例析食物網(wǎng)中不同比例能量傳遞的計算

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(吉林省四平市第一高級中學(xué))

一、食物鏈不同取食比例不同

計算某一營養(yǎng)級生物從食物網(wǎng)中不同食物鏈按不同比例獲取能量，應(yīng)以食物鏈為基礎(chǔ)，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．160kg B．120kg C．60kg D．100kg

解析：依題意，各生物之間的食物網(wǎng)如下：

從食物網(wǎng)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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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(wǎng)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(shù)關(guān)系式為____________。

答案：y=100a-90ax。

提示：由食物網(wǎng)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(jīng)B傳遞間接獲得能量情況是：從A經(jīng)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(wǎng)中不同食物鏈獲取能量，當(dāng)改變不同食物鏈取食比例，該營養(yǎng)級生物獲取的能量也發(fā)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(yīng)以食物鏈為基礎(chǔ)，逐一計算出不同取食比例情況下的能量，再將結(jié)果進行比較。

例2.某生態(tài)系統(tǒng)中存在如圖所示的食物網(wǎng)，如將C的食物比例由A：B=1：1調(diào)整為2：1，能量傳遞效率按10%計算，該生態(tài)系統(tǒng)能承載C的數(shù)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(wǎng)可知，生物C從兩條食物鏈獲得能量，即A→C和A→B→C。當(dāng)C的食物比例A：B=1：1時，設(shè)該生態(tài)系統(tǒng)能承載C的數(shù)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(dāng)C的食物比例A：B=2：1時，設(shè)該生態(tài)系統(tǒng)能承載C的數(shù)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(chǎn)者沒有改變，所以流向該生態(tài)系統(tǒng)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(tài)系統(tǒng)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6.8×109kJ，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(diào)整到3/4，能量傳遞效率按20%計算，從理論上分析，改變?nèi)∈潮壤笊唧w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(tài)系統(tǒng)中，要使人獲得能量最多，能量傳遞效率應(yīng)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(yǎng)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(jié)余的草量為：100-50=50kg，這50kg節(jié)余的草中的能量經(jīng)羊流入到人，使人能比原來多增重：50×20%×20%=2kg。

三、相鄰營養(yǎng)級生物傳遞相同

當(dāng)某一營養(yǎng)級的生物從前一營養(yǎng)級的不同生物處獲得的能量相等時。能量計算應(yīng)以食物鏈為基礎(chǔ)，按照營養(yǎng)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(wǎng)中，已知各營養(yǎng)級之間的能量轉(zhuǎn)化效率為10%，若一種生物攝食兩種上一營養(yǎng)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(chǎn)者________kg。

解析：由食物網(wǎng)可知，與丁食物來源相關(guān)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(yǎng)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(wǎng)中，假設(shè)每個營養(yǎng)級的生物從前一營養(yǎng)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(wǎng)中不同比例能量傳遞的計算，應(yīng)該依據(jù)相關(guān)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。