能量传递计算

生态系统中能量流动的计算方法湖北省恩施州清江外国语学校彭邦凤生态系统中能量流动的计算是近几年高考的热点，考生常因缺乏系统总结和解法归纳而容易出错。下面就相关问题解法分析如下：一、食物链中的能量计算1.已知较低营养级生物具有的能量（或生物量），求较高营养级生物所能获得能量（或生物量）的最大值。例1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营养级生物最多能获得的能量是（）A.24kJB.192kJC.96kJD.960kJ解析：据题意，生态系统固定的总能量是生态系统中生产者（第一营养级）所固定的能量，即24000kJ，当能量的传递效率为20%时，每一个营养级从前一个营养级获得的能量是最多的。因而第四营养级所获得能量的最大值为：24000×20%×20%×20%=192kJ。答案：D规律：已知较低营养级的能量（或生物量），不知道传递效率，计算较高营养级生物获得能量（或生物量）的最大值时，可按照最大传递效率20%计算，即较低营养级能量（或生物量）×(20%)n（n为食物链中由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数）。2.已知较高营养级的能量（或生物量），求较低营养级应具备的能量（或生物量）的最小值。例2.在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重增加1kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（）A.25kgB.125kgC.625kgD.3125kg解析：据题意，要计算消耗的第一营养级的生物量，应按照能量传递的最大效率20%计算。设需消耗第一营养级的生物量为Xkg，则X=1÷(20%)4=625kg。答案：C规律：已知能量传递途径和较高营养级生物的能量（或生物量）时，若需计算较低营养级应具有的能量（或生物量）的最小值（即至少）时，按能量传递效率的最大值20%进行计算，即较低营养级的生物量至少是较高营养级的能量（或生物量）×5n（n为食物链中，由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数）。3.已知能量的传递途径和传递效率，根据要求计算相关生物的能量（或生物量）。例3.在能量金字塔中，生产者固定能量时产生了240molO2，若能量传递效率为10%～15%时，次级消费者获得的能量最多相当于多少mol葡萄糖？（）A.0.04B.0.4C.0.9D.0.09解析：结合光合作用的相关知识可知：生产者固定的能量相当于240÷6＝40mol葡萄糖；生产者的能量传递给次级消费者经过了两次传递，按最大的能量传递效率计算，次级消费者获得的能量最多相当于40×15%×15%＝0.9mol葡萄糖。答案：C规律：已知能量传递效率及其传递途径时，可在确定能量传递效率和传递途径的基础上，按照相应的能量传递效率和传递途径计算。二、食物网中能量流动的计算1.已知较高营养级从各食物链中获得的比例，未告知传递效率时的能量计算。例4.右图食物网中，在能量传递效率为10%～20%时，假设每个营养级的生物从前一营养级的不同生物处获得的能量相等。则人的体重每增加1kg，至少需要消耗水藻kg。解析：由题意知：人从大鱼和小鱼处获得的能量是相等的，小鱼从虾和水藻处获得的能量是相等的，而且，题中“至少”需要多少，应按能量传递的最大效率计算。计算方法如下：在“小鱼→大鱼→人”的传递途径中，大鱼的生物量至少为0.5÷20%＝2.5kg，小鱼的生物量至少为2.5÷20%＝12.5kg；在“小鱼→人”的传递途径中，小鱼的生物量至少是0.5÷20%＝2.5kg。因此，小鱼的生物量总量至少为12.5+2.5=15kg。同理：在“水藻→水蚤→虾→小鱼”的传递过程中，水藻的生物量至少是15÷2÷20%÷20%÷20%＝937.5kg；在“水藻→小鱼”的传递过程中，水藻的生物量至少是15÷2÷20%＝37.5kg。因此，水藻的生物量总量至少为937.5+37.5=975kg。答案：975规律：对于食物网中能量流动的计算，先应根据题意写出相应的食物链并确定各营养级之间的传递效率，按照从不同食物链获得的比例分别进行计算，再将各条食物链中的值相加即可。2.已知较高营养级从各食物链中获得的比例，在特定传递效率时的计算。例5.若人的食物1/2来自植物，1/4来自小型食肉动物，1/4来自羊肉，若各营养级之间的能量传递效率为10%时，人增重1kg需要消耗的植物为＿＿kg。