第21讲 生态系统的物质循环和信息传递落（3大考点梳理）（知识清单）（上海专用）2027年高考生物一轮复习讲练测

第21讲 生态系统的物质循环和信息传递 目录导航 01知识脑图·核心脉络巧搭建——梳理专题框架，搭建知识体系 02考点梳理·必背知识全突破——深挖高频考点，总结速记易错 考点1 物质在生态系统中循环利用 考点2 生态系统运行离不开信息传递 考点3 物质循环、能量流动与信息传递的协同作用 知识脑图·核心脉络巧搭建目录导航 考点1 物质在生态系统中循环利用 必背知识梳理 1．物质循环——生态系统从系统外几乎得不到物质 生物体是由许多基本元素组成的，这些元素以多样的物质形态在无机环境与生物群落间往复循环，此过程称为生态系统的物质循环，也称生物地球化学循环。地球上主要的物质循环有碳循环、水循环、氮循环和磷循环等。 要素 正确内容 易错提醒 “物质”指什么 组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等 不是化合物，也不是CO₂、蛋白质这类具体物质 “生态系统”指什么 地球上最大的生态系统——生物圈 不是某一个池塘、某一片森林，因此具有全球性 循环方向 无机环境→生物群落→无机环境，往复循环 与能量单向流动、逐级递减完全不同 循环结果 物质可被生物群落反复利用 能量最终以热能散失，不能被再利用 【核心知识】物质循环有三个关键词：元素、生物圈、往复。判断一句话是否在讲“物质循环”，先看它说的是元素还是化合物，再看范围是生物圈还是某个局部生态系统。 全球大气中二氧化碳浓度与地表温度的长期变化趋势（教材图2-14） 2．温度影响物质循环中的分解过程 分解者对有机物的分解作用是生态系统物质循环的重要一环。 温度对垃圾分解率的作用（教材图2-15） 图中分解率与年平均温度呈明显的正相关：温度越低，分解越慢；温度越高，分解越快。由此可推测，全球平均温度升高会加快分解者的分解作用，使土壤、枯落物中储存的碳更快地以二氧化碳形式释放到大气中，从而进一步增强温室效应——这是一个典型的正反馈过程。 【深度理解】该研究中21个点之间明显不同的因素不止温度，还有生态系统类型（植被、土壤性质）、湿度、垃圾本身的性质以及土壤微生物群落的组成。这些因素都可能影响分解率，因此“分解率差异全部由温度造成”的说法是不严谨的。研究者在不同生态系统间随机选点、使用相同的垃圾，正是为了尽量控制其他变量。 3．二氧化碳的固定和释放是碳循环的关键环节 维持生命的有机物主要由碳元素组成。碳元素主要贮存在化石燃料、土壤、沉积物、海洋、生物体以及大气中，并在各组分间持续运动和交换，这种现象称为碳循环。生物圈中的碳循环主要体现在以下四个环节： ①绿色植物将大气中的二氧化碳经光合作用转化成有机物并释放氧气；②有机物被消费者或分解者利用，通过呼吸作用把碳以其最初形态（二氧化碳）返回到环境中，并释放储存的能量；③仅有约千分之一的生物有机体在被分解之前被沉积物掩埋，经过热能和压力长时间的作用，最终转变为化石燃料（煤、石油、天然气等）；④燃烧化石燃料时，其中的碳氧化成为二氧化碳而排入大气。 碳循环主要过程（教材图2-16）——光合作用固定碳，呼吸作用、分解作用与化石燃料燃烧释放碳 在自然状态下，光合生物大量吸收空气中的二氧化碳，吸收的量约等于生物通过呼吸作用释放出的量，因此大气中的二氧化碳含量长期保持相对稳定。人类大量消耗化石燃料，把亿万年积累的“埋藏碳”在极短时间内释放出来，显著增加了大气中二氧化碳的量，进而引发一系列环境问题。 存在场所 主要形式 说明 生物群落内部 含碳有机物 沿食物链（网）由低营养级向高营养级单向传递 生物群落与无机环境之间 二氧化碳（主要） 光合作用、化能合成作用输入；呼吸作用、分解作用输出 无机环境 二氧化碳、碳酸盐、化石燃料 海洋是最大的活跃碳库；岩石、沉积物中的碳酸盐循环极慢 方向 途径 要点 碳进入生物群落 生产者的光合作用（主要）、化能合成作用 化能合成作用的生物如硝化细菌、深海热泉中的硫细菌，不依赖光照 碳返回无机环境 生产者呼吸作用、消费者呼吸作用、分解者分解作用（实质是呼吸作用） 这三条途径释放的碳都以二氧化碳形式返回大气或水体 碳返回无机环境（非生物过程） 化石燃料的燃烧 人类活动，打破了碳循环原有的收支平衡 【核心知识】碳循环的三个“不等于”：碳循环≠二氧化碳循环（循环的是碳元素）；碳进入生物群落≠只靠光合作用（还有化能合成作用）；碳返回无机环境≠只靠呼吸作用（还有化石燃料燃烧）。 