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1、高考生物 培優(yōu)講堂 生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的相關(guān)計(jì)算歸納 新人教版必修3 1．設(shè)食物鏈為A―→B―→C―→D，分情況討論如下 已知D營養(yǎng)級(jí)增加的能量為M，則至少需要A營養(yǎng)級(jí)的能量＝M÷(20%)3，最多需要A營養(yǎng)級(jí)的能量＝M÷(10%)3。已知A營養(yǎng)級(jí)的能量為N，則D營養(yǎng)級(jí)最多可獲得的能量＝N×(20%)3，最少可獲得的能量＝N×(10%)3。 2．在類似A―→B―→C―→D的食物網(wǎng)中，計(jì)算生物量變化的“最多”或“最少”時(shí)，還應(yīng)遵循以下原則 (1)食物鏈越短，最高營養(yǎng)級(jí)獲得的能量越多。 (2)生物間的取食關(guān)系越簡單，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程中消耗的能量越少。 具體計(jì)算方法總結(jié)如下：

2、 如已知D營養(yǎng)級(jí)的能量為M，計(jì)算至少需要A營養(yǎng)級(jí)的能量時(shí)，應(yīng)取最短食物鏈A―→D，并以20%的能量傳遞效率進(jìn)行計(jì)算，即為M÷20%；計(jì)算最多需要A營養(yǎng)級(jí)的能量時(shí)，應(yīng)取最長的食物鏈A―→B―→C―→D，并以10%的能量傳遞效率分別計(jì)算，即為M÷(10%)3。 (3)如果在食物網(wǎng)中，某一營養(yǎng)級(jí)同時(shí)從上一營養(yǎng)級(jí)的多種生物中獲得能量，計(jì)算某一生物獲得的能量或需要某一生物提供的能量時(shí)，首先，要注意某一生物“從不同食物鏈中獲得能量的比例”，或某一生物“給不同生物提供能量的比例”，然后按照各個(gè)單獨(dú)的食物鏈分別計(jì)算后合并。 3．巧用拼圖法解決能量流動(dòng)計(jì)算難點(diǎn) 輸入第一營養(yǎng)級(jí)的能量(W1)被分為兩部分：

3、一部分在生產(chǎn)者的呼吸作用中以熱能的形式散失了(A1)，一部分則用于生產(chǎn)者的生長、發(fā)育和繁殖。而后一部分能量中，包括現(xiàn)存的植物體B1、流向分解者的C1、流向下一營養(yǎng)級(jí)的D1。 (1)流經(jīng)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的總能量，即W1。將圖中第三營養(yǎng)級(jí)同化的總能量D2“拼回”第二營 養(yǎng)級(jí)，則剛好等于D1，即第二營養(yǎng)級(jí)同化的總能量；再將 D1“拼回”第一營養(yǎng)級(jí)，則剛好等于生產(chǎn)者固定的總能量W1?？梢?，在一個(gè)草原生態(tài)系統(tǒng)中，草原上所有生物的總能量都來自W1，所有生物總能量之和都小于(大于、等于、小于)W1(呼吸作用消耗的緣故)。 (2)能量傳遞效率不會(huì)是100%。從上圖可以看出，從第一營

4、養(yǎng)級(jí)向第二營養(yǎng)級(jí)能量的傳遞效率等于D1/W1，因此不會(huì)達(dá)到100%，一般情況下，能量傳遞效率為10%～20%。 [典例透析] 若人類獲取植物性食物與動(dòng)物性食物的比例是1∶1，將此食物結(jié)構(gòu)改為4∶1，能量流動(dòng)效率按10%計(jì)算，則調(diào)整后可供養(yǎng)的人口是前者的________倍？ 解析　若人類獲取植物性食物與動(dòng)物性食物的比例是1∶1，如下左圖，共需植物性食物的相對值為55；如果動(dòng)物性食物與植物性食物的比例是1∶4，則共需植物性食物的相對值是28(如下右圖)。前者對食物的消耗量是后者的1.96倍，這也就說明后者可供養(yǎng)的人數(shù)是前者的1.96倍。 答案　1.96 互動(dòng)探究 若上題改為：植物

5、向動(dòng)物及向人提供的能量比例由1∶1調(diào)整為1∶4，則調(diào)整后供養(yǎng)的人口是前者的多少倍？ 提示　設(shè)植物能量為M，則調(diào)整前，人所得能量為：M××10%＋M××(10%)2＝＋＝，調(diào)整后人所得能量為M××10%＋M××(10%)2＝＋＝，則調(diào)整后∶調(diào)整前比值為/≈1.49，即調(diào)整后供養(yǎng)的人口是調(diào)整前的1.49倍。 技巧點(diǎn)撥 若食物網(wǎng)中有多條食物鏈，計(jì)算某一生物獲得的能量或需要某一生物提供的能量時(shí)，首先，要清楚某一生物從不同食物鏈中獲得的能量的比例或某一生物給不同生物提供能量的比例；其次，要結(jié)合每條食物鏈中的能量傳遞效率。本題(1)中由貓頭鷹食物來源比例“遞推到植物”，(2)中則由“植物向下傳遞的

6、比例”順推到貓頭鷹；進(jìn)行上述類型能量流動(dòng)計(jì)算時(shí)務(wù)必應(yīng)搞清按“正推型”還是按“逆推型”計(jì)算，若由高營養(yǎng)級(jí)“食物來源比例”計(jì)算植物量，則需要由高營養(yǎng)級(jí)“遞推”至植物；若由植物“下傳比例”求所耗植物量則應(yīng)由植物“順推至高營養(yǎng)級(jí)，依據(jù)高營養(yǎng)級(jí)所獲得的同化量求所耗植物量”。 [專項(xiàng)集訓(xùn)] 1.如圖為一食物網(wǎng)。若要使丙體重增加x，已知其食用的動(dòng)物性食物(乙)所占比例為a，則至少需要的生產(chǎn)者(甲)的量為y，那么x與y的關(guān)系可表示為 (　　)。 A．y＝90ax＋10x　　　　 B．y＝25ax＋5x C．y＝20ax＋5x D．y＝10ax＋10x 解析　由題干中的“至少”可知

