例析食物網中不同比例能量傳遞的計算

趙汗漫

【摘要】生態系統能量流動的渠道是食物鏈和食物網，食物網是由許多食物鏈彼此相互交錯連接成的復雜營養結構。在食物網中高營養級生物可以從不同食物鏈獲取能量，當不同食物鏈提供不同比例時，相關的能量計算錯綜復雜，解答時易于出錯且不易理解。為了全面把握相關內容，現將常見類型歸納為以下幾種情況。

【關鍵詞】食物鏈?食物網?能量傳遞效率

一、食物鏈不同取食比例不同

計算某一營養級生物從食物網中不同食物鏈按不同比例獲取能量，應以食物鏈為基礎，按照從不同食物鏈獲得的食物比例分別計算，再將各條食物鏈中的能量值相加。

例1：由于“赤潮”的影響，一條4Kg重的雜食性海洋魚死亡，假如該雜食性海洋魚的食物有1/2來自植物，1/4來自草食魚類，1/4來自以草食魚類為食的小型肉食魚類，按能量流動效率20%計算，該雜食性魚從出生到死亡，共需海洋植物（?）。

A.160㎏?B.120㎏?C.60㎏?D.100㎏

解析：依題意，各生物之間的食物網如下：

從食物網可看出，雜食魚的食物來自三條食物鏈，分別是：（1）植物→雜食魚;（2）植物→草食魚類→雜食魚;（3）植物→草食魚類→小型肉食魚類→雜食魚。

按能量傳遞效率以20%計算，根據題干中食物比例可推知，4kg重的雜食魚中，有4×1/2=2kg的生物量來自植物，據第（1）條食物鏈計算實際消耗植物的量為2÷20%=10kg;有4×1/4=1kg的生物量來自草食魚類，據第（2）條食物鏈計算實際消耗的量為1÷20%÷20%=25kg;有4×1/4=1kg的生物量來自小型肉食魚類，據第（3）條食物鏈計算實際消耗植物的量為1÷20%÷20%÷20%=125kg。綜上共消耗植物的量為10+25+125=160kg。

答案：A

變式1.已知在如下圖所示的食物網中，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____________。

答案：y=100a-90ax。

提示：由食物網可知，C從A→C和A→B→C兩條食物鏈獲得能量，從A直接獲得能量情況是：已知C從A直接獲得的比例為x，則直接獲得的能量為ax，按最低的能量傳遞效率10%計算，需要消耗A的能量為ax÷10%=10ax;從A經B傳遞間接獲得能量情況是：從A經B傳遞間接獲得的比例為（1-x），則間接獲得的能量為（1-x）a，按最低的能量傳遞效率10%計算，需要消耗A的能量為（1-x）a÷10%÷10%=100（1-x）a。那么消耗A的總能量y=10ax+100（1-x）a=100a-90ax。

二、不同食物鏈取食比例改變

某一生物從食物網中不同食物鏈獲取能量，當改變不同食物鏈取食比例，該營養級生物獲取的能量也發生改變。計算時要弄清楚改變不同食物鏈取食比例前后的變化，應以食物鏈為基礎，逐一計算出不同取食比例情況下的能量，再將結果進行比較。

例2.某生態系統中存在如圖所示的食物網，如將C的食物比例由A：B=1：1調整為2：1，能量傳遞效率按10%計算，該生態系統能承載C的數量是原來的（?）。

A.1.875倍?B.1.375倍?C.1.273倍?D.0.575倍

解析：由食物網可知，生物C從兩條食物鏈獲得能量，即A→C和A→B→C。當C的食物比例A：B=1：1時，設該生態系統能承載C的數量為a，每一個個體能量為x，按10%傳遞效率推理可知，需要A的量是1/2ax÷10%+1/2ax÷10%÷10%=55ax;當C的食物比例A：B=2：1時，設該生態系統能承載C的數量為b，每一個個體能量仍為x，按10%傳遞效率推理得出，需要A的量是2/3bx÷10%+1/3bx÷10%÷10%=40bx，由于生產者沒有改變，所以流向該生態系統的總能量改變前后沒有變化，則55ax=40bx，b/a=55/40=1.375。

答案：B

變式2.下圖是某草原生態系統中部分營養結構。請據圖回答：

（1）若草固定的總能量為6.8×109kJ，食草昆蟲和鼠同化的總能量是1.3×108kJ，則人最多能獲得能量kg。

（2）若蛇取食鼠的比例由1/4調整到3/4，能量傳遞效率按20%計算，從理論上分析，改變取食比例后蛇體重增加lkg，人能比原來多增重kg。

答案：（1）2.46×108?（2）2

提示：（1）在該生態系統中，要使人獲得能量最多，能量傳遞效率應為20%，草固定的總能量為6.8×109kg，羊、食草昆蟲和鼠都以草為食屬于同一營養級生物，它們從A中獲得的能量最多是6.8×108×20%=13.6×108，其中食草昆蟲和鼠同化的總能量是1.3×108kg，羊從中獲得的能量為13.6×108-1.3×108=12.3×108kg。能量再由羊流入到人，人最多能獲得能量12.3×108×20%=2.46×108kg。（2）改變食物比例前蛇增重1kg，消耗草為3/4÷20%÷20%÷20%+1/4÷20%÷20%=100kg;改變食物比例后蛇增重1kg，消耗草為1/4÷20%÷20%÷20%+3/4÷20%÷20%=50kg。改變食物比例后節余的草量為：100-50=50kg，這50kg節余的草中的能量經羊流入到人，使人能比原來多增重：50×20%×20%=2kg。

三、相鄰營養級生物傳遞相同

當某一營養級的生物從前一營養級的不同生物處獲得的能量相等時。能量計算應以食物鏈為基礎，按照營養級逐級分別進行，再將所得值相加。

例3.在如下圖所示的食物網中，已知各營養級之間的能量轉化效率為10%，若一種生物攝食兩種上一營養級的生物時，兩種被攝食的生物量相等，則丁每增加10kg生物量，需消耗生產者________kg。

解析：由食物網可知，與丁食物來源相關的食物鏈有三條：戊→庚→丁→丙，戊→甲→丁→丙，戊→己→甲→丁→丙。丁以甲和庚為食，則按能量傳遞效率10%計算，且一種生物攝食兩種上一營養級的生物時，兩種被攝食的生物量相等，則各需甲、庚10kg÷10%÷2=50kg。庚要增長50kg則需戊50kg÷10%=500kg。甲攝食己和戊使之增長50kg，則各需己和戊50kg÷10%÷2=250kg。己要增長250kg則需攝食戊250kg÷10%=2500kg。共需戊：500+2500+250=3250kg。

答案：3250

變式3.下圖食物網中，假設每個營養級的生物從前一營養級的不同生物處獲得的能量相等。則人的體重每增加1Kg，至少需要消耗水藻Kg。

答案：975

提示：由題意可知，人從大魚和小魚處獲得的能量是相等的，小魚從蝦和水藻處獲得的能量是相等的。

總之，要解決好食物網中不同比例能量傳遞的計算，應該依據相關食物鏈確定好比例和能量流動效率，分別進行計算才是解決這類問題的最佳辦法。

參考文獻：

[1]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書：生物必修3穩態與環境[M].北京：人民教育出版社，2007.