与“碳达峰”“碳中和”相关的基本概念：碳达峰是指二氧化碳排放量达到历史最高值，经历平台期后持续下降的过程，是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点；碳中和则指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳净零排放。中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。 4．降水、蒸发和径流是水循环的主要环节 水是生命之源，直接影响生态系统的物质循环过程，特别是陆地生态系统中的生产和分解过程。所有生物都可以与环境直接交换水。虽然个别生物也可以利用水蒸气，但水被生物利用的主要形式是液态水。 海洋贮水约占地球上水总量的97%，在高纬度地区或高海拔地区以冰川形式贮存的水约占2%，剩余约1%的水保存在湖泊、河流和地下水中，极微量的水以气体形式存在于大气中。在太阳辐射和地球引力两大驱动力的作用下，水在生态系统各组分间持续不断地流动，形成全球范围的大循环。 水循环的过程可以概括为三步：①在太阳能的作用下，地球表面的水蒸发到大气中形成水蒸气；②水蒸气随大气环流运动，在一定条件下凝结成云并形成雨、雪等降水；③降水到达地面后，转化为地表水和地下水，最后以径流的形式返回海洋，完成水循环。 水循环主要过程（教材图2-17）——蒸发、水汽输送、降水、径流四个环节 水循环的意义：①通过水循环，海洋持续向陆地输送淡水，补充陆地上的淡水资源，从而使水成为可再生资源；②通过侵蚀、搬运、沉积等过程，形成丰富多彩的地形地貌；③调节地球各圈层、各区域之间的能量分布，从而影响各地的气候；④植物通过蒸腾作用提高大气湿度，参与水循环；⑤水循环对其他物质的循环运动具有重要作用——碳、氮、磷等元素大多要借助水的流动才能在全球范围内迁移。 5．氮循环、磷循环与水体富营养化 同碳元素一样，氮和磷元素在生态系统中也是不断循环的。我们一般不需要向农田生态系统中人工输入“碳肥”，却要不断施加氮肥和磷肥，原因在于三种元素的来源与去向不同。 项目 氮循环 磷循环 主要存在形式 大气中的N₂；土壤和水体中的NO₃⁻、NH₄⁺；生物体内的蛋白质、核酸等 岩石、沉积物中的磷酸盐；水体中的溶解态磷酸盐；生物体内的核酸、磷脂、ATP等 能否从大气获得 能。生物固氮（根瘤菌、固氮蓝细菌）、高能固氮（闪电）、工业固氮 不能。磷没有气态形式，大气中几乎没有含磷气体 循环类型 气体型循环，周转较快 沉积型循环，周转极慢，主要靠岩石风化和沉积 农业上为何要补施 作物收获带走氮，土壤中的氮又不能完全靠固氮补足 作物收获带走磷，而磷矿是不可再生资源，必须补施并循环利用 过量施用的后果 随雨水径流进入水域，与磷共同引起水体富营养化 随雨水径流进入水域，是水体富营养化的限制性因素 通过雨水冲刷，农田中增加的氮和磷又会进入水域生态系统，从而引起水体富营养化问题。 水体富营养化是指水中氮、磷等营养盐含量过多而引起的水质污染现象，实质是营养盐物质的输入和输出失衡。在富营养化水体中，经常会出现蓝细菌（旧称蓝藻）大量繁殖，在水面形成一层蓝绿色而有恶臭味的浮沫，称为水华。 环节 内容 成因 氮、磷等营养盐输入过多、输出过少，输入与输出失衡（生活污水、农业径流、养殖废水） 表现 蓝细菌大量繁殖，水面形成蓝绿色、有恶臭味的浮沫，即水华 危害 ①蓝细菌死亡后分解过程耗尽水中氧气，造成鱼类等大量水生生物死亡；②蓝细菌产生毒素，直接毒害水生动物，还是人类肝癌等疾病的重要诱因 案例 2007年5月，江苏无锡发生太湖蓝细菌污染饮用水事件，200万人的生活用水受到影响 治理 控源截污（减少化肥、处理污水）→过程拦截（生态沟渠、人工湿地）→末端修复（清淤、生态浮床、沉水植物、滤食性鱼类和贝类）→监测预警 【深度理解】富营养化的“实质”是输入与输出失衡，而不是“氮磷含量高”本身。因此治理的关键是同时“减输入”和“增输出”：控源截污减少氮磷进入，收获水生植物、捕捞鱼类、清淤则把氮磷以生物量或沉积物的形式移出系统。只种不收，氮磷仍留在水体中，治理效果有限。 与富营养化同属“物质随水流与食物链迁移”的还有生物富集与生物放大。许多持久性污染物（如有机氯农药、重金属汞和镉、多氯联苯）不易被生物降解，也不易被物理或化学因素降解，能溶解于生物体的脂肪中而不易排出，于是随食物链的延长和营养级的增加，在不同生物体内逐级富集，表现为营养级越高、体内浓度越高。这类污染物还具有全球性：它们可以随大气环流、水流动和生物的迁移扩散到远离排放源的地方——在南极企鹅、北极熊体内都能检测到滴滴涕，就是物质循环全球性的直接证据。这也提醒我们：物质循环没有国界，环境治理必须依靠国际合作。 