安徽省安慶一中 金久

生態(tài)系統(tǒng)中能量流動效率問題點撥

安徽省安慶一中 金久

有關(guān)能量流動的知識是高中生物教材中的重點和難點。關(guān)于能量流動效率的分析問題是一種重要的題型。常見的題型有如下幾種。

一、在食物鏈（網(wǎng)）上進行能量傳遞的計算

例1 某生態(tài)系統(tǒng)中初級消費者和次級消費者的總能量分別是W1和W2，下列情況最有可能使生態(tài)平衡遭到破壞的是（ ）。

A.W1＞10W2B.W1＞5W2C.W1＜10W2D.W1＜5W2

解析 生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的效率一般為10%～20%，即一般情況下上一營養(yǎng)級傳遞給下一營養(yǎng)級的能量不超過自身同化量的20%，而W1＜5W2，說明初級消費者和次級消費者之間的能量流動效率已經(jīng)高于20%，食物鏈和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都受到了破壞，影響了生物的可持續(xù)發(fā)展，因而最有可能使生態(tài)平衡遭到破壞。故選D。

解析 據(jù)題意，鷹的食物可來源于三條食物鏈，直接來源于三種不同的生物：兔、鼠、蛇。若要使其增重20 g，則這三種食物食用后必須使其分別增加8 g、8 g、4 g。這樣可得到圖2。

考慮到求最多消耗量，計算時要按最低的能量流動效率即10%計算，這樣三條鏈消耗的植物分別為800 g、800 g、4000 g，共消耗植物5600 g。

例3 已知在如右圖3所示的食物網(wǎng)中，C生物同化的總能量為a，其中A生物直接供給C生物的比例為x，則按最低的能量傳遞效率計算，需要A生物的總能量y與x的函數(shù)關(guān)系式為。

圖3

解析 本題中，C獲得能量的途徑有兩條：從A直接獲得和從A經(jīng)B傳遞間接獲得。已知C從A直接獲得的比例為x，則直接獲得的能量為ax，需要消耗A的能量為10ax，間接獲得的比例為（1-x），則間接獲得的能量為（1-x）a，需要消耗A的能量為100（1-x）a，那么消耗A的總能量為10ax+ 100（1-x）a=100a-90ax，亦即y與x的函數(shù)關(guān)系式為：y=100a-90ax。

二、從能量流動渠道進行分析

例4 下列有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述正確的是（ ）。

A.一種蜣螂專以大象的糞便為食，則它最多能獲取大象所同化能量的20%

B.當(dāng)狼捕食兔子并同化為自身的有機物時，能量就從第一營養(yǎng)級流入第二營養(yǎng)級

C.生產(chǎn)者通過光合作用合成有機物，能量就從非生物環(huán)境流入生物群落

D.生態(tài)系統(tǒng)的能量是伴隨物質(zhì)而循環(huán)利用的

解析 象糞中含有的能量不屬于象所同化的能量；當(dāng)狼捕食兔子并同化為自身的有機物時，能量就從第二營養(yǎng)級流入第三營養(yǎng)級；物質(zhì)可循環(huán)利用，能量是單向流動、逐級遞減的。故選C。

例5 圖4為某草原生態(tài)系統(tǒng)中能量流動圖解，①～④表示相關(guān)過程能量流動量。下列有關(guān)敘述正確的是（ ）。

A.①是流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量

D.③和④分別屬于草和兔同化量的一部分

解析 流入該生態(tài)系統(tǒng)中的總能量應(yīng)該是草同化的總能量，圖中①代表的是兔同化的總能量，②代表的是狐同化的總能量，則的值代表兔→狐的能量傳遞效率。兔子糞便中的能量并不是兔子同化量的一部分，而是草同化量的一部分；兔子遺體殘骸中的能量屬于兔子同化量的一部分。故選D。

三、在實踐應(yīng)用中綜合分析

例6 1957年，美國的生態(tài)學(xué)家對佛羅里達州的銀泉進行了生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)級和能量流動情況的調(diào)查，下表是調(diào)查結(jié)果。表中的①②③④分別表示不同的營養(yǎng)級，⑤為分解者。GP表示生物同化作用固定的能量，R表示生物呼吸消耗的能量，NP表示生物體貯存著的能量（NP=GP-R），下列敘述正確的是（ ）。

A.生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的渠道可能是②→④→①→③→⑤

B.能量在初級消費者和次級消費者之間的傳遞效率約為5.5%

C.若該生態(tài)系統(tǒng)維持現(xiàn)在能量輸入、輸出水平，則有機物的總量會增多

D.④營養(yǎng)級GP的去向中，未被利用的能量有一部分殘留在自身的糞便中

解析 食物鏈一般是指捕食鏈，分解者不是其營養(yǎng)級；能量在初級消費者與次級消費者之間的傳遞效率為；④的糞便實際是其食物②的殘渣，不屬于其同化量。整個系統(tǒng)能量輸入量大于總輸出量，故系統(tǒng)的有機物總量會增多。故選C。

例7 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，如圖5所示。試回答下列有關(guān)問題。

（1）圖中①代表的生理過程是，②代表的能量主要以形式貯存。

（2）該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是固定的。

（3）能量從該生態(tài)系統(tǒng)的第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級傳遞的效率約為。

（4）試分析圖中植食動物、肉食動物和頂位肉食動物隨營養(yǎng)級的升高需要的有機物輸入越來越多的原因是。

解析 ①代表生物的呼吸作用，②為動、植物體中有機物含有的化學(xué)能，這些能量都來自生產(chǎn)者光合作用固定的太陽能。能量從第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級的效率為（2.1+5.1+0.05+0.25-5）÷（4+9+0.5+2+2.1+5.1+0.05+0.25-5）×100%≈13.9%。能量流動是逐級遞減的，要維持高營養(yǎng)級生物的能量輸出，就需要為各營養(yǎng)級提供更多的物質(zhì)和能量。答案為：（1）呼吸作用 （有機物中）穩(wěn)定的化學(xué)能（2）生產(chǎn)者（3）13.9%（4）能量流動逐級遞減以及維持各營養(yǎng)級較高的能量輸出量