高考生物一轮复习第九单元生物与环境第四讲生态系统的物质循环信息传递及稳定性学案新人教版.docx
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高考生物一轮复习第九单元生物与环境第四讲生态系统的物质循环信息传递及稳定性学案新人教版
第四讲 生态系统的物质循环、信息传递及稳定性
[考纲展示]
1．生态系统中物质循环的基本规律及其应用（Ⅱ） 2.生态系统中的信息传递（Ⅱ） 3.生态系统的稳定性（Ⅱ） 4.实验：
探究水族箱（或鱼缸）中群落的演替
授课提示：
对应学生用书第221页
一、生态系统的物质循环
1．物质循环
（1）概念：
组成生物体的各种元素在生物群落与无机环境间不断地循环的过程。
（2）特点：
全球性、反复利用、循环流动。
（3）与能量流动的关系：
二者同时进行，相互依存，不可分割。
（4）意义：
通过能量流动和物质循环使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一整体。
2．碳循环
（1）碳在无机环境中的存在形式：
CO2和碳酸盐。
（2）碳在无机环境与生物群落之间的循环形式：
CO2（主要）。
（3）循环过程：
碳从无机环境到生物群落是通过光合作用、化能合成作用实现的；从生物群落到无机环境则是通过动植物的呼吸作用和微生物的分解作用实现的。
3．温室效应
（1）形成原因：
大量化石燃料的燃烧，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：
导致气温升高，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。
二、生态系统的信息传递
1．信息的种类（连线）
组合顺序：
（1）—Ⅲ—b__
（2）—Ⅰ—c__（3）—Ⅱ—a
2．信息传递的作用及应用
作用或应用
在生态系统中的作用
个体水平：
生命活动的正常进行，离不开信息的作用
种群水平：
生物种群的繁衍，也离不开信息的传递
群落和生态系统水平：
调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定
在农业生产中的应用
提高农产品或者畜产品的产量；对有害动物进行控制
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：
生态系统内部具有一定的自我调节能力；其调节机制为负反馈调节。
3．类型
（1）抵抗力稳定性
①概念：
生态系统抵抗外界干扰并使自身结构和功能保持原状的能力。
②规律：
生态系统中的组分越多，营养结构越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高，反之则越低。
③特点：
调节能力有一定限度，超过限度，自我调节能力就遭到破坏。
（2）恢复力稳定性
①概念：
生态系统受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。
②规律：
干扰程度不同，其恢复速度和时间也不一样。
③与抵抗力稳定性的关系：
一般情况下二者存在着相反的关系，抵抗力稳定性较高的生态系统，恢复力稳定性较低，反之亦然。
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，应实施相应的物质和能量投入，保证生态系统内部结构和功能的协调。
1．物质循环：
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，即生态系统的物质循环，具有全球性和循环流动的特点。
2．碳元素在无机环境和生物群落之间是以CO2的形式循环的，在生物群落内部是以含碳有机物的形式传递的。
3．生态系统的信息传递包括物理信息、化学信息和行为信息等形式。
信息传递在农业生产中的应用有两个方面：
一是提高农产品或畜产品的产量；二是对有害动物进行控制。
4．生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性，二者呈负相关。
5．生态系统稳定性的基础是生态系统的自我调节能力，负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础。
物质循环、信息传递和稳定性的5个易混易错点
（1）物质循环中的“物质”与“范围”的界定
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）碳在生态系统各成分之间的传递并不都是双向的，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他各成分间的传递均是单向的。
（3）生态系统信息传递范围易误
信息传递范围：
种群内部个体之间、种群之间及生物与无机环境之间，不包括细胞之间的传递。
