生態(tài)系統(tǒng)能量流動中的幾個特殊問題

生態(tài)系統(tǒng)能量流動中的幾個特殊問題第一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三生態(tài)系統(tǒng)能量流動知識中的幾個特殊問題

第二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

“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(zhì)循環(huán)的關(guān)系、能量流動的特點、能量傳遞的效率等知識共同構(gòu)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(guān)系等。第三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三一、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(guān)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%。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(guān)系可用下圖來表示。第四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三第五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

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(wǎng)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.第六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三解析：由圖可知D為生產(chǎn)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(guān)的食物鏈不可能是D→A，也不可能是D→A、D→E→C→A同時存在，只能是D→E→C→A。為此，E的能量在傳遞給A的途徑中，只有確保：①E在傳遞給B時用去的能量最多；②E的總能量減去傳遞給B的后再傳給C時效率最低；③C在傳遞給A時效率最低，結(jié)果才能使A獲得的能量最少。所以據(jù)此計算得A貯存的總能量最少為故答案選B項。第七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

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式散失，則其下一營養(yǎng)級生物獲得的能量最多為（）A.200kJB.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%×1000＝50kJ）的能量傳遞給下一營養(yǎng)級。因此答案選C項。第八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三二、能量值的幾種不同表示方式及相關(guān)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(shù)量、面積、體積單位等形式來表示，因而使能量流動關(guān)系有了更加豐富的內(nèi)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(jié)合一些例子分別加以闡述。第九頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三1.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(shù)值呈現(xiàn)出典型的“金字塔”形，不可能出現(xiàn)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(zhì)氧化分解的基礎(chǔ)上的，它常涉及利用呼吸作用或光合作用的反應(yīng)式。第十頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三解析：依據(jù)有氧呼吸反應(yīng)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(chǎn)生的能量有1161kJ轉(zhuǎn)移到ATP中，故初級消費者產(chǎn)生的ATP中的能量最多有:

被三級消費者捕獲。答案選C項。例3：在能量金字塔中，如果生產(chǎn)者在光合作用過程中產(chǎn)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.第十一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三2.生物量（質(zhì)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(yīng)畫出食物網(wǎng)，然后依據(jù)食物網(wǎng)和題干信息來解答。①通過“植物→人”這條鏈計算出消耗植物的量為0.5÷10%＝5千克；②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；③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。第十二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

3.數(shù)量（生物體數(shù)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300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)計第十三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三解析：生物體的數(shù)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(guān)，故常可用生物體的數(shù)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(xiàn)“至少”維持一只鷹生存所需的能量供應(yīng)。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1500×70000＝1.05×108只。答案選C項。

第十四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

需要說明的是在以生物體數(shù)目表示的能量流動關(guān)系中，有時會出現(xiàn)“金字塔”倒置的現(xiàn)象。如下例。例6.

一片樹林中，樹、昆蟲和食蟲鳥類的個體數(shù)比例關(guān)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(guān)系的是（選項方框面積表示能量的大?。ǎ┑谑屙?，共二十一頁，編輯于2023年，星期三解析：在樹林中，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。第十六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

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÷20%÷20%÷20%）×5m2＝54m2。答案選D項。第十七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

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(yīng)為10%×10%＝1%，按最高傳遞效率傳遞時，最上層體積應(yīng)為20%×20%＝4%。故答案選B項。第十八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三三、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、繁殖或再生等的障礙，從而導(dǎo)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(guān)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第十九頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三解析：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(dǎo)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(dǎo)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。第二十頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

例10：某海灘黃泥螺