高考生物 培优讲堂 生态系统能量流动的相关计算归纳 新人教版必修3

培优讲堂(九)——生态系统能量流动的相关计算归纳[疑难讲解]1．设食物链为A→B→C→D，分情况讨论如下已知D营养级增加的能量为M，则至少需要A营养级的能量＝M÷(20%)3，最多需要A营养级的能量＝M÷(10%)3。已知A营养级的能量为N，则D营养级最多可获得的能量＝N×(20%)3，最少可获得的能量＝N×(10%)3。2．在类似A→B→C→D的食物网中，计算生物量变化的“最多”或“最少”时，还应遵循以下原则(1)食物链越短，最高营养级获得的能量越多。(2)生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。具体计算方法总结如下：eq\a\vs4\al(知低营养级,求高营养级)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(获得能量最多\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(选最短食物链,按最大传递效率20%计算)),获得能量最少\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(选最长食物链,按最小传递效率10%计算))))eq\a\vs4\al(知高营养级,求低营养级)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(消耗最多能量\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(选最长食物链,按最小传递效率10%计算)),消耗最少能量\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(选最短食物链,按最大传递效率20%计算))))如已知D营养级的能量为M，计算至少需要A营养级的能量时，应取最短食物链A→D，并以20%的能量传递效率进行计算，即为M÷20%；计算最多需要A营养级的能量时，应取最长的食物链A→B→C→D，并以10%的能量传递效率分别计算，即为M÷(10%)3。(3)如果在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，计算某一生物获得的能量或需要某一生物提供的能量时，首先，要注意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”，或某一生物“给不同生物提供能量的比例”，然后按照各个单独的食物链分别计算后合并。3．巧用拼图法解决能量流动计算难点输入第一营养级的能量(W1)被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖。而后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。(1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个草原生态系统中，草原上所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于(大于、等于、小于)W1(呼吸作用消耗的缘故)。(2)能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效率等于D1/W1，因此不会达到100%，一般情况下，能量传递效率为10%～20%。[典例透析]若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是1∶1，将此食物结构改为4∶1，能量流动效率按10%计算，则调整后可供养的人口是前者的________倍？解析若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是1∶1，如下左图，共需植物性食物的相对值为55；如果动物性食物与植物性食物的比例是1∶4，则共需植物性食物的相对值是28(如下右图)。前者对食物的消耗量是后者的1.96倍，这也就说明后者可供养的人数是前者的1.96倍。答案1.96互动探究若上题改为：植物向动物及向人提供的能量比例由1∶1调整为1∶4，则调整后供养的人口是前者的多少倍？提示设植物能量为M，则调整前，人所得能量为：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)，调整后人所得能量为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)，则调整后∶调整前比值为eq\f(41M,500)/eq\f(11M,200)≈1.49，即调整后供养的人口是调整前的1.49倍。技巧点拨若食物网中有多条食物链，计算某一生物获得的能量或需要某一生物提供的能量时，首先，要清楚某一生物从不同食物链中获得的能量的比例或某一生物给不同生物提供能量的比例；其次，要结合每条食物链中的能量传递效率。本题(1)中由猫头鹰食物来源比例“递推到植物”，(2)中则由“植物向下传递的比例”顺推到猫头鹰；进行上述类型能量流动计算时务必应搞清按“正推型”还是按“逆推型”计算，若由高营养级“食物来源比例”计算植物量，则需要由高营养级“递推”至植物；若由植物“下传比例”求所耗植物量则应由植物“顺推至高营养级，依据高营养级所获得的同化量求所耗植物量”。[专项集训]1.如图为一食物网。若要使丙体重增加x，已知其食用的动物性食物(乙)所占比例为a，则至少需要的生产者(甲)的量为y，那么x与y的关系可表示为 ()。A．y＝90ax＋10x B．y＝25ax＋5xC．y＝20ax＋5x D．y＝10ax＋10x解析由题干中的“至少”可知，应该按最大传递效率20%计算，a表示动物性食物(乙)所占比例，则1—a表示直接从生产者(甲)获得食物所占比例，故有(1－a)x÷20%＋ax÷20%÷20%＝y，即y＝20ax＋5x。答案C2．下图为生态系统能量流动示意图，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%)。从长时间考虑，进入生态系统的能量都以热能的形式散失，即A＝F＋B1＋C1＋D1＋E1。答案D3．(·石家庄二模，32)下图表示一个草原生态系统营养结构，请据图回答问题：图假设放养牲畜的食物90%来自牧草，且该系统能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消费者到消费者的能量传递效率为20%。如果人增加的能量为200kJ，那么其中来自牧草的能量为________kJ。解析人属于第三营养级，若人的能量增加200kJ，则放养的牧畜应提供200÷20%＝1000kJ。按照10%的传递效率，来自草的能量为1000÷10%×90%＝9000kJ。答案90004.(·梁山一中月考)如图所示食物网中，E是生产者，共含有7.1×109kJ的能量B生物种群总能量为2.3×108kJ，从理论上计算A最多获得的能量是________。解析A最多获得的能量为(7.1×109×20%－2.3×108)×20%＝2.38×108kJ。答案2.38×108kJ5．(·山东潍坊一模，35)下图甲是某草原生态系统中碳循环模式图，图中A、B、C、D表示生态系统的成分，图乙为其中部分营养结构。请据图回答。(1)若草固定的总能量为6.8×109kJ，食草昆虫和鼠同化的总能量是1.3×108kJ，则人最多能获得能量________kJ。(2)若蛇取食鼠的比例由eq\f(1,4)调整到eq\f(3,4)，从理论上分析，改变取食比例后蛇体重增加1kg，人能比原来多增重________kg。(能量传递效率按20%计算)解析(1)(6.8×109－1.3×108÷20%)×(20%)2＝2.46×108kJ。(2)改变前：1kg蛇消耗草为eq\f(3,4)÷(20%)3＋eq\f(1,4)÷(20%)2＝100kg；改变后：1kg蛇消耗草为eq\f(1,4)÷(20%)3＋eq\f(3,4)÷(20%)2＝50kg，所以改变后与改变前相比节余的50kg草可流向人。故人比原来增重了50×20%×20%＝2kg。答案(1)2.46×108(2)26．(·湖北八市联考Ⅱ)如图所示为桑基鱼塘农业生态系统局部的能量流动，图中字母代表相应能量。请据图回答以下问题。(1)流经图中生态系统的总能量为________(填字母)，桑树呼吸作用所散失的热能可用图中的________(填字母)来表示，图中的C和B1＋C1＋D1可分别表示桑树和蚕用于________的能量。(2)蚕同化的能量D＝________(填字母)。正常情况下eq\f(D,C)的比值________(填“大于”、“小于”或“等于”)10%。将蚕沙(粪便)投入鱼塘供给鱼食用，蚕沙中所含的能量属于第________营养级所含的能量，桑树到蚕的能量传递效率是________。(3)人工建立该生态系统的目的是实现对能量的________，从而提高能量的________。解析(1)流经该生态系统的总能量为桑树通过光合作用所固定的太阳能总量，即A；生产者桑树所固定的太阳能总量有一部分通过生产者的呼吸作用以热能的形式散失，即图中的B，另一部分则储存在生产者体内的有机物中用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，即图中的C；图中D表示蚕同化的能量，D＝A1＋(B1＋C1＋D1)，A1表示蚕以呼吸作用散失的热能，B1＋C1＋D1表示蚕用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量。(2)能量从第一营养级桑树流向第二营养级蚕的传递效率为eq\f(D,A)，一般来说，eq\f(D,A)在10%～20%之间，而eq\f(D,C)的比值要大于eq