2024年高中生物新教材同步选择性必修第二册补充第3章 生态系统及其稳定性微专题(二)　生态系统中能量流动的相关计算含答案

2024年高中生物新教材同步选择性必修第二册补充第3章生态系统及其稳定性微专题(二)生态系统中能量流动的相关计算一、能量传递效率的计算公式二、能量传递效率的相关“最值”计算若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。1.在食物链A→B→C→D中，则有注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损耗的能量越少。2.在食物网中则有[典例1]如图表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约()A.100kg B.44.5kgC.25kg D.15kg答案C解析分析题图可知，图中有3条食物链，即A→B→猫头鹰、A→C→B→猫头鹰、A→C→D→猫头鹰。题中所问为猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A的质量，已知高营养级的能量求低营养级能量时，需最少能量，选最短食物链(A→B→猫头鹰)，能量传递效率按20%计算，则至少消耗A的质量为1÷20%÷20%＝25kg，C正确。[典例2]下图所示的食物网中，若人的体重增加1kg，最少需消耗水藻________kg，最多消耗水藻________kg。答案25100000解析能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%。求最少消耗水藻量时，应选最短的食物链，即水藻→小鱼→人，传递效率按20%计算，设最少消耗水藻量为x，则x×20%×20%＝1kg，x＝25kg；求最多消耗水藻量时，应选最长的食物链，即水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人，传递效率按10%计算，设最多消耗水藻量为y，则y×10%×10%×10%×10%×10%＝1kg，y＝100000kg。三、与能量传递效率有关的“定值”计算1.已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算例如：在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。2.如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径获得的能量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。[典例3]由于“赤潮”的影响，一条6kg重的杂食性海洋鱼死亡，假如该杂食性海洋鱼的食物有1/3来自植物，1/3来自食草鱼类，1/3来自以食草鱼类为食的小型肉食鱼类；那么按能量传递效率20%来计算，该杂食性鱼从出生到死亡共需海洋植物()A.310kg B.240kgC.180kg D.150kg答案A解析由题意可知，题干中存在3条食物链：①海洋植物→杂食性鱼，②海洋植物→食草鱼→杂食性鱼，③海洋植物→食草鱼→小型肉食鱼→杂食性鱼；杂食性鱼的食物1/3来自食物链①，1/3来自食物链②，1/3来自食物链③。该杂食性鱼从食物链①消耗的海洋植物为2÷20%＝10kg，从食物链②消耗的海洋植物为2÷20%÷20%＝50kg，从食物链③消耗的海洋植物为2÷20%÷20%÷20%＝250kg，因此共需海洋植物10＋50＋250＝310kg，A正确。[典例4]如图若黄雀的全部同化量来自两种动物——食草昆虫和螳螂，且它们各占一半，则当绿色植物增加G千克时，黄雀增加体重最多是多少千克()A.G/125 B.G/100C.G/75 D.G/50答案C解析假设黄雀体重增加最多(能量传递效率为20%)为x，由题意可知，黄雀的全部同化量来自两种动物，食草昆虫和螳螂各占一半，所以黄雀要吃食草昆虫x÷20%÷2＝2.5x，同理黄雀要吃螳螂也是2.5x，而螳螂增重2.5x需要消耗食草昆虫2.5x÷20%＝12.5x，加起来相当于吃了食草昆虫15x，又相当于吃绿色植物15x÷20%＝75x。已知绿色植物增加G千克，所以75x＝G，x＝G/75，C正确。四、具有人工能量输入的能量传递效率计算人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。[典例5]如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为103kJ/(m2·y)]，据图分析：(1)该生态系统中流入生物群落的总能量有哪些来源？