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第44讲　生态系统的物质循环与信息传递
【课标要求】 1．分析生态系统中的物质在生物群落与无机环境之间不断循环的规律； 2．举例说明利用物质循环规律，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地富集的现象； 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1　生态系统的物质循环
考 点 剖 析
知识1　生态系统的物质循环
1．概念：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(或无机环境)到　生物群落　，又从生物群落到　非生物环境(或无机环境)　的循环过程，又叫生物地球化学循环。
2．特点：循环往复、　全球　性(原因：CO2能够随着大气环流在全球范围内进行)。
3．碳循环
(1)碳循环及存在形式
①在生物群落和无机环境间：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、碳酸盐　形式存在。
(2)消耗CO2的过程：主要是　光合　作用。
(3)产生CO2的过程：　呼吸　作用、微生物的分解作用、　化石燃料的燃烧　。
? 解 疑 释 惑
碳循环模型图中各种成分的判断
图1 图2 图3
(1)图1：先根据双向箭头确定A和B应为生产者或大气中CO2库，其中B有多个来源箭头(“千夫所指”)，可判断B为　大气中CO2库　，则A为生产者。再根据A→D，C→D，“多进一出”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有多个来源箭头(“千夫所指”)，可判断C是大气中CO2库，A是生产者。根据A、B、D都指向E(“多进一出”)，判断E是分解者，则B是　初级消费者　，D是　次级消费者　。
(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，“千夫所指”的A为大气中的CO2库，E为生产者。然后观察剩余的几个成分，其中其他生物都有箭头指向C，“多进一出”的C是分解者，剩余的B、D、F都为　消费者　。
总结：分析此类图解，常根据双向箭头来突破，通过双箭头相连的是大气中CO2库及生产者。“千夫所指”是非生物的物质和能量。
知识2　生物富集
知识3　物质循环与能量流动的关系
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。两者区别如下：
2．二者　相互依存　、不可分割，并且同时进行。(见下图)
(1)生物群落中的物质和能量最终来自无机环境。
(2)二者沿共同的渠道——食物链(网)一起进行。
(3)能量的固定、储存、转移和释放都离不开物质的合成与分解等过程。
思辨小练
1．判断下列说法的正误：
(1)生产者的光合作用是碳循环的重要环节。(　√　)
(2)水域中的消费者对有机碳的利用，缓解了碳排放。(　×　)
(3)碳循环是指CO2在生物群落和无机环境之间循环往复运动的过程。(　×　)
(4)物质循环不一定都是指元素的循环，如水循环。(　√　)
(5)铅能沿食物链富集的原因是铅可用于合成各种生物大分子，不易被排出。(　×　)
(6)(2025·浙江1月卷T7D)与第二营养级相比，第三营养级生物体内的DDT含量更高。(　√　)
(7)(2025·浙江1月卷T7B)DDT不易降解，不会在生物圈中大面积扩散。(　×　)
解析：物质循环具有全球性，DDT不易降解，可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散。
(8)能量流动和物质循环是两个相对独立的过程。(　×　)
2．简单说说温室效应的成因和缓解措施是什么？
