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第9单元　生物与环境
第4课　生态系统的物质循环、信息传递及其稳定性
[复习目标]　1.通过分析生态系统的稳定性，建立稳态与平衡观。(生命观念)　2.通过分析物质循环模式图、抵抗力稳定性、恢复力稳定性与总稳定性的关系曲线，培养运用分析与综合能力和建模能力。(科学思维)　3.通过研究物质循环的原理、信息传递在实践中的应用及提高生态系统稳定性的措施，形成保护生物与环境的责任感。(社会责任)　4.通过“设计并制作生态缸，观察其稳定性”的实验，提高实验设计、动手操作及观察、分析能力。(科学探究)
考点一　生态系统的物质循环
1．物质循环概念
2．碳循环
(1)请写出图中各标号的名称
a．生产者；b.消费者；c.呼吸作用；d.光合作用和化能合成作用；e.呼吸作用；f.化石燃料的燃烧。
(2)存在与循环形式
①在生物群落和非生物环境间：主要以CO2的形式循环。
②在生物群落内部：以含碳有机物的形式传递。
③在非生物环境中：主要以CO2和碳酸盐的形式存在。
(3)循环途径
(4)温室效应
①形成原因：化石燃料的开采和利用，大大增加了CO2的排放，引起全球性的气候变化。
②缓解措施：减少二氧化碳的排放；大力提倡植树种草，提高森林覆盖率。
[教材深挖]
(选择性必修2 P63与社会的联系，拓展)在减缓“温室效应”的过程中，我国积极植树造林，提高森林覆盖率，这一措施对保护环境还具有控制水土流失、防风固沙、减轻空气污染的作用。
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)有害物质种类
①重金属：如铅、镉、汞等。
②人工合成的有机化合物：如DDT、六六六等。
③某些放射性物质。
(3)富集的过程
①途径：食物链。
②实例——铅的富集过程
注意：人是生物富集的最大受害者。
(4)特点：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。
(5)范围：具有全球性。
4．能量流动与物质循环的关系
(1)区别
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 在生物群落与非生物环境之间循环往复
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、循环性
(2)联系
①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非生物环境之间循环往返。
②二者同时进行，相互依存、不可分割。
[教材深挖]
(选择性必修2 P67拓展应用1)生物圈是(填“是”或“不是”)一个在“物质”上自给自足的系统，不是(填“是”或“不是”)一个在“能量”上自给自足的系统，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。
[易错辨析]
1．碳在生物群落和非生物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．生物富集的物质会沿着食物链、食物网在生物体内聚集，营养级越高，浓度也越高。(√)
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返的。(×)
1．碳循环模式图常见形式分析
图1
图2　　　　　　　图3
(1)图1中，A为生产者，B为大气中的CO2库，C为消费者，D为分解者。
(2)图2中，A为生产者，B为大气中的CO2库，C为初级消费者，D为次级消费者，E为分解者。
(3)图3中，E为生产者，A为大气中的CO2库，B、D、F为消费者，C为分解者。
2．物质循环与能量流动的联系
命题点1　围绕碳循环的过程考查生命观念及社会责任
1．现在所倡导的低碳生活获得普遍认同。根据如图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，下列叙述正确的是(　　)
A．生物群落内部进行碳循环的物质形式是CO2
B．参与②过程的生物只有生产者、消费者
C．③过程增强后②过程随之增强，不能通过增强③减少大气中的CO2
D．开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对①过程的依赖
解析：选D。生物群落内部进行碳循环的物质形式是含碳有机物，A错误；②过程是生物群落通过生产者、消费者的呼吸作用和分解者的分解作用以CO2的形式向大气中释放碳元素，B错误；可以通过植树造林、退耕还林(草)等来增加植物光合作用固定CO2的量，减少生物群落排放到大气中的CO2，C错误；开发太阳能、水能、核能等新能源，可以减少化石燃料的使用，D正确。
命题点2　围绕生物富集考查生命观念及科学思维
2．(2022·武汉模拟)生物富集作用是指通过生态系统中食物链或食物网的各营养级，使某些污染物在生物体内逐步聚集的趋势。如图为某条食物链中各生物体内有毒物质的相对含量，其中甲、乙、丙、丁4种生物各自只占一个营养级，且构成一条食物链。下列叙述正确的是(　　)
A．甲可能为分解者，能将有机物分解成无机物被绿色植物再利用
B．乙为次级消费者，其粪便中含有的能量是上一营养级同化量的一部分
C．丙为生产者，其同化的能量去向有以热能形式散失和流向下一营养级甲