提示一个来源是光能，另一个来源是输入的有机物中的化学能。(2)生产者、植食性动物和肉食性动物固定的总能量分别是多少？提示肉食性动物固定的总能量＝(0.25＋0.05＋2.1＋5.1)×103＝7.5×103kJ/(m2·y)；植食性动物固定的总能量＝[(7.5－5)＋0.5＋4＋9]×103＝16×103kJ/(m2·y)；生产者固定的总能量＝[(16－2)＋3＋70＋23]×103＝110×103kJ/(m2·y)。(3)生产者→植食性动物、植食性动物→肉食性动物的能量传递效率分别是多少？(结果保留小数点后一位)提示生产者→植食性动物的能量传递效率为植食性动物固定的能量中来自生产者的能量/生产者固定的总能量×100%＝(16－2)/110×100%≈12.7%；植食性动物→肉食性动物的能量传递效率为肉食性动物固定的能量中来自植食性动物的能量/植食性动物固定的总能量×100%＝(7.5－5)/16×100%≈15.6%。(4)假设能量全部来自于生产者，按照图中的能量流动规律，肉食性动物要增加100kg，则需要消耗多少千克生产者？(保留整数)提示肉食性动物要增加100kg，则需要生产者的量为100÷15.6%÷12.7%≈5047(kg)。1.如图是一个食物网，假如鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么鹰若要增加20g体重，至少需要消耗植物()A.900g B.500gC.200g D.600g答案A解析当能量传递效率为最大值即20%时，消耗的植物量最少。鹰经兔途径消耗的植物量为20×2/5÷20%÷20%＝200(g)；鹰经鼠途径消耗的植物量为20×2/5÷20%÷20%＝200(g)；鹰经鼠、蛇途径消耗的植物量为20×1/5÷20%÷20%÷20%＝500(g)，共计消耗植物量为200＋200＋500＝900(g)。2.某生态系统中存在如图所示的食物网，如将丙的食物比例由甲∶乙＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载丙的数量是原来的()A.1.375倍 B.1.875倍C.1.273倍 D.0.575倍答案A解析由于生产者没有改变，所以流向该生态系统的总能量没有变化。设丙原来的能量为a，则需要甲提供的能量为1/2a÷10%÷10%＋1/2a÷10%；改变食物比例后丙的能量设为b，则需要甲提供的能量为2/3b÷10%＋1/3b÷10%÷10%，根据题意可得：1/2a÷10%÷10%＋1/2a÷10%＝2/3b÷10%＋1/3b÷10%÷10%即55a＝40b，b/a＝1.375。微专题(三)碳循环中各组成成分的判断类型1生态系统中各种组成成分的判断模型类型2碳循环常见模式图解分析[典例1]如图表示某生态系统中4种组成成分之间的关系。以下相关叙述错误的是()A.甲、乙、丙包含的所有种群构成群落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.丁可以表示大气中的CO2库答案C解析由题图可知，在该生态系统中，丁可代表大气中的CO2库，甲代表生产者，乙代表消费者，丙代表分解者，甲、乙、丙包含的所有种群构成群落；分解者可以是原核生物，如细菌，也可以是真核生物中的真菌或小型动物(如蚯蚓)；①代表摄食活动，②可以代表呼吸作用。[典例2]下图是生态系统中部分碳循环的示意图，其中“→”表示碳的流动方向。下列叙述错误的是()A.碳循环过程中伴随着能量流动B.若某种原因使图中E大量减少，推测短期内D的数量增加，F的数量减少C.该生态系统的消费者包括图中D、E、F、BD.大气中CO2含量增多是温室效应产生的主要原因，非生物环境中的CO2可来自呼吸作用答案C解析物质是能量的载体，故在碳循环过程中伴随着能量流动，A正确；分析题图可知，A为生产者，C为大气中的CO2库，B为分解者，D、E、F为消费者，若E减少，则短时间内D增加，F减少，B正确，C错误；温室效应产生的主要原因是化石燃料的大量燃烧和植被遭到大面积破坏使大气中的CO2含量增多，非生物环境中的CO2可以来自呼吸作用，也可以来自化石燃料的燃烧，D正确。1.如图表示生物圈中碳循环的部分示意图。A、B、C、D构成生物群落，箭头①～⑨表示循环过程。下列有关说法正确的是()A.大气中的气体X是指CO2和COB.完成①过程的能量主要是由⑧过程提供的C.D经⑤⑥⑦过程获得的能量占A、B、C总能量的10%～20%D.C处于第三营养级答案D解析生物群落与非生物环境之间的碳循环是以CO2的形式进行的，故图中大气中的气体X代表CO2；完成①过程的能量主要由太阳能转化的活跃的化学能提供；捕食食物链中相邻两营养级之间的能量传递效率为10%～20%，D是分解者，不属于捕食食物链；图中A为生产者，B为初级消费者(第二营养级)，C为次级消费者(第三营养级)。