高中生物补上一课6 能量流动分流模型解读及相关计算

高考常考，重点强化，思维建模，跨越障碍，全取高考拉分题eq \a\vs4\al\co1(重点题型1　能量流动分流模型解读)1.能量流经不同营养级示意图2.构建能量流动模型(表示方法)方法一：说明：两个去向：同化量(b)＝呼吸作用消耗量(d)＋用于生长发育和繁殖的能量(e)；摄入量(a)＝同化量(b)＋粪便量(c)方法二：说明：三个去向：同化量＝呼吸作用消耗量＋分解者分解量＋下一营养级的同化量方法三：说明：四个去向：同化量＝自身呼吸作用消耗量(A)＋未利用(B)＋分解者的分解量(C)＋下一营养级的同化量(D)【典例】 如图是生态系统的能量流动图解，N1～N6表示能量数值。请回答下列有关问题。(1)流经该生态系统的总能量为________(用N1～N6中的字母表示)。(2)由初级消费者传递给蜣螂的能量为________。(3)图中N3表示_______________________________________________________。(4)能量由生产者传递给初级消费者的传递效率为________________。(用N1～N6中的字母表示)。(5)生态系统具有自我调节能力的基础是________。若要提高生态系统的抵抗力稳定性，一般可采取的措施为________________________________________________________________。[审题指导]答案　(1)N2　(2)0　(3)生产者用于生长、发育和繁殖的能量　(4)N5/N2×100%　(5)负反馈调节　增加各营养级的生物种类(1)最高营养级能量去路只有流向分解者和呼吸消耗。(2)分解者分解作用的实质仍然是呼吸作用。(3)流经各营养级的总能量：对生产者而言强调关键词“固定”而不能说“照射”，对各级消费者而言强调关键词“同化”而不能说“摄入”。(4)若系统中含有输入的有机物(饵料、有机污染物等)，则总能量＝生产者固定的能量＋输入有机物中能量　　　1.下图表示能量流经某生态系统第二营养级示意图[单位J/(cm2·a)]，据图分析，有关说法正确的是(　　)A.该生态系统第一营养级同化的能量至少为400B.第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是100C.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15解析　题图为能量流经某生态系统第二营养级的示意图，其中A表示该营养级摄入的能量，B表示该营养级同化的能量，C表示该营养级用于生长、发育和繁殖的能量，D表示呼吸作用中以热能的形式散失的能量，E表示分解者利用的能量，B错误；题图仅表示能量流经第二营养级的过程，并不能得出第三营养级的同化量，因此无法计算由第二营养级到第三营养级的能量传递效率，C错误；由题图知次级消费者摄入的能量为15，而并非第三营养级同化的能量，D错误。答案　A2.(2019·洛阳市统考)图甲是草原生态系统中常见的能量金字塔，每层中的标号各代表一种生物。图乙代表该生态系统中部分营养级的能量流动示意图，其中的字母表示能量值(单位：kJ)。请据图回答下列相关问题：(1)请根据图甲绘制出该生态系统的食物网。(用图中标号和箭头表示)(2)图乙中，所示的生物不能构成一个群落的原因是____________________________________________________________________________________________；其中d表示________的能量；h所示的能量属于第________营养级；f所示能量散失的同时伴随的碳形式的变化是_______________________________________。(3)若用标志重捕法调查兔子的种群密度，实验中需要的数据除第一次捕获并标记的兔子数量外，还需要的数据有__________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)(2)没有包括此环境中的全部生物　兔子用于生长、发育和繁殖　一　含碳有机物转变成CO2(3)第二次捕获的兔子总数及其中被标记的兔子数eq \a\vs4\al\co1(重点题型2　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·eq \f(1,2)·eq \f(1,5)＋A·eq \f(1,2)·(eq \f(1,5))2＝M1调整后：A·eq \f(2,3)·eq \f(1,5)＋A·eq \f(1,3)·(eq \f(1,5))2＝M2②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：eq \f(M·\f(1,2),\f(1,5))＋eq \f(M·\f(1,2),（\f(1,5)）2)＝A1调整后：eq \f(M·\f(2,3),\f(1,5))＋eq \f(M·\f(1,3),（\f(1,5)）2)＝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×eq \f(1,2)×10%＋M×eq \f(1,2)×(10%)2＝eq \f(M,20)＋eq \f(M,200)＝eq \f(11M,200)，调整后人所得能量为M×eq \f(4,5)×10%＋M×eq \f(1,5)×(10%)2＝eq \f(2M,25)＋eq \f(M,500)＝eq \f(41M,500)，则调整后∶调整前为eq \f(41M,500)/eq \f(11M,200)≈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)1.491.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eq \f(2,5)来自兔，eq \f(2,5)来自鼠，eq \f(1,5)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eq \f(2,5)被兔所食，有eq \f(3,5)被鼠所食；鼠有eq \f(2,3)直接被猫头鹰捕食，有eq \f(1,3)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 g2.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＋5xC.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亮剑高考21　生态系统的功能(时间：15分钟)[规律方法]1.巧辨碳循环模式图解读：先找双向箭头 ，双向箭头两侧分别是大气中CO2库(C)和生产者(A)，有多个箭头指进去的是大气中CO2库(C)。2.弄清能量流动的去向解读：①摄入量－粪便量＝同化量；②某一营养级的能量去路一般有3个，自身呼吸作用消耗(a)、流入下一营养级(b)、被分解者分解利用(c)；③若定时分析，某一营养级的能量去路有4个，即还有未被利用的能量(d)。[方法体验]1.(2019·黑龙江实验中学开学考)如图是生态系统部分碳循环示意图。对其分析错误的是(　　)A.生产者是图中的AB.图中C能促进生态系统的物质循环和能量流动C.碳在B、C、D、E、F之间，流动的形式是有机物D.若完整表示碳循环，需补充化石燃料燃烧产生CO2解析　图中A为大气中的CO2库，E为生产者，A错误；C为分解者，能将动植物遗体残骸中的有机物分解成无机物，归还到无机环境，供植物利用，因此能促进生态系统的物质循环和能量流动，B正确；B为三级消费者，D为次级消费者，F为初级消费者，碳在B、C、D、E、F之间即在生物群落内部流动的形式是有机物，C正确；化石燃料燃烧产生CO2，也是碳循环的途径之一，需补充完整，D正确。答案　A2.(2019·黑龙江哈尔滨六中期末)物质循环、能量流动和信息传递是生态系统的基本功能。下列说法不正确的是(　　)A.碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的B.初级消费者同化的能量中，未利用的能量保证了生态系统的稳定性C.研究能量流动可以实现能量的多级利用，提高能量利用率D.信息传递可以发生在生态系统各种成分之间，而且都是双向的解析　碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的，A正确；生态系统之所以能维持相对稳定，是由于生态系统具有自我调节能力，B错误；研究能量流动可以实现能量的多级利用，提高能量利用率，C正确；信息传递可以发生在生态系统各种成分之间，而且都是双向的，D正确。答案　B3.(2019·安徽黄山八校联考)如图为某鱼塘中能量流动图解部分示意图，①②③④⑤各代表一定的能量值，下列各项中不正确的是(　　)A.在人工饲养的高密度鱼塘中，生产者同化量往往小于消费者的同化量B.图中④包含了三级消费者粪便中的能量C.