2024年高中生物新教材同步選擇性必修第二冊補充第3章 生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性微專題(二)　生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的相關(guān)計算含答案

2024年高中生物新教材同步選擇性必修第二冊補充第3章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性微專題(二)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的相關(guān)計算一、能量傳遞效率的計算公式二、能量傳遞效率的相關(guān)“最值”計算若題干中未做具體說明，則一般認為能量傳遞的最低效率為10%，最高效率為20%。1.在食物鏈A→B→C→D中，則有注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(guān)系越簡單，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中損耗的能量越少。2.在食物網(wǎng)中則有[典例1]如圖表示某生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的圖解，貓頭鷹體重每增加1kg，至少消耗A約()A.100kg B.44.5kgC.25kg D.15kg答案C解析分析題圖可知，圖中有3條食物鏈，即A→B→貓頭鷹、A→C→B→貓頭鷹、A→C→D→貓頭鷹。題中所問為貓頭鷹體重每增加1kg，至少消耗A的質(zhì)量，已知高營養(yǎng)級的能量求低營養(yǎng)級能量時，需最少能量，選最短食物鏈(A→B→貓頭鷹)，能量傳遞效率按20%計算，則至少消耗A的質(zhì)量為1÷20%÷20%＝25kg，C正確。[典例2]下圖所示的食物網(wǎng)中，若人的體重增加1kg，最少需消耗水藻________kg，最多消耗水藻________kg。答案25100000解析能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率是10%～20%。求最少消耗水藻量時，應(yīng)選最短的食物鏈，即水藻→小魚→人，傳遞效率按20%計算，設(shè)最少消耗水藻量為x，則x×20%×20%＝1kg，x＝25kg；求最多消耗水藻量時，應(yīng)選最長的食物鏈，即水藻→水蚤→蝦→小魚→大魚→人，傳遞效率按10%計算，設(shè)最多消耗水藻量為y，則y×10%×10%×10%×10%×10%＝1kg，y＝100000kg。三、與能量傳遞效率有關(guān)的“定值”計算1.已確定營養(yǎng)級間能量傳遞效率的，不能按“最值”法計算，而需按具體數(shù)值計算例如：在食物鏈A→B→C→D中，能量傳遞效率分別為a%、b%、c%，若A的能量為M，則D獲得的能量為M×a%×b%×c%。2.如果是在食物網(wǎng)中，某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級多種生物獲得能量，且各途徑獲得的能量比例確定，則按照各單獨的食物鏈進行計算后合并。[典例3]由于“赤潮”的影響，一條6kg重的雜食性海洋魚死亡，假如該雜食性海洋魚的食物有1/3來自植物，1/3來自食草魚類，1/3來自以食草魚類為食的小型肉食魚類；那么按能量傳遞效率20%來計算，該雜食性魚從出生到死亡共需海洋植物()A.310kg B.240kgC.180kg D.150kg答案A解析由題意可知，題干中存在3條食物鏈：①海洋植物→雜食性魚，②海洋植物→食草魚→雜食性魚，③海洋植物→食草魚→小型肉食魚→雜食性魚；雜食性魚的食物1/3來自食物鏈①，1/3來自食物鏈②，1/3來自食物鏈③。該雜食性魚從食物鏈①消耗的海洋植物為2÷20%＝10kg，從食物鏈②消耗的海洋植物為2÷20%÷20%＝50kg，從食物鏈③消耗的海洋植物為2÷20%÷20%÷20%＝250kg，因此共需海洋植物10＋50＋250＝310kg，A正確。[典例4]如圖若黃雀的全部同化量來自兩種動物——食草昆蟲和螳螂，且它們各占一半，則當綠色植物增加G千克時，黃雀增加體重最多是多少千克()A.G/125 B.G/100C.G/75 D.G/50答案C解析假設(shè)黃雀體重增加最多(能量傳遞效率為20%)為x，由題意可知，黃雀的全部同化量來自兩種動物，食草昆蟲和螳螂各占一半，所以黃雀要吃食草昆蟲x÷20%÷2＝2.5x，同理黃雀要吃螳螂也是2.5x，而螳螂增重2.5x需要消耗食草昆蟲2.5x÷20%＝12.5x，加起來相當于吃了食草昆蟲15x，又相當于吃綠色植物15x÷20%＝75x。