6．物质循环与能量流动的关系 能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，二者同时进行、彼此相互依存、不可分割。能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程：物质是能量的载体，能量是物质在生态系统中往复循环的动力。生态系统各组成成分，正是通过能量流动和物质循环，紧密联系在一起，形成一个统一的整体。 项目 能量流动 物质循环 形式 光能→化学能→热能 （以碳循环为例）CO₂→有机物→CO₂ 范围 生态系统各营养级 生物圈，具有全球性 特点 单向流动，逐级递减 反复利用，往复循环 终点 最终以热能形式散失到无机环境，不能循环利用 循环没有终点，产生的CO₂可被重新利用 【易错提醒】不能说“物质循环和能量流动是相互依存的两个过程”。能量存在于物质之中，能量驱动着物质循环，物质又承载着能量流动，二者是不可分割的统一整体——把它们说成“两个可分开的过程”，在表述上就错了。 7．探究活动：调查本地一个生态系统的能量流动或物质循环 调查目标有三：一是说出所调查生态系统的各组分，明确其主要食物链；二是绘制能量流动或某一元素循环过程的示意图；三是针对该生态系统提出促进人与自然和谐共生的改进建议。调查时，先通过实地观察和访谈确定生产者、消费者、分解者各是哪些生物类群、非生物因素有哪些；再根据生活习性梳理种间关系，确定主要食物链或食物网；最后通过访谈管理部门或查阅资料，确定各营养级生物量或能量、或某元素在各组分中的含量。 以上海某湿地生态系统为例：该生态系统面积约2 km²，平均水深约5 m，共有13个功能群。各功能群生物量（t/km²）如表所示。 功能群 生物量（t/km²） 浮游植物 14.00 大型藻类 10.60 植食性浮游动物 14.80 肉食性浮游动物 6.00 底栖动物 8.00 软体动物 6.82 虾类 3.15 蟹类 1.50 草食性鱼类 1.21 浮游动物食性鱼类 1.25 底栖动物食性鱼类 1.21 肉食性鱼类 0.41 有机碎屑 0.41 分析这组数据要注意三点：①浮游植物（14.00 t/km²）的生物量低于植食性浮游动物（14.80 t/km²），呈现生物量金字塔局部倒置，原因与第20讲英吉利海峡的情况相同——浮游植物生长快、周转快，能以较低的现存量支持较高的浮游动物生物量；②从草食性鱼类到肉食性鱼类，生物量迅速下降（1.21→0.41 t/km²），体现了能量沿营养级逐级递减；③有机碎屑虽只有0.41 t/km²，却是连接各功能群的重要环节，碎屑食物链在湿地生态系统中不可忽视。若按面积换算，该湿地浮游植物总生物量约为14.00×2＝28 t，植食性浮游动物约为14.80×2＝29.6 t。 速记口诀突破 1． 物质循环三要素 口诀：元素循环遍生物圈，往复利用无终点；物质作载体，能量是动力。 解释：物质循环的对象是组成生物体的化学元素，范围是生物圈（全球性），特点是可被反复利用、没有终点；物质是能量的载体，能量是物质循环的动力，二者不可分割。 2． 碳循环：四步走、三形态 口诀：光合固定入群落，呼吸分解返大气；千分之一沉化石，燃烧又把碳释放；群落内部有机物，群落环境二氧化碳。 解释：碳进入生物群落靠光合作用（还有化能合成作用）；返回靠生产者、消费者的呼吸作用与分解者的分解作用；约千分之一的生物有机体被沉积物掩埋形成化石燃料，化石燃料燃烧再把碳释放到大气。碳在群落内部以含碳有机物传递，在群落与无机环境之间主要以二氧化碳循环，在无机环境中主要以二氧化碳和碳酸盐形式存在。 3． 水循环看三字 口诀：蒸发、输送、降水走，径流归海一圈成；日辐引力双驱动，海水淡化靠天公。 解释：水循环的主要环节是蒸发、水汽输送、降水、径流；两大驱动力是太阳辐射和地球引力；水循环使海洋持续向陆地输送淡水，水因此成为可再生资源。 4． 水华一条链 口诀：氮磷超标藻类疯，绿沫一层臭气浓；死后分解耗尽氧，鱼虾窒息毒还凶。 解释：富营养化的实质是氮磷输入与输出失衡；蓝细菌大量繁殖形成水华；蓝细菌死亡后被分解，耗尽水中溶解氧，造成鱼类死亡；蓝细菌还能产生毒素，危害水生动物乃至人类。 5． 温度与分解 口诀：温度升高分解快，二氧化碳放出来；温室效应再增强，正反馈里难回头。 解释：温度越高，分解者活动越旺盛，有机物分解越快，释放的二氧化碳越多；大气中二氧化碳增加又加剧温室效应、进一步升温，形成正反馈。 6． 碳中和两节点 口诀：三零年前先达峰，六零年前求中和；减排造林两手抓，净零排放才算成。 