2010屆高三生物 例談生態(tài)系統(tǒng)“能量流動(dòng)”知識(shí)中的幾個(gè)特殊問(wèn)題 新人教版必修2

1、例談生態(tài)系統(tǒng)“能量流動(dòng)”知識(shí)中的幾個(gè)特殊問(wèn)題 “能量流動(dòng)”是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能之一。在高中生物知識(shí)中，能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系、能量流動(dòng)的特點(diǎn)、能量傳遞的效率等知識(shí)共同構(gòu)成了以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”為中心的知識(shí)體系。然而在“能量流動(dòng)”知識(shí)中，仍存在一些易被忽視或不常見(jiàn)的問(wèn)題，如“能量值”的表示方式、最值的計(jì)算、能量流動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的關(guān)系等。本文就此結(jié)合教材談一談對(duì)這些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，望能對(duì)教與學(xué)有所幫助。一、能量流動(dòng)的幾種“最值”計(jì)算由于一般情況下能量在兩個(gè)相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的傳遞效率是10%20%。故在能量流動(dòng)的相關(guān)問(wèn)題中，若題干中未做具體說(shuō)明，則一般認(rèn)為能量傳遞的最低效率為10%，最高效率為20

2、%。所以，在已知較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量求消耗較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量時(shí)，若求“最多”值，則說(shuō)明較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量按“最低”效率傳遞，若求“最（至）少”值，則說(shuō)明較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量按“最高”效率傳遞。反之，已知較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量求傳遞給較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量時(shí)，若求“最多”值，則說(shuō)明較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量按“最高”效率傳遞，若求“最少”值，則說(shuō)明較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量按“最低”效率傳遞。這一關(guān)系可用下圖來(lái)表示。1. 以生物的同化量（實(shí)際獲取量）為標(biāo)準(zhǔn)的“最值”計(jì)算例1. 下圖為某生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)簡(jiǎn)圖，若E生物種群總能量為，B生物種群總能量為，從理論上計(jì)算，A貯存的總能量最少為（）A. B. C. D.

3、解析：由圖可知D為生產(chǎn)者，要使A獲得的能量最少，則必須保證三個(gè)條件，即：一是能量來(lái)源途徑最少；二是能量傳遞效率最低（按10%算）；三是食物鏈要最長(zhǎng)。故從理論上講，與A貯存的總能量最少相關(guān)的食物鏈不可能是DA，也不可能是DA、DECA同時(shí)存在，只能是DECA。為此，E的能量在傳遞給A的途徑中，只有確保：E在傳遞給B時(shí)用去的能量最多；E的總能量減去傳遞給B的后再傳給C時(shí)效率最低；C在傳遞給A時(shí)效率最低，結(jié)果才能使A獲得的能量最少。所以據(jù)此計(jì)算得A貯存的總能量最少為故答案選B項(xiàng)。2. 以生物的積累量為標(biāo)準(zhǔn)的“最值”計(jì)算例2. 已知某營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物同化的能量為1000kJ，其中95%通過(guò)呼吸作用以熱能的形

4、式散失，則其下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物獲得的能量最多為（）A. 200kJ B. 40kJ C. 50kJ D. 10kJ解析：本題具有較大的迷惑性，極易錯(cuò)選A項(xiàng)。由于該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量95%通過(guò)呼吸作用以熱能的形式散失，故積累的能量只有5%，因而其最多也只有5%（即5%×100050kJ）的能量傳遞給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。因此答案選C項(xiàng)。二、能量值的幾種不同表示方式及相關(guān)計(jì)算“能量值”除了用“焦耳”等能量單位表示外，在許多生物資料中，其還可用生物量、數(shù)量、面積、體積單位等形式來(lái)表示，因而使能量流動(dòng)關(guān)系有了更加豐富的內(nèi)涵，但是不管用何種單位形式表示，通常情況下能量的傳遞效率都遵循“10%20%”的規(guī)律，下面結(jié)

5、合一些例子分別加以闡述。1. 能量（單位）表示法及計(jì)算以能量（單位）��“焦耳”表示能量值的多少是“能量流動(dòng)”知識(shí)中最常見(jiàn)的形式。在以“焦耳”為單位的能量傳遞過(guò)程中，各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量數(shù)值呈現(xiàn)出典型的“金字塔”形，不可能出現(xiàn)倒置。1.1 以生物體同化量的總量為特征的計(jì)算如例11.2 以ATP為特征的計(jì)算這種形式的能量計(jì)算是建立在物質(zhì)氧化分解的基礎(chǔ)上的，它常涉及利用呼吸作用或光合作用的反應(yīng)式。例3：在能量金字塔中，如果生產(chǎn)者在光合作用過(guò)程中產(chǎn)生240mol的氧氣，其全部用于初級(jí)消費(fèi)者分解血糖，則其釋放并貯存在ATP中的能量最多有（）可被三級(jí)消費(fèi)者捕獲？A. B. C. D

6、. 解析：依據(jù)有氧呼吸反應(yīng)式，可知240mol的氧氣能分解40mol的葡萄糖，又由于每摩爾葡萄糖徹底氧化分解產(chǎn)生的能量有1161kJ轉(zhuǎn)移到ATP中，故初級(jí)消費(fèi)者產(chǎn)生的ATP中的能量最多有“”被三級(jí)消費(fèi)者捕獲。答案選C項(xiàng)。2. 生物量（質(zhì)量單位）表示法及計(jì)算例4：如果一個(gè)人食物有1/2來(lái)自綠色植物，1/4來(lái)自小型肉食動(dòng)物，1/4來(lái)自羊肉，假如傳遞效率為10%，那么該人每增加1千克體重，約消耗植物（）A. 10千克 B. 28千克 C. 100千克 D. 280千克解析：解答本題時(shí)，首先應(yīng)畫出食物網(wǎng)，然后依據(jù)食物網(wǎng)和題干信息來(lái)解答。通過(guò)“植物人”這條鏈計(jì)算出消耗植物的量為0.5÷10%5

