的信息传递，不论是在生物与无机环境之间还是在生物与生物之间都是双向的，图丙可表示信息传递

4．如图为生态系统信息传递模式图，相关叙述不正确的是（　　）

A．信息传递是双向的，能量流动和物质循环也是双向的

B．生态系统的功能主要是能量流动和物质循环，还有信息传递

C．物质循环是生态系统的基础，能量流动是生态系统的动力，信息传递则决定着能量流动和物质循环的方向

D．生态系统各成分间都有各种形式的信息传递

答案　A

解析　能量流动的特点是单向流动、逐级递减，而物质循环的特点是循环流动、反复利用，信息传递往往是双向的

生命观念

　能量流动、物质循环和信息传递的关系

项目

能量流动

物质循环

信息传递

特点

单向流动、逐级递减

循环流动、反复利用

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

考点三　生态系统的稳定性

1．概念：

生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力

2．形成原因：

生态系统具有一定的自我调节能力

（1）基础：

负反馈调节，在生态系统中普遍存在

（2）特点：

生态系统的自我调节能力是有限的，当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力会迅速丧失，生态系统原状难以恢复

3．类型

（1）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，叫做抵抗力稳定性

（2）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，叫做恢复力稳定性

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

归纳整合

　抵抗力稳定性和恢复力稳定性的比较

项目

抵抗力稳定性

恢复力稳定性

实质

保持自身结构、功能相对稳定

恢复自身结构、功能相对稳定

核心

抵抗干扰、保持原状

遭到破坏，恢复原状

影响

因素

生态系统中物种丰富度越大，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越强

一般生态系统中物种丰富度越小，营养结构越简单，恢复力稳定性越强

5.设计和制作生态缸

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

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

（1）生物多样性高有利于提高生态系统的自我调节能力（　√　）

（2）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（　√　）

（3）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（　×　）

（4）自我调节能力越强的生态系统，其恢复力稳定性也就越高（　×　）

（5）生态系统中的组成成分越多，食物网越复杂，生态系统的恢复力稳定性就越强（　×　）

（6）森林生态系统的抵抗力稳定性要比草原生态系统高（　√　）

（7）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（　×　）

（8）极地苔原由于物种组成单一，结构简单，它的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都很低（　√　）

（9）河流轻度污染后的净化恢复及火灾后草原的恢复均属于恢复力稳定性（　×　）

（10）落叶阔叶林遭到严重破坏时，往往不易在短时间内恢复到原来的状态，原因是其抵抗力稳定性较低（　×　）

下图表示受到干扰后，生态系统功能的变化图，两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围，请分析：

（1）热带雨林生态系统与草原生态系统相比，受到相同干扰，草原生态系统的y值要大于（填“大于”或“小于”）热带雨林的y值

（2）x的大小可作为恢复力稳定性强弱的指标，x值越大说明该稳定性越弱

（3）TS与生态系统总稳定性之间的关系是怎样的

提示　TS可作为总稳定性的定量指标，面积越大，生态系统的总稳定性越低

命题点一　生态系统内反馈调节实例的分析

1．生态系统自我调节能力的基础是负反馈调节

下列哪项不属于负反馈调节（　　）

A．草原鼠的数量上升引起蛇的数量上升，使鼠的增加受到抑制

B．草原被蝗虫采食后，草原植物增强再生能力，减缓植物种群数量的下降

C．森林局部着火破坏了部分植被，但空地土壤肥沃光照充足，幸存植物能迅速萌发生长

D．池塘被倾倒入大量污水后，水生生物大量死亡，进一步引起水质变差

答案　D

解析　草原鼠的数量上升，蛇的食物增加引起蛇的数量上升，使得鼠的增加受到抑制，属于负反馈调节，A项正确；草原被蝗虫采食后，草原植物增强再生能力，可以减缓植物种群数量的下降，属于生态系统的自我调节，是负反馈调节，B项正确；森林局部着火破坏了部分植被，但形成的空地土壤肥沃，光照充足，幸存植物能更迅速地萌发生长，属于负反馈调节，C项正确；池塘被倾倒入大量污水后，水生生物大量死亡，进一步引起水质变差，属于正反馈调节，D项错误