已知綠色植物增加G千克，所以75x＝G，x＝G/75，C正確。四、具有人工能量輸入的能量傳遞效率計算人為輸入到某一營養(yǎng)級的能量是該營養(yǎng)級同化量的一部分，但卻不是從上一營養(yǎng)級流入的能量。如求第二營養(yǎng)級至第三營養(yǎng)級傳遞效率時，應(yīng)為第三營養(yǎng)級從第二營養(yǎng)級同化的能量(不包括人工輸入到第三營養(yǎng)級的能量)/第二營養(yǎng)級的同化量(包括人工輸入到第二營養(yǎng)級的能量)×100%。[典例5]如圖是某人工魚塘生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程中部分環(huán)節(jié)涉及的能量值[單位為103kJ/(m2·y)]，據(jù)圖分析：(1)該生態(tài)系統(tǒng)中流入生物群落的總能量有哪些來源？提示一個來源是光能，另一個來源是輸入的有機物中的化學(xué)能。(2)生產(chǎn)者、植食性動物和肉食性動物固定的總能量分別是多少？提示肉食性動物固定的總能量＝(0.25＋0.05＋2.1＋5.1)×103＝7.5×103kJ/(m2·y)；植食性動物固定的總能量＝[(7.5－5)＋0.5＋4＋9]×103＝16×103kJ/(m2·y)；生產(chǎn)者固定的總能量＝[(16－2)＋3＋70＋23]×103＝110×103kJ/(m2·y)。(3)生產(chǎn)者→植食性動物、植食性動物→肉食性動物的能量傳遞效率分別是多少？(結(jié)果保留小數(shù)點后一位)提示生產(chǎn)者→植食性動物的能量傳遞效率為植食性動物固定的能量中來自生產(chǎn)者的能量/生產(chǎn)者固定的總能量×100%＝(16－2)/110×100%≈12.7%；植食性動物→肉食性動物的能量傳遞效率為肉食性動物固定的能量中來自植食性動物的能量/植食性動物固定的總能量×100%＝(7.5－5)/16×100%≈15.6%。(4)假設(shè)能量全部來自于生產(chǎn)者，按照圖中的能量流動規(guī)律，肉食性動物要增加100kg，則需要消耗多少千克生產(chǎn)者？(保留整數(shù))提示肉食性動物要增加100kg，則需要生產(chǎn)者的量為100÷15.6%÷12.7%≈5047(kg)。1.如圖是一個食物網(wǎng)，假如鷹的食物有2/5來自兔，2/5來自鼠，1/5來自蛇，那么鷹若要增加20g體重，至少需要消耗植物()A.900g B.500gC.200g D.600g答案A解析當能量傳遞效率為最大值即20%時，消耗的植物量最少。鷹經(jīng)兔途徑消耗的植物量為20×2/5÷20%÷20%＝200(g)；鷹經(jīng)鼠途徑消耗的植物量為20×2/5÷20%÷20%＝200(g)；鷹經(jīng)鼠、蛇途徑消耗的植物量為20×1/5÷20%÷20%÷20%＝500(g)，共計消耗植物量為200＋200＋500＝900(g)。2.某生態(tài)系統(tǒng)中存在如圖所示的食物網(wǎng)，如將丙的食物比例由甲∶乙＝1∶1調(diào)整為2∶1，能量傳遞效率按10%計算，該生態(tài)系統(tǒng)能承載丙的數(shù)量是原來的()A.1.375倍 B.1.875倍C.1.273倍 D.0.575倍答案A解析由于生產(chǎn)者沒有改變，所以流向該生態(tài)系統(tǒng)的總能量沒有變化。設(shè)丙原來的能量為a，則需要甲提供的能量為1/2a÷10%÷10%＋1/2a÷10%；改變食物比例后丙的能量設(shè)為b，則需要甲提供的能量為2/3b÷10%＋1/3b÷10%÷10%，根據(jù)題意可得：1/2a÷10%÷10%＋1/2a÷10%＝2/3b÷10%＋1/3b÷10%÷10%即55a＝40b，b/a＝1.375。微專題(三)碳循環(huán)中各組成成分的判斷類型1生態(tài)系統(tǒng)中各種組成成分的判斷模型類型2碳循環(huán)常見模式圖解分析[典例1]如圖表示某生態(tài)系統(tǒng)中4種組成成分之間的關(guān)系。以下相關(guān)敘述錯誤的是()A.甲、乙、丙包含的所有種群構(gòu)成群落B.丙代表的生物可能是原核生物C.①代表光合作用，②代表呼吸作用D.