高中生物专题09 能量流动的相关计算-备战2021年高考生物核心考点透析（无答案）

专题09  能量流动的相关计算

1. 食物链中能量的“最值”计算

设食物链A→B→C→D，分情况讨论( 如下表 )：

(1)  能量传递效率未知时( 按20% 即1/5、10% 即1/10计算 )

(2)  已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。例如，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。

2. 在食物网中分析

在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率约为10%～20%，一般从两个方面考虑：

3. 利用“拼图法”巧解能量流动

(1)  输入第一营养级的能量(W1)即生产者的同化量被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖。而后一部分能量中包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。

(2)  第一营养级向第二营养级的能量传递效率＝(D1/W1)×100%，第二营养级向第三营养级的能量传递效率＝(D2/D1)×100%。

在具体计算时务必先澄清分流比例求解中应“顺推(用乘法)”还是“逆推(用除法)”，以为例。

①若已知“植物同化量(A)”，并告知其“传向动物与直接传向人比例由1∶1调整为1∶2”，求解人最多增重变化(M)，计算时宜“顺推(用乘法)”

调整前：A··＋A··()2＝M1

调整后：A··＋A··()2＝M2

②若已知“人同化量(M)”并告知人的食物来源“素食、肉食由1∶1调整为2∶1”，求解最少需要植物量(A)，计算时应“逆推(用除法)”

调整前：＋＝A1

调整后：＋＝A2　　　

【典例1】 下图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少需消耗水藻________kg，最多消耗水藻________kg。

审题指导　能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%。求最少消耗水藻量时，选最短的食物链，即水藻→小鱼→人，能量传递效率按20%计算，设最少消耗水藻为x，则x×20%×20%＝1 kg，x＝25 kg；求最多消耗水藻量时，选最长的食物链，即水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人，能量传递效率按10%计算，设最多消耗水藻为y，则y×10%×10%×10%×10%×10%＝1 kg，y＝100 000 kg。

答案　25　100 000

【典例2】 如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值(单位为103 kJ·m－2·a－1)。顶位肉食动物从上一营养级获得的能量为0.25，则肉食动物从上一营养级获得的能量为________；能量从该生态系统的第二营养级到第三营养级的传递效率约为________。第一营养级到第二营养级的传递效率约为________。

审题指导　(1)因顶位肉食动物从上一营养级获得的能量为0.25(103 kJ·m－2·a－1)，流入肉食动物的总能量＝0.25＋0.05＋5.1＋2.1＝7.5(103 kJ·m－2·a－1)，又因为有机物输入为5(103 kJ·m－2·a－1)，则肉食动物从上一营养级获得的能量为7.5－5＝2.5(103 kJ·m－2·a－1)。

(2)该生态系统的第二营养级(植食动物)的能量＝2.5＋0.5＋9＋4＝16(103 kJ·m－2·a－1)，能量从该生态系统的第二营养级到第三营养级的传递效率＝2.5÷16×100%≈15.6%。

(3)第一营养级流入到第二营养级的能量＝16－2＝14(103 kJ·m－2·a－1)，第一营养级的能量＝14＋3＋70＋23＝110(103 kJ·m－2·a－1)，则第一营养级到第二营养级的传递效率＝14÷110×100%≈12.7%。

答案　2.5　15.6%　12.7%

【典例3】 (1)若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是1∶1，将此食物结构改为4∶1，能量传递效率按10%计算，则调整后可供养的人口是前者的________倍。

(2)若植物向动物及向人提供的能量比例由1∶1调整为1∶4，能量传递效率按10%计算，则调整后供养的人口是前者的________倍。

审题指导

(1)若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是1∶1，如下左图，共需植物性食物的相对值为55；如果动物性食物与植物性食物的比例是1∶4，则共需植物性食物的相对值是28(如下右图)。前者对食物的消耗量是后者的1.96倍，这也就说明后者可供养的人数是前者的1.96倍。

(2)设植物能量为M，则调整前，人所得能量为：M××10%＋M××(10%)2＝＋＝，调整后人所得能量为M××10%＋M××(10%)2＝＋＝，则调整后∶调整前为/≈1.49，即调整后供养的人口是调整前的1.49倍。

答案　(1)1.96　(2)1.49

1.若某草原生态系统只存在下面的食物关系，尝试完成问题。

(1)假如猫头鹰的食物有来自兔，来自鼠，来自蛇，那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为________。

(2)假如植物有被兔所食，有被鼠所食；鼠有直接被猫头鹰捕食，有被蛇捕食后流入猫头鹰体内。那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为________。(精确到个位数)

解析　(1)在生态系统中，能量传递效率为20%时，能量在流动过程中损失最小，可消耗最少的植物，为最高营养级提供最多的能量。因此，若计算使猫头鹰增加20 g体重至少消耗的植物质量，则能量按20%传递。设猫头鹰从不同食物链消耗的植物分别为a、b、c，可写出：

