2021新高考生物人教版一轮学案：难点加强专题（六）　能量流动的相关计算

难点加强专题(六)　能量流动的相关计算 1．能量传递效率相关“最值”计算解题时，注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等字眼，从而确定使用10%或20%来解题。(1)食物链为A→B→C→D：已知D营养级增加的能量为M，则至少需要A营养级的能量＝M÷(20%)3；最多需要A营养级的能量＝M÷(10%)3。已知A营养级的能量为N，则D营养级最多可获得的能量＝N×(20%)3；最少可获得的能量＝N×(10%)3。(2)在类似的食物网中，计算生物量变化的“最多”或“最少”时，还应遵循以下原则：①食物链越短，最高营养级获得的能量越多。②生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。具体计算方法总结如下：2．关于“定值”的计算(1)同一食物链不同环节能量传递效率往往不完全相同，不涉及“最多”“最少”，计算时不能按10%或20%，而需按具体数值计算，如在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D的能量为M×a%×b%×c%。(2)如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。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%。例1 在下图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有来自兔子，来自鼠，来自蛇，那么猫头鹰若增加20 g体重，最少需要消耗植物(　B　)A．600 g　　 B．900 g　　　C．1 600 g　　 D．5 600 g[解析]　通过食物链(植物→兔→猫头鹰)，猫头鹰增重20 g×(2/5)＝8 g，最少需要消费植物的量为8 g×5×5＝200 g；通过食物链(植物→鼠→猫头鹰)，猫头鹰增重20 g×＝8 g，最少需要消耗植物的量为8 g×5×5＝200 g；通过食物链(植物→鼠→蛇→猫头鹰)，猫头鹰增重20 g×＝4 g，最少需要消耗植物的量为4 g×5×5×5＝500 g。所以合计至少消费植物200 g＋200 g＋500 g＝900 g。 　　例2 如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述不正确的是(　C　)A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1 250 kJB．从乙到丙的能量传递效率为15%C．将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率D．食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性[解析]　本题考查生态系统中能量流动的特点。能量流动从生产者固定的太阳能开始，流入该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量，即175＋200＋875＝1 250 kJ；从乙到丙的能量传递效率是30÷200×100%＝15%；将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量利用效率，但不能提高能量传递效率；食物链的营养关系一般不可逆，同时生产者不能利用热能，导致能量流动具有单向性。 课末总结 1．〔思维导图〕2．〔简答题常考长句分析〕1．生态系统都包含非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者四种成分。2．生产者通过光合作用或化能合成作用，把光能或化学能固定在它们制造的有机物中，被生物所利用，因此生产者是生态系统的基石。3．食物链的开始都是生产者，即第一营养级总是生产者，各种动物在不同的食物链中所处的营养级可能不同；食物链的最末都是最高营养级(消费者)，中间不能断，且一般不超过5个营养级。