（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）抵抗力稳定性和恢复力稳定性的判断
某一生态系统在彻底破坏之前，受到外界干扰，遭到一定程度的破坏而恢复的过程，应视为抵抗力稳定性，如河流轻度污染的净化；若遭到彻底破坏，则其恢复过程应为恢复力稳定性，如火灾后草原的恢复等。
授课提示：
对应学生用书第223页
考点一 生态系统的物质循环
[核心考点通关]
1．物质循环概念分析
（1）物质：
组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等。
（2）循环范围（两个支点）：
生物群落和无机环境之间。
（3）循环特点：
具有全球性、循环性。
2．碳循环过程分析
由图可知：
（1）碳的存在形式与循环形式
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有三个：
一是分解者的分解作用；二是动植物的呼吸作用；三是化石燃料的燃烧。
（4）碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是相互的，其他成分之间的传递都是单向的。
由以上分析，碳循环过程可归纳为：
3．温室效应的形成原因、影响及缓解措施
（1）大气中CO2含量持续增加是形成温室效应的主要原因
①工厂、汽车、飞机、轮船等对化石燃料的大量使用，向大气中释放大量的CO2。
②森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中CO2的调节能力。
（2）影响
①气候变暖会使冰川雪山融化，海平面上升，这样就使沿海城市和国家面临灭顶之灾。
②由于气候变化，也改变了降雨和蒸发机制，影响农业和粮食资源的生产。
降雨量的变化使部分地区更加干旱或更加雨涝，并使病虫害增加。
（3）缓解措施
①植树造林种草，增加绿地面积。
②减少化石燃料的燃烧。
③开发清洁能源。
4．能量流动与物质循环之间的关系
（1）区别
项目
能量流动
物质循环（以碳循环为例）
形式
以有机物为载体
主要是无机物
过程
沿食物链（网）单向流动
在无机环境和生物群落间往复循环
特点
单向流动、逐级递减
全球性、循环性
范围
生态系统各营养级
生物圈（全球性）
（2）联系
①两者是同时进行的，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。
5．碳循环模式图及变式
（1）碳循环过程示意图
（2）将上图换成字母，有以下三种变式
[图形解读]
①图1，先根据双向箭头确定A和B应为生产者或大气CO2库，再由多个单向箭头可判断B为大气CO2库（不能写“无机环境”），再根据A→D，C→D，确定D为分解者，剩下的C为消费者。
②图2，根据A与C之间的双向箭头及C有多个单向箭头判断：
A和C分别是生产者和大气CO2库。
根据A、B、D的碳都流向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3，首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分，即A和E，一个为生产者，一个是大气CO2库。
又因为其他各个成分都有箭头指向A，所以A为大气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。
[易混易错]
关于物质循环的2个易混易错点
（1）误认为在生物群落中碳都是以CO2的形式进行循环的：
在生态系统中，碳元素主要以CO2的形式循环，其含义是指碳元素从无机环境进入生物群落以及由生物群落返回无机环境是以CO2的形式进行的，但在生物群落内碳元素则是以含碳有机物的形式进行传递的。
（2）误认为能量伴随着物质循环而循环：
物质循环流动，能量单向流动不循环，所以不能说能量伴随着物质循环而循环。
[题组突破演练]
题组一 物质循环的过程及特点
1．（2017·黑龙江双鸭山模拟）某同学画出3幅表示生态系统部分碳循环示意图，下列分析错误的是（ ）
A．碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他成分都是单向的。
因此，3幅图中生产者都是A
B．图1中C能促进生态系统的物质循环和能量流动
C．图2中A、B、D、E构成群落，碳在其中流动的形式是有机物
D．若使图1、图2、图3完整表示碳循环，需补充化石燃料燃烧产生CO2
解析：
图1中A为生产者，图2中A为生产者，图3中E为生产者，A错误；图1中C能促进生态系统的物质循环和能量流动，B正确；图2中A为生产者，C为无机环境，E为分解者，B、D为消费者，A、B、D、E构成群落，碳在其中流动的形式是有机物，C正确；图1、图2、图3需补充化石燃料燃烧产生CO2，表示完整碳循环，D正确。
答案：
A
2.