丁可以表示大氣中的CO2庫答案C解析由題圖可知，在該生態(tài)系統(tǒng)中，丁可代表大氣中的CO2庫，甲代表生產(chǎn)者，乙代表消費者，丙代表分解者，甲、乙、丙包含的所有種群構(gòu)成群落；分解者可以是原核生物，如細菌，也可以是真核生物中的真菌或小型動物(如蚯蚓)；①代表攝食活動，②可以代表呼吸作用。[典例2]下圖是生態(tài)系統(tǒng)中部分碳循環(huán)的示意圖，其中“→”表示碳的流動方向。下列敘述錯誤的是()A.碳循環(huán)過程中伴隨著能量流動B.若某種原因使圖中E大量減少，推測短期內(nèi)D的數(shù)量增加，F(xiàn)的數(shù)量減少C.該生態(tài)系統(tǒng)的消費者包括圖中D、E、F、BD.大氣中CO2含量增多是溫室效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因，非生物環(huán)境中的CO2可來自呼吸作用答案C解析物質(zhì)是能量的載體，故在碳循環(huán)過程中伴隨著能量流動，A正確；分析題圖可知，A為生產(chǎn)者，C為大氣中的CO2庫，B為分解者，D、E、F為消費者，若E減少，則短時間內(nèi)D增加，F(xiàn)減少，B正確，C錯誤；溫室效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因是化石燃料的大量燃燒和植被遭到大面積破壞使大氣中的CO2含量增多，非生物環(huán)境中的CO2可以來自呼吸作用，也可以來自化石燃料的燃燒，D正確。1.如圖表示生物圈中碳循環(huán)的部分示意圖。A、B、C、D構(gòu)成生物群落，箭頭①～⑨表示循環(huán)過程。下列有關(guān)說法正確的是()A.大氣中的氣體X是指CO2和COB.完成①過程的能量主要是由⑧過程提供的C.D經(jīng)⑤⑥⑦過程獲得的能量占A、B、C總能量的10%～20%D.C處于第三營養(yǎng)級答案D解析生物群落與非生物環(huán)境之間的碳循環(huán)是以CO2的形式進行的，故圖中大氣中的氣體X代表CO2；完成①過程的能量主要由太陽能轉(zhuǎn)化的活躍的化學(xué)能提供；捕食食物鏈中相鄰兩營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為10%～20%，D是分解者，不屬于捕食食物鏈；圖中A為生產(chǎn)者，B為初級消費者(第二營養(yǎng)級)，C為次級消費者(第三營養(yǎng)級)。2.下圖為生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)示意圖，圖中甲、乙、丙代表生態(tài)系統(tǒng)的組成成分，數(shù)字表示碳的流動。下列有關(guān)敘述正確的是()A.圖中生產(chǎn)者、乙、丙、甲構(gòu)成了兩條食物鏈B.①②⑥⑦為二氧化碳形式，③④⑤為有機物形式C.③④⑤⑥⑦之和等于生產(chǎn)者同化的碳的總量D.經(jīng)③流向乙的碳全部儲存于乙體內(nèi)的有機物中答案B解析題圖中甲為大氣中的二氧化碳庫，乙為消費者，丙為分解者。食物鏈不包括分解者和非生物成分，A錯誤；圖中的②⑥⑦表示生產(chǎn)者、分解者和消費者呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳，①表示生產(chǎn)者固定的二氧化碳，③④⑤表示生物之間的有機物傳遞，B正確；①表示生產(chǎn)者固定的二氧化碳，等于②③④之和，C錯誤；生產(chǎn)者流向消費者的碳部分儲存在乙體內(nèi)的有機物中，還有部分因呼吸作用而散失，D錯誤。微專題(一)食物鏈(網(wǎng))的構(gòu)建方法類型1依據(jù)捕食關(guān)系曲線構(gòu)建食物鏈(網(wǎng))類型2依據(jù)所同化量的多少構(gòu)建食物鏈(網(wǎng))生態(tài)系統(tǒng)中能量流動逐級遞減，且相鄰營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為10%～20%。能量值大者為被捕食者，少者為捕食者。若兩種生物的能量值相差不大，不足以構(gòu)成10%～20%的比例關(guān)系，則兩者很可能屬于同一營養(yǎng)級。營養(yǎng)級ABCD能量(有機物)15.9870.71.9141.0上表中食物鏈為B→D→A→C。上圖中食物網(wǎng)為：類型3根據(jù)生物體內(nèi)有害物質(zhì)的濃度“由少到多”構(gòu)建食物鏈(網(wǎng))生物體ABCDE有機汞濃度/ppm0.0670.51680.39①分析依據(jù)：生物的富集作用。