解释：我国力争2030年前实现碳达峰（排放量由增转降的拐点）、2060年前实现碳中和（通过植树造林、节能减排等抵消自身排放，实现净零排放）。 易错易混辨析 易错点 正确辨析 物质循环的范围是某一片森林或某一个池塘 错。物质循环所说的“生态系统”指地球上最大的生态系统——生物圈，因此物质循环具有全球性；局部生态系统只是全球循环中的一个环节。 物质循环中的“物质”是指蛋白质、糖类等化合物 错。物质循环中的“物质”是组成生物体的化学元素（C、H、O、N、P、S等）。说“碳循环”时，循环的是碳元素，不是二氧化碳这种化合物。 碳元素可以在一个相对封闭的群落内部往复循环 错。碳在生物群落内部只能沿食物链（网）单向传递；只有生产者与无机环境之间的碳传递是双向的，碳的往复循环发生在生物群落与无机环境之间。 碳进入生物群落只能通过光合作用 错。光合作用是主要途径，化能合成作用也能固定二氧化碳（如硝化细菌、深海热泉中的硫细菌和氢细菌）。 碳返回无机环境只能通过呼吸作用 错。除了生产者、消费者的呼吸作用和分解者的分解作用（实质也是呼吸作用），化石燃料的燃烧也是碳返回大气的重要途径。 碳在生物群落与无机环境之间以含碳有机物的形式循环 错。在生物群落与无机环境之间主要以二氧化碳形式循环；只有在生物群落内部才以含碳有机物形式传递。 物质循环和能量流动是两个相互独立的过程，可以分开研究 错。二者同时进行、相互依存、不可分割：物质是能量的载体，能量是物质循环的动力。把二者说成“相互依存的两个过程”在表述上也是错误的。 生态农业中物质不断循环，农民不需要对农作物增施氮肥 错。随着农作物的收割，农作物从土壤中吸收的N等元素也随之离开土壤；为保证农作物正常生长，仍需补施氮肥。生态农业实现的是物质的多级利用，不是元素的无损循环。 生态农业实现了能量的循环利用 错。能量流动是单向的、不能循环；生态农业实现的是物质的循环利用和能量的多级利用，提高了能量利用率。 水体富营养化的实质是水中氮、磷含量高 错。实质是营养盐物质的输入与输出失衡；氮磷含量高只是这种失衡的表现。治理既要减少输入，也要增加输出（收获水生植物、清淤等）。 水循环只靠太阳辐射驱动 错。水循环有太阳辐射和地球引力两大驱动力，径流返回海洋主要依靠重力。 长期监测显示二氧化碳浓度与气温同步上升，即可证明二氧化碳升高导致全球变暖 错。同步上升只能说明相关，不能直接证明因果；还需从温室效应机制、冰芯记录、自然事件对照等方面获得证据，排除太阳活动等其他因素的影响。 考点2 生态系统运行离不开信息传递 必背知识梳理 1．信息传递是生态系统的第三种功能 鸭子感受水温的变化，蜜蜂交流蜜源的方位，这些都表明：除了能量流动和物质循环外，生态系统还存在着众多的信息联系。信息是世界物质客体间普遍联系的形式，每一个信息过程都含有信息产生、传输和接收三个基本环节。 生态系统的各组成成员之间和成员内部都广泛存在着信息交流，传递的方向往往是双向的，彼此间进行着信息传递。生态系统的信息传递是生物长期进化的结果，可以出现在个体、种群、群落等不同水平上。 信息传递对生态系统的作用主要有三个方面：①维持生命活动正常进行——“秋风起，蟹脚痒”描绘了中华绒螯蟹（俗称“大闸蟹”）感受到水温降低的信息，从湖泊奔向河口，完成生殖洄游；“竹外桃花三两枝，春江水暖鸭先知”则说明水温变化作为物理信息被鸭子感知。②调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定——食物链相邻营养级间的生物充分利用对方的特征，保持“捕食”与“被捕食”的平衡：狼能够识别兔的气味而追踪兔，兔也能探测到狼的气味而躲避狼。③应用于生产和生活——利用信息传递对虫害、鼠害等进行生物防治，例如农业上利用昆虫性外激素诱捕害虫，在机场跑道用音响设备播放猛禽鸣声驱赶鸟群。 2．物理信息：光、声、温度、湿度、磁场、机械振动 光、声、温度、湿度、磁场、机械振动等物理因素，引起生物之间感应作用，称为物理信息。物理信息的来源可以是无机环境，也可以是生物体。 例如：光强和光周期调控植物的生长和发育；海豚、蝙蝠等利用声波进行回声定位；雄性蟋蟀的鸣叫可以向雌性个体传递发送者的物种（不同物种的雄性蟋蟀有不同的声音）、性别（仅雄性会发声）、位置（声音的方位）以及社会地位（能够保护栖息洞穴周围领地的那只雄性才会鸣叫）等信息。 海豚利用声波进行回声定位（教材图2-20）——声波是典型的物理信息 3．化学信息：可以传递信息的化学物质 生物在生命过程中常会产生一些可以传递信息的化学物质，如昆虫产生的各种信息素等，这些化学物质能被其他生物接受并产生反应，称为化学信息。