生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的計(jì)算易錯(cuò)題賞析

侯國(guó)順

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)是選擇性必修二生物與環(huán)境中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而能量流動(dòng)的計(jì)算更是學(xué)生的易錯(cuò)點(diǎn).以下是學(xué)生出錯(cuò)率較高的四類能量流動(dòng)計(jì)算的題型.

一、按比分配類

例1 由于“赤潮”的影響，一條6kg重的雜食性海洋魚死亡，假如該雜食性海洋魚的食物有1/3來自植物，1/3來自食草魚類，1/3來自以食草魚類為食的小型肉食魚類;那么按能量傳遞效率20%來計(jì)算，該雜食性魚從出生到死亡共需海洋植物（

）.

A. 310kg B.240kg C.180kg D.150kg

解析 由題意可以寫出如圖1所示食物網(wǎng).含有3條食物鏈：①海洋植物一雜食性海洋魚，②海洋植物一食草魚一雜食性海洋魚，③海洋植物一食草魚一小型肉食魚一雜食性海洋魚.雜食性海洋魚的食物1/3來自食物鏈①，1/3來自食物鏈②，1/3來自食物鏈③.所以按能量傳遞效率20%計(jì)算，該雜食性海洋魚通過食物鏈①消耗的海洋植物為6×1/3÷20%= lOkg，通過食物鏈②消耗的海洋植物為6×1/3÷20%÷20%= 50kg，通過食物鏈③消耗的海洋植物為6×1/3÷20%÷20%÷20%= 250kg，因此共需海洋植物為10 +50 +250 =310kg.答案選A.

例2圖2為某魚塘中部分生物所構(gòu)成的食物網(wǎng)，若鯉魚從各營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得的能量相同，且相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率均為20%.當(dāng)鯉魚同化50 kJ的能量時(shí)，則需要水生植物和浮游植物同化的能量為____kJ.

解析提示學(xué)生找出關(guān)鍵信息：鯉魚從各營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得的能量相同，學(xué)生容易誤解為從水生植物、蝸牛、蛤三種生物獲得的能量分別相同，實(shí)際是蝸牛和蛤作為同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)也就是第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)存在，所以鯉魚同化50 kJ的能量時(shí)，從第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)水生植物獲得的能量是25 kJ.即需要水生植物同化量為50÷2÷20% =125 kJ，從第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)蝸牛和蛤獲得的能量也是25 kJ，即需要水生植物和浮游植物同化量為50÷2÷20%÷20% =625 kJ.答案是750 kJ.

二、調(diào)整比例類

例3某研究小組開展了對(duì)某湖泊中環(huán)境問題的研究，他們首先選取了該湖泊中5種不同的生物A、B、C、D、E，并對(duì)其進(jìn)行消化道內(nèi)食物組成分析：然后又請(qǐng)當(dāng)?shù)睾囱芯克膶＜覍?duì)這5種生物體內(nèi)2種污染物的含量進(jìn)行了測(cè)定，如表1所示.分析回答：

（1）表中生物可能形成的食物鏈（網(wǎng)）為____（請(qǐng)用字母和箭頭表示）.

（2）若C中的能量不變，將B的食物比例由C：E=1：1調(diào)整為2：1.能量傳遞效率按10%計(jì)算，該生態(tài)系統(tǒng)傳遞給B的能量是原來的____倍（用分?jǐn)?shù)表示）.

（3）若不考慮D與A，將B的食物比例由C：E=1：1調(diào)整為C：E=1：2.能量傳遞效率按10%計(jì)算，則當(dāng)該生態(tài)系統(tǒng)承載相同數(shù)量的B時(shí)，需要C的數(shù)量是調(diào)整之前的 倍.

解析（l）根據(jù)表格消化道內(nèi)生物組成可知A、B、D、E四種生物每種生物食物的來源，如河蚌捕食水蚤和小球藻，以此類推可知表格中生物構(gòu)成的食物網(wǎng)如圖3所示.（2）該題中改變的是高營(yíng)養(yǎng)級(jí)B的食物比例，要逆推，設(shè)B的食物比例為C：E=1：1時(shí)，B獲得的能量是X，則消耗C的量為l/2X÷10%÷10%+l/2X÷10%=55x：設(shè)B的食物比例為C：E=2：1時(shí).B獲得的能量是Y，則消耗C的量為1/3Y÷10%÷10%+2/3Y÷10%=40Y;因?yàn)橹皇钦{(diào)整了B的食物比例而C中的能量不變，所以55X =40Y.即Y/X= 11/8.故該生態(tài)系統(tǒng)傳遞給B的能量是原來的11/8倍.答案是11/8. （3）該題與第2小題的區(qū)別在于第2小題里問的是B的食物比例改變前后B獲得的能量有何不同，生產(chǎn)者的量一定：而此題中B的食物比例改變前后B的數(shù)量不變，求消耗生產(chǎn)者量的變化.可以設(shè)B的能量為X，當(dāng)食物比例為C：E=1：1時(shí).需要的C為1/2x÷10%+1/2x÷10%÷10% =55x;當(dāng)食物由C：E為1：2時(shí)，B的能量不變，仍為x.需要的C為l/3x÷10%+ 2/3x÷lO%÷10%= 70x.即當(dāng)該生態(tài)系統(tǒng)承載相同數(shù)量的B時(shí)，需要的生產(chǎn)者數(shù)量是調(diào)整之前的倍數(shù)為70x÷55x=14/11倍，答案是14/11倍.