如图表示生态系统中碳循环的部分过程，其中甲、乙、丙、丁组成生物群落。
相关分析错误的是（ ）
A．④增多是温室效应产生的主要原因
B．图中箭头可以表示碳元素的循环方向
C．甲、乙种间关系的调节还需要信息传递的作用
D．无机环境中的CO2可以来自细胞呼吸
解析：
由图示可知，甲是生产者，丁是分解者，乙、丙是消费者。
温室效应产生的主要原因是化石燃料的大量燃烧；物质是循环的，因此图示中的箭头可以表示碳元素的循环方向；信息传递可以调节种间关系；无机环境中的二氧化碳可以来自生物的细胞呼吸，也可以来自化石燃料的燃烧。
答案：
A
题组二 生态系统的能量流动与物质循环的
分析
3．生态系统的物质循环和能量流动主要是通过食物链来完成的。
有关食物链的表述不正确的是（ ）
A．食物链是一条物质转换链，也是一条能量传递链
B．食物链是一条价值增值链，设计食物链能使能量被多层次利用
C．在人工生态系统中，设计食物链能提高能量的转化效率
D．在人工生态系统中，增加或延长食物链不能提高生态系统的稳定性
解析：
在人工生态系统中，增加或延长食物链能够提高生态系统的稳定性，同时获得更多的产品。
答案：
D
4．（2017·贵州贵阳监测）在不考虑物质输入和输出的情况下，某同学构建了一般生态系统的结构模型（如图）。
请据图回答下列问题：
（1）图中A、B和C分别代表生态系统成分中的____________、____________和____________。
这个模型中，没有体现的成分是____________。
（2）太阳能被A通过________转化为化学能，固定在有机物中。
B从A获得的能量远少于A固定的能量，主要是因为_____________________________。
（3）通常，在一个生态系统中，通过过程②，A从C那里得到的是__________________（填“物质”“能量”或“物质和能量”）；通过过程③，C从B那里获得__________（填“物质”“能量”或“物质和能量”）。
由此分析可知，物质和能量在系统内被利用的差异在于：
_______________________。
解析：
（1）太阳能通过生产者进入生态系统中，所以，图中A为生产者，又因为A与C间存在双向箭头，故C为分解者，B为消费者。
在生态系统的成分中，除了生产者、消费者和分解者外，还应有非生物的物质和能量。
（2）太阳能需通过生产者的光合作用转化为化学能，消费者从生产者中获得的能量远少于生产者固定的能量，这是因为生产者固定的能量一部分用于自身生长、发育、繁殖等生命活动，一部分通过自身的呼吸作用散失，一部分作为遗体、排出物等不能进入下一营养级。
（3）②过程中生产者从分解者那里只能获得一些无机物，不能获得能量，而③过程中消费者的遗体、粪便等中的物质和能量可供分解者所利用，说明生态系统中的物质能循环利用，但能量不能循环。
答案：
（1）生产者 消费者 分解者 非生物的物质和能量
（2）光合作用 一部分能量用于A的生长、发育、繁殖等生命活动，一部分通过呼吸作用散失，一部分作为排出物、遗体、残枝败叶不能进入下一营养级
（3）物质 物质和能量 物质可循环利用，能量利用是单向的，不循环的
考点二 生态系统的信息传递
[核心考点通关]
一、生态系统信息传递的类型、范围及特点
1．类型
来源
传递形式
举例
物理信息
光、声、温度、湿度、磁力等
物理过程
萤火虫的光、哺乳动物的体温
化学信息
生物的代谢活动
化学物质，如生物碱、有机酸、性外激素等
昆虫的性外激素、狗利用小便气味作标记
行为信息
动物的特定行为特征
动物的特殊行为
蜜蜂跳舞、孔雀开屏
2.范围
（1）作用：
决定能量流动与物质循环的方向和状态。
（2）表现：
信息传递存在于生态系统的各种成分之间，把生态系统的各个组成部分联系成一个整体，而且具有调节生态系统稳定性的作用。
3．信息传递的特点
信息传递的方式不像物质循环那样是循环的，也不像能量的流动是单向的，而往往是双向的，有从输出者向输入者的信息传递，也有从输入者到输出者的反馈。
4．信息传递在农业生产中的应用
（1）提高农产品和畜产品的产量：
养鸡业在增加营养的基础上延长光照时间可以提高产蛋率；用一定频率的声波处理蔬菜、谷类作物及树木等的种子，可以提高发芽率、获得增产；模拟动物信息吸引大量传粉动物，可提高果树的传粉率和结实率。
（2）对有害动物进行控制：
黏虫成虫具有趋光性，对蜡味特别敏感，生产上就利用这一点，在杀菌剂中加入蜡类物质诱杀黏虫；人们还可以利用性引诱剂“迷向法”防治害虫。
二、信息传递与生态系统其他功能的比较
能量流动
物质循环
信息传递
特点
单向流动，逐级递减
循环运动，反复利用
往往是双向的
范围
生态系统中各营养级
生物圈
生物之间，生物与无机环境之间