4．食物链和食物网是生态系统的营养结构，是生态系统能量流动和物质循环的渠道。5．(1)生态系统的能量来自生产者固定的太阳能，经食物链和食物网的传递，最终以热能形式散失。(2)能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减，有效传递效率只有10%～20%。3．〔探究高考·明确考向〕1．(2019·全国卷Ⅱ，6)如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示，并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔，则只有两个营养级的夏季草原生态系统(假设第一营养级是牧草，第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木，第二营养级是昆虫)数量金字塔的形状最可能是(　A　)A．前者为金字塔形，后者为倒金字塔形B．前者为倒金字塔形，后者为金字塔形C．前者为金字塔形，后者为金字塔形D．前者为倒金字塔形，后者为倒金字塔形[解析]　夏季草原生态系统中牧草的数量远多于羊的数量，该生态系统的数量金字塔呈金字塔形；森林生态系统中乔木的数量远少于昆虫的数量，该生态系统的数量金字塔呈倒金字塔形，A项正确。2．(全国卷Ⅲ，5)我国谚语中的“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。下列叙述正确的是(　C　)A．鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量B．该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者C．鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节D．鹰的迁入改变了该生态系统能量流动的方向[解析]　鹰迁入前，食物链为植物→蝉→螳螂→黄雀；鹰迁入后，食物链为植物→蝉→螳螂→黄雀→鹰；故鹰的迁入会使该树林中螳螂(蝉的天敌)的数量增加，蝉的数量减少，A错误。题干所述的食物链是捕食链，细菌是分解者，不参与该食物链的构成，即细菌产生的能量不能流向生产者，流向生产者的能量是太阳能，B错误。鹰的迁入使得最高营养级由第四营养级增加到第五营养级，增加了能量消耗的环节，C正确。能量流动是沿着食物链进行的，鹰的迁入没有改变该生态系统能量流动的方向，D错误。3．(2018·全国卷Ⅱ，31)大型肉食性动物对低营养级肉食性动物与植食性动物有捕食和驱赶作用，这一建立在“威慑”与“恐惧”基础上的种间关系会对群落或生态系统产生影响，此方面的研究属于“恐惧生态学”范畴。回答下列问题：(1)当某种大型肉食性动物迁入到一个新的生态系统时，原有食物链的营养级有可能增加。生态系统中食物链的营养级数量一般不会太多，原因是生产者固定的能量在沿食物链流动过程中大部分都损失了，传递到下一营养级的能量较少。(2)如果将顶级肉食性动物引入食物网只有三个营养级的某生态系统中，使得甲、乙两种植食性动物间的竞争结果发生了反转，即该生态系统中甲的数量优势地位丧失。假定该反转不是由于顶级肉食性动物的直接捕食造成的，那么根据上述“恐惧生态学”知识推测，甲的数量优势地位丧失的可能原因是甲对顶级肉食性动物的恐惧程度比乙高，顶级肉食性动物引入后甲逃离该生态系统的数量比乙多(答出一点即可)。(3)若某种大型肉食性动物在某地区的森林中重新出现，会减轻该地区野猪对农作物的破坏程度。根据上述“恐惧生态学”知识推测，产生这一结果的可能原因有大型肉食性动物捕食野猪；野猪因恐惧减少了采食(答出两点即可)。[解析]　(1)生态系统中能量沿食物链的传递特点是单向流动、逐级递减。食物链中生产者固定的能量在沿食物链流动过程中大部分都损失了，传递到下一个营养级的能量较少，所以一条食物链的营养级数量一般不会太多。(2)根据题中信息可知，顶级肉食性动物对环境中的植食性动物有驱赶作用，这种作用是建立在“威慑”与“恐惧”基础上的。