7、千克；通過(guò)“植物植食動(dòng)物小型肉食動(dòng)物人”這條鏈計(jì)算出消耗植物的量為0.25÷10%÷10%÷10%250千克；通過(guò)“植物羊人”這條鏈計(jì)算出植物的量為0.25÷10%÷10%25千克。故要消耗植物的總量為280千克。答案選D項(xiàng)。3. 數(shù)量（生物體數(shù)目）表示法及計(jì)算例5：在一片草原上，假如一年中，至少有70000只昆蟲生活才可養(yǎng)活一只食蟲鳥，而食蟲鳥若按10%的能量傳遞率將能量傳給鷹，則理論上每年大約需要3000只食蟲鳥才能維持一只鷹的生存，那么如果鷹只靠捕食食蟲鳥來(lái)生活，則每年至少需要（）只昆蟲才能保證一只鷹的生存？A. B. C. D. 無(wú)法統(tǒng)

8、計(jì)解析：生物體的數(shù)量通常能夠反映出生物體能量的多少，一般情況下其間成正相關(guān)，故常可用生物體的數(shù)量來(lái)表示能量的多少。由題意可知，昆蟲與食蟲鳥之間、食蟲鳥與鷹之間的能量傳遞效率只有保證為20%，才能實(shí)現(xiàn)“至少”維持一只鷹生存所需的能量供應(yīng)。故維持一只鷹生存至少需要食蟲鳥1500只，由此可計(jì)算出維持一只鷹生存至少需要昆蟲的量為1500×700001.05×108只。答案選C項(xiàng)。需要說(shuō)明的是在以生物體數(shù)目表示的能量流動(dòng)關(guān)系中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“金字塔”倒置的現(xiàn)象。如下例。例6. 一片樹林中，樹、昆蟲和食蟲鳥類的個(gè)體數(shù)比例關(guān)系如下圖所示。下列能正確表示樹、昆蟲、食蟲鳥之間的能量流動(dòng)關(guān)系的是

9、（選項(xiàng)方框面積表示能量的大?。ǎ┙馕觯涸跇淞种校捎跇渚哂休^大的體積（包括其地上的樹冠、莖和地下的根系），因而盡管樹的量少，但其仍具有較多的能量。故一棵樹上可生活著許多昆蟲和食蟲鳥，又由于食蟲鳥以昆蟲為食，故按能量流動(dòng)的特點(diǎn)，其總能量必將小于昆蟲的總能量。答案選C項(xiàng)。4. 面積（單位）表示法及計(jì)算例7. 在“棉花棉蚜食蚜蠅瓢蟲麻雀鷹”這條食物鏈中，如果食蚜蠅要有5m2的生活空間才能滿足自身的能量需求，則一只鷹的生活空間至少是（）A. B. C. D. 解析：本題以生物的生活范圍來(lái)反映所具能量的大小。由題意可知鷹處于最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)，按能量最高傳遞效率可求出一只鷹至少所需的生活空間為：（1÷

10、;20%÷20%÷20%）×5m254m2。答案選D項(xiàng)。5. 體積（單位）表示法及計(jì)算例8：具有三個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量金字塔，最上層的體積是最下層的（ ）A. 10%20% B. 1%4%C. 0.1%1% D. 1%10%解析：具有三個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量金字塔，若用體積表示能量值的大小，則能量按最低傳遞效率傳遞時(shí)，最上層體積應(yīng)為10%×10%1%，按最高傳遞效率傳遞時(shí)，最上層體積應(yīng)為20%×20%4%。故答案選B項(xiàng)。三、能量流動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能量流動(dòng)效率能直接反映生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能量在傳遞過(guò)程中，若超過(guò)一定的限度，則容易引起種群的生長(zhǎng)、繁殖或再生等

11、的障礙，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞，故在研究生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)必須時(shí)刻關(guān)注能量流動(dòng)效率。例9：某生態(tài)系統(tǒng)中初級(jí)消費(fèi)者和次級(jí)消費(fèi)者的總能量分別是W1和W2，當(dāng)下列哪種情況發(fā)生時(shí)，最有可能使生態(tài)平衡遭到破壞？（）A. W1>10W2 B. W1>5W2 C. W1<10W2 D. W1<5W2解析：一般情況下，生態(tài)系統(tǒng)的能量在兩個(gè)相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間傳遞效率大約是10%20%。小于或等于20%則不會(huì)導(dǎo)致其穩(wěn)定性的破壞，而大于20%則有可能引起某些營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物量的大起大落或生態(tài)環(huán)境的改變，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性被破壞?？v觀本題的四個(gè)選項(xiàng)，A選項(xiàng)反映的能量傳遞效率小于10%，B選項(xiàng)反映的能量傳遞效率小于20%，C選項(xiàng)反映的能量傳遞效率大于10%（但不一定大于20%），只有D選項(xiàng)反映的能量傳遞效率大于20%。故本題答案選D項(xiàng)。例10：某海灘黃泥螺種群現(xiàn)存量約3000噸