生態系統中能量流動效率問題點撥

安徽省安慶一中 金久

生態系統中能量流動效率問題點撥

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有關能量流動的知識是高中生物教材中的重點和難點。關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）上進行能量傳遞的計算

例1 某生態系統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平衡遭到破壞的是（ ）。

A.W1＞10W2B.W1＞5W2C.W1＜10W2D.W1＜5W2

解析 生態系統中能量流動的效率一般為10%～20%，即一般情況下上一營養級傳遞給下一營養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高于20%，食物鏈和生態系統的穩定性都受到了破壞，影響了生物的可持續發展，因而最有可能使生態平衡遭到破壞。故選D。

解析 據題意，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的函數關系式為。

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的函數關系式為：y=100a-90ax。

二、從能量流動渠道進行分析

例4 下列有關生態系統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.當狼捕食兔子并同化為自身的有機物時，能量就從第一營養級流入第二營養級

C.生產者通過光合作用合成有機物，能量就從非生物環境流入生物群落

D.生態系統的能量是伴隨物質而循環利用的

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

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

A.①是流入該生態系統的總能量

D.③和④分別屬于草和兔同化量的一部分

解析 流入該生態系統中的總能量應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、在實踐應用中綜合分析

例6 1957年，美國的生態學家對佛羅里達州的銀泉進行了生態系統營養級和能量流動情況的調查，下表是調查結果。表中的①②③④分別表示不同的營養級，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.生態系統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.若該生態系統維持現在能量輸入、輸出水平，則有機物的總量會增多

D.④營養級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。整個系統能量輸入量大于總輸出量，故系統的有機物總量會增多。故選C。

例7 某人工魚塘生態系統能量流動過程中部分環節涉及的能量值，如圖5所示。試回答下列有關問題。

（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）該生態系統的總能量是固定的。

（3）能量從該生態系統的第二營養級到第三營養級傳遞的效率約為。

（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能，這些能量都來自生產者光合作用固定的太陽能。能量從第二營養級到第三營養級的效率為（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，要維持高營養級生物的能量輸出，就需要為各營養級提供更多的物質和能量。答案為：（1）呼吸作用 （有機物中）穩定的化學能（2）生產者（3）13.9%（4）能量流動逐級遞減以及維持各營養級較高的能量輸出量