例4假設(shè)某農(nóng)家樂生態(tài)系統(tǒng)將所生產(chǎn)玉米的1/3作為飼料養(yǎng)雞，2/3供人食用，生產(chǎn)出的雞供人食用，現(xiàn)調(diào)整為2/3的玉米養(yǎng)雞，1/3供人食用，生產(chǎn)出的雞仍供人食用，能量傳遞效率按10%計(jì)算.理論上，該農(nóng)家樂生態(tài)系統(tǒng)供養(yǎng)的人數(shù)將會(huì)是原來的

，

解析該題為將低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的去向比例進(jìn)行了調(diào)整，應(yīng)正推，設(shè)玉米的量為a，調(diào)整前后不變.則調(diào)整前供養(yǎng)的人數(shù)為a x2/3×10% +a×1/3×10%×10% =7a/100.調(diào)整后供養(yǎng)的人數(shù)為a×1/3×10%+a×2/3×10%×10% =4a/100.所以該農(nóng)家樂生態(tài)系統(tǒng)供養(yǎng)的人數(shù)將會(huì)是原來的4/7.答案是4/7.

三、補(bǔ)償輸入類

例5某地出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的自然災(zāi)害，導(dǎo)致此區(qū)域的自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境被破壞，圖4為被毀的自然保護(hù)區(qū)在人為干預(yù)下恢復(fù)過程中的能量流動(dòng)圖[單位：10 3kj/（m2.a）].請(qǐng)分析并回答下列問題.

（l）該生態(tài)系統(tǒng)中流人生物群落的總能量來源于____.

（2）生產(chǎn)者、植食動(dòng)物同化的總能量分別是____、____.植食動(dòng)物用于自身的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖等的能量值是_____.

（3）在人為干預(yù)下，能量在第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)到第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)的傳遞效率是____（結(jié)果保留一位小數(shù)）.

解析（1）該生態(tài)系統(tǒng)中流人生物群落的總能量來源于光能和輸入的有機(jī)物中的化學(xué)能，學(xué)生容易把補(bǔ)償輸入的能量忽略掉.（2）一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)輸入的能量等于該營(yíng)養(yǎng)級(jí)輸出的能量，所以生產(chǎn)者同化的總能量為23 +3+ 14 +70 =110×10 3U/（m2.a），植食動(dòng)物同化的總能量為14 +2 =4 +9 +0.5 +2.5= 16×10 3 kj/（ m2.a）.植食動(dòng)物用于自身的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖等的能量值等于同化量減去呼吸散失的熱能即16 -4= 12×10 3kj/（ m2.a）.（3）該題學(xué)生容易生搬硬套用第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量比第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量，卻忽略了第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)還有補(bǔ)償輸入的能量.所以應(yīng)該用第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)輸入第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量比第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量，即2.5÷16×100%≈15. 6%.

答案：（1）光能和輸入的有機(jī)物中的化學(xué)能;（2）1.1×105 U/（m2.a） 1.6×10 4kJ/（m2.a）1.2×10 4kJ/（m2.a）; （3） 15. 6%

四、信息隱藏類

例6圖5為人工創(chuàng)建的一個(gè)簡(jiǎn)易生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的模式圖，經(jīng)調(diào)查，農(nóng)作物和雞的部分能量值（單位：10 5kJ）如表2所示（本小題不考慮雞從飼料中獲得的能量）.

（1）據(jù)上表分析可知，農(nóng)作物的凈同化量_____.人從農(nóng)作物和雞中獲取的能量是_____.

（2）第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)與第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率約為_____.

解析（1）由表格數(shù)據(jù)可知，農(nóng)作物固定的太陽(yáng)能為1. 85×107 kJ，呼吸消耗量為0.75×10 7 kJ，其凈同化量為1. 85×10 7 kJ -0.75×10 7 kJ=1.1×10 7 kj;該部分能量又可以分為三部分：分解者分解利用的能量、未利用的能量、流人下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量.而表格中并沒有給出流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量，該部分隱藏了.其數(shù)值為（185 - 75 - 21 - 58）×10 5=3.1 x10 6 kJ.下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)包括人和雞，人從農(nóng)作物中獲取的能量還需減去雞的同化量，即（31 -17） x10 5=1.4×10 6 kJ;人從雞中獲取的能量是（17 -10 -1-3） x105 =3x10 5 kJ.因此人從農(nóng)作物和雞中獲取的能量是1.4×10 6 +3×10 5= 1.7 x106 kJ.

（2）第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)與第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率即為人從雞中獲取的能量÷雞同化的總能量×100% =3×10 5÷（1.7×10 6）×100%≈17. 6%.

答案：（1）1.1×107 kJ

l.7 x107 kJ

（2）17. 6%

（收稿日期：2022 - 02 - 20）