D．通过对食物链逐级富集过程的研究可认识污染物的迁移转化规律
解析：选D。分解者不参与食物链的组成，A错误；乙为初级消费者，B错误；丙为三级消费者，C错误；由于污染物随着食物链中营养级别的升高在生物体内逐步聚集，通过对食物链逐级富集过程的研究可认识污染物的迁移转化规律，D正确。
考点二　生态系统的信息传递
1．信息的概念
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．信息传递过程
→→
[教材深挖]
(选择性必修2 P69正文)生态系统的信息传递是否只存在于同种动物之间？举例说明。
提示：生态系统中的信息传递既存在于同种生物之间，也发生在异种生物之间。如在非洲大陆上，犀牛与牛椋鸟之间有频繁的信息交流，鸟的鸣叫与跳跃可以提醒犀牛附近有危险情况。
4．信息传递在生态系统中的作用
5．信息传递在农业生产中的应用
(1)提高农畜产品的产量。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。
[易错辨析]
1．生态系统的信息传递只存在于生物与生物之间。(×)
2．花香引蝶和老马识途都属于物理信息。(×)
3．生态系统中的物理信息只来自无机环境。(×)
4．羊和草之间的信息传递有利于调节生物的种间关系，以维持生态系统的平衡与稳定。(√)
5．利用性外激素诱杀害虫属于化学防治。(×)
1．生态系统的信息传递模型解读
(1)生态系统的信息既可来自生物，也可来自环境。
(2)信息传递可存在于生物与生物之间，包括同种生物间和异种生物间，还可存在于生物与非生物环境之间。
(3)生态系统的信息传递可以是双向的，也可以是单向的；既可以从低营养级向高营养级传递，也可以从高营养级向低营养级传递。
2．归纳总结生态系统三大功能的关系
项目 能量流动 物质循环 信息传递
特点 单向流动，逐级递减 全球性、循环性 往往是双向的
范围 生态系统 生物圈 生物之间，生物与非生物环境之间
途径 主要是食物链和食物网 多种
地位 物质循环的动力 能量流动的载体 决定物质循环和能量流动的方向和状态
联系 同时进行，相互依存，不可分割，形成一个统一整体
命题点1　围绕信息传递的种类和功能考查生命观念
1．蚜虫的粪便是含有糖分的黏液，称为“蜜露”。蚂蚁非常喜欢吃“蜜露”，常用触角拍打蚜虫背部，通过拍打产生的振动频率促使蚜虫分泌“蜜露”。蚜虫受到其天敌瓢虫袭击时，会从尾部发出报警信息素，将危险信息通知其他蚜虫，同时蚂蚁接收到报警信息素就会赶来驱除蚜虫天敌。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．蚂蚁拍打蚜虫背部产生的振动频率属于物理信息
B．蚂蚁吃“蜜露”，蚜虫同化量的一部分传递到蚂蚁
C．化学信息可以在同种或异种生物间传递
D．信息能调节种间关系维持生态系统的稳定
解析：选B。物理信息可来源于非生物环境和生物，蚂蚁拍打蚜虫背部产生的振动频率对于蚜虫来说是物理信息，A正确；蜜露是蚜虫的粪便，而粪便不属于同化量，因为吃进去的食物不一定都被蚜虫吸收，B错误；植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素都是化学信息，说明化学信息可以在同种或异种生物间传递，C正确；信息传递是双向的，既可以来自生物，也可以来自非生物环境，生命活动的正常进行，离不开信息的作用，生物种群繁衍，也离不开信息传递，同时信息还能够调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定，D正确。
[技法提炼]　生态系统信息传递种类判断技巧
命题点2　围绕信息传递在生产中的应用考查科学探究及社会责任
2．(2022·邯郸三模)古书早有“旱极而蝗”的记载。干旱裸露的荒地是蝗虫的最佳产卵场所，阴湿多雨的环境易使蝗虫间流行疾病，雨雪还能直接杀灭蝗虫卵。中国科学院动物研究所揭示了蝗虫聚群成灾的奥秘：飞蝗群聚信息素4VA(4-乙烯基苯甲醚)，正是它导致了蝗虫聚群成灾。下列叙述不正确的是(　　)
A．较高浓度的“群聚信息素”可代替农药来杀死蝗虫，减少环境污染
B．可利用人工合成的“群聚信息素”监测田间蝗虫的种群数量动态
C．人工降雨可降低蝗灾区蝗虫的环境容纳量
D．可根据4VA的结构设计拮抗剂，阻止蝗虫的聚集
解析：选A。“群聚信息素”可以让蝗虫聚集，但是不能杀死蝗虫，A错误；可利用人工合成的“群聚信息素”监测田间蝗虫的种群数量动态，B正确；人工降雨可降低蝗灾区蝗虫的环境容纳量，C正确；可根据4VA的结构设计拮抗剂，阻止蝗虫的聚集，D正确。
3．某果园生态系统，苹果树下进行了间种草菇的试验，利用高湿度、低风速等环境条件，获得了良好的经济效益。
(1)雄蚊可通过感知雌蚊扇动翅膀发出的声波来辨别雌蚊的方位，该过程体现了生态系统信息的作用是____________________________。请据此原理设计一个降低雄蚊种群数量的方案：_____________________________________。
(2)苹果小卷叶蛾幼虫是危害苹果的害虫，姬蜂是该虫的天敌。为研究苹果抵抗虫害的机制，某科研小组用丁原醇溶剂分别提取了苹果的挥发物A和受虫害后的苹果挥发物B，进行相关实验。实验中每组使用两种物质，每组实验随机选取50只姬蜂，观察其对这两种物质的选择情况，结果如表。
组别 第一组 第二组 第三组