重金屬、農(nóng)藥等有害物質(zhì)被生物體吸收后難以排出體外，所以此類物質(zhì)會隨著食物鏈逐級積累，即營養(yǎng)級越高的個體中含有有害物質(zhì)的量越多，其含量往往是上一營養(yǎng)級個體含量的5～10倍。②分析結(jié)果：類型4根據(jù)物質(zhì)循環(huán)圖解構(gòu)建食物鏈(網(wǎng))上圖表示生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)圖解，D是生產(chǎn)者，A是消費者，B是分解者，C是非生物環(huán)境，其中的食物鏈是D→A。類型5根據(jù)提供的捕食方面的信息構(gòu)建①信息：古樹上有紅蜘蛛、蚜蟲、草蛉、七星瓢蟲、麻雀、花喜鵲6種動物，它們之間的關(guān)系是草蛉、七星瓢蟲捕食紅蜘蛛、蚜蟲；紅蜘蛛、蚜蟲以植物的各器官為食物；麻雀、花喜鵲以紅蜘蛛、蚜蟲、草蛉為食。②依據(jù)捕食關(guān)系直接繪圖如下：[典例1]如圖為草原生態(tài)系統(tǒng)中的甲、乙、丙三個動物種群一年中不同月份種群數(shù)量的變化曲線。下列說法正確的是()A.三種動物參與構(gòu)成的食物鏈中，甲至少為第四營養(yǎng)級B.AC段丙的種群數(shù)量下降一定是食物短缺造成的C.A點是丙種群在此環(huán)境中的環(huán)境容納量D.一定自然區(qū)域內(nèi)，甲、乙、丙三個種群中全部的生物構(gòu)成生物群落答案A解析分析圖可知，三個種群的數(shù)量變化乙先于丙，丙又先于甲，它們之間的捕食關(guān)系是乙→丙→甲，食物鏈中生產(chǎn)者為第一營養(yǎng)級，所以甲至少為第四營養(yǎng)級，A正確；甲的增多對丙產(chǎn)生的捕食壓力也是AC段丙種群數(shù)量下降的原因，B錯誤；B點是環(huán)境所能維持的種群最大數(shù)量，即環(huán)境容納量，C錯誤；生物群落是指同一時間內(nèi)聚集在一定區(qū)域中各種生物種群的集合，甲、乙、丙三個種群中缺少生產(chǎn)者和分解者，因此不能構(gòu)成生物群落，D錯誤。[典例2]某陸地生態(tài)系統(tǒng)中，除分解者外，僅有甲、乙、丙、丁、戊5個種群。調(diào)查得知，該生態(tài)系統(tǒng)有4個營養(yǎng)級，營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為10%～20%，且每個種群只處于一個營養(yǎng)級。一年內(nèi)輸入各種群的能量數(shù)值如下表所示，表中能量數(shù)值的單位相同。種群甲乙丙丁戊能量3.5612.8010.300.48226.50回答下列問題：(1)請畫出該生態(tài)系統(tǒng)中的食物網(wǎng)。(2)甲和乙的種間關(guān)系是________；種群丁是該生態(tài)系統(tǒng)生物組分中的________。答案(1)(2)捕食消費者解析(1)根據(jù)“營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為10%～20%”可知，戊中能量最多，處于第一營養(yǎng)級，乙和丙中能量相差不多，都處于第二營養(yǎng)級，甲處于第三營養(yǎng)級，丁處于第四營養(yǎng)級，因此可得出該生態(tài)系統(tǒng)中的食物網(wǎng)。(2)根據(jù)(1)中的食物網(wǎng)簡圖可以看出甲和乙之間的關(guān)系為捕食，戊是生產(chǎn)者，而甲、乙、丙和丁都為消費者。1.某生態(tài)系統(tǒng)中，除分解者外，僅有甲、乙、丙、丁、戊五個種群，每個種群只處于一個營養(yǎng)級，相鄰營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為10%～20%，一年內(nèi)各種群同化的能量數(shù)值如下表所示(表中能量的單位相同)。相關(guān)敘述正確的是()種群甲乙丙丁戊能量2.6411.810.200.48226.5A.甲是初級消費者B.乙和丙之間有捕食和種間競爭關(guān)系C.表中缺少的生態(tài)系統(tǒng)成分是非生物的物質(zhì)和能量D.第二營養(yǎng)級和第三營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率約為12%答案D解析依據(jù)相鄰兩個營養(yǎng)級之間能量的傳遞效率為10%～20%以及表格中的數(shù)據(jù)，可寫出相應(yīng)的食物網(wǎng)：戊乙甲丁丙。甲是次級消