化学信息的来源是生物体。 蚕蛾的异性吸引很好地展示了化学信息的传递与调控：雌性蚕蛾能分泌一种使雄性蚕蛾特别敏感的物质——蚕蛾性诱醇。雄性蚕蛾用具有感受器的多毛触角去检测这种化学引诱剂。雌性蚕蛾通常安静地停在原地，分泌少量蚕蛾性诱醇，这种挥发性化学物质随风传播；当少量分子到达雄性触角，感受器被激发，雄性蚕蛾迎风飞翔，搜寻雌性。当两者距离百米左右时，明显的化学信息浓度梯度就能吸引雄性精准地飞向雌性。长期的自然选择有利于雄性触角上的感受器在数千米外就能接收化学信息，保障了化学信息传递的准确性。 雄性蚕蛾发达的触角可以探测到雌性个体的信息（教材图2-21） 其他化学信息的例子：黄鼠狼放出臭味信息吓跑敌人；狗撒尿标记地盘；花香吸引昆虫前来传粉。 4．行为信息：动物的特定行为 动物的某些行为也可以用于同种或异种间的信息传递，这些行为特征称为行为信息。行为信息的来源是动物的特殊表现和行为。 蜜蜂能够通过精确的“舞蹈”把蜜源的距离、方位等信息告诉其他个体。蜜蜂的舞蹈主要有圆舞和摆尾舞两种：一般蜜源在100 m以内时以圆舞为主；蜜源超过100 m时用摆尾舞表示，而且距离越远，摆尾频率越慢。除了距离信息，蜜蜂还能传递蜜源的方向信息：蜜蜂直线爬行与其面对太阳时的夹角，就是蜜源方向偏离太阳的角度。其他蜜蜂领会这些信息后，就随“侦察蜂”一起飞向蜜源。蜜蜂跳舞时还会产生声音，说明同一个行为可以同时携带多种类型的信息。 蜜蜂的“舞蹈语言”（教材图2-19）——摆尾舞（左）传递距离与方向，圆舞（右）示意近距离蜜源 孔雀开屏是雄孔雀的求偶炫耀行为：雄孔雀在繁殖季节常展开五彩缤纷的尾屏，漫步走向雌孔雀，轻轻抖动尾屏，发出“唰唰”的声响，在雌孔雀面前尽力表现自己，以获得交配繁衍的机会。 5．物理、化学、行为三类信息的比较与判断 信息种类 定义 来源 典型举例 判断关键词 物理信息 光、声、温度、湿度、磁场、机械振动等物理因素引起生物之间感应作用 非生物环境、生物体 光强和光周期调控植物生长；海豚、蝙蝠回声定位；雄性蟋蟀鸣叫；春江水暖鸭先知 光、声、温、湿、磁、振动 化学信息 生物产生、可被其他生物接受并引起反应的化学物质 生物体 雌蚕蛾释放性诱醇；黄鼠狼放臭气；狗撒尿标记地盘；花香引蝶 挥发、气味、激素、信息素 行为信息 动物用于同种或异种间信息传递的特定行为特征 动物的特殊表现和行为 蜜蜂“舞蹈”；孔雀开屏；鸟类的求偶炫耀 舞蹈、炫耀、姿态、动作 【深度理解】信息类型的判断，关键看“传递的载体是什么”，而不是看“发生在什么生物之间”。同样的情景，载体不同，类型就不同：孔雀开屏时既展开尾屏（视觉——物理信息），又抖动尾屏发出声响（声音——物理信息），行为本身则属于行为信息，考题常要求考生把“行为”与“行为携带的物理信息”区分开。 判断技巧可以归纳为五条：①涉及声音、颜色、植物形状、磁力、温度、湿度这些信号，通过动物的皮肤、耳朵、眼或植物的光敏色素、叶、芽等感觉到的信息，判断为物理信息；②涉及化学物质挥发性（如性外激素等）这一特点的，判断为化学信息；③凡涉及“肢体语言”的，判断为行为信息；④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。 6．信息传递在农业生产中的应用 措施 目的 养鸡场延长光照时间 提高产蛋率 用一定波长的光照处理蔬菜、各类作物的种子 提高萌发率 利用模拟的动物信息吸引传粉动物 提高作物的传粉效率和结实率 利用音响设备模拟动物声音 诱捕或驱赶动物（如机场播放猛禽鸣声驱鸟） 施加昆虫信息素 诱捕或警示有害动物 有害动物的防治方法可以分为化学防治、机械防治和生物防治三类，比较如下： 项目 化学防治 机械防治 生物防治 措施 喷施化学药剂等 人工捕捉等 引入天敌或寄生生物、利用信息素等 优点 作用迅速，短期效果明显 无污染，见效快，效果好 效果好且持久，成本低，无污染 缺点 引起害虫抗药性增强；杀灭害虫天敌，破坏生态平衡；污染环境 费时费力；对体型很小的害虫无法实施 天敌数量不确定；寄生生物专一性强 【易错提醒】昆虫信息素本身是化学物质，但“利用信息素诱捕、警示有害动物”属于生物防治，不是化学防治。区分的关键是看“是否向环境中投放杀伤性化学药剂”，而不是看“是否用了化学物质”。 7．实验探究：验证水溞能利用化学信息探测捕食者的出现 水溞是一类小型甲壳动物，经常在池塘中大量出现，是鱼类的天然饵料。有研究表明，水溞能探测到鱼类或无脊椎动物等捕食者释放到水中的化学物质，从而改变形态，比如出现颈齿（颈部突出物）或头部外壳变大。这些改变的形态可以降低捕食者对水溞的捕食率，是一种典型的动物感知水中化学信息的诱导防御现象。 