解析：根据题意可画出食物网（右图），从题目要求可以判断能量的传递效率为10%，根据人增重从不同途径获得能量的比例可计算如下：植物→人：0.5÷10%＝5kg；植物→羊→人：0.5÷10%÷10%＝50kg；植物→羊→小型肉食动物→人：0.5÷10%÷10%÷10%＝500kg；因此：人增重1kg共消耗植物5+50+500=555kg。答案：555规律：对于食物网中能量流动的计算，先应根据题意写出相应的食物网，根据特定的传递效率，按照从不同食物链获得的比例分别计算，再将各条食物链中的值相加即可。三、已知各营养级的能量（或生物量），计算特定营养级间能量的传递效率例6.在某生态系统中，1只2kg的鹰要吃10kg的小鸟，0.25kg的小鸟要吃2kg的昆虫，而100kg的昆虫要吃1000kg的绿色植物。若各营养级生物所摄入的食物全转化成能量的话，那么，绿色植物到鹰的能量传递效率为（）A.0.05%B.0.5%C.0.25%D.0.025%解析：根据题意，可根据能量传递效率的概念计算出各营养级之间的能量传递效率，再计算出绿色植物转化为鹰的食物链中各营养级的生物量。即：10kg的小鸟需要昆虫的生物量=10÷（0.25÷2）=80kg；80kg的昆虫需要绿色植物的生物量=80÷（100÷1000）=800kg。因此，从绿色植物→昆虫→小鸟→鹰的生物量依次为800kg→80kg→10kg→2kg，则鹰转化绿色植物的百分比为2/800×100%=0.25%。答案：C规律：要计算能量传递效率，可先根据各营养级的生物量计算出各营养级的传递效率，并推算出不同营养级的生物量，最后计算出所需计算转化效率的较高营养级（本题中的鹰）的生物量（或能量）占较低营养级（本题中的植物）的比例即可。四、巩固练习1.某人捕得一条重2kg的杂食海鱼，若此鱼的食物有1/2来自植物，1/4来自草食鱼类，1/4来自以草食鱼类为食的小型肉食鱼类，则该鱼至少需要海洋植物＿＿kg。2.在浮游植物→浮游动物→鱼这条食物链中，如果鱼要增加1000kg，那么，至少需要浮游动物和浮游植物分别是（）A.10000kg和50000kgB.5000kg和25000kgC.50000kg和50000kgD.10000kg和10000kg3.某个生态系统中，生产者和次级消费者的总能量分别是E1和E3，在下列几种情况中，可能导致生态平衡被破坏的是A.E1＞100E3B.E1＜100E3C.E1＜25E3D.E1＞25E34.有一食物网如右图所示。假如猫头鹰的食物2/5来自兔子，2/5来自老鼠，其余来自蛇，那么猫头鹰要增加20g体重，最多消耗植物＿＿克。5.右图为美国生态学家林德曼于1942年对一个天然湖泊──赛达伯格湖的能量流动进行测量时所得结果。请据图中相关数据，则第二营养级向第三营养级的能量传递效率是＿＿＿。6.下图所示的食物网中，C生物同化的总能量为a，其中A生物直接供给C生物的比例为x，则按最低的能量传递效率计算，需要A生物的总能量（y）与x的函数关系式为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。五、巩固练习答案与解析1.80kg解析：由题意可知，这条鱼的食物来源于三条食物链，即：植物→杂食鱼；植物→草食鱼类→杂食鱼；植物→草食鱼类→小型肉食鱼类→杂食鱼，由较高营养级的生物量求其对较低营养级的需要量时，应按能量传递效率20%计算。通过三条食物链消耗植物分别是5kg、12.5kg和62.5kg，因此，消耗植物的最少量是5＋12.5＋62.5＝80kg。2.B解析：较高营养级获得参量一定时，能量传递效率越大，则所需较低营养级生物量越少，应按20%的能量传递效率计算。所以需要浮游动物的生物量为1000÷20%=5000kg，所需浮游植物为1000÷20%÷20%=25000kg。3.D解析：生态系统的能量传递效率为10%～20%，当生产者的能量小于次级消费者能量的25倍，则说明该生态系统中，在生产者、初级消费者和次级消费者之间的能量流动效率已经高于20%，此时，次级消费者对于初级消费者的捕食强度会加大，可能使生态系统的稳定性受到破坏，影响生生态系统的可持续性发展，导致生态平衡破坏。4.5600解析：该食物网中有三条食物链，最高营养级为鹰。据题意，应按最低能量传递效率（10%）计算，可得到三条链消耗的植物分别为800g、800g、4000g，共消耗植物5600克。5.20.06%解析：能量传递效率为下一个营养级所获得的能量占上一个营养级获得能量的比例。则：第二营养级向第三营养级的传递效率为：12.6÷62.8×100%＝20.06%。6.y＝100a－90ax解析：C从A直接获得的比例为x，则直接获得能量为ax，需要消耗A的能量为10ax；通过B获得的比例为（1－x），则获得能量为（1－x）a，需要消耗A的能量为100（1－x）a。因此，消耗A的总能量为：10ax＋100（1－x）a＝100a－90ax，可得函数关系式：y＝100a－90ax。