提示：①成因：化石燃料的大量使用释放了大量的CO2；植被面积的破坏大大降低了对大气中CO2的调节能力。②缓解措施：植树造林，增加植被面积；开发清洁能源，减少化石燃料的燃烧等。
典 题 精 析
考向1　碳 循 环
(多选)(2026·南通期初)图示某松林生态系统中碳储量及碳转移途径。相关叙述正确的有(　ABD　 )
A．碳在非生物环境和生物群落之间循环往复，具有全球性
B．大气中CO2主要通过绿色植物光合作用进入生物群落
C．碳在植食性动物与肉食性动物之间以CO2形式进行传递
D．图中“？”为23.17时，说明该系统处于碳收支平衡状态
解析：碳在植食性动物与肉食性动物之间以含碳有机物的形式进行传递，C错误；由图可知，植物从大气中获取了35.9 t·hm-2·a-1的CO2，要保证该系统碳收支平衡，则图中“？”应为35.9－12.1－0.6－0.03＝23.17，D正确。
考向2　能量流动和物质循环综合考查
某生态系统的物质循环与能量流动的部分情况如图所示，甲、乙、丙是该生态系统的组成成分，其中1～4是乙中的四种生物。下列叙述错误的是(　C　)
A．该生态系统在物质和能量上不能自给自足
B．图中甲、丙是实现生态系统物质循环的关键生态成分
C．由生物1向生物2传递的能量最多占生物1同化量的20%
D．大气中CO2的来源除了①③④，还包括化石燃料的燃烧等
解析：生产者利用的是太阳能，生态系统在能量上不能自给自足，A正确。甲和大气中CO2库是双箭头，所以甲是生产者，乙是消费者(生物1是第二营养级，生物2、3是第三营养级，生物4是第四营养级)，丙是分解者。生产者和分解者是实现生态系统物质循环的关键生态成分，B正确。能量传递效率在10%～20%这一规律是普遍情况，但有些特殊情况下也会超过20%，C错误。结合图示可以看出，大气中CO2的来源除了①生产者的呼吸作用、③消费者的呼吸作用、④分解者的分解作用外，还包括化石燃料的燃烧等，D正确。
考点2　生态系统的信息传递
考 点 剖 析
知识1　生态系统的信息传递
1．信息流
(1)信息传递在生态系统中的作用
①信息流：生态系统中的生物种群之间，以及它们内部都有信息的产生与　交换　，能够形成　信息传递　，即生态系统的信息流。
②信息流传递模型
信息源(信源)发信器官→　信道　→接收器官信息受体(信宿)
2．信息的种类、特点、来源及实例(连线)
3．范围：存在于生态系统的各种成分之间，包括生物和生物之间、生物与　无机环境　之间的信息传递。
4．特点：信息传递往往是　双向　的。
5．信息传递的作用及应用
(1)信息传递在生态系统中的作用
(2)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。
②对有害动物进行控制(　生物　防治)。如在田间释放人工合成的　性外激素　，干扰农作物害虫的正常交尾，以减少农药的使用量，达到既防虫又环保的目的。
? 解 疑 释 惑
目前，控制动物危害的三种技术有：　化学防治　(如喷农药)、　生物防治　和机械防治。其中　生物　防治无污染且有效。
知识2　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三大功能，三者同时进行，相互依存，不可分割，形成统一整体。
? 归 纳 总 结
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
思辨小练
判断下列说法的正误：
(1)植物生长素对植物生长的调节体现了生态系统中化学信息的作用。(　×　)
(2)凹耳蛙之间通过鸣声形成信息流，凹耳蛙既是信息源又是信息受体。(　√　)
(3)在繁殖季节，白鹭求偶时发出的鸣叫声属于行为信息。(　×　)
(4)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。(　√　)
(5)(2025·山东卷T11A)某湿地公园出现大量由北方前来越冬的候鸟，候鸟前来该湿地公园越冬的信息传递只发生在鸟类与鸟类之间。(　×　)