挥发物A 对照物质 挥发物B 对照物质 挥发物A 挥发物B
结果(只) 35 15 7 43 17 33
实验中的对照物质是_________。分析实验结果得出的结论是__________。
解析：(1)雄蚊通过感知雌蚊扇动翅膀发出的声波辨别雌蚊的方位属于该生态系统的信息交流功能。雄蚊确定雌蚊的方位有利于种群的繁衍，故种群的繁衍，离不开信息的传递，我们可以利用其中的信息交流特点，模拟雌蚊振动翅膀发出的声波，来吸引雄蚊达到灭雄的目的，从而降低种群的数量。(2)根据题意可知，“用丁原醇溶剂分别提取了苹果的挥发物A和受虫害后的苹果挥发物B”，根据对照实验的原则可知，实验中的对照物质是丁原醇溶剂。分析实验结果，苹果能产生挥发性物质吸引姬蜂寻找食物；遭受虫害后，产生的挥发物B对姬蜂的吸引力更大，以避免虫害。
答案：(1)生物种群的繁衍，离不开信息的传递　通过模拟雌蚊振动翅膀发出的声波，来吸引雄蚊达到灭雄的目的，从而降低种群的数量　(2)丁原醇溶剂　苹果能产生挥发性物质吸引姬蜂寻找食物；遭受虫害后，产生的挥发物B对姬蜂的吸引力更大，以避免虫害
考点三　生态系统的稳定性
1．生态平衡与生态系统的稳定性
(1)生态平衡
(2)生态系统的稳定性
2．生态系统稳定性的类型与联系
(1)类型
(2)联系：二者一般呈负相关，如图所示，a为抵抗力稳定性，b为恢复力稳定性。
[教材深挖]
(选择性必修2 P75旁栏思考)在个体水平稳态的维持上，有没有类似生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性的情况？
提示：人体在遇到病原体入侵时，免疫系统会抵抗病原体的入侵，这与生态系统的抵抗力稳定性相似；人体也有恢复稳态的机制和趋势，在大病初愈时，有些功能需要恢复到正常水平，这与恢复力稳定性相似。
3．提高生态系统稳定性的措施
(1)控制对生态系统的干扰强度，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，应给予相应的物质、能量的投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。
4．设计制作生态缸
设计要求 相关分析
生态缸必须是封闭的 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，种类齐全(具有生产者、消费者和分解者) 使生态缸中的生态系统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，且使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
选择的动物不宜过多，个体不宜太大 减少对氧气的消耗，防止氧气的产生量小于消耗量
[易错辨析]
1．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。(√)
2．自我调节能力越强的生态系统，其恢复力稳定性也就越高。(×)
3．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。(×)
4．一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。(×)
5．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。(×)
1．抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系
(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的大小可以作为抵抗力稳定性强弱的指标，y越大说明抵抗力稳定性越弱；反之，抵抗力稳定性越强。例如，热带雨林与草原生态系统相比，受到相同干扰，草原生态系统的y值要大于热带雨林的y值。
(3)x可以表示恢复到原状所需的时间，x越大，表示恢复力稳定性越弱；反之，恢复力稳定性越强。
(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，说明这个生态系统的总稳定性越低。
2．正反馈调节与负反馈调节的辨析
命题点1　围绕生态系统稳定性的判断考查生命观念及科学思维
1．下列关于生态系统稳定性的描述，正确的是(　　)
A．河流受到轻微的污染依然清澈，属于恢复力稳定性
B．恢复力稳定性弱的生态系统抵抗力稳定性一定强
C．“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．引入新物种到一个生态系统使生物种类增加从而提高抵抗力稳定性
解析：选C。河流受到污染，依然清澈表现为“抵抗干扰，保持原状”，属于抵抗力稳定性，A错误；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，B错误；“野火烧不尽，春风吹又生”体现了生态系统的恢复力稳定性，C正确；引入新物种到一个生态系统可能使原有物种灭绝，从而使抵抗力稳定性下降，D错误。
2．(2022·河西区三模)如图表示不同生态系统中环境变化对生物群落的影响，a和b表示两个不同的生物群落。下列有关叙述正确的是(　　)
A．a群落代表低多样性生物群落，b群落代表高多样性生物群落
B．a群落遭到生物入侵一定会使生态系统结构变复杂，抵抗力稳定性增强
