高考生物 培優(yōu)講堂 生態(tài)系統(tǒng)能量流動的相關計算歸納 新人教版必修3

培優(yōu)講堂(九)——生態(tài)系統(tǒng)能量流動的相關計算歸納[疑難講解]1．設食物鏈為A→B→C→D，分情況討論如下已知D營養(yǎng)級增加的能量為M，則至少需要A營養(yǎng)級的能量＝M÷(20%)3，最多需要A營養(yǎng)級的能量＝M÷(10%)3。已知A營養(yǎng)級的能量為N，則D營養(yǎng)級最多可獲得的能量＝N×(20%)3，最少可獲得的能量＝N×(10%)3。2．在類似A→B→C→D的食物網中，計算生物量變化的“最多”或“最少”時，還應遵循以下原則(1)食物鏈越短，最高營養(yǎng)級獲得的能量越多。(2)生物間的取食關系越簡單，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中消耗的能量越少。具體計算方法總結如下：eq\a\vs4\al(知低營養(yǎng)級,求高營養(yǎng)級)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(獲得能量最多\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(選最短食物鏈,按最大傳遞效率20%計算)),獲得能量最少\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(選最長食物鏈,按最小傳遞效率10%計算))))eq\a\vs4\al(知高營養(yǎng)級,求低營養(yǎng)級)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(消耗最多能量\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(選最長食物鏈,按最小傳遞效率10%計算)),消耗最少能量\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(選最短食物鏈,按最大傳遞效率20%計算))))如已知D營養(yǎng)級的能量為M，計算至少需要A營養(yǎng)級的能量時，應取最短食物鏈A→D，并以20%的能量傳遞效率進行計算，即為M÷20%；計算最多需要A營養(yǎng)級的能量時，應取最長的食物鏈A→B→C→D，并以10%的能量傳遞效率分別計算，即為M÷(10%)3。(3)如果在食物網中，某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級的多種生物中獲得能量，計算某一生物獲得的能量或需要某一生物提供的能量時，首先，要注意某一生物“從不同食物鏈中獲得能量的比例”，或某一生物“給不同生物提供能量的比例”，然后按照各個單獨的食物鏈分別計算后合并。3．巧用拼圖法解決能量流動計算難點輸入第一營養(yǎng)級的能量(W1)被分為兩部分：一部分在生產者的呼吸作用中以熱能的形式散失了(A1)，一部分則用于生產者的生長、發(fā)育和繁殖。而后一部分能量中，包括現(xiàn)存的植物體B1、流向分解者的C1、流向下一營養(yǎng)級的D1。(1)流經整個生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產者固定的總能量，即W1。將圖中第三營養(yǎng)級同化的總能量D2“拼回”第二營養(yǎng)級，則剛好等于D1，即第二營養(yǎng)級同化的總能量；再將D1“拼回”第一營養(yǎng)級，則剛好等于生產者固定的總能量W1?？梢?，在一個草原生態(tài)系統(tǒng)中，草原上所有生物的總能量都來自W1，所有生物總能量之和都小于(大于、等于、小于)W1(呼吸作用消耗的緣故)。(2)能量傳遞效率不會是100%。從上圖可以看出，從第一營養(yǎng)級向第二營養(yǎng)級能量的傳遞效率等于D1/W1，因此不會達到100%，一般情況下，能量傳遞效率為10%～20%。[典例透析]若人類獲取植物性食物與動物性食物的比例是1∶1，將此食物結構改為4∶1，能量流動效率按10%計算，則調整后可供養(yǎng)的人口是前者的________倍？解析若人類獲取植物性食物與動物性食物的比例是1∶1，如下左圖，共需植物性食物的相對值為55；如果動物性食物與植物性食物的比例是1∶4，則共需植物性食物的相對值是28(如下右圖)。前者對食物的消耗量是后者的1.96倍，這也就說明后者可供養(yǎng)的人數(shù)是前者的1.96倍。答案1.96互動探究若上題改為：植物向動物及向人提供的能量比例由1∶1調整為1∶4，則調整后供養(yǎng)的人口是前者的多少倍？提示設植物能量為M，則調整前，人所得能量為：M×eq\f(1,2)×10%＋M×eq\f(1,2)×(10%)2＝eq\f(M,20)＋eq\f(M,200)＝eq\f(11M,200)，調整后人所得能量為M×eq\f(4,5)×10%＋M×eq\f(1,5)×(10%)2＝eq\f(2M,25)＋eq\f(M,500)＝eq\f(41M,500)，則調整后∶調整前比值為eq\f(41M,500)/eq\f(11M,200)≈1.49，即調整后供養(yǎng)的人口是調整前的1.49倍。技巧點撥若食物網中有多條食物鏈，計算某一生物獲得的能量或需要某一生物提供的能量時，首先，要清楚某一生物從不同食物鏈中獲得的能量的比例或某一生物給不同生物提供能量的比例；其次，要結合每條食物鏈中的能量傳遞效率。