(6)利用音响设备发出的声音信号吸引鸟类捕食害虫，属于机械防治。(　×　)
(7)(2024·山东卷T11C)提高棉花体内某次生代谢物的含量用于防治棉蚜属于化学防治。(　×　)
提示：提高棉花体内某次生代谢物的含量用于防治棉蚜属于生物防治。
(8)生态系统的能量流动和信息传递都是沿着食物链和食物网渠道进行的。(　×　)
典 题 精 析
考向1　信息传递的类型、特点
(2024·湖北卷)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(　D　)
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
解析：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，即二者是否可以杂交产生子代、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。
? 方 法 规 律
判断生态系统信息类型的方法
考向2　信息传递的作用及应用
交配迷向技术是指人为在茶园中放置性信息素味源，使得茶小卷叶蛾在求偶通讯中获得错误信号，进而延迟、减少或者阻止其顺利找到异性完成交配，从而减少下一代害虫数量。下列叙述正确的是(　B　)
A．茶园生态系统中的信息传递只发生在生物与生物之间
B．性信息素属于化学信息，交配迷向技术属于生物防治技术
C．交配迷向技术通过破坏茶小卷叶蛾种群的性别比例达到防治的目的
D．性信息素影响茶小卷叶蛾的交配说明生物的生命活动离不开信息的传递
解析：生态系统中的信息传递可发生在生物与生物个体之间，也可发生在生物与环境之间，A错误；交配迷向技术通过破坏茶小卷叶蛾种群的正常交配，降低出生率来达到防治的目的，该过程中性别比例不变，C错误；性信息素影响茶小卷叶蛾的交配，说明种群的繁衍离不开信息的传递，D错误。
一、 单项选择题
1．(2025·云南卷)增加碳汇的目的是减少大气中CO2含量。下列措施中无法实现减少碳排或增加碳汇的是(　D　)
A．保护湿地 B．植树造林
C．秸秆还田 D．动物饲养
解析：动物呼吸会释放二氧化碳，而且动物的粪便等在分解过程中也会产生温室气体，动物饲养无法实现减少碳排放或增加碳汇。
2．(2025·苏州新区模拟)生态系统碳汇是指降低大气中二氧化碳的过程、活动或机制。碳循环是实现“固碳增汇”的重要基础。下列相关叙述错误的是(　B　)
A．无机碳通过光合作用和化能合成作用进入生物群落
B．减少化石燃料的大量使用可提高生态系统碳汇，消除温室效应的形成
C．推进天然林资源保护能提高生态系统的碳汇能力
D．秸秆还田能提高土壤碳储量，松土能加快CO2释放，从而利于作物生长
解析：减少化石燃料的大量使用可减缓温室效应形成的过程，提高生态系统碳汇，但不能消除已经形成的温室效应。
3．(2025·浙江1月卷)由于DDT严重危害生物的健康且不易降解，许多国家禁用DDT。但DDT能杀灭按蚊，有效控制疟疾的传播，因此2006年世界卫生组织宣布允许非洲国家重新使用DDT，使得非洲疟疾的新增病例大幅下降。下列叙述不合理的是(　B　)
A．喷施低浓度的DDT，也会在生物体内积累
B．DDT不易降解，不会在生物圈中大面积扩散
C．在严格管控的情况下，DDT可以局部用于预防疟疾
D．与第二营养级相比，第三营养级生物体内的DDT含量更高
解析：DDT严重危害生物的健康且不易降解，能够沿着食物链逐渐在生物体内聚集，且营养级越高的生物体，其体内富集的DDT含量就越高，因此喷施低浓度的DDT，也会在生物体内积累，与第二营养级相比，第三营养级生物体内的DDT含量更高，A、D正确；物质循环具有全球性，DDT不易降解，可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地，若使用不当，可能会导致DDT在生物圈中大面积扩散，B错误；由题意“DDT能杀灭按蚊，有效控制疟疾的传播”可知，在严格管控的情况下，DDT可以局部用于预防疟疾，C正确。