C．b群落物种单一，容易随环境的变化而变化
D．a、b群落均具备一定的缓冲外来冲击的能力
解析：选D。由图可知，在相同环境条件的影响下，b群落的变化明显，说明其生物多样性较低，A错误；a群落遭到生物入侵可能会使生态系统结构变简单，抵抗力稳定性减弱，B错误；图中无法判断b群落物种情况，C错误；群落a、b随着环境变化，群落出现波动，最终恢复原状，说明a、b群落具备一定的缓冲外来冲击的能力，D正确。
[技法提炼]　生态系统抵抗力稳定性大小的判断
命题点2　围绕反馈调节实例的分析考查生命观念
3．某海域随着气温升高，藻类大量繁殖，食藻浮游动物大量繁殖，导致藻类减少，接着又引起浮游动物减少；由于石油泄漏导致该海域大量海鱼死亡，进而加重了污染，导致更多水生生物死亡。关于上述过程的叙述，正确的是(　　)
A．温度升高引起的变化不属于负反馈调节，石油泄漏引起的变化属于负反馈调节
B．温度升高引起的变化属于负反馈调节，石油泄漏引起的变化不属于负反馈调节
C．温度升高和石油泄漏引起的变化均属于负反馈调节
D．温度升高和石油泄漏引起的变化均不属于负反馈调节
解析：选B。温度升高导致藻类大量繁殖，食藻浮游动物大量繁殖，导致藻类减少，接着又引起浮游动物减少，调节的结果是藻类和浮游动物都恢复到最初的数量，维持相对稳定状态，属于负反馈调节；石油泄漏引起大量海鱼死亡，进而加重了污染，导致更多水生生物死亡，水生生物的数量偏离了最初的状态，没有维持相对稳定，不属于负反馈调节，B正确。
[技法提炼]　判断正反馈、负反馈调节的方法
(1)依据：从调节后的结果与原状态之间的变化分析。
(2)方法：调节后
命题点3　围绕生态缸的制作考查科学探究
4．甲、乙、丙、丁4个透明的生态瓶，各瓶内的组成和条件见表。经过一段时间的培养和观测后，发现甲瓶是最稳定的生态系统。下列有关叙述错误的是(　　)
生态系统组成 光 水草 藻类 浮游动物 小鱼 泥沙
生态瓶编号 甲 ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋
乙 － ＋ ＋ ＋ － ＋
丙 ＋ ＋ ＋ ＋ － －
丁 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
注：“＋”表示有；“－”表示无。
A．生态瓶必须是密闭的，放在直射光下，生物成分的数量要搭配合理
B．乙瓶中缺乏光照，生态瓶不稳定，说明了生态系统需要稳定的能量输入
C．丙瓶中没有泥沙，分解者太少，不利于物质循环的顺利进行
D．丁瓶中虽然物种更加丰富，但可能因为氧气含量少而不如甲瓶稳定
解析：选A。生态瓶必须是密闭的，但不能让阳光直射，因为光照过强，生态瓶内温度太高，会使生物失去活性，A错误；缺乏光照情况下无法进行光合作用，生产者不能生长，生态瓶不稳定，说明了生态系统需要稳定的能量输入，B正确；由于丙瓶中没有泥沙，分解者数量太少或没有分解者的分解作用，所以不利于物质循环的顺利进行，C正确；丁瓶与甲瓶相比，氧气含量减少，因为消费者(小鱼等)较多，呼吸要消耗较多的氧气，D正确。
[真题演练]
1．(2022·湖南卷)稻—蟹共作是以水稻为主体、适量放养蟹的生态种养模式，常使用灯光诱虫杀虫。水稻为蟹提供遮蔽场所和氧气，蟹能摄食害虫、虫卵和杂草，其粪便可作为水稻的肥料。下列叙述正确的是(　　)
A．该种养模式提高了营养级间的能量传递效率
B．采用灯光诱虫杀虫利用了物理信息的传递
C．硬壳蟹(非蜕壳)摄食软壳蟹(蜕壳)为捕食关系
D．该种养模式可实现物质和能量的循环利用
解析：选B。能量传递效率是指相邻两个营养级之间同化量的比值，该模式提高了能量的利用率，但不能提高能量的传递效率，A错误；生态系统的物理信息有光、声、温度、湿度、磁力等，采用灯光诱虫杀虫利用了光，是物理信息的传递，B正确；捕食关系是指群落中两个物种之间的关系，硬壳蟹(非蜕壳)和软壳蟹(蜕壳)属于同一物种，两者之间的摄食关系不属于捕食，C错误；生态系统中的能量传递是单向的，不能循环利用，D错误。
2．(2022·浙江1月选考)垃圾分类是废弃物综合利用的基础，下列叙述错误的是(　　)
A．有害垃圾填埋处理可消除环境污染
B．厨余垃圾加工后可作为鱼类养殖的饵料
C．生活垃圾发酵能产生清洁可再生能源
D．禽畜粪便作为花卉肥料有利于物质的良性循环
解析：选A。有害垃圾主要包括废旧电池、过期药物等，此类垃圾若进入土壤或水体中，其中的重金属离子等物质会通过食物链和食物网逐级积累，还会污染环境，A错误；厨余垃圾含有大量的有机物，经加工后可作为鱼类养殖的饵料，B正确；微生物通过分解作用可将垃圾中的有机物分解成无机物或沼气，此过程可再生能源，C正确；分解者可以将禽畜粪便分解为无机物，作为花卉肥料，而释放的CO2可向无机环境归还碳元素，有利于物质的良性循环，D正确。
3．(2021·湖南卷)某草原生态系统中植物和食草动物两个种群数量的动态模型如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．食草动物进入早期，其种群数量增长大致呈“J”型曲线
B．图中a点的纵坐标值代表食草动物的环境容纳量
C．该生态系统的相对稳定与植物和食草动物之间的负反馈调节有关
D．过度放牧会降低草原生态系统的抵抗力稳定性