2.下图为生态系统碳循环示意图，图中甲、乙、丙代表生态系统的组成成分，数字表示碳的流动。下列有关叙述正确的是()A.图中生产者、乙、丙、甲构成了两条食物链B.①②⑥⑦为二氧化碳形式，③④⑤为有机物形式C.③④⑤⑥⑦之和等于生产者同化的碳的总量D.经③流向乙的碳全部储存于乙体内的有机物中答案B解析题图中甲为大气中的二氧化碳库，乙为消费者，丙为分解者。食物链不包括分解者和非生物成分，A错误；图中的②⑥⑦表示生产者、分解者和消费者呼吸作用产生的二氧化碳，①表示生产者固定的二氧化碳，③④⑤表示生物之间的有机物传递，B正确；①表示生产者固定的二氧化碳，等于②③④之和，C错误；生产者流向消费者的碳部分储存在乙体内的有机物中，还有部分因呼吸作用而散失，D错误。微专题(一)食物链(网)的构建方法类型1依据捕食关系曲线构建食物链(网)类型2依据所同化量的多少构建食物链(网)生态系统中能量流动逐级递减，且相邻营养级之间的能量传递效率为10%～20%。能量值大者为被捕食者，少者为捕食者。若两种生物的能量值相差不大，不足以构成10%～20%的比例关系，则两者很可能属于同一营养级。营养级ABCD能量(有机物)15.9870.71.9141.0上表中食物链为B→D→A→C。上图中食物网为：类型3根据生物体内有害物质的浓度“由少到多”构建食物链(网)生物体ABCDE有机汞浓度/ppm0.0670.51680.39①分析依据：生物的富集作用。重金属、农药等有害物质被生物体吸收后难以排出体外，所以此类物质会随着食物链逐级积累，即营养级越高的个体中含有有害物质的量越多，其含量往往是上一营养级个体含量的5～10倍。②分析结果：类型4根据物质循环图解构建食物链(网)上图表示生态系统的物质循环图解，D是生产者，A是消费者，B是分解者，C是非生物环境，其中的食物链是D→A。类型5根据提供的捕食方面的信息构建①信息：古树上有红蜘蛛、蚜虫、草蛉、七星瓢虫、麻雀、花喜鹊6种动物，它们之间的关系是草蛉、七星瓢虫捕食红蜘蛛、蚜虫；红蜘蛛、蚜虫以植物的各器官为食物；麻雀、花喜鹊以红蜘蛛、蚜虫、草蛉为食。②依据捕食关系直接绘图如下：[典例1]如图为草原生态系统中的甲、乙、丙三个动物种群一年中不同月份种群数量的变化曲线。下列说法正确的是()A.三种动物参与构成的食物链中，甲至少为第四营养级B.AC段丙的种群数量下降一定是食物短缺造成的C.A点是丙种群在此环境中的环境容纳量D.一定自然区域内，甲、乙、丙三个种群中全部的生物构成生物群落答案A解析分析图可知，三个种群的数量变化乙先于丙，丙又先于甲，它们之间的捕食关系是乙→丙→甲，食物链中生产者为第一营养级，所以甲至少为第四营养级，A正确；甲的增多对丙产生的捕食压力也是AC段丙种群数量下降的原因，B错误；B点是环境所能维持的种群最大数量，即环境容纳量，C错误；生物群落是指同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合，甲、乙、丙三个种群中缺少生产者和分解者，因此不能构成生物群落，D错误。[典例2]某陆地生态系统中，除分解者外，仅有甲、乙、丙、丁、戊5个种群。调查得知，该生态系统有4个营养级，营养级之间的能量传递效率为10%～20%，且每个种群只处于一个营养级。一年内输入各种群的能量数值如下表所示，表中能量数值的单位相同。种群甲乙丙丁戊能量3.5612.8010.300.48226.50回答下列问题：(1)请画出该生态系统中的食物网。(2)甲和乙的种间关系是________；种群丁是该生态系统生物组分中的________。答案(1)(2)捕食消费者解析(1)根据“营养级之间的能量传递效率为10%～20%”可知，戊中能量最多，处于第一营养级，乙和丙中能量相差不多，都处于第二营养级，甲处于第三营养级，丁处于第四营养级，因此可得出该生态系统中的食物网。(2)根据(1)中的食物网简图可以看出甲和乙之间的关系为捕食，戊是生产者，而甲、乙、丙和丁都为消费者。1.某生态系统中，除分解者外，仅有甲、乙、丙、丁、戊五个种群，每个种群只处于一个营养级，相邻营养级之间的能量传递效率为10%～20%，一年内各种群同化的能量数值如下表所示(表中能量的单位相同)。相关叙述正确的是()种群甲乙丙丁戊能量2.6411.810.200.48226.5A.甲是初级消费者B.乙和丙之间有捕食和种间竞争关系C.表中缺少的生态系统成分是非生物的物质和能量D.第二营养级和第三营养级之间的能量传递效率约为12%答案D解析依据相邻两个营养级之间能量的传递效率为10%～20%以及表格中的数据，可写出相应的食物网：戊乙甲丁丙。甲是次级消