4．(2024·安徽卷)磷循环是生物圈物质循环的重要组成部分。磷经岩石风化、溶解、生物吸收利用、微生物分解，进入环境后少量返回生物群落，大部分沉积并进一步形成岩石。岩石风化后磷再次参与循环。下列叙述错误的是(　B　)
A．在生物地球化学循环中，磷元素年周转量比碳元素少
B．人类施用磷肥等农业生产活动不会改变磷循环速率
C．磷参与生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过程
D．磷主要以磷酸盐的形式在生物群落与无机环境之间循环
解析：细胞中碳元素的含量高于磷元素，故在生物地球化学循环中，磷元素年周转量比碳元素少，A正确；人类施用磷肥等农业生产活动，使部分磷留在无机环境里，会改变磷循环速率，B错误；植物吸收利用的磷可用于合成磷脂、ATP、DNA、RNA等物质，故磷参与生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过程，C正确。
5．(2025·镇江一中)生态系统具有多种不同类型的信息，下列现象与其所用到的信息类型对应正确的是(　A　)
A．“温柔陷阱”：捕虫草产生香甜的分泌液，引诱昆虫前来并将昆虫捕食——化学信息
B．“臭名昭著”：野生海芋释放臭味吸引蚊子前来，帮助传粉——物理信息
C．“我最闪亮”：孔雀通过开屏进行求偶炫耀——化学信息
D．“我的地盘”：美洲猎豹撒尿标记自己的领地——行为信息
解析：野生海芋释放臭味吸引蚊子前来，帮助传粉——化学信息；孔雀通过开屏进行求偶炫耀——行为信息；美洲猎豹撒尿标记自己的领地——化学信息。
6．研究人员利用人工智能技术成功训练出一个AI算法，该算法可以在声音记录中既快又准地检测到蓝鲸的D-calls(D-calls是成年雌雄蓝鲸在栖息地觅食时发出的“社交”叫声)。下列相关叙述正确的是(　C　)
A．成年蓝鲸的D-calls是觅食时的特殊行为，属于同种生物之间传递的行为信息
B．采用标记重捕法可估算蓝鲸种群数量，据此可预测蓝鲸种群未来的增长趋势
C．该算法有助于提高对蓝鲸种群动态的监测效率，便于人类了解蓝鲸的分布情况
D．D-Calls具有高度的个体和季节性变化，通常用于调查南极地区蓝鲸的种群密度
解析：D-calls是成年雌雄蓝鲸在栖息地觅食时发出的“社交”叫声，属于物理信息，A错误；采用标记重捕法可估算蓝鲸种群数量，但需通过年龄结构预测蓝鲸种群未来的增长趋势，B错误；D-calls是成年雌雄蓝鲸在栖息地觅食时发出的“社交”叫声，未成年蓝鲸无法被统计在内，所以D-Calls不能用于调查南极地区蓝鲸的种群密度，D错误。
7．(2025·浙江6月卷)某种植物生长在灰色背景的自然环境中，有灰色叶片植株和绿色叶片植株，是某蝴蝶幼虫的主要食物。在两种颜色叶片中间，放置幼虫并统计叶片被取食的比例。另放置两种颜色的假叶片，一段时间后统计附近有蝴蝶卵的假叶片比例，结果如图所示。下列叙述正确的是(　B　)
A．幼虫能区分两种颜色的叶片并有选择地取食
B．叶片颜色可影响自然环境中该植物被取食的概率
C．蝴蝶在寻找叶片并产卵的过程中利用了化学信息
D．即使环境背景颜色发生变化，两个实验结果也不变
解析：真叶片实验中，幼虫取食两种颜色叶片的百分比接近，不能说明幼虫有选择地取食两种颜色的叶片，A错误；绿色假叶片上蝴蝶卵多，自然情况下卵孵化后的幼虫会先食用绿色叶片，这说明叶片颜色会影响自然环境中该植物被取食的概率，B正确；蝴蝶在寻找叶片并产卵过程中利用的是物理信息(叶片颜色)，C错误；环境背景颜色变化可能影响实验结果，需要进一步实验探究，D错误。
8．海草床生态系统具有巨大的碳储潜力，其中的有机碳大部分存储于沉积物，被称为沉积物有机碳。近年来，海草床急剧衰退，其沉积物有机碳储存潜力下降，海草床生态系统从吸收CO2的“碳汇”转变为排放CO2的“碳源”。下图是海草床退化导致碳损失示意图，相关叙述错误的是(　C　)
A．海草床可为水生动物提供食物条件和栖息空间