解析：选B。由题图可知，食草动物进入早期，种群数量增长大致呈“J”型曲线，A正确；环境容纳量是指在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量，a点时，环境条件发生了改变(植物急剧减少)，生态系统尚未稳定，此时种群数量不能作为环境容纳量，B错误；生态系统之所以能维持相对稳定，是由于生态系统具有自我调节能力，负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，C正确；过度放牧使得草原生态系统的结构和功能遭到破坏，从而降低其抵抗力稳定性，D正确。
4．(2021·河北卷)为探究全球气候变暖对生态系统的影响，研究者将20个人工淡水池塘均分成两组，对照组保持环境温度，实验组始终比对照组高4 ℃(利用温控装置)，并从附近淡水栖息地搜集水生生物投入池塘。连续多年观测发现，池塘逐渐形成主要由浮游植物和浮游动物组成的群落。第15年时，池塘中浮游植物和浮游动物生物量(单位体积水体中生物体的质量)的检测结果如图。
回答下列问题：
(1)池塘生物群落区别于湖泊生物群落的重要特征为________，池塘生物群落从简单到复杂的过程中发生了________演替。
(2)某种水生生物被投入池塘后，其种群数量将呈“____”型增长，若该生物种群密度在较长时期保持相对稳定，表明其种群数量已达到了__________________。
(3)从能量流动角度分析，升温导致该生态系统总生物量降低的原因可能是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(4)碳在池塘生物群落中主要以________的形式传递，碳循环具有全球性的主要原因是__________________________________。
解析：(1)物种组成是池塘生物群落区别于湖泊生物群落的重要特征。由于池塘生物群落原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体，因此池塘生物群落从简单到复杂的过程中发生了次生演替。(2)由于环境等因素的限制，被投入池塘中的某种水生生物经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，呈现“S”型增长。在池塘环境下，该水生生物的种群密度在较长时间保持相对稳定，表明该生物种群数量已达到环境容纳量，即K值。(3)根据题图可知，温度升高，导致池塘中的浮游植物数量下降，生产者固定的太阳能减少，流经该生态系统的能量减少，导致该生态系统总生物量降低。(4)碳在生物群落中主要以有机物的形式传递。碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的，而大气中的CO2能够随着大气环流在全球范围内流动，因此，碳循环具有全球性。
答案：(1)物种组成　次生　(2)S　K值　(3)升温后浮游植物数量下降，生产者固定的太阳能减少　(4)有机物　碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的，而大气中的CO2能够随着大气环流在全球范围内流动
[长句特训]
微囊藻和绿藻常共存于同一水体环境，绿藻具有丰富的营养价值，是浮游动物的重要饵料。富营养化水体中，微囊藻等蓝细菌大量增殖并产生难被降解的藻毒素，严重威胁水体安全和人类健康。
设问形式1　必备知识及其应用类命题
(1)调查水域中的____________________共同构成生态系统。微囊藻产生的藻毒素抑制水生植物的生长，造成水生动物的中毒和死亡，生态系统的结构和功能受到影响从而降低其____________。
设问形式2　原因推测类命题
(2)研究者在不同时期采集湖水样本，测定微囊藻及部分水生动物可食用组织的藻毒素含量，结果如表所示。
水生生物种类 分布 食性 藻毒素含量(μg/g干重)
微囊藻暴发初期 微囊藻暴发期
微囊藻 浮游 — 2.03 7.14
铜锈环棱螺 底栖 以有机碎屑、浮游藻类等为食 0.63 3.69
鲢鱼 水体上层 主要以浮游藻类为食 1.05 12.936
翘嘴红鲌 水体中上层 以鱼、虾为食 1.11 35.91
鲤鱼 水体下层 以有机碎屑、幼螺、藻类等为食 0.47 11.07
表中所示生物利用了湖泊中的不同空间，形成了湖泊群落的____________结构。群落中每种生物都占据着相对稳定的生态位，这是群落中物种之间及生物与环境间____________的结果。推测调查水域的最高营养级的生物是_________________________________________________________________，
理由是___________________________________________。
设问形式3　实验设计分析类命题
(3)研究者获得一株棕鞭毛虫(以浮游藻类为食的浮游动物)，为研究棕鞭毛虫对微囊藻的清除能力和降解藻毒素的效果，采集表层下40 cm的富营养化湖水注入透光透析袋中，添加棕鞭毛虫后放置于原位，进行实验，结果如图所示。
①对照组的处理是______________________________________。
②实验结果表明，棕鞭毛虫能够______________水体中的藻毒素。有人认为，微囊藻在生存压力下会释放更多的藻毒素。为使实验结果更严谨，还应检测的两组数据是_____________________________________________________。