甲的数量优势地位丧失的原因可能是其对顶级肉食性动物的恐惧程度比乙高，导致甲逃离该生态系统的数量比乙多。(3)大型肉食性动物捕食野猪或野猪因恐惧减少了采食，从而减轻了野猪对该地区农作物的破坏。4．(2018·北京理综，31)因含N、P元素的污染物大量流入，我国某大型水库曾连续爆发“水华”。为防治“水华”，在控制上游污染源的同时，研究人员依据生态学原理尝试在水库中投放以藻类和浮游动物为食的鲢鱼和鳙鱼，对该水库生态系统进行修复，取得了明显效果。(1)在该水库生态系统组成中，引起“水华”的藻类属于生产者。水库中各种生物共同构成(生物)群落。(2)为确定鲢、鳙的投放量，应根据食物网中的营养级，调查投放区鲢、鳙的捕食对象/食物的生物积累量(在本题中指单位面积中生物的总量，以t·hm－2表示)：为保证鲢、鳙的成活率，应捕杀鲢、鳙的捕食者/天敌。(3)藻类吸收利用水体中的N、P元素，浮游动物以藻类为食，银鱼主要以浮游动物为食。由下图可知，将鲢、鳙鱼苗以一定比例投放到该水库后，造成银鱼生物积累量明显下降，引起该变化的原因是鲢、鳙与银鱼在食物上存在竞争关系。(4)投放鲢、鳙这一方法是通过人为干预，调整了该生态系统食物网中相关物种生物积累量的比例，从而达到改善水质的目的。(5)鲢鱼和鳙鱼是人们日常食用的鱼类。为继续将投放鲢、鳙的方法综合应用，在保持良好水质的同时增加渔业产量，以实现生态效益和经济效益的双赢，请提出两条具体措施定期适度捕捞鲢、鳙；定期合理投放鲢、鳙；控制性捕杀鲢、鳙的捕食者；控制人类活动(工业、农业、旅游等)对该水库生态环境的负面影响。[解析]　(1)引起水库生态系统中“水华”的藻类，可利用太阳能合成有机物，属于生产者。生物群落是指同一时间内聚集在一定区域中的各种生物种群的集合。(2)欲确定鲢、鳙的投放量，需考虑投放区鲢、鳙的捕食对象(即上一营养级)的生物积累量，然后根据能量传递效率计算出鲢、鳙的投放量。为保证鲢、鳙的成活率，应捕杀水库中鲢、鳙的捕食者(天敌)。(3)分析柱状图，将鲢、鳙鱼苗以一定比例投放后，银鱼的生物积累量明显下降，可能原因是鲢、鳙和银鱼都以浮游动物为食，三者之间存在竞争关系。(4)通过在水库中人为投放鲢、鳙这一方法，调整水库中相关物种(如浮游动物、藻类)生物积累量的比例，从而达到改善水质的目的。(5)为了实现生态效益和经济效益的双赢，要注意控制鲢、鳙的数量，如定期适度捕捞鲢、鳙，定期合理投放鲢、鳙，控制性捕杀鲢、鳙的捕食者等，还要注意控制人类活动(工业、农业、旅游等)对该水库生态环境的负面影响。5．(2017·江苏卷，26)某地因采矿导致地表下沉，成为无法利用的荒地。为了改变这种状况，有关部门因地制宜，通过引水等措施，将该地改造成湿地生态公园，一些生物陆续迁入，并逐渐形成相对稳定的生物群落。下图是该公园生态系统食物网的一部分，请回答下列问题： (1)该公园生物群落的变化属于次生演替。(2)图中昆虫与杂食性鱼类之间的种间关系有捕食和竞争。(3)在黑斑蛙的繁殖季节，雄蛙通过叫声这种物理信息求偶；雌蛙通常在近岸水深10～30 cm的草丛间产卵，可采用等距取样法了解该蛙卵块的密度。(4)因该水域有些渗漏，补水时曾不慎引入含除草剂的水，导致一些水草死亡。水草腐烂后，图中所示的生物类群中最先快速增殖的是浮游生物类。(5)图中既含有初级消费者，又含有次级消费者的生物类群有底栖动物类、杂食性鱼类、滤食性鱼类。若蛙类与猛禽之间还存在1个营养级，请写出该营养级中2类不同纲的生物：蛇类、肉食性鱼类、鼠类(任写其中两类)。 [解析]　(1)荒地改造成湿地生态公园属于次生演替。(2)杂食性鱼类捕食昆虫，昆虫和杂食性鱼类都以水草为食，故昆虫和杂食性鱼类之间的种间关系为捕食和竞争。(3)叫声是通过物理形式来传递信息的，属于物理信息。因“雌蛙通常在近岸水深10～30 cm的草丛间产卵”，故可用等距取样法调查雌蛙的卵块密度。(4)水草腐烂，与其具有竞争关系的浮游生物类最先快速增殖。(5)由题图可知，杂食性鱼类既是初级消费者(第二营养级)又是次级消费者(第三营养级)。浮游生物包括浮游植物和浮游动物，则底栖动物类和滤食性鱼类也是既含有初级消费者又含有次级消费者。以蛙为食的两种不同纲的生物有蛇、肉食性鱼类、鼠类等。