第9章 第53课时 生态系统的物质循环、信息传递(教用Word)-【金榜题名】2026年高考生物一轮总复习

第53课时　生态系统的物质循环、信息传递 高考目标定位 1.分析生态系统中的物质在生物群落与非生物环境之间不断循环的规律。2.举例说明利用物质循环，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。3.阐明某些有害物质会通过食物链不断富集的现象。4.举例说出生态系统中物理、化学和行为信息的传递对生命活动的正常进行、生物种群的繁衍和种间关系的调节起着重要作用。 考点一　生态系统的物质循环 1．物质循环的概念 (1)物质：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素。 (2)范围：非生物环境和生物群落之间。 (3)特点：全球性、循环往复运动。 (4)实例：碳循环等。 【提醒】　这里的生态系统指的是生物圈。农田是一个较小的人工生态系统，在农田内部无法做到物质循环，自给自足，因为不断有粮食作物的输出，因此需要不断施加肥料。 2．碳循环 (1)循环形式：在生物群落与非生物环境之间主要以CO2的形式循环。 (2)过程图解 【提醒】　①碳的存在形式：在生物群落内部以含碳有机物的形式传递，在非生物环境中主要以二氧化碳和碳酸盐的形式存在。 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(实质是胞内分解和胞外分解，不完全等同于分解者的呼吸作用)和化石燃料的燃烧。 ④碳循环模型中：双向箭头的两方是生产者和大气中的CO2库，其中指入箭头多的一方是大气中的CO2库。 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)条件：化学性质稳定、能被生物体吸收、不易被排出的物质，如铅、汞、镉等重金属及DDT、六六六等人工合成的有机化合物。 (3)特点 ①含铅等物质的生物被更高营养级的动物食用，铅等物质就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。 ②生物富集也具有全球性。 4．能量流动和物质循环的关系 项目 能量流动 物质循环 范围 生态系统各营养级 生物圈 特点 单向流动，逐级递减 全球性、循环往复运动 形式 光能→化学能→热能 无机物↔有机物 过程 沿食物链(网) 在生物群落与非生物环境间往复循环 联系 (1)在群落中它们的流动渠道都是食物链和食物网，且同时进行、相互依存，不可分割； (2)能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解； (3)物质是能量沿食物链(网)流动的载体，能量是物质在生物群落和非生物环境间循环往返的动力 【提醒】　生物圈在物质上能自给自足，但在能量上不能自给自足，因为物质可以在生物圈内循环利用，而能量不能循环利用，它必须由生物圈外的太阳能源源不断地输入，方可维持正常运转。 5．探究土壤微生物的分解作用 (1)实验原理 土壤中存在的细菌、真菌等微生物是分解者，它们的作用是将环境中的有机物分解为无机物，分解速度与环境中的温度、水等生态因子相关。 (2)实验流程 项目 案例1 案例2 实验假设 微生物能分解落叶使之腐烂 微生物能分解淀粉 实验 设计 实验组 对土壤高温处理 A烧杯中加入30 mL土壤浸出液 对照组 对土壤不做任何处理 B烧杯中加入30 mL蒸馏水 自变量 土壤中是否含微生物 溶液中是否含有分解淀粉的微生物 实验现象 在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组 A A1 不变蓝 A2 产生砖红色沉淀 B B1 变蓝 B2 不产生砖红色沉淀 结论分析 微生物对落叶有分解作用 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂并加热。 (3)实验结论：土壤中的微生物具有分解作用。 判断正误 　(1)土壤小动物呼吸作用产生的CO2参与生态系统中的碳循环(2020·全国Ⅰ，6)(　√　) (2)碳元素可以在一个相对封闭的群落内部往复循环(　×　) 提示　碳元素在生物群落与非生物环境之间往复循环。 (3)生态农业中物质不断循环，农民不需要对农作物增施氮肥(　×　) 提示　随着农民对农作物的收割，农作物从土壤中吸收的N等元素也随之离开土壤，为了保证农作物的正常生长，仍然需要对农作物增施氮肥。 (4)物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力(　√　) 　为积极应对全球气候变化，我国政府在2020年的联合国大会上宣布，中国于2030年前确保碳达峰(CO2排放量达到峰值)，力争在2060年前实现碳中和(CO2排放量与减少量相等)，这是中国向全世界的郑重承诺，彰显了大国责任。 (1)在生态系统中，碳在生物群落与非生物环境之间主要以什么形式循环？碳元素在生物群落中的传递渠道是什么？与地球形成初期的大气相比，现在大气中碳的含量要低得多，请从碳的去向方面考虑下降的这部分碳最终的存在形式主要有哪些？ 提示　碳在生物群落与非生物环境之间主要以二氧化碳的形式循环；碳元素在生物群落中的传递渠道是食物链和食物网；以有机物形式存在于生物体或其遗体中。 (2)在自然生态系统的碳循环过程中，植物等从大气中摄取碳的速率与生物的呼吸、分解作用释放碳的速率存在什么关系？达到碳中和时，生产者吸收的CO2总量是否大于生产者、消费者和分解者释放的CO2总量，理由是什么？ 提示　植物等从大气中摄取碳的速率与生物的呼吸、分解作用释放碳的速率大致相等；达到碳中和时，生产者吸收的CO2总量大于生产者、消费者和分解者释放的CO2总量，CO2排放总量除了生物群落释放的CO2总量外，还包括化石燃料的开采和使用过程中排放的CO2。 (3)植树造林在一定程度上可以抵消CO2排放总量，实现相对零排放，要达到“碳中和”需要世界各国共同参与，主要原因是什么？ 提示　碳循环具有全球性。碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行，大气中的CO2能随着大气环流在全球范围内流动。 (4)大气中的CO2增多将导致什么问题加剧？要实现“碳中和”，除继续植树造林外，还可采取什么措施？ 提示　温室效应；节能减排，低碳生活，开发利用新能源。 考向一　碳循环过程分析 【例1】　(2023·湖北高考)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。 【例2】　(2023·浙江高考)近百年来，随着大气CO2浓度不断增加，全球变暖加剧。为减缓全球变暖，我国政府提出了“碳达峰”和“碳中和”的CO2排放目标，彰显了大国责任。下列措施不利于达成此目标的是(　　 ) A．大量燃烧化石燃料 B．积极推进植树造林 C．大力发展风能发电 D．广泛应用节能技术 【答案】　A 【解析】　A、大量燃烧化石燃料会导致大气中的二氧化碳含量增多，不利于实现碳中和，A符合题意； BCD、积极推进植树造林 、大力发展风能发电和 广泛应用节能技术都可以减少二氧化碳的排放或增加二氧化碳的吸收利用，利于实现碳中和，BCD不符合题意。 故选A。 考向二　生物富集 【例3】　(2024·甘肃高考)土壤镉污染影响粮食生产和食品安全，是人类面临的重要环境问题。种植富集镉的植物可以修复镉污染的土壤。为了筛选这些植物，某科研小组研究了土壤中添加不同浓度镉后植物A和B的生长情况，以不添加镉为对照(镉含量0.82 mg·kg-1)。一段时间后，测量植物的地上、地下生物量和植物体镉含量，结果如下表。下列叙述错误的是(　　 ) 镉浓度 (mg·kg-1) 地上生物量 (g·m-2) 地下生物量 (g·m-2) 植物体镉含量 (mg·kg-1) 植物A 植物B 植物A 植物B 植物A 植物B 对照 120.7 115.1 23.5 18.0 2.5 2.7 2 101.6 42.5 15.2 7.2 10.1 5.5 5 105.2 35.2 14.3 4.1 12.9 7.4 10 97.4 28.3 12.1 2.3 27.4 11.6 A.在不同浓度的镉处理下，植物A和B都发生了镉的富集 B．与植物A相比，植物B更适合作为土壤镉污染修复植物 C．在被镉污染的土壤中，镉对植物B生长的影响更大 D．若以两种植物作动物饲料，植物A的安全风险更大 【答案】　B 【解析】　A、由表可知，与对照组相比，不同浓度的镉处理下，植物A和B的植物体镉含量都有所增加，说明植物A和B都发生了镉的富集，A正确； B、由表可知，在不同浓度的镉处理下，植物A的植物体镉含量，地上生物量和地下生物量都高于植物B，所以与植物B相比，植物A更适合作为土壤镉污染修复植物，B错误； C、由表可知，在相同的镉浓度处理下，植物A的地上生物量和地下生物量都高于植物B，说明在被镉污染的土壤中，镉对植物B生长的影响更大，C正确； D、由表可知，在不同浓度的镉处理下，植物A的植物体镉含量高于植物B，说明植物A对镉的富集能力更强，若以植物A作动物饲料，镉会沿着食物链进行富集，安全风险更大，D正确。 