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，形成一个统一整体
[易混易错]
信息传递的2个易混易错点
（1）误认为生态系统的信息传递包括细胞之间的信息传递：
生态系统的信息传递不包括细胞之间的信息传递，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。
（2）误认为生态系统的物理信息只来源于环境：
物理信息既可以来源于环境，如光、电、波等；也可以来源于生物，如花的颜色、鸟的鸣叫。
[题组突破演练]
题组一 信息传递的种类、特点及应用
5．萤火虫通过闪光来识别同伴；草原上的鸟在发现天敌后，雄鸟急速起飞，扇动翅膀为雌鸟发出信号；某种植物根系能分泌一种使休眠的真菌孢子发芽的化合物，如将这类物质在作物播种前施入土中，就可以使休眠孢子提前发芽，使其找不到寄主而死亡。
以上三个实例分别体现了哪一类信息的作用（ ）
A．物理信息；化学信息；行为信息
B．物理信息；行为信息；化学信息
C．行为信息；物理信息；化学信息
D．化学信息；行为信息；物理信息
解析：
生态系统中信息的分类是以传递信息的载体为依据来划分的。
物理信息是通过物理因素、物理过程来传递的，如光、声、温度、磁力等；传递化学信息的是一些化学物质，如性外激素等；行为信息是通过动物的特殊行为、动作这些“肢体语言”来传递和表达的。
题干中植物根系分泌的是一种化学物质，很明显属于化学信息。
鸟发现天敌后，做出了很夸张的动作，强调的是特殊的行为，所以属于行为信息。
答案：
B
6．据了解，野生扬子鳄种群的雌、雄比例一般稳定在5∶1左右，这样的性别比是由孵化时的温度所决定的。
繁殖季节雄性扬子鳄发出“轰轰”的声音，雌性扬子鳄则根据声音大小选择巢穴位置。
当声音大时，雌鳄选择将巢穴筑于山凹浓荫潮湿温度较低处，则会产生较多的雌鳄。
以上事实说明生态系统中信息传递（ ）
A．能够调节生物种间关系，以维持生态系统的稳定
B．维持生物体正常生命活动，调节生物内环境的稳态
C．影响生物种群的繁衍，维持种群数量的稳定
D．对生物进行自然选择，促进生物进化
解析：
根据题干信息可知，生态系统中信息传递能够影响生物种群的繁衍，维持种群数量的稳定。
答案：
C
题组二 生态系统的功能分析比较
7．（2017·四川成都测试）下列有关生态系统功能的描述，错误的是（ ）
A．分解者的分解作用是物质循环的关键环节之一
B．物质流是循环的，能量流是单向的，信息流既可以是双向的也可以是单向的
C．一个生态系统的营养级越多，营养结构越复杂，恢复力稳定性越高
D．信息传递有利于沟通生物群落与非生物环境之间、生物与生物之间的关系，具有调节生态系统稳定性的作用
解析：
物质循环的关键成分是生产者和分解者，A正确；能量流动是单向的，物质循环具有全球性和循环性，信息传递是单向或双向的，B正确；营养结构越复杂，生态系统抵抗力稳定性越高，恢复力稳定性越低，C错误；信息传递的功能之一是调节生物种间关系，维持生态系统的稳定性，D正确。
答案：
C
8．（2017·山东潍坊模拟）图一是庭院经济生态农业模式图；图二是能量流经牛这一营养级的示意图。
请据图回答下列问题：
（1）庭院经济模式运用的生态学基本原理是________________。
（2）图一中共有________条食物链，其中人占第________营养级。
（3）庭院里的卷心菜被菜粉蝶幼虫取食后，能放出特殊香味吸引菜粉蝶的天敌，这种现象体现了生态系统的________功能，说明该功能具有________________的作用。
（4）图二中Ⅲ代表__________________；由图二可知，生态系统中能量流动的特点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）庭院经济模式运用了物质循环再生、能量多级利用的生态学原理。
（2）图一中有农作物→人、农作物→鸡→人、农作物→牛→人3条食物链。
（3）卷心菜被菜粉蝶幼虫取食后，能放出特殊香味吸引菜粉蝶的天敌，这属于信息传递功能中的化学信息的传递。
通过该功能能够调节生物的种间关系，以维持生态系统的相对稳定。
（4）图二中Ⅰ代表牛同化的能量，Ⅱ代表牛用于自身生长发育和繁殖的能量，Ⅲ代表人（下一营养级）摄入的能量，Ⅳ代表流入分解者的能量，Ⅴ代表牛呼吸作用散失的能量。
图二中人只能获得牛同化能量的很少一部分，这体现了生态系统能量单向流动、逐级递减的特点。
答案：
（1）物质循环再生、能量多级利用
（2）3 二、三
（3）信息传递 调节种间关系，维持生态系统的相对稳定
（4）人（下一营养级）摄入的能量 单向流动、逐级递减
考点三 生态系统的稳定性
[核心考点通关]
1．对生态系统稳定性的理解
（1）结构的相对稳定：