捕食者出现前后两种水溞发生的形态变化（教材图2-22）——（A）蚤状溞与（B）隆线溞 实验设计的基本思路：①取同一水体、同一物种、同一龄期、大小相近的水溞，随机均分为实验组和对照组，每组数量相同；②实验组加入捕食者（如鱼）培养液的无菌滤液（或捕食者暂养水经过滤后的滤液），对照组加入等量的、经过相同处理的清水，保证两组除“捕食者化学信息”外的其他条件一致；③两组置于相同温度、相同光照、相同饵料和相同容积的容器中培养一段时间；④观察并测量水溞是否出现颈齿、头部外壳是否变大，重复多次并统计；⑤若实验组形态改变的比例显著高于对照组，则说明水溞能利用化学信息探测捕食者的出现。 【实验提醒】本实验的自变量是“水中是否存在捕食者释放的化学物质”，因变量是“水溞的形态变化（颈齿、头部外壳大小）”。必须用滤液而非把捕食者直接放入，以免捕食者直接捕食或通过视觉、触碰等物理信息干扰结果；同时要设置等量清水的对照并保证平行重复，排除培养条件差异的影响。 8．教材“自我评价”中的信息传递情境 ①农民在田野中放置稻草人降低鸟类对农作物的啄食：存在信息传递，稻草人的形状、颜色作为视觉信息被鸟类感知，属于物理信息。②金丝桃分泌一种引起光敏性并刺激皮肤的化合物，使误食的动物变盲或致死，从而避开这种植物：该化合物是植物产生的化学物质，动物感知后改变行为，属于化学信息。③蜜蜂跳舞时会产生声音，人们用电子仪器模拟相同频率的声音吸引蜜蜂采蜜：利用的是声波这一物理信息。④“老马识途”依靠嗅觉记忆与视觉地标，“飞蛾扑火”依靠光（物理信息），“螳螂捕蝉”体现捕食关系，“闻鸡起舞”依靠听觉（物理信息）。⑤把白天和黑夜颠倒，约一周后蟑螂改在人造的“黑夜”里活动：说明光照周期这一物理信息调控着生物的昼夜节律，且这种节律可被环境信息重置。 速记口诀突破 1． 信息过程三环节 口诀：产生、传输再接收，信息一来一回走；个体种群到群落，进化得来作用久。 解释：每个信息过程含产生、传输、接收三个基本环节；信息传递往往双向；是生物长期进化的结果，可出现在个体、种群、群落等不同水平。 2． 三类信息三句诀 口诀：光声温湿磁场力，物理信息记心里；挥发气味性外素，化学信息找生物；舞蹈开屏肢体语，行为信息看动作。 解释：物理信息的载体是物理因素，来源可为无机环境或生物；化学信息的载体是生物产生的化学物质；行为信息的载体是动物的特定行为。 3． 判断信息看载体 口诀：眼睛耳朵感物理，鼻子舌头辨化学；动作姿态是行为，林密靠声瀑靠抓。 解释：看载体判断：通过眼、耳、皮肤感知的光声温湿是物理信息；通过嗅觉、味觉感知的挥发性物质是化学信息；肢体语言是行为信息。视线受阻的密林中多靠声音，噪音嘈杂处多靠动作。 4． 蜜蜂舞蹈记两点 口诀：百米以内跳圆舞，百米以外摆尾舞；距离越远摆越慢，夹角就是方向图。 解释：蜜源在100 m以内以圆舞为主，超过100 m用摆尾舞且距离越远摆尾频率越慢；蜜蜂直线爬行与其面对太阳方向的夹角，就是蜜源偏离太阳的角度。蜜蜂舞蹈属于行为信息。 5． 信息三大作用 口诀：保生命、调种间、治害虫，信息传递三件功。 解释：信息传递维持生命活动正常进行（生殖洄游、昼夜节律）、调节种间关系（捕食与被捕食的平衡）、用于生物防治（性诱剂、播放猛禽鸣声）。 6． 防治三分法 口诀：喷药化学快又猛，人工捕捉机械功；天敌信息生物治，持久环保是上策。 解释：化学防治作用迅速但污染环境、易产生抗药性；机械防治无污染但费时费力；生物防治（天敌、寄生生物、信息素）效果好且持久、成本低、无污染，但天敌数量不确定、寄生生物专一性强。 易错易混辨析 易错点 正确辨析 花香引蝶属于物理信息 错。花香是植物产生的挥发性化学物质，昆虫通过嗅觉感知，属于化学信息。 利用昆虫信息素诱捕、警示有害动物属于化学防治 错。信息素虽属化学信息，但利用信息传递原理控制有害动物属于生物防治，没有向环境投放杀伤性化学药剂。 信息传递只发生在生物与生物之间 错。信息也可以来自无机环境，如光、温度、湿度等物理信息；物理信息的来源既可以是无机环境，也可以是生物体。 信息传递和能量流动一样是单向的 错。能量流动单向、逐级递减；信息传递的方向往往是双向的，这也是信息能形成自我调节机制的原因。 蜜蜂跳舞只能告诉同伴蜜源的距离 错。蜜蜂还能传递蜜源的方向：直线爬行与其面对太阳方向的夹角就是蜜源方向偏离太阳的角度。 行为信息只能在同种生物之间传递 错。行为信息可用于同种或异种间的信息传递，如孔雀开屏、蜜蜂舞蹈、鸟类的求偶炫耀。 性外激素属于行为信息 错。性外激素是生物产生的化学物质，属于化学信息；只有动物以特定行为传递信息才属于行为信息。 