③由图可知，棕鞭毛虫对湖泊群落的影响是___________________________
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_________________________________________________________________。
设问形式4　问题解决类命题
(4)若要将棕鞭毛虫应用于富营养化水体的治理，还需要进行哪些方面的研究？_________________________________________________________________
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解析：(1)生态系统是指在一定空间内，由生物群落与它的非生物环境相互作用而形成的统一整体；一般而言，生态系统的稳定性与其生物的种类和数量有关，故生态系统的结构和功能受到影响从而降低其稳定性。(2)表中不同鱼类分别占据不同的水体空间，体现了群落的垂直结构；生态位是指一个物种在生物群落中的地位和作用，生态位的形成是群落中物种之间及生物与环境间协同进化的结果；藻毒素很难降解，会沿着食物链逐渐在生物体内富集，营养级越高，其相对含量越高，故调查水域的最高营养级的生物是翘嘴红鲌。(3)①本实验目的是研究棕鞭毛虫对微囊藻的清除能力和降解藻毒素的效果，则实验的自变量是棕鞭毛虫的有无，实验设计应遵循对照原则与单一变量原则，故对照组的处理是不添加棕鞭毛虫，其他处理与实验组相同。②据图可知，与对照组相比，实验组的藻毒素相对含量较低，说明棕鞭毛虫能够降解水体中的藻毒素；为使实验结果更严谨，还应检测的两组数据是微囊藻纯培养组以及微囊藻和棕鞭毛虫共培养组的藻毒素含量。③由图可知，实验组蓝细菌的数量降低，而绿藻和其他藻类的比例逐渐升高，故棕鞭毛虫对湖泊群落的影响是：促使了以蓝细菌为优势种群向以绿藻和其他藻类为主的群落的演替，改善了群落结构。(4)棕鞭毛虫虽能够降解水体中的藻毒素，但为确保安全，在将棕鞭毛虫应用于富营养化水体的治理以前，还需要进行以下方面的研究：检测棕鞭毛虫对微囊藻数量的影响；棕鞭毛虫降解藻毒素的机制；其他生态因素对棕鞭毛虫治理效果的影响。
答案：(1)生物群落及其非生物环境　稳定性　(2)垂直　协同进化　翘嘴红鲌　藻毒素很难降解，会沿着食物链逐渐在生物体内富集，营养级越高，其相对含量越高　(3)①不添加棕鞭毛虫，其他处理与实验组相同　②降解　微囊藻纯培养组以及微囊藻和棕鞭毛虫共培养组的藻毒素含量　③促使了以蓝细菌为优势种群向以绿藻和其他藻类为主的群落的演替，改善了群落结构　(4)检测棕鞭毛虫对微囊藻数量的影响；棕鞭毛虫降解藻毒素的机制；其他生态因素对棕鞭毛虫治理效果的影响
第4课　生态系统的物质循环、信息传递及其稳定性
[基础练透]
1．(2022·深圳模拟)如图表示某生态系统的碳循环示意图，其中甲、乙、丙、丁为生态系统的组成成分，①～⑦表示生理过程。下列有关该图的分析，错误的是(　　)
A．乙是该生态系统的基石
B．⑦过程中碳的传递形式是CO2
C．①过程主要是指绿色植物的光合作用
D．丙中的多种生物之间只存在种间竞争关系
解析：选D。由图可知，乙、丙、丁都指向甲，因此甲是非生物的物质和能量，根据双向箭头可判断出乙是生产者，生产者是生态系统的基石，A正确；⑦过程表示消费者进行呼吸作用释放CO2，B正确；①过程将CO2输入到生物群落中，主要是指绿色植物的光合作用，C正确；丙中多种生物之间可能存在捕食关系，D错误。
2．全球变暖会引起海水酸化，某研究性学习小组的同学利用生活中的废旧物品制作了如图模拟装置。下列相关叙述，不合理的是(　　)
A．该装置可探究海水酸化对轮藻生长的影响
B．该装置可模拟过量CO2排入水生生态系统
C．海水酸化不只会影响藻类等生产者的数量
D．碳在生物群落内部的主要传递形式为CO2
解析：选D。该装置可利用化学反应试剂提供CO2，因此可探究海水酸化对轮藻生长的影响，A合理；该装置可模拟过量CO2排入水生生态系统，B合理；海水酸化不只会影响藻类等生产者的数量，还可以影响消费者的数量，C合理；碳在生物群落内部的主要传递形式为含碳有机物，D不合理。
3．关于有害物质在生物体内富集的说法错误的是(　　)
A．一些重金属及人工合成的有机化合物存在生物富集现象
B．有害物质在生产者体内浓度最低
C．食物链顶端动物体内有害物质的浓度最低
D．生物富集现象具有全球性
解析：选C。生物体从周围环境吸收、积蓄一些重金属及人工合成的有机化合物或难以降解的化合物，并在体内富集，A正确；有害物质在生物体内富集的含量会随着营养级的升高而逐渐升高，生产者位于第一营养级，有害物质浓度最低，B正确；有害物质会沿着食物链逐渐在生物体内富集，最终积累在食物链顶端，故食物链顶端动物体内有害物质浓度最高，C错误；有害物质通过食物链在生产者和消费者体内不断积累，组成生物体的C、H、O、N、P等元素在生物群落和无机环境之间进行循环，而且这种循环的特点是具有全球性，D正确。
4．(2022·茂名市一模)“燕燕于飞，颉(xié)之颃(hán?)之”“燕燕于飞，上下其音”(《诗经·国风》)，燕子表达的分别是哪一类信息(　　)
A．生物信息　物理信息
B．行为信息　物理信息
C．化学信息　物理信息
D．物理信息　生物信息
解析：选B。由分析知，燕子表达的属于行为信息和物理信息，B符合题意；A、C、D不符合题意。