列方程式得：a×20%×20%＝20×2/5，b×20%×20%＝20×2/5，c×20%×20%×20%＝20×1/5。

解得：a＝200(g)、b＝200(g)、c＝500(g)，a＋b＋c＝900(g)。

(2)设猫头鹰从三条食物链中获得的能量依次为e、f、g，植物固定的总能量为h。根据题意，可绘图如下：

列方程式得：2h/5×20%×20%＝e，(3/5)×(2/3)h×20%×20%＝f，(3/5)×(1/3)h×20%×20%×20%＝g，e＋f＋g＝20 g。解得：h≈595(g)。

答案　(1)900 g　(2)595 g

2.如图为一食物网。若要使丙体重增加x，已知其食用的动物性食物(乙)所占比例为a，则至少需要的生产者(甲)的量为y，那么x与y的关系可表示为(　　)

A.y＝90ax＋10x   B.y＝25ax＋5x

C.y＝20ax＋5x   D.y＝10ax＋10x

解析　由题干中的“至少”可知，应该按最大传递效率20%计算，a表示动物性食物(乙)所占比例，则1－a表示直接从生产者(甲)获得食物所占比例，故有(1－a)x÷20%＋ax÷20%÷20%＝y，即y＝20ax＋5x。

答案　C

一、选择题：

1.某相对封闭的生态系统中除分解者外共有五个种群(每个种群只占一个营养级)，其能量调查如下表所示：

下列对该表数据作出的分析，正确的是(　　)

A．该生态系统的营养结构可表示为戊→乙→丙→甲→丁

B．当甲与丙无捕食关系时，每相邻两营养级之间能量的传递效率都相等

C．该生态系统中甲的数量增加以后，会导致丙的数量减少，乙的数量增加

D．去除甲和丁后，丙增多乙减少

2.在能量金字塔中，生产者固定能量时产生了240 mol O2，若能量传递效率为10%～15%时，次级消费者获得的能量最多相当于多少mol葡萄糖？(　　)

A.0.04     B.0.4      C.0.9       D.0.09

3.某生态系统中存在下列食物网，若A固定的太阳能总量为M，则C获得的能量范围大约是(　　)

A.1/100·M～1/10·M               B.1/250·M～1/25·M

C.1/10 000·M～1/25·M            D.M～1 000 M

4．下面为能量流经某生态系统第二营养级的示意图(单位J·cm－2·a－1)，据图分析，有关说法正确的是(　　)

A．第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是100J·cm－2·a－1

B．该生态系统第一营养级同化的能量至少为400J·cm－2·a－1

C．能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是20%

D．该生态系统第三营养级同化的能量是15J·cm－2·a－1

5．下表是有机物从植物传递到植食性动物鳞翅目幼虫过程中能量流动的情况，根据表中数据不能得出的结论是(　　)

A.从植物流入鳞翅目幼虫的能量是419J

B．食物中的能量有约15%用于幼虫自身的生长

C．鳞翅目幼虫从第一营养级获取的能量有一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，因此能量在生态系统中的流动是不可循环的

D．鳞翅目幼虫摄入419J的能量，第一营养级至少需同化1047.5J的能量

6．如图所示的食物网中，戊的食物有1/2来自乙，1/4来自丙，1/4来自丁，且能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消费者到消费者的能量传递效率为20%。若戊体重增加20g，需要消耗植物(　　)

A．1125g       B．1600g           　C．2000g           D．6500g

7．下表是某生态系统中能量流动情况的调查结果，表中甲、乙、丙、丁、戊分别代表构成该生态系统食物网的主要种群[表中数据单位：×102kJ/(m2·a)]。下列说法错误的是(　　)

A.表中的丙为生产者

B．表中的种群构成2条食物链

C．当某种原因导致乙大量减少时，戊的数量仍能保持相对稳定

D．第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率约为18%

8．如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为：103kJ/(m2·a)]。下列说法错误的是(　　)

A．图中A代表的生理过程是细胞呼吸

B．第二营养级到第三营养级的能量传递效率为15.625%

C．该生态系统中生产者固定的总能量是9.6×104kJ/(m2·a)

D．捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性

9．图甲表示某自然保护区的能量流动过程[单位：×103kJ/(m2·a)]，A、B、C、D代表不同类型的生物，每一营养级所同化的能量都被分为E1、E2两部分；图乙表示某一种野生动物的数量变化曲线。下列叙述正确的是(　　)

A．图甲中C代表分解者，E1表示流入下一营养级的能量

B．为了保证各营养级能量的需求，随着营养级升高，人为输入的有机物应该增加，图中第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为16.7%

C．图乙ab段表示地震后该动物数量骤减，决定其数量变化的主要因素是出生率和死亡率

D．为了保护该物种不至于被灭绝，在b点应采取就地保护措施，为其提供最后的生存机会

10.某生态系统中存在如图所示的食物网，如将丙的食物比例由甲∶乙＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载丙的数量是原来的(　　)