信息传递只出现在个体水平上 错。信息传递是生物长期进化的结果，可以出现在个体、种群、群落等不同水平上。 在机场播放猛禽鸣声驱赶鸟群属于化学信息 错。鸣声属于声音，是物理信息；利用信息传递进行防治属于生物防治。 金丝桃分泌化合物使动物避开，不属于生态系统的信息传递 错。植物分泌的化学物质被动物感知并改变行为，属于化学信息，是生态系统信息传递的典型实例。 考点3 物质循环、能量流动与信息传递的协同作用 必背知识梳理 1．生态系统的三大功能 能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的主要功能，三者同时进行，彼此相互依存、不可割裂。能量在生态系统中的固定、转换和释放，离不开物质的合成、转化和分解，也都伴随着信息的产生、传递和响应。 能量是生态系统的动力，使物质能够连续地在生物群落和无机环境间循环利用；物质作为能量的载体，使能量能够沿生态系统的食物链（网）流动；信息传递则调节着能量流动和物质循环的方向和强度。 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，循环往复 双向传递，往往双向 途径 食物链和食物网 食物链和食物网 多种途径（物理、化学、行为） 范围 生态系统各营养级 生物圈 个体、种群、群落等不同水平 地位 生态系统的动力，推动物质循环 能量的载体，使能量沿食物链（网）流动 调节能量流动和物质循环的方向和强度 共同点 三者同时进行，相互依存、不可割裂，共同决定生态系统的整体性和稳定性 【核心知识】一句话记住三者的分工：“物质循环利用，能量单向流动，信息双向传递。”三者的协同作用决定了生态系统的整体性和稳定性——缺了能量，物质无法循环；缺了物质，能量无所附丽；缺了信息，系统无法进行自我调节。 2．物质、能量、信息三者的关系图式 在生态系统的结构图中，生产者与无机环境之间是双向箭头：生产者从无机环境吸收二氧化碳、水和无机盐（物质），同时把无机物合成有机物、固定太阳能（能量）；无机环境则接收生产者呼吸释放的二氧化碳和散失的热能。消费者通过捕食获得物质和能量，通过呼吸把二氧化碳释放到无机环境；分解者把动植物遗体、排遗物中的有机物分解为无机物，返还无机环境。 信息传递则叠加在这一物质与能量网络之上：花开的气味吸引昆虫（化学信息），昆虫飞来传粉，既完成了物质（花粉、花蜜）与能量（花蜜中的化学能）的转移，又把信息反馈给植物；捕食者与被捕食者之间通过气味、声音相互感知，使捕食关系保持在适度水平。由此可见，物质流动为信息传递提供载体，信息传递又反过来调节物质和能量流动的方向与强度。 3．图表判读：如何从结构图中确定成分和功能 ①找双向箭头：双向箭头两端的成分一般是生产者和无机环境（非生物的物质和能量）。②看箭头数目：有三个箭头指出（指向消费者、分解者、无机环境）的是生产者；有三个箭头指入（来自生产者、消费者、分解者）的是无机环境。③看共同指向：生产者和消费者都有箭头指向的成分为分解者，其余为消费者。④看箭头方向：能量流动的箭头一律单向，信息传递的箭头可以双向。⑤看是否出现“燃烧”：出现化石燃料燃烧箭头的碳循环图中，燃烧不属于生物群落的环节，但它是碳返回大气的重要途径。 4．生态系统功能原理在生产实践中的应用 （1）生态农业与物质的多级利用：桑基鱼塘中，桑叶养蚕、蚕沙喂鱼、塘泥肥桑，物质在系统内多级利用，减少了废弃物的排放；稻田养鱼、稻田养鸭，既除虫除草，又减少农药化肥的使用。这类模式实现的是物质的循环利用和能量的多级利用，而不是能量的循环。 （2）碳达峰与碳中和：通过植树造林增加碳汇、通过节能减排减少碳排放、通过发展新能源替代化石燃料，使二氧化碳的排放与吸收达到平衡；同时保护湿地、海洋等生态系统，增强其固碳能力。上海崇明东滩湿地的生态修复，就是增强湿地碳汇功能的典型案例。 （3）水体富营养化的治理：控源截污、生态沟渠、人工湿地拦截氮磷，再通过收获水生植物、捕捞滤食性鱼类把氮磷移出水体，实现“输入—输出”的再平衡。 （4）有害生物的综合治理：利用性外激素诱捕、干扰交配，利用天敌防治，减少化学农药的使用，既保护了生物多样性，又维持了生态系统的信息网络。 5．上海案例：生态系统理论引领的崇明世界级生态岛建设 在长江入海口，世界最大的河口冲积岛——崇明岛担当着上海这座国际化大都市的生态屏障，维护着长三角乃至长江流域的生态安全。2017年，上海市政府制定出台《崇明世界级生态岛发展“十三五”规划》。生态岛建设不等同于“种花栽树”“绿化城镇”，而是建设与陆地相对独立但紧密联系的岛屿生态系统，要求物质良性循环、能量充分利用、资源集约利用，各个方面都必须充分发挥生态系统理论的整体性和系统性。 