5．在农田和果园等人工生态系统中，人们可以通过增加或适当延长食物链来提高生态系统的稳定性，同时获得更多的产品。下列有关叙述错误的是(　　)
A．农田和果园的食物链单一，自身稳定性差，易受病虫害破坏
B．水田养鱼、果园养鸡，增加了生态系统能量消耗的环节
C．农作物、果树等植物获取的物质和能量主要来自有机肥
D．增加或适当延长食物链可以提高农田和果园抵抗外界干扰的能力
解析：选C。农田和果园等人工生态系统食物链单一，自身稳定性差，易受病虫害破坏，A正确；水田养鱼、果园养鸡，由于合理引入了新的消费者，适当延长了食物链，故增加了生态系统能量消耗的环节，B正确；农作物、果树等植物是生产者，它们获取的能量来自太阳能，而非有机物中的能量，有机肥中的有机物需要被分解者分解，释放的CO2以及矿质元素可被植物利用，C错误；通过研究生物之间的相互关系，在农田和果园中增加或适当延长食物链，让生态系统的组成成分增多，营养结构变复杂，使其成为立体农田和立体果园，就可以提高生态系统的自我调节能力，抵抗外界的干扰，同时获得更多的产品，D正确。
6．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(　　)
图A
图B
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
解析：选C。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，而丙的增加会抑制甲的增加，甲的增加又会抑制乙的增加，而图B为正反馈调节，它会使生态系统偏离原有的稳态。
7．生态缸是以水生植物造景为主的相对封闭的微型生态系统。下列关于生态缸的说法，正确的是(　　)
A．制作生态缸，要遵循生态系统的基本原理，能够实现短期内的相对稳定
B．生态缸密封后，要能和外界进行能量交换，要置于阳光直射下
C．人工生态缸只能够实现能量流动和物质循环的功能
D．人工制作的生态缸生产者的种类和数量越多，其稳定性越高
解析：选A。在有限的空间内，依据生态系统的原理，将生态系统具有的基本成分进行组织，构建一种人工生态系统，这种生态系统的稳定性是短暂的，A正确；制作的生态缸应密闭，放置在室内通风、避免阳光直射的地方，B错误；人工生态缸还具有信息传递的功能，C错误；人工制作的生态缸生产者的种类和数量要适宜，并不是越多生态缸越稳定，D错误。
8．(多选)(2022·济宁二模)榕树通过分泌化学物质吸引榕小蜂进入隐头花序内部完成传粉，同时榕树的隐头花序为榕小蜂产卵提供场所，为幼虫发育提供营养；蚜虫能利用刺吸口器吸食榕树的汁液，每隔1～2分钟，就会翘起腹部分泌蜜露，吸引蚂蚁舔食，蚂蚁能为蚜虫驱赶天敌。下列叙述正确的是(　　)
A．榕树向榕小蜂传递化学信息，利于促进个体的繁殖
B．蚜虫通过寄生危害榕树，蚜虫和榕树之间协同进化
C．信息传递能够调节种间关系，复杂的种间关系有利于维持生态系统的稳定
D．依据能量传递效率，蚜虫可获得榕树同化能量的10%～20%
解析：选ABC。榕树通过分泌化学物质吸引榕小蜂进入隐头花序内部完成传粉，即榕树向榕小蜂传递化学信息，利于促进个体的繁殖，A正确；蚜虫寄居在榕树的体表，从榕树组织中吸取汁液获取养料，这属于寄生，蚜虫与榕树之间在相互影响中不断进化和发展，表现为协同进化，B正确；蚜虫吸食榕树的汁液，分泌蜜露吸引蚂蚁舔食，蚂蚁能为蚜虫驱赶天敌，说明信息传递能够调节种间关系，复杂的种间关系有利于维持生态系统的稳定，C正确；蚜虫和榕树之间的种间关系为寄生，能量传递发生在由捕食关系构成的营养级中，D错误。
9．(2022·岳阳市一质检)公园湖面上的“小绿岛”是生态浮岛景观，不仅有装点湖面景观的作用，更能改善水质环境。生态浮岛是多种生物生存繁衍的载体，针对富营养化的水质，利用生态工学原理，降解水中的COD、氮、磷的含量的人工浮岛。它能使水体透明度大幅度提高，同时水质指标也得到有效的改善，特别是对藻类有很好的抑制效果。请回答有关问题：
(1)生态浮岛上的植物可供昆虫等栖息，下部植物根系形成鱼类和水生昆虫的栖息环境，这体现了群落的________结构。生态浮岛能有效抑制藻类生长，原因是浮岛上的植物竞争了藻类植物生长所需的__________和__________。
(2)有些浮床上的植物能富集Cu、Cr等重金属，这些植物采收后____________(填“适合”或“不适合”)做家畜饲料，原因是__________。
(3)在浮床上的“风车草→害虫A→蜻蜓”这条食物链中，蜻蜓属于________。风车草在适当光照和适宜的温度下才能开花，从信息传递意义分析，说明_________________________________________________________________。
害虫A同化的能量除流向蜻蜓和未利用外，还用于__________和_________。
解析：(1)生态浮岛上的植物可供昆虫等栖息，下部植物根系形成鱼类和水生昆虫的栖息环境，这描述的是群落中生物在垂直方向上的分布，体现了群落的垂直结构。生态浮岛之所以能有效抑制藻类生长，是因为浮岛上的植物竞争了藻类植物生长所需的无机盐和阳光，进而使藻类无法得到充足的阳光和矿质营养，进而生长被抑制。(2)有些浮床上的植物能富集Cu、Cr等重金属，因而这些植物富含重金属Cu、Cr，且Cu、Cr不容易被分解，因而被动物摄食会在体内富集，从而会对人类造成伤害，据此可知这些植物不适合做家畜饲料。(3)在浮床上的“风车草→害虫A→蜻蜓”这条食物链中，蜻蜓属于次级消费者、第三营养级。风车草需要适当光照和适宜的温度才能开花，这说明种群的繁衍，离不开信息传递。害虫A同化的能量除流向蜻蜓和未利用外，还包括自身呼吸消耗的能量和流向分解者的能量。