2．图A为某草原生态系统中的反馈调节示意图，图B为某湖泊生态系统中发生的某种调节活动

下列分析不正确的是（　　）

A．一个完整的生态系统，除了图A中所示的成分外，还应该包括分解者以及非生物的物质和能量

B．甲、乙、丙三者之间的食物联系是乙→甲→丙

C．图B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A是负反馈调节，图B是正反馈调节

答案　C

解析　图A所示为一条食物链，组成是乙→甲→丙，它们表示的是负反馈调节机制，即乙的增加会促使甲、丙的增加，甲、丙的增加会抑制乙的增加，而图B所示为正反馈调节，它会使生态系统偏离原有的稳态

命题二　生态系统稳定性的综合分析

3．（2019·甘肃西北师大附中高三测试）下列有关群落和生态系统的叙述，不正确的是（　　）

A．群落的垂直结构提高了群落利用环境资源的能力

B．生态恢复的本质是恢复系统必要的功能并使其能够自我维持

C．生态系统的营养结构越简单，其恢复力稳定性就一定越强

D．生态系统自我调节能力的基础是负反馈调节

答案　C

解析　群落的垂直结构是指在垂直方向上具有明显的分层现象，是在长期自然选择基础上形成的对环境的适应，提高了群落利用环境资源的能力，A正确；生态恢复的本质是恢复系统必要的功能并使其具有系统的自我维持能力，B正确；生态系统的营养结构越简单，其恢复力稳定性不一定就越强，如极地苔原生态系统，因其生存环境恶劣，生物种类单一、营养结构简单，在遭到过度放牧、火灾等干扰后，恢复的时间十分漫长，其恢复力稳定性就很低，C错误；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，D正确

4．（2018·北京顺义区高三第二次统练）两个不同的生态系统在同时受到同等强度的干扰（a）后，其结构和功能的曲线变化情况如下图所示，由图不能得出的结论是（　　）

A．同等强度的干扰下，乙生态系统的抵抗力稳定性比甲高

B．同等强度的干扰下，若乙生态系统干扰提前，则B点左移

C．若甲生态系统的干扰强度增大，则C点右移

D．乙生态系统B点后一定有新的物种产生

答案　D

解析　从图中可看出，甲、乙两个生态系统受到同等强度的干扰后，与乙相比，甲生态系统的结构和功能恢复原状所需要的时间长，波动范围大，说明甲的抵抗力稳定性低，乙的抵抗力稳定性高，A正确；若乙生态系统干扰提前，其结构和功能恢复至正常运行范围的时间也会提前，即B点左移，B正确；若甲的干扰强度增大，则恢复原状所需要的时间延长，即C点右移，C正确；乙生态系统在恢复原状后不一定有新物种产生，D错误

科学思维

　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

命题点三　生态缸的制作和分析

5．近年来，市面上出现了很多观赏性小生态瓶，为人们的生活增添了乐趣

如图是一个简易生态瓶的示意图

回答下列问题：

（1）在一定时间范围内，小生态瓶内________（填“能”或“不能”）进行碳、氧、氮、磷等元素的循环利用，原因是_____________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

（2）简易生态瓶的抵抗力稳定性很低，原因是__________________________________________

_______________________________________________________________________________

（3）若要在该生态瓶中添加小动物，则应注意各营养级生物之间的合适比例，从能量流动的角度分析，这是因为________________________________________________________________

答案　

（1）能　该生态瓶内有生产者和分解者，能通过光合作用、呼吸作用、分解作用等生理过程实现各元素的循环利用　

（2）生物种类少，营养结构简单，自我调节能力很弱　（3）能量流动是逐级递减的

解析　

（1）由于生态瓶内有生产者和分解者，因此在一定时间范围内，小生态瓶可以通过光合作用、呼吸作用、微生物分解作用等生理过程实现碳、氧、氮、磷等元素的循环利用

（2）由于小生态瓶内生物种类少，营养结构简单，自我调节能力很弱，所以简易生态瓶的抵抗力稳定性很低

（3）能量在流动过程中逐级递减，因此添加小动物应注意各营养级生物之间的比例

矫正易错　强记长句

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．生态系统中的信息传递的范围不包括细胞之间的传递，而是指种群内部个体之间、种群之间以及生物与无机环境之间的传递

4．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

5．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.生态系统的物质循环是指：

组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程

2．碳元素在无机环境和生物群落之间主要是以CO2的形式循环的，在生物群落内部是以含碳有机