崇明三岛之一的长兴岛有一片相当于10个杭州西湖大小的水域——青草沙水库，是超过一半上海人的清洁饮用水水源地，700多亩生态林将这片水域与外界隔开。“上海自来水来自海上”是上海人引以为傲的经典上联，而好水并不能自来：科学建设青草沙水库，让上海尝到了生态效益的甜头。这里体现的正是“生态林—水库”之间的物质循环与水质净化功能。 崇明东滩傍海依江，咸淡水交汇，独特的生态环境养育了丰富的生态资源，吸引了南来北往的数百万候鸟到此栖息、觅食，是全球鸟类八大迁徙路线之一的中途点。2013年起，上海崇明东滩国家级鸟类自然保护区实施生态修复项目，控制外来入侵植物互花米草，优化鸟类栖息地，修复退化的湿地生态系统，该生态工程荣获2016年度中国人居环境奖范例奖。东滩以东是中华鲟自然保护区，被列为“极危级”保护物种的中华鲟在这里得到精心呵护，保护区已累计放流中华鲟、胭脂鱼等珍稀水生动物数十万尾。 长江口珍稀水生生物增殖放流活动（教材图2-23） “好空气也能当饭吃。”如今的崇明岛，每年吸引越来越多的游客，直接带动了民宿产业、品牌农业等发展。鸟儿飞过来了，鱼儿游过来了，老百姓的生活也富起来了。“水清土净、空气清新”的崇明不断厚植生态基础、提升生态价值，全力打造“绿水青山就是金山银山”的“崇明案例”。 6．综合分析的思路 遇到生态系统综合题，可按“四步走”：第一步，定成分——用双向箭头和箭头数目确定生产者、消费者、分解者和无机环境；第二步，找链条——按摄食关系写出食物链（网），确定营养级；第三步，算能量——同化量＝摄入量－粪便量，传递效率＝下一营养级同化量÷本营养级同化量×100%；第四步，辨信息——判断信息类型（物理、化学、行为）和作用（维持生命活动、调节种间关系、生物防治），并注意信息传递的双向性。 速记口诀突破 1． 三大功能一句话 口诀：物质循环走，能量单向流，信息双向传。 解释：物质可被反复利用、循环往复；能量沿食物链单向流动、逐级递减；信息传递往往是双向的。这是三大功能最简洁的区分。 2． 三者地位记分明 口诀：能量是动力，物质是载体，信息定方向。 解释：能量推动物质循环，物质承载能量流动，信息传递调节能量流动和物质循环的方向与强度。 3． 结构图三步判 口诀：先找双向定两端，再看三出与三入；同指一方是分解，剩下一方消费者。 解释：双向箭头连接生产者和无机环境；有三个箭头指出的是生产者，有三个箭头指入的是无机环境；生产者和消费者共同指向的是分解者，剩下的为消费者。 4． 箭头方向辨功能 口诀：能量箭头单向走，信息箭头可回头；碳循环里见燃烧，那步不属生物流。 解释：能量流动箭头单向；信息传递箭头可双向；碳循环图中的化石燃料燃烧属于非生物过程，但仍属碳返回大气的途径。 5． 生态农业两句诀 口诀：物质多级用，能量多级省；能量不循环，物质才循环。 解释：生态农业实现物质的多级利用和能量的多级利用（提高利用率），但能量流动是单向的，不能循环利用。 6． 综合治理看信息 口诀：性诱剂、放天敌，信息治虫最环保；控源截污种水草，氮磷进出要平衡。 解释：利用信息传递进行生物防治；治理富营养化要减少氮磷输入、增加氮磷输出，使输入与输出重新平衡。 易错易混辨析 易错点 正确辨析 信息传递为生态系统提供能量 错。生态系统的能量最终来自太阳能（或人工输入），信息传递只调节能量流动和物质循环的方向与强度，不提供能量。 物质循环能为生态系统提供能量 错。物质是能量的载体，但物质本身不提供能量；能量来自生产者固定的太阳能。 生态农业实现了能量的循环利用 错。能量单向流动，不能循环；生态农业实现的是物质的循环利用和能量的多级利用，提高了能量利用率。 引入天敌进行生物防治一定有利于生态系统 错。引入的天敌可能成为外来入侵物种，捕食本地其他生物，破坏食物网；防治前需进行风险评估和本地化试验。 利用昆虫信息素防治害虫属于化学防治 错。属于生物防治。判断标准是有无向环境投放杀伤性化学药剂，而不是是否使用了化学物质。 信息传递的方向与能量流动的方向总是一致 错。能量流动单向，信息传递往往双向；信息传递的途径也不限于食物链（网），还包括光、声、化学物质、行为等多种途径。 只要物质循环正常，生态系统就一定稳定 错。生态系统的稳定还需要持续的能量输入和有效的信息调节，三者协同作用才能维持整体性和稳定性。 碳中和就是完全不排放二氧化碳 错。碳中和是通过植树造林、节能减排等形式抵消自身产生的二氧化碳排放，实现净零排放；碳达峰则是排放量由增转降的拐点，二者都不是“零排放”。 / 学科网（北京）股份有限公司 $