2010屆高三生物 例談生態(tài)系統(tǒng)“能量流動”知識中的幾個特殊問題 新人教版必修2

1、例談生態(tài)系統(tǒng)“能量流動”知識中的幾個特殊問題 “能量流動”是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能之一。在高中生物知識中，能量流動與物質循環(huán)的關系、能量流動的特點、能量傳遞的效率等知識共同構成了以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”為中心的知識體系。然而在“能量流動”知識中，仍存在一些易被忽視或不常見的問題，如“能量值”的表示方式、最值的計算、能量流動與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的關系等。本文就此結合教材談一談對這些問題的認識，望能對教與學有所幫助。一、能量流動的幾種“最值”計算由于一般情況下能量在兩個相鄰營養(yǎng)級之間的傳遞效率是10%20%。故在能量流動的相關問題中，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

2、%。所以，在已知較高營養(yǎng)級生物的能量求消耗較低營養(yǎng)級生物的能量時，若求“最多”值，則說明較低營養(yǎng)級生物的能量按“最低”效率傳遞，若求“最（至）少”值，則說明較低營養(yǎng)級生物的能量按“最高”效率傳遞。反之，已知較低營養(yǎng)級生物的能量求傳遞給較高營養(yǎng)級生物的能量時，若求“最多”值，則說明較低營養(yǎng)級生物的能量按“最高”效率傳遞，若求“最少”值，則說明較低營養(yǎng)級生物的能量按“最低”效率傳遞。這一關系可用下圖來表示。1. 以生物的同化量（實際獲取量）為標準的“最值”計算例1. 下圖為某生態(tài)系統(tǒng)食物網簡圖，若E生物種群總能量為，B生物種群總能量為，從理論上計算，A貯存的總能量最少為（）A. B. C. D.

3、解析：由圖可知D為生產者，要使A獲得的能量最少，則必須保證三個條件，即：一是能量來源途徑最少；二是能量傳遞效率最低（按10%算）；三是食物鏈要最長。故從理論上講，與A貯存的總能量最少相關的食物鏈不可能是DA，也不可能是DA、DECA同時存在，只能是DECA。為此，E的能量在傳遞給A的途徑中，只有確保：E在傳遞給B時用去的能量最多；E的總能量減去傳遞給B的后再傳給C時效率最低；C在傳遞給A時效率最低，結果才能使A獲得的能量最少。所以據此計算得A貯存的總能量最少為故答案選B項。2. 以生物的積累量為標準的“最值”計算例2. 已知某營養(yǎng)級生物同化的能量為1000kJ，其中95%通過呼吸作用以熱能的形

4、式散失，則其下一營養(yǎng)級生物獲得的能量最多為（）A. 200kJ B. 40kJ C. 50kJ D. 10kJ解析：本題具有較大的迷惑性，極易錯選A項。由于該營養(yǎng)級的能量95%通過呼吸作用以熱能的形式散失，故積累的能量只有5%，因而其最多也只有5%（即5%×100050kJ）的能量傳遞給下一營養(yǎng)級。因此答案選C項。二、能量值的幾種不同表示方式及相關計算“能量值”除了用“焦耳”等能量單位表示外，在許多生物資料中，其還可用生物量、數量、面積、體積單位等形式來表示，因而使能量流動關系有了更加豐富的內涵，但是不管用何種單位形式表示，通常情況下能量的傳遞效率都遵循“10%20%”的規(guī)律，下面結

5、合一些例子分別加以闡述。1. 能量（單位）表示法及計算以能量（單位）��“焦耳”表示能量值的多少是“能量流動”知識中最常見的形式。在以“焦耳”為單位的能量傳遞過程中，各營養(yǎng)級的能量數值呈現出典型的“金字塔”形，不可能出現倒置。1.1 以生物體同化量的總量為特征的計算如例11.2 以ATP為特征的計算這種形式的能量計算是建立在物質氧化分解的基礎上的，它常涉及利用呼吸作用或光合作用的反應式。例3：在能量金字塔中，如果生產者在光合作用過程中產生240mol的氧氣，其全部用于初級消費者分解血糖，則其釋放并貯存在ATP中的能量最多有（）可被三級消費者捕獲？A. B. C. D

6、. 解析：依據有氧呼吸反應式，可知240mol的氧氣能分解40mol的葡萄糖，又由于每摩爾葡萄糖徹底氧化分解產生的能量有1161kJ轉移到ATP中，故初級消費者產生的ATP中的能量最多有“”被三級消費者捕獲。答案選C項。2. 生物量（質量單位）表示法及計算例4：如果一個人食物有1/2來自綠色植物，1/4來自小型肉食動物，1/4來自羊肉，假如傳遞效率為10%，那么該人每增加1千克體重，約消耗植物（）A. 10千克 B. 28千克 C. 100千克 D. 280千克解析：解答本題時，首先應畫出食物網，然后依據食物網和題干信息來解答。通過“植物人”這條鏈計算出消耗植物的量為0.5÷10%5