A.1.375倍       B.1.875倍      C.1.273倍     D.0.575倍

11.在右图所示的食物网中，已知各营养级之间的能量传递效率为10%，若一种生物摄食两种上一营养级的生物时，两种被摄食的生物量相等，则丁每增加10 kg生物量，需消耗生产者多少千克？(　　)

A.250        B.500        C.2 500          D.3 250

12．如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为103 kJ/(m2·a)]，下列说法错误的是(　　)

A．图中A代表的生理过程是呼吸作用

B．第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为15.6%

C．该生态系统中生产者固定的总能量是9.6×104 kJ/(m2·a)

D．捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性

二、非选择题

13．如 图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值(单位为103 kJ·m－2·a－1)。顶位肉食动物从上一营养级获得的能量为0.25，则肉食动物从上一营养级获得的能量为________；能量从该生态系统的第二营养级到第三营养级的传递效率约为________。第一营养级到第二营养级的传递效率约为________。

14.下表是对某水生生态系统营养级和能量流动情况的调查结果，表中A、B、C、D分别表示不同的营养级，E为分解者。Pg表示生物同化作用固定能量的总量，Pn表示生物体贮存的能量(Pn＝Pg－R)，R表示生物呼吸消耗的能量。

单位：102 kJ/(m2·a)

回答下列问题：

(1)能量流动是从A、B、C、D中的哪个营养级开始的__________。判断依据是____________________________________________。

(2)该生态系统中能量从第三营养级传递到第四营养级的效率约为__________。

(3)从能量输入和输出角度看，该生态系统的总能量是否增加？__________(填“是”或“否”)，原因是________________________________________________________________。

15.如图是以种植玉米为主的某农田生态系统整个生长季节能量流动示意图，数值单位为kJ/cm2，输入该农田生态系统的总能量________(填“小于”“等于”或“大于”)玉米固定的太阳能总量。已知图中生产者同化的能量有160 kJ/cm2未被利用，由此可知，生产者用于生长、发育和繁殖的能量有__________ kJ/cm2，由初级消费者到次级消费者的能量传递效率为________。

16.下图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少需消耗水藻________kg，最多消耗水藻________kg。

17．图甲是某生态农业的结构模式图，图乙表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值。据图回答下列问题：

(1)图甲中的________是生态系统的基石，从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的最大优点是_____________________________________________________________。

(2)一般地说，农田生态系统的__________稳定性较低，若此生态系统遭到酸雨危害，首先受到影响的是____________，从而影响生态系统的稳定性。

(3)沼气池中的微生物在生态系统中的成分属于________。

(4)若图乙中A表示某食物网中第二营养级所摄入的全部能量，则B表示________________；C表示_______________________________________________________；F表示_________________________________________________________________________。图乙中的a＝_______________________________________________(填能量值的符号)。

18．某草原生态系统中的食物链如图甲所示，部分能量去向统计数据如图乙所示单位是kJ/(m2·a)，回答下列问题：

甲

乙

(1)图甲种间关系中同时具有捕食和竞争关系的生物是____________。

(2)若图中蜘蛛种群数量大量减少，则蛇的种群数量会________。

(3)从长远的能量去向来看，据图乙推算，食草昆虫用于生长、发育、繁殖的能量为______________kJ/(m2·a)，其中被分解者分解利用的能量为______________kJ/(m2·a)。

(4)研究生态系统能量流动对人类的意义：①帮助人们科学规划、设计人工生态系统，提高能量利用率；②_____________________________________________________________。

19．某种植玉米的农场，其收获的玉米子粒既可作为鸡的饲料，也可作为人的粮食，玉米的秸秆加工成饲料喂牛，生产的牛和鸡供人食用，人、牛、鸡的粪便经过沼气池发酵产生的沼气作为能源，沼渣、沼液作为种植玉米的肥料。据此回答(不考虑空间因素)：

(1)请绘制由上述动植物组成的食物网。____________

(2)牛与鸡之间 ________(有、无)竞争关系，理由是__________________________。 人与鸡的种间关系是________________。

20．下表是对巢湖某水域生态系统营养级和能量流动情况的调查结果。表中A、B、C、D、E分别表示不同的营养级，F为分解者；Pg表示生物同化作用固定能量的总量；Pn表示生物贮存的能量；R表示生物呼吸消耗的能量；能量单位为102kJ/(m2·a)。请分析回答：

(1)流入该生态系统的总能量为___________；该生态系统中食物链(或食物网)的构成为_____________。

(2)据表中数据推出Pg、Pn和R之间的关系是：Pn＝_________。

(3)次级消费者到三级消费者之间的能量传递效率是_______________。

(4)除A、B、C、D、E、F外，再加上__________________就构成了完整的生态系统。