新教材适用2023_2024学年高中生物第3章生态系统及其稳定性微专题食物链网中生物数量及能量流动的相关计算课件新人教版选择性必修2

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第3章　生态系统及其稳定性微专题　食物链(网)中生物数量及能量流动的相关计算一、没有限制能量来源比例或能量分配比例的计算方法技巧：在没有限制能量来源比例或能量分配比例的情况下，已知高营养级同化量，求低营养级同化量时，最多按最长食物链、最低能量传递效率计算，最少按最短食物链、最高能量传递效率计算。典例1 在如下图所示食物网中，鹰要增加20 g体重，最多消耗植物______________g，最少消耗植物_________g。解析：已知高营养级同化量，求低营养级同化量，最多消耗按最长食物链：植物→鼠→蛇→鹰，能量传递效率按10%计算；最少消耗按最短食物链：植物→兔→鹰或植物→鼠→鹰，能量传递效率按20%计算。20 000500二、限制能量来源比例或能量分配比例的计算方法技巧：(1)限制能量来源比例或能量分配比例，当求最多需求量时，在限制范围内的所有食物链中按最低能量传递效率计算，当求最少需求量时，在限制范围内的所有食物链中按最高能量传递效率计算。(2)计算时注意当限制能量来源比例时，由高营养级向低营养级逐级递推，当限制能量分配比例时，假设求低营养级的需求量，由低营养级向高营养级逐级递推，同时要注意分配比例。典例2 若某草原生态系统只存在如下图所示的食物关系，尝试完成以下问题：(1)假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，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2/5被兔所食，有3/5被鼠所食；鼠有2/3直接被猫头鹰捕食，有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)900 g595 g解析：(1)若计算猫头鹰增重20 g至少消耗的植物质量，由于能量来源比例限制，只需确定能量传递效率按20%计算。设猫头鹰从不同食物链消耗的植物质量分别为a、b、c，可写出：从而计算出：a＝20×2/5÷20%÷20%＝200 g，b＝20×2/5÷ 20%÷20%＝200 g，c＝20×1/5÷20%÷20%÷20%＝500 g，故最少消耗的植物为a＋b＋c＝200＋200＋500＝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，植物固定的总量为h。根据题意可知：从而计算出：e＝2/5h×20%×20%，f＝3/5h×2/3×20%×20%，g＝3/5h×1/3×20%×20%×20%，e＋f＋g＝20 g，解出：h≈595 g。三、限制能量来源比例或能量分配比例及能量传递效率的计算方法技巧：限制能量来源比例或能量分配比例及能量传递效率时，实际就是固定值的计算问题。首先要注意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”或某一生物“给不同生物提供能量的比例”，然后按照多条食物链分别计算后合并，具体用到：(1)顺推法——能量分配调整，从前往后计算，即由植物后推，用“乘法”。(2)逆推法——能量来源调整，从后往前计算，即由高营养级前推，用“除法”。典例3 在如下图所示的食物网中，如果每个营养级的能量传递效率均为20%，且下一营养级从上一营养级各种生物中获得的能量相等。虎要获得1 kJ能量，则需要消耗草的能量为(　　)A．150 kJ　　　　　　 B．125 kJC．100 kJ D．75 kJD解析：每个营养级的能量传递效率均为20%，且下一营养级从上一营养级各种生物中获得的能量相等。在“草→兔→狐→虎”中，虎从草中获取的能量为1×1/2÷20%÷20%÷20%＝62.5 kJ；在“草→羊→虎”中，虎从草中获取的能量为1×1/2÷20%÷20%＝12.5 kJ；故需要消耗草的能量为62.5＋12.5＝75 kJ。四、能量来源比例改变的计算(1)若已知“植物同化量”(A)，并告知其“传向动物与直接传向人的比例由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×1/2×1/5＋A×1/2×(1/5)2＝M1调整后：A×2/3×1/5＋A×1/3×(1/5)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)”。典例4 回答以下有关能量计算的问题：(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，能量流动效率按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的比例由1︰1调整为1︰4，能量流动效率按10%计算，则调整后供养的人口是前者的___________倍。1.961.49解析：(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；若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。五、根据能量流动规律确定食物链(网)中生物的次序建立食物链或食物网，一是要根据题目所给的条件判断各生物之间的关系；二是要注意一般来说捕食者的数量少于被捕食者，但有例外，如一棵大树上有许多昆虫；三是上一营养级的总数量乘以平均质量一定大于下一营养级的。若题目中给出了各种生物的能量值，首先按照相邻两营养级之间的能量传递效率为10%～20%，确定各生物的营养级；其次还要注意同一营养级的两种生物之间能量差值的大小，两者能量之和是否是前一营养级的10%～20%，若能量的差值较大，说明这两种生物之间既有捕食关系又有种间竞争关系。典例5 某鱼塘生态系统具有由5个种群构成的捕食食物网，这5个种群及其固定的能量(单位略)如表所示。请回答下列问题：(1)该鱼塘生态系统中共有_____个营养级。表中未体现出的生物成分是_________。