7、，應(yīng)該按最大傳遞效率20%計(jì)算，a表示動(dòng)物性食物(乙)所占比例，則1—a表示直接從生產(chǎn)者(甲)獲得食物所占比例，故有(1－a)x÷20%＋ax÷20%÷20%＝y(tǒng)，即y＝20ax＋5x。 答案　C 2．下圖為生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖，下列等式中不可能成立的是 (　　)。 A．B2＝A×(10%～20%) B．A＝F＋B1＋C1＋D1＋E1 C．A－(B1＋B3)＝C1＋C2＋C3 D．C3＝B2×(80%～90%) 解析　由于B2＝C1＋C2＋C3，C2＝B2×(10%～20%)，所以C3

8、F＋B1＋C1＋D1＋E1。 答案　D 3．(xx·石家莊二模，32)下圖表示一個(gè)草原生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，請據(jù)圖回答問題： 圖假設(shè)放養(yǎng)牲畜的食物90%來自牧草，且該系統(tǒng)能量從生產(chǎn)者到消費(fèi)者的傳遞效率為10%，從消費(fèi)者到消費(fèi)者的能量傳遞效率為20%。如果人增加的能量為200 kJ，那么其中來自牧草的能量為________kJ。 解析　人屬于第三營養(yǎng)級(jí)，若人的能量增加200 kJ，則放養(yǎng)的牧畜應(yīng)提供200÷20%＝1 000 kJ。按照10%的傳遞效率，來自草的能量為1 000÷10%×90%＝9 000 kJ。 答案　9 000 4.(xx·梁山一中月考)如圖所示食物網(wǎng)中，E是生

9、產(chǎn)者，共含有7.1×109 kJ的能量B生物種群總能量為2.3×108kJ，從理論上計(jì)算A最多獲得的能量是________。 解析　A最多獲得的能量為(7.1×109×20%－2.3×108)×20%＝2.38×108kJ。 答案　2.38×108kJ 5．(xx·山東濰坊一模，35)下圖甲是某草原生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)模式圖，圖中A、B、C、D表示生態(tài)系統(tǒng)的成分，圖乙為其中部分營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。請據(jù)圖回答。 (1)若草固定的總能量為6.8×109 kJ，食草昆蟲和鼠同化的總能量是1.3×108 kJ，則人最多能獲得能量________kJ。 (2)若蛇取食鼠的比例由調(diào)整到，從理論上分析，改變

10、取食比例后蛇體重增加1 kg，人能比原來多增重________kg。(能量傳遞效率按20%計(jì)算) 解析　(1)(6.8×109－1.3×108÷20%)×(20%)2＝2.46×108 kJ。(2)改變前：1 kg蛇消耗草為÷(20%)3＋÷(20%)2＝100 kg；改變后：1 kg蛇消耗草為÷(20%)3＋÷(20%)2＝50 kg，所以改變后與改變前相比節(jié)余的50 kg草可流向人。故人比原來增重了50×20%×20%＝2 kg。 答案　(1)2.46×108　(2)2 6．(xx·湖北八市聯(lián)考Ⅱ)如圖所示為?；~塘農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)局部的能量流動(dòng)，圖中字母代表相應(yīng)能量。請據(jù)圖回答以下問題

11、。 (1)流經(jīng)圖中生態(tài)系統(tǒng)的總能量為________(填字母)，桑樹呼吸作用所散失的熱能可用圖中的________(填字母)來表示，圖中的C和B1＋C1＋D1可分別表示桑樹和蠶用于________的能量。 (2)蠶同化的能量D＝________(填字母)。正常情況下的比值________(填“大于”、“小于”或“等于”)10%。將蠶沙(糞便)投入魚塘供給魚食用，蠶沙中所含的能量屬于第________營養(yǎng)級(jí)所含的能量，桑樹到蠶的能量傳遞效率是________。 (3)人工建立該生態(tài)系統(tǒng)的目的是實(shí)現(xiàn)對能量的________，從而提高能量的________。 解析　(1)流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的

12、總能量為桑樹通過光合作用所固定的太陽能總量，即A；生產(chǎn)者桑樹所固定的太陽能總量有一部分通過生產(chǎn)者的呼吸作用以熱能的形式散失，即圖中的B，另一部分則儲(chǔ)存在生產(chǎn)者體內(nèi)的有機(jī)物中用于生產(chǎn)者的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動(dòng)，即圖中的C；圖中D表示蠶同化的能量，D＝A1＋(B1＋C1＋D1)，A1表示蠶以呼吸作用散失的熱能，B1＋C1＋D1表示蠶用于自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動(dòng)的能量。(2)能量從第一營養(yǎng)級(jí)桑樹流向第二營養(yǎng)級(jí)蠶的傳遞效率為，一般來說，在10%～20%之間，而的比值要大于，因此，大于10%；蠶糞便中的能量屬于生產(chǎn)者(第一營養(yǎng)級(jí))所含的能量。桑到蠶的能量傳遞效率是×100%。(3)桑葉可以喂蠶，蠶沙可以喂魚，蠶和魚可以供人類利用，該人工生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能量的多級(jí)利用，提高了能量的利用率。 答案　(1)A　B　自身生長、發(fā)育、繁殖等生命活動(dòng) (2)A1＋B1＋C1＋D1　大于　一　×100% (3)多級(jí)利用　利用率