生态系统中动植物种类及数量一般不会有太大的变化，一般相关种群数量呈现周期性变化，可用右图曲线表示。
（2）功能的相对稳定：
生物群落能量的输入量与输出量保持相对平衡，物质的输入与输出保持相对平衡。
（3）生物多样性是生态系统稳定性的基础
生物多样性
营养结构复杂程度
自我调节能力大小
稳定性强弱。
2．生态系统的反馈调节机制
（1）负反馈调节
①抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。
②作用结果：
使生态系统达到并保持平衡和稳态。
③示例：
森林中的食虫鸟和害虫的数量变化。
如图所示：
④意义：
生态系统自我调节能力的基础。
（2）正反馈调节
①加速最初发生变化的那种成分所发生的变化。
②作用结果：
使生态系统远离平衡状态。
③示例：
如图所示，若一个湖泊受到了污染，鱼类的数量就会因为死亡而减少，鱼体死亡腐烂后又会进一步加重污染并引起更多鱼类死亡。
因此，由于正反馈的作用，污染会越来越严重，鱼类的死亡速度也会越来越快。
3．生态系统自我调节能力辨析
（1）实例
①河流：
②森林：
（2）基础：
负反馈调节，在生态系统中普遍存在。
（3）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迅速丧失，生态系统难以恢复。
4．抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
区别
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
特点
调节能力有一定限度，超过限度，自我调节能力遭到破坏
生态系统在受到不同的干扰后，其恢复速度与恢复时间是不一样的
影响因素
二者联系
①一般呈相反关系：
抵抗力稳定性强的生态系统，恢复力稳定性弱，反之亦然；
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；
③二者与营养结构复杂程度的关系，如图所示：
5.通过曲线图辨析抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系
[图形解读]
（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表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小，偏离的大小可以作为抵抗力稳定性的定量指标，偏离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态所需的时间：
x越大，表示恢复力稳定性越弱，反之，恢复力稳定性强。
（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，即x与y越大，则说明这个生态系统的总稳定性越低。
[题组突破演练]
题组 抵抗力稳定性与恢复力稳定性分析
9．下列有关生态系统稳定性的叙述，错误的是（ ）
A．抵抗力稳定性弱的生态系统恢复力稳定性一定强
B．生态系统自我调节能力的基础是负反馈调节
C．适当增加草原生态系统的物种丰富度可有效提高其抵抗力稳定性
D．“野火烧不尽，春风吹又生”体现了生态系统的恢复力稳定性
解析：
有些生态系统，如苔原，抵抗力稳定性与恢复力稳定性都较低，A错误；生态系统自我调节能力的基础是负反馈调节，B正确；生态系统中的组成成分越多，食物网越复杂，生态系统恢复力稳定性就越低，抵抗力稳定性就越高，C正确；“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正确。
答案：
A
10．生态系统的稳定性与营养结构的复杂程度有着一定的关系，在如图所示曲线中能准确表示两者关系的是（a代表抵抗力稳定性，b代表恢复力稳定性）（ ）
解析：
生态系统的抵抗力稳定性随营养结构复杂程度增加而增大；恢复力稳定性随营养结构复杂程度增加而减小。
答案：
A
11．（2017·河南名校摸底）图甲表示某草原生态系统中的食物网，图乙代表某生态系统功能随时间的变化曲线。
请据图分析回答下列问题：
（1）图甲的生物中，含能量最少的是________，能量流动的特点是________________________________________________________________________。
（2）图甲的食物链中，草为兔提供了可以采食的信息，猫头鹰能够依据兔留下的气味去猎捕，兔同样也可以依据猫头鹰的气味或行为特征去躲避猎捕，这说明了信息传递的作用是________________________________
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