B．藻类暴发会导致海草床光合作用减弱，影响海草床的碳存储功能
C．碳循环是指CO2在生物群落和无机环境之间循环往复运动的过程
D．随着全球气候变暖，海洋沉积物中有机碳分解量将增加
解析：碳循环是指碳元素不断在生物群落和无机环境之间循环往复运动的过程，具有循环性、全球性。
二、 多项选择题
9．(2025·苏州期末)我国政府宣布2030年前确保碳达峰(CO2的排放量达到峰值)、2060年前力争实现碳中和(CO2的排放量与吸收量相等)的目标。下列叙述错误的有(　ABC　 )
A．碳在生物群落内及生物与无机环境间循环的主要形式是CO2
B．当前我国新增人口逐年减少，生态足迹总值也随之有所下降
C．碳中和时，生产者固定CO2量等于所有生物呼吸作用释放CO2量
D．当我国实现碳达峰的目标后，空气中的CO2浓度仍有可能会增加
解析：碳在生物群落内以有机物的形式流动，A错误；虽然我国人口总量明显下降，但由于生活方式的改变，我国生态足迹总值仍可能增大，B错误；碳中和时，生产者固定的CO2量与所有生物呼吸作用释放的CO2量、化石燃料燃烧释放的CO2量之和相等，C错误；当我国实现碳达峰的目标后，只是CO2排放量达到峰值，但排放量可能仍大于吸收量，且由于物质循环具有全球性，其他国家排放的CO2同样会影响CO2的浓度，故空气中的CO2浓度仍有可能会增加，D正确。
10．下列关于海洋生态系统的叙述，正确的有(　CD　)
A．海洋生态系统中不同种生物之间能进行信息传递，且都是单向的
B．海洋生态系统中的物质循环、能量流动和信息传递都是沿着食物链进行的
C．某些生物可能会吸收和富集一些重金属元素，使其在食物链中逐级积累
D．可根据海洋鱼类胃含物和稳定同位素分析鱼类的食物来源绘制食物网
解析：生态系统中信息传递往往是双向的，A错误；信息传递可以不沿着食物链进行，B错误。
11．(2026·苏州期初)近年来，随沿海地区的不断开发，大量重金属随污水进入海中。重金属空间分布上呈块状分布，主要分布于近岸海域。其中Cd和Hg的含量虽较低，但潜在生态风险指数较高，是造成该区域污染的主要因素。下列叙述正确的有(　CD　)
A．从近岸海域到深海域，海洋动物类群逐渐丰富，体现了群落的垂直结构
B．由于半封闭内海海水交换能力较弱，重金属污染基本在区域内进行循环
C．Cd和Hg等重金属易于富集在有机质中，低含量但可沿食物链逐级富集
D．港口航运、海上养殖等人类活动可能是影响近岸海域重金属块状分布的重要因素
解析：从近岸海域到深海域，海洋动物类群逐渐丰富，体现了群落的水平结构，A错误；半封闭内海海水交换能力尽管较弱，但重金属污染也在生物圈内进行循环，只不过由于不易分解导致循环速度慢，B错误；Cd和Hg等重金属不易分解，因而易于富集在有机质中，尽管含量低，但可沿食物链逐级富集，C正确；随沿海地区的不断开发，港口航运、海上养殖等人类活动成为影响近岸海域重金属块状分布的重要因素，D正确。
三、 非选择题
12．(2025·如皋二模节选)碳汇渔业是指通过渔业生产促进水生生物吸收二氧化碳，并通过收获海产品把这些碳移出水体，不投饵的渔业生产活动，它可以缓解温室效应。某地碳汇渔业模式为：上层挂绳养殖藻类，中层挂笼养殖滤食性贝类，底层投放人工鱼礁并养殖刺参，其中贝类可以将CO2钙化为CaCO3。请分析回答：
碳汇渔业模式图
(1)该碳汇渔业模式运用了群落的空间结构原理，依据这一原理进行海水立体养殖的优点是　充分利用空间及资源　。
(2)据图分析，该生态系统从大气中固定的CO2　大于　(填“大于”“小于”或“等于”)该生态系统中的生物呼吸作用释放的CO2。大气中CO2进入海洋水体后经　藻类的光合作用　、贝类的钙化作用过程被利用，从而缓解温室效应。
解析：由于该碳汇渔业模式能缓解温室效应，说明吸收的CO2量大于释放的CO2量，所以该生态系统从大气中吸收的CO2大于该生态系统中的生物呼吸作用释放的CO2。

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