7、千克；通過“植物植食動物小型肉食動物人”這條鏈計算出消耗植物的量為0.25÷10%÷10%÷10%250千克；通過“植物羊人”這條鏈計算出植物的量為0.25÷10%÷10%25千克。故要消耗植物的總量為280千克。答案選D項。3. 數量（生物體數目）表示法及計算例5：在一片草原上，假如一年中，至少有70000只昆蟲生活才可養(yǎng)活一只食蟲鳥，而食蟲鳥若按10%的能量傳遞率將能量傳給鷹，則理論上每年大約需要3000只食蟲鳥才能維持一只鷹的生存，那么如果鷹只靠捕食食蟲鳥來生活，則每年至少需要（）只昆蟲才能保證一只鷹的生存？A. B. C. D. 無法統(tǒng)

8、計解析：生物體的數量通常能夠反映出生物體能量的多少，一般情況下其間成正相關，故?？捎蒙矬w的數量來表示能量的多少。由題意可知，昆蟲與食蟲鳥之間、食蟲鳥與鷹之間的能量傳遞效率只有保證為20%，才能實現“至少”維持一只鷹生存所需的能量供應。故維持一只鷹生存至少需要食蟲鳥1500只，由此可計算出維持一只鷹生存至少需要昆蟲的量為1500×700001.05×108只。答案選C項。需要說明的是在以生物體數目表示的能量流動關系中，有時會出現“金字塔”倒置的現象。如下例。例6. 一片樹林中，樹、昆蟲和食蟲鳥類的個體數比例關系如下圖所示。下列能正確表示樹、昆蟲、食蟲鳥之間的能量流動關系的是

9、（選項方框面積表示能量的大?。ǎ┙馕觯涸跇淞种?，由于樹具有較大的體積（包括其地上的樹冠、莖和地下的根系），因而盡管樹的量少，但其仍具有較多的能量。故一棵樹上可生活著許多昆蟲和食蟲鳥，又由于食蟲鳥以昆蟲為食，故按能量流動的特點，其總能量必將小于昆蟲的總能量。答案選C項。4. 面積（單位）表示法及計算例7. 在“棉花棉蚜食蚜蠅瓢蟲麻雀鷹”這條食物鏈中，如果食蚜蠅要有5m2的生活空間才能滿足自身的能量需求，則一只鷹的生活空間至少是（）A. B. C. D. 解析：本題以生物的生活范圍來反映所具能量的大小。由題意可知鷹處于最高營養(yǎng)級，按能量最高傳遞效率可求出一只鷹至少所需的生活空間為：（1÷

10、;20%÷20%÷20%）×5m254m2。答案選D項。5. 體積（單位）表示法及計算例8：具有三個營養(yǎng)級的能量金字塔，最上層的體積是最下層的（ ）A. 10%20% B. 1%4%C. 0.1%1% D. 1%10%解析：具有三個營養(yǎng)級的能量金字塔，若用體積表示能量值的大小，則能量按最低傳遞效率傳遞時，最上層體積應為10%×10%1%，按最高傳遞效率傳遞時，最上層體積應為20%×20%4%。故答案選B項。三、能量流動與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能量流動效率能直接反映生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能量在傳遞過程中，若超過一定的限度，則容易引起種群的生長、繁殖或再生等

11、的障礙，從而導致生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞，故在研究生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性時必須時刻關注能量流動效率。例9：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，當下列哪種情況發(fā)生時，最有可能使生態(tài)平衡遭到破壞？（）A. W1>10W2 B. W1>5W2 C. W1<10W2 D. W1<5W2解析：一般情況下，生態(tài)系統(tǒng)的能量在兩個相鄰營養(yǎng)級之間傳遞效率大約是10%20%。小于或等于20%則不會導致其穩(wěn)定性的破壞，而大于20%則有可能引起某些營養(yǎng)級生物量的大起大落或生態(tài)環(huán)境的改變，導致生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性被破壞?？v觀本題的四個選項，A選項反映的能量傳遞效率小于10%，B選項反映的能量傳遞效率小于20%，C選項反映的能量傳遞效率大于10%（但不一定大于20%），只有D選項反映的能量傳遞效率大于20%。故本題答案選D項。例10：某海灘黃泥螺種群現存量約3000噸