(2)表中乙和丙所示种群是该鱼塘的饲养对象，则根据表中数据不能计算出第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率，理由是________ __________________________________________________________。为了使能量更多地流向人类，可采取的措施是________________________。4分解者乙和丙种群固定的能量有一部分来自饲料，但这部分能量值表中并未给过人工捕捞一部分甲和丁解析：(1)根据题干信息和表格数据分析，表格中五种生物都参与构成食物网，为生产者和消费者，其中戊含有的能量最多为生产者，处于第一营养级；乙、丙的能量次之，且能量差不多，为初级消费者，处于第二营养级；甲的能量比初级消费者少，比丁多；说明甲是次级消费者，处于第三营养级；丁是三级消费者，处于第四营养级。(2)由于该鱼塘生态系统是人工生态系统，乙、丙为该鱼塘的饲养对象，故乙、丙所固定的能量有一部分来自饲料，表中未给数据，因此不能计算第一、二营养级的传递效率；为了使能量更多地流向人类，应尽量减少能量的浪费，该目的可以通过缩短食物链的方式实现，如人工捕捞一部分甲和丁。跟踪训练1．如果一个生态系统有四种生物，并构成一条食物链。在某一时间分别测得这四种生物(甲、乙、丙、丁)所含的个体数量和每种生物的平均体重如图所示。已知生物量＝生物个体数量×该种生物的平均体重，且生物量越大，该生物营养级越低。下列说法正确的是(　　)BA．丙处于第二营养级，为次级消费者B．若乙的种群数量增加，则会引起甲和丁的数量增加，丙的数量下降C．若丁的种群数量下降，则会引起乙和丙的数量下降，甲的数量上升D．若甲的种群数量下降，则会引起丙和丁的种群数量增加解析：由题意可知，生物量＝生物个体数量×该种生物的平均体重，生物量越大，该生物营养级越低，题中四种生物营养级从低到高分别是丁、丙、乙、甲，它们构成的食物链为丁→丙→乙→甲，其中丙处于第二营养级，为初级消费者，A错误；若乙的种群数量增加，则会引起丙的种群数量减少，丁因缺少天敌而数量增多，甲因食物增多而数量增多，B正确；丁作为生产者，其数量下降，丙、乙、甲的数量都要下降，C错误；若甲的种群数量下降，则会引起乙和丁的种群数量上升，丙的种群数量下降，D错误。2．如图是某池塘生态系统中的两条食物链，大量捕捞花鲢后，种群将有所变化。下列能正确反映短期内种群数量变化趋势的是(　　)A．绿藻上升　　　　　 B．白鲢下降C．水蚤下降 D．乌鱼上升B3．某生态系统中存在如图所示的生物关系。E生物种群含有的总能量为5.8×109 kJ，B生物种群含有的总能量为1.6×108 kJ，则理论上A生物种群含有的总能量最多是(　　)A．4.2×107 kJ B．2.0×108 kJC．1.0×108 kJ D．2.32×108 kJ解析：E为第一营养级，B、C、D均为第二营养级，三者获得的来自E的总能量最多为5.8×109×20%＝11.6×108(kJ)，再减去B的能量1.6×108kJ，C、D含有的能量为1×109 kJ，A既可捕食C，又可捕食D，其获得的总能量最多为1×109 ×20%＝2.0×108(kJ)。B4．某生态系统中存在如图所示的食物网。如将C的食物比例由A︰B＝1︰1调整为A︰B＝2︰1，其他条件不变，相邻两个营养级之间的能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的(　　)A．1.875倍 B．1.375倍C．1.273倍 D．0.575倍B解析：当C的食物比例A︰B为1︰1时，设C获得的能量为x，则需要A的能量为(1/2)x÷10%＋(1/2)x÷10%÷10%＝55x；当C的食物比例A︰B调整为2︰1时，设C获得的能量为y，需要A的能量为(2/3)y÷10%＋(1/3)y÷10%÷10%＝40y。两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x＝40y，则y＝1.375x，即该生态系统能承载C的数量是原来的1.375倍。5．下图是一草原生态系统中的食物网。请据图回答下列问题。(1)草原生态系统组成成分除图示生物外，还有__________________ ____________。(2)鹰与蛇的种间关系是_________________，鹰所处的营养级是_________________。分解者、非生物的物质和能量捕食、种间竞争第三、四营养级(3)如果鼠种群的死亡率较高，则鼠种群的数量一定会下降吗？_________，试分析原因：_______________________________________ _________________________。(4)能量沿食物链流动时逐级递减的原因是______________________ ____________________________________________________________。(5)假如鹰的食物中有2/5来自兔子，2/5来自鼠，其余来自蛇，则鹰增加10 g体重，最少需要消耗植物_________g。不一定出生率不能确定，如果出生率高于死亡率则种群数量上升，反之则下降每一营养级生物自身呼吸消耗；未被下一营养级捕食，作为排遗物、遗体等被分解者利用450解析：(1)草原生态系统组成成分中除食物链的生物成分外，还包括分解者、非生物的物质和能量。(2)鹰与蛇的种间关系是捕食和种间竞争。在食物链植物→兔→鹰中，鹰处于第三营养级；在食物链植物→鼠→蛇→鹰中，鹰处于第四营养级。(3)鼠种群的死亡率较高是否会导致其种群的数量下降要看具体情况，若出生率高于死亡率，则种群数量上升，若出生率小于死亡率，则种群数量下降。(5)“最少”提示应按20%的传递效率计算。通过食物链植物→兔→鹰，鹰增重10 g×2/5＝4(g)，最少需要消耗植物的量为4 g÷20%÷20%＝100(g)；通过食物链植物→鼠→鹰，鹰增重10 g×2/5＝4(g)，最少需要消耗植物的量为4 g÷20%÷20%＝100(g)；通过食物链植物→鼠→蛇→鹰，鹰增重10 g×1/5＝2(g)，最少需要消耗植物的量为2g÷20%÷20%÷20%＝250(g)。所以合计需要消耗植物100 g＋100 g＋250 g＝450(g)。