答案：(1)垂直　无机盐　阳光　(2)不适合　重金属随食物链富集　(3)消费者　种群的繁衍，离不开信息传递　分解者分解　呼吸作用散失
[能力提升]
10．(2022·微山县期末)为研究森林生态系统的碳循环，对黑松老龄(砍伐后50～250年)和幼龄(砍伐后0～22年)生态系统的有机碳库及年碳收支进行测试，结果见表。据表判断下列叙述错误的是(　　)
　　碳量黑松林　　 生产者活生物量(g/m2) 净初级生产力[g/(m2·年)] 异养呼吸[g/(m2·年)]
老龄 12 730 470 440
幼龄 1460 360 390
注：净初级生产力指生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率；异养呼吸指消费者和分解者的呼吸作用。
A．黑松群落被砍伐后，可逐渐形成自然幼龄群落，体现了生态系统的抵抗力稳定性
B．幼龄黑松群落每平方米有360 g碳用于生产者当年的生长、发育和繁殖
C．储存在生产者活生物量中的碳主要以CO2的形式进入非生物环境
D．根据年碳收支分析，老龄黑松群落能降低大气碳总量，避免温室效应加剧
解析：选A。黑松群落被砍伐后，一段时间内会形成自然幼龄群落，体现了生态系统的恢复力稳定性，A错误；根据净初级生产力的概念，幼龄黑松群落每平方米有360 g碳用于自身的生长、发育和繁殖，B正确；储存在生产者活生物量中的碳主要以CO2的形式进入非生物环境，C正确；根据年碳收支分析，老龄黑松群落的净初级生产力为470，异氧呼吸消耗量为440，净初级生产力大于异氧呼吸消耗速率，故会有有机物的积累，即老龄黑松群落能降低大气碳总量，避免温室效应加剧，D正确。
11．(2022·山东临沂期末)如图是某大学生建立的“稻田立体生态农业模式及其周年生产”示意图，其中水稻为河蟹提供了摄食、隐栖的环境，河蟹则可摄食稻田中的害虫，以减少病虫害的发生。下列分析正确的是(　　)
稻/蟹—越冬菜—西红柿周年生产示意图
A．稻田生态系统的结构包括生物群落以及非生物的物质和能量
B．利用西红柿叶释放的信息素吸引蚜虫的天敌前来捕食属于化学防治
C．生态系统中的信息传递体现在生物与生物之间、生物与环境之间
D．与传统农业相比，该模式能提高能量传递效率和物质循环再利用率
解析：选C。稻田生态系统的结构包括生态系统的组成成分和营养结构，生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量，A错误；利用西红柿叶释放的信息素吸引蚜虫的天敌前来捕食属于生物防治，B错误；生态系统中的信息传递体现在生物与生物之间、生物与环境之间，可双向传递，C正确；与传统农业相比，该模式不能提高能量传递效率，D错误。
12．(多选)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，乙生态系统的总稳定性比甲低
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
解析：选AD。从图中可看出，甲、乙两个生态系统受到干扰后，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，说明甲的总稳定性低，乙的总稳定性高；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；若甲的干扰强度增大，则恢复原状所需要的时间延长，C点右移；乙生态系统在恢复原状后不一定有新物种产生。
13．(2022·辽宁一轮联考)2021年7月4日，某沿海地区再次遭受浒苔(一种大型绿藻)侵袭。据了解，该地区已连续15年爆发大规模的浒苔。某科研小组对浒苔爆发的原因及危害进行了研究，如图。请回答下列问题：
(1)海洋会受到石油、工业废水、生活污水等污染。如果污染轻微时，海洋生态系统能通过理化作用和微生物分解很快消除污染，海洋中生物未受到明显影响，这体现了海洋生态系统的__________稳定性。如果______________，海洋生态系统就很难恢复到原来的状态。
(2)该沿海地区7月份爆发浒苔的原因除了海水中N、P等矿质元素增多外，还有可能的环境因素是__________________。(写出两点)
(3)赤潮现象发生后，会导致水体污染加重，这一调节方式是__________。
解析：(1)海洋受到轻微污染时，能通过理化作用和微生物分解很快消除污染，这说明生态系统具有抵抗力稳定性；海洋通过负反馈调节机制，恢复稳定，如果污染超过海洋生态系统的自我调节能力，海洋生态系统会遭到破坏。(2)N、P等元素是植物生存所需要的无机养料，河流中的N、P等元素含量直接决定着水华是否发生，此外7月份爆发的原因还有温度较高、光照较强等。(3)一种因素加速最初发生变化的那种因素的变化为正反馈，水华现象发生后，会导致水华污染加重，这属于正反馈调节。
答案：(1)抵抗力　污染超过海洋生态系统的自我调节能力　(2)温度、光照　(3)正反馈调节

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