故选B。 【例4】　(不定项)(2023·辽宁高考)磷(P)是导致水体富营养化的重要营养元素之一、湖水中P会随生物遗体残骸、排泄物等沉入底泥。当遇到风浪扰动时，浅水型湖泊底泥中的P会进入上层水体而被生物重新利用；深水型湖泊因水体过深，底泥中的P无法被风浪扰动进入上层水体。若仅考虑P循环，下列叙述正确的是(　　 ) A．水中P沿食物链在生物体内聚集，最终积累在食物链顶端 B．定期清除底泥对减缓两种类型湖泊富营养化具有同等效果 C．减少外源P的输入是控制深水型湖泊富营养化的关键措施 D．相同条件下，浅水型湖泊比深水型湖泊更易发生富营养化 【答案】　CD 【解析】　A、水中P可被生产者吸收利用，生物体内的含磷化合物会被分解，不会积累在食物链顶端，A错误； B、结合题干“当遇到风浪扰动时，浅水型湖泊底泥中的P会进入上层水体而被生物重新利用；深水型湖泊因水体过深，底泥中的P无法被风浪扰动进入上层水体”可知，期清除底泥对减缓浅水型湖泊富营养化具有较好的效果，对深水型湖泊富营养化效果不大，B错误； C、深水型湖泊因水体过深，底泥中的P无法被风浪扰动进入上层水体，减少外源P的输入是控制深水型湖泊富营养化的关键措施，C正确； D、磷(P)是导致水体富营养化的重要营养元素之一、湖水中P会随生物遗体残骸、排泄物等沉入底泥，而当遇到风浪扰动时，浅水型湖泊底泥中的P会进入上层水体而被生物重新利用，深水型湖泊因水体过深，底泥中的P无法被风浪扰动进入上层水体，故相同条件下，浅水型湖泊比深水型湖泊更易发生富营养化，D正确。 故选CD。 考点二　生态系统的信息传递 1．生态系统中信息的种类 2．信息传递的过程 3．信息传递在生态系统中的作用 4．信息传递在农业生产中的应用 (1)应用和实例 (2)控制动物危害的技术方法比较 判断正误 　(1)雄鹿常通过吼叫、嗅闻等方式获得繁殖机会，其中嗅闻利用的信息种类属于化学信息(2021·海南，24)(　√　) (2)玫瑰吸引天敌防治害虫，体现了生态系统信息调节生物种间关系的功能(2021·河北，13)(　√　) (3)采用灯光诱虫杀虫利用了物理信息的传递(2022·湖南，8)(　√　) (4)花香引蝶属于物理信息(　×　) 提示　花香引蝶属于化学信息。 (5)信息传递过程中伴随着一定的物质或能量的消耗(　√　) (6)利用昆虫信息素诱捕、警示有害动物，属于化学防治(　×　) 提示　昆虫信息素虽属于化学信息，但是利用信息传递原理控制有害动物属于生物防治。 　2020年一场史上罕见的蝗虫灾害席卷东非和亚欧大陆，大量毁坏当地的草场、作物，对粮食安全造成了巨大的威胁。 (1)亚洲飞蝗的雌雄成虫在性成熟期可以利用前翅中闰脉上着生的发声齿与后足股节内侧隆线摩擦发声，据此分析此信息属于哪一类型？ 提示　物理信息。 (2)有论文指出：“蝗虫从独居到群居的转变，始于它们相互吸引而聚集在一起，发现并嗅到对方发出的气味(4－乙烯基苯甲醚)，或者用后肢彼此触碰。”此文中存在哪些信息类型？又说明了信息传递的什么功能？ 提示　文中存在化学信息和行为信息；信息传递有利于生命活动的正常进行和种群的繁衍。 (3)有研究表明，植物释放的气味对蝗虫食物的选择行为起了决定性的作用，由此说明生态系统中信息传递的作用是什么？ 提示　调节生物的种间关系，进而维持生态系统的平衡与稳定。 (4)可以利用创造不利于蝗虫生活的生态条件控制蝗灾，例如，修筑堤坝、疏浚河道、挖排水沟等方法，其原理是什么？采用化学农药防治和生物防治等防治措施可快速有效地控制蝗灾，和前者相比，生物防治的优势是什么？生物防治可以采取的措施有哪些？(答出两点即可) 提示　原理是降低蝗虫的环境容纳量；生物防治的优势是对人类生存环境无污染；引入该生物的捕食者、寄生者和引入有利于人类的该生物的竞争者。 (5)巴基斯坦发生蝗灾时，有人建议派10万“浙江鸭”前往增援，用鸭子治蝗的技术方法属于什么防治？专家未予采纳，请推测其理由。 提示　生物防治。该方法见效慢，容易造成外来物种入侵；该操作成本高(运输、饲料、管理等)；浙江鸭和蝗虫的生活环境不同。 (6)散居型蝗虫并不会对农作物造成大的危害，研究表明，散居型蝗虫密度增大时，体内会释放大量“集群信息素”，在蝗虫的触角上存在感知该种信息素的嗅觉受体，从而使蝗虫由散居转化为群居，这项研究使绿色防控成为可能。据此研究，请提出有关蝗灾防治方法的设想：可根据“集群信息素”的结构设计拮抗剂，阻止蝗虫的聚集(或使用干扰“集群信息素”接收的化学物质)。 考向三　信息传递的类型、作用及应用 【例5】　(2024·广东高考)松树受到松叶蜂幼虫攻击时，会释放植物信息素，吸引寄生蜂将卵产入松叶蜂幼虫体内，寄生蜂卵孵化后以松叶蜂幼虫为食。下列分析错误的是(　　 ) A．该过程中松树释放的信息应是化学信息 B．3种生物凭借该信息相互联系形成食物链 C．松树和寄生蜂的种间关系属于原始合作 D．该信息有利于维持松林群落的平衡与稳定 【答案】　B 【解析】　A、松树释放植物信息素吸引寄生蜂，植物信息素属于化学信息，A正确； B、松叶蜂幼虫攻击松树不需要凭借该信息，B错误； C、寄生蜂将卵产入松叶蜂幼虫体内，寄生蜂卵孵化后以松叶蜂幼虫为食，从而减少松树受到攻击，松树受到松叶蜂幼虫攻击时，会释放植物信息素，吸引寄生蜂将卵产入松叶蜂幼虫体内，两者相互合作，彼此也能分开，属于原始合作关系，C正确； D、通过该信息的调节使得松鼠、松叶蜂、寄生蜂维持相对稳定，有利于维持松林群落的平衡与稳定，D正确。 故选B。 【例6】　(2024·湖北高考)研究发现，某种芦鹀分布在不同地区的三个种群，因栖息地环境的差异导致声音信号发生分歧。不同芦鹀种群的两个和求偶有关的鸣唱特征，相较于其他鸣唱特征有明显分歧。因此推测和求偶有关的鸣唱特征，在芦鹀的早期物种形成过程中有重要作用。下列叙述错误的是(　　 ) A．芦鹀的鸣唱声属于物理信息 B．求偶的鸣唱特征是芦鹀与栖息环境之间协同进化的结果 C．芦鹀之间通过鸣唱形成信息流，芦鹀既是信息源又是信息受体 D．和求偶有关的鸣唱特征的差异，表明这三个芦鹀种群存在生殖隔离 【答案】　D 【解析】　A、物理信息是指通过物理过程传递的信息，芦鹀的鸣唱声属于物理信息，A正确； B、某种芦鹀分布在不同地区的三个种群，因栖息地环境的差异导致声音信号发生分歧，由此可知，求偶的鸣唱特征是芦鹀与栖息环境之间协同进化的结果，B正确； C、完整信息传递过程包括了信息源、信道和信息受体，芦鹀之间通过鸣唱形成信息流，芦鹀既是信息源又是信息受体，C正确； D、判断两个种群是否为同一物种，主要依据是它们是否存在生殖隔离，即二者的杂交子代是否可育，由和求偶有关的鸣唱特征的差异，无法表明这三个芦鹀种群是否存在生殖隔离，D错误。 故选D。 1．(选择性必修2 P63)物质循环：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，都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。 2．(2021·河北，22节选)碳在池塘生物群落中主要以含碳有机物的形式传递，碳循环具有全球性的主要原因是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。 3．(2020·山东，24改编)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。经测定该土壤中捕食性线虫(最高营养级)体内的镉含量远远大于其他生物类群，从土壤生物食物关系的角度分析，捕食性线虫体内镉含量高的原因是镉随着食物链的延长逐渐积累。 4．(2023·北京，18改编)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。人工光照最可能作为物理信息对节肢动物产生影响，从而在生态系统中发挥作用。 5．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，这说明信息能调节生物的种间关系，进而维持生态系统的平衡与稳定。 6．昆虫分泌性外激素引诱异性，说明生物种群的繁衍，离不开信息的传递。 7．莴苣、茄、烟草的种子必须接收某种波长的光信息才能萌发，说明生命活动的正常进行，离不开信息传递。 8．同碳元素一样，氮元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的，为什么还要往农田中不断地施加氮肥？农田中农产品源源不断地输出，其中的氮元素并不能都归还土壤，所以需要施加氮肥。 学科网（北京）股份有限公司 $$