本題(1)中由貓頭鷹食物來源比例“遞推到植物”，(2)中則由“植物向下傳遞的比例”順推到貓頭鷹；進行上述類型能量流動計算時務必應搞清按“正推型”還是按“逆推型”計算，若由高營養(yǎng)級“食物來源比例”計算植物量，則需要由高營養(yǎng)級“遞推”至植物；若由植物“下傳比例”求所耗植物量則應由植物“順推至高營養(yǎng)級，依據高營養(yǎng)級所獲得的同化量求所耗植物量”。[專項集訓]1.如圖為一食物網。若要使丙體重增加x，已知其食用的動物性食物(乙)所占比例為a，則至少需要的生產者(甲)的量為y，那么x與y的關系可表示為 ()。A．y＝90ax＋10x B．y＝25ax＋5xC．y＝20ax＋5x D．y＝10ax＋10x解析由題干中的“至少”可知，應該按最大傳遞效率20%計算，a表示動物性食物(乙)所占比例，則1—a表示直接從生產者(甲)獲得食物所占比例，故有(1－a)x÷20%＋ax÷20%÷20%＝y(tǒng)，即y＝20ax＋5x。答案C2．下圖為生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖，下列等式中不可能成立的是 ()。A．B2＝A×(10%～20%)B．A＝F＋B1＋C1＋D1＋E1C．A－(B1＋B3)＝C1＋C2＋C3D．C3＝B2×(80%～90%)解析由于B2＝C1＋C2＋C3，C2＝B2×(10%～20%)，所以C3<B2×(80%～90%)。從長時間考慮，進入生態(tài)系統(tǒng)的能量都以熱能的形式散失，即A＝F＋B1＋C1＋D1＋E1。答案D3．(·石家莊二模，32)下圖表示一個草原生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結構，請據圖回答問題：圖假設放養(yǎng)牲畜的食物90%來自牧草，且該系統(tǒng)能量從生產者到消費者的傳遞效率為10%，從消費者到消費者的能量傳遞效率為20%。如果人增加的能量為200kJ，那么其中來自牧草的能量為________kJ。解析人屬于第三營養(yǎng)級，若人的能量增加200kJ，則放養(yǎng)的牧畜應提供200÷20%＝1000kJ。按照10%的傳遞效率，來自草的能量為1000÷10%×90%＝9000kJ。答案90004.(·梁山一中月考)如圖所示食物網中，E是生產者，共含有7.1×109kJ的能量B生物種群總能量為2.3×108kJ，從理論上計算A最多獲得的能量是________。解析A最多獲得的能量為(7.1×109×20%－2.3×108)×20%＝2.38×108kJ。答案2.38×108kJ5．(·山東濰坊一模，35)下圖甲是某草原生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)模式圖，圖中A、B、C、D表示生態(tài)系統(tǒng)的成分，圖乙為其中部分營養(yǎng)結構。請據圖回答。(1)若草固定的總能量為6.8×109kJ，食草昆蟲和鼠同化的總能量是1.3×108kJ，則人最多能獲得能量________kJ。(2)若蛇取食鼠的比例由eq\f(1,4)調整到eq\f(3,4)，從理論上分析，改變取食比例后蛇體重增加1kg，人能比原來多增重________kg。(能量傳遞效率按20%計算)解析(1)(6.8×109－1.3×108÷20%)×(20%)2＝2.46×108kJ。(2)改變前：1kg蛇消耗草為eq\f(3,4)÷(20%)3＋eq\f(1,4)÷(20%)2＝100kg；改變后：1kg蛇消耗草為eq\f(1,4)÷(20%)3＋eq\f(3,4)÷(20%)2＝50kg，所以改變后與改變前相比節(jié)余的50kg草可流向人。故人比原來增重了50×20%×20%＝2kg。答案(1)2.46×108(2)26．(·湖北八市聯(lián)考Ⅱ)如圖所示為桑基魚塘農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)局部的能量流動，圖中字母代表相應能量。請據圖回答以下問題。(1)流經圖中生態(tài)系統(tǒng)的總能量為________(填字母)，桑樹呼吸作用所散失的熱能可用圖中的________(填字母)來表示，圖中的C和B1＋C1＋D1可分別表示桑樹和蠶用于________的能量。(2)蠶同化的能量D＝________(填字母)。正常情況下eq\f(D,C)的比值________(填“大于”、“小于”或“等于”)10%。將蠶沙(糞便)投入魚塘供給魚食用，蠶沙中所含的能量屬于第________營養(yǎng)級所含的能量，桑樹到蠶的能量傳遞效率是________。(3)人工建立該生態(tài)系統(tǒng)的目的是實現(xiàn)對能量的________，從而提高能量的________。解析(1)流經該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為桑樹通過光合作用所固定的太陽能總量，即A；生產者桑樹所固定的太陽能總量有一部分通過生產者的呼吸作用以熱能的形式散失，即圖中的B，另一部分則儲存在生產者體內的有機物中用于生產者的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動，即圖中的C；圖中D表示蠶同化的能量，D＝A1＋(B1＋C1＋D1)，A1表示蠶以呼吸作用散失的熱能，B1＋C1＋D1表示蠶用于自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動的能量。(2)能量從第一營養(yǎng)級桑樹流向第二營養(yǎng)級蠶的傳遞效率為eq\f(D,A)，一般來說，eq\f(D,A)在10%～20%之間，而eq\f(D,C)的比值要大于eq