在食物链中各个营养级能量输入的方式和形式是完全相同的D.第三营养级到第四营养级的能量传递效率为③÷②×100%解析　在人工鱼塘中，人们可通过投放饲料等措施来饲养更多的鱼类，人工饲养的高密度鱼塘中消费者的同化量往往大于生产者的同化量，A正确；粪便中的能量属于上个营养级流向分解者的，则④应包含三级消费者粪便中的能量，B正确；生产者通过光合作用获得能量，其他营养级生物通过捕食获得能量，且最高营养级的生物没有能量进入下一个营养级，C错误；能量传递效率利用相关营养级的同化量计算，第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为③÷②×100%，D正确。答案　C4.(2019·江西临川二中期中)科学家对某草原生态系统的能量流动进行研究，获得下表数据。下列有关叙述不正确的是(　　)A.该生态系统从第Ⅲ营养级到第Ⅳ营养级的能量传递效率为5.66%B.流经该生态系统的总能量是786.6 kJ/(m2·a)C.营养级之间的信息交流是双向的D.该生态系统遭受火灾后，发生的群落演替属于次生演替解析　分析数据可知，从第Ⅲ营养级到第Ⅳ营养级的能量传递效率为0.9 kJ/(m2·a)÷15.9 kJ/(m2·a)×100%＝5.66%，A正确；流经该生态系统的总能量是第一营养级固定的能量，但根据表格中的数据无法确定第一营养级的同化量，B错误；营养级之间的信息交流是双向的，C正确；该生态系统遭受火灾后，因为有土壤条件，甚至还有繁殖体，所以发生的演替是次生演替，D正确。答案　B5.(2019·湖南长沙一中模拟)图一是一个草原生态系统的物质循环示意图，其中甲、乙、丙为生态系统中的三种组成成分，a～d代表4种动物；图二是该生态系统中鼠摄食后能量的流向示意图，A～C代表能量。(1)草原群落中的碳元素进入无机环境的途径主要是________(填生理过程)，碳在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是________。(2)请写出图一中存在的食物链(网)： _________________________________________________________________________________________________________。(3)图二中B的含义为________________________；若A中能量为m，B中能量为n，鼠的天敌同化的能量为p，则该生态系统中从鼠到其天敌的能量传递效率为________。(4)每年的旱季来临时，草原的部分食草动物会迁徙到水草丰富的地带，这一过程体现了生态系统的________功能。解析　(1)草原群落中的碳元素进入无机环境的途径主要是各种生物的呼吸作用；碳在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是二氧化碳，在生物群落内传递的主要形式是含碳有机物。(2)分析图一，由于生产者既可以进行光合作用，又可以进行呼吸作用，因此其与大气之间的物质交换是双向的，由此可确定图中甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者；食物链中只包括生产者和消费者，由于营养级之间的能量传递效率为10%～20%，因此a属于第二营养级，b、c属于第三营养级，d属于第四营养级。该生态系统中的食物网为。(3)图二是该生态系统中鼠摄食后能量的流向示意图，其中A表示鼠同化的总能量；B表示用于鼠生长、发育和繁殖的能量；C表示被分解者利用的能量。根据题意知，A中能量为m，鼠的天敌同化的能量为p，则该生态系统中从鼠到其天敌的能量传递效率为eq \f(p,m)×100%。(4)每年的旱季来临时，草原的部分食草动物会迁徙到水草丰富的地带，体现了生态系统的信息传递功能。答案　(1)呼吸作用　二氧化碳(2)(3)用于鼠生长、发育和繁殖的能量　eq \f(p,m)×100%(4)信息传递已知问题思路求解由D“逆推”A(D净增重M)用“除法”至少需要A的量Yeq \f(M,（\f(1,5)）3)＝Y最多需要A的量Yeq \f(M,（\f(1,10)）3)＝Y由A“顺推”D(A净增重N)用“乘法”D最多增重的量YN(1/5)3＝YD至少增重的量YN(1/10)3＝Y从上个营养级流入的能量数/(kJ·m－2·a－1)呼吸消耗的能量数/(kJ·m－2·a－1)第Ⅰ营养级501.2第Ⅱ营养级141.079.1第Ⅲ营养级15.913.2第Ⅳ营养级0.90.5分解者221.7192.6