生态系统能量流动及相关计算的综合应用案例

生态系统能量流动及相关计算的综合应用案例

薛文灵

乌鲁木齐八一中学 新疆 830002

高中生物有关生态系统的能量流动是高考的重点与热点之一，也是学生不好理解的的一个问题。在教学中经常会遇见学生学习了基本知识与规律后，对于具体问题仍然无从下手,本文就此结合教材具体总结分析问题，望能对教与学有所帮助。

能量流动是生态系统的基本功能之一，能量是维持生态系统存在和发展的动力。流入一个生态系统的总能量为生产者所固定的全部太阳能。在生物群落中以有机物的形式沿食物链向下一营养级传递。具体能量流动以初级消费者为例：初级消费者摄入的量经消化一部分能量未吸收即食物残渣以粪便的形式排出体外。另一部分吸收为初级消费者同化的总能量，而这部分能量中有用于呼吸作用以热能散失的，也有用于该营养级生物的生长、发育、繁殖等储存于生物体内。可以总结为（1）同化量=摄入量—粪便；（2）同化量=呼吸散失量+储存量。值得注意的是粪便实际上是上一营养级的未被利用的成分，最终通过分解者将其分解。

A .第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为（③／②）×100%

B. 在人工饲养的高密度鱼塘中⑤不一定大于①

C. 图中④包含了次级消费者粪便中的能量

D.在食物链中各营养级获得能量的方式及能量的用途相同

解析：第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为第三营养级同化的量比第二营养级同化的量（③／②）×100% 。A正确；在人工饲养的高密度鱼塘中，鱼所获得的能量不只是来自生产者，而可能更多地来自人工投放的鱼饲料。B正确；粪便不属于次级消费者自身同化的量，而应属于上一营养级。C错误；在扑食食物链中各营养级获得能量的方式及能量的用途不完全相同，如第一营养级与各消费者同化能量的方式就有所不同。D错误。答案：C

有关能量传递效率的计算，难度较大是多数学生的易错点。能量传递效率=下一营养级的同化量/上一营养级同化的量×100%。一般来说，能量传递的平均效率大约为10%到20%。在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物在营养级上的差别，解题时注意题目中是否有“最多”“最少”“至多”等特殊的字眼从而明确用10%还是20%来解题。

（1）设食物链A→B→C→D,分情况讨论如下:

①已知D营养级的能量N,则至少需要A营养级的能量=N÷20%÷20%÷20%;最多需要A的营养级的能量=N÷10%÷10%÷10%。

②已知D营养级的能量M,则D营养级获得的最多能量=M×20%×20%×20%;最少能量=M×10%×10%×10%.

2. 如果是在食物网中，同一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径所获得的能量不等，则按照各单独的食物链进行计算再合并。

例题2：有一食物网如图1所示。假如猫头鹰的食物2/5来自兔子，2/5来自老鼠，其余来自蛇，那么猫头鹰要增加20g体重，最多消耗植物多少克？

图1

解析： 据题意，猫头鹰的食物可来源于三条食物链，直接来源于三种不同的生物：兔、鼠、蛇，如要使其增重20g，则这种食物食用后必须使其分别增加8g、8g、4g。这样可得到图2。

图2

考虑到是最多消耗，计算时要按最低的能量流动效率即10%计算，这样这三条链消耗的植物分别为8÷10%÷10%÷10%=800g、8÷10%÷10%÷10%=800g、4÷10%÷10%÷10%÷10%=4000g，共消耗植物5600克。

例题3：在某生态系统中，已知1只2kg的鹰要吃10kg的小鸟，0.25kg的小鸟要吃2kg的昆虫，而100kg的昆虫要吃1000kg的绿色植物。若各营养级生物所摄入的食物全转化成能量的话，那么，这只鹰转化绿色植物的百分比应为（ ）

A. 0.05% B. 0.5% C. 0.25% D. 0.025%

解析： 该题中能量流动效率不仅用重量表示，而且其数值在各营养级之间都不一样，但以植物为基准，在食物链的基础上可推出它们间的数量转化关系：

植物 → 昆虫 → 小鸟 → 鹰

1000kg 100kg 12.5kg 2.5kg

这样，鹰转化绿色植物的百分比即为2.5/1000，也就是0.25%。

总之，找出相关食物链，确定能量流动效率，弄清特定题设条件是解决这类题目的一般规律和方法。

能量流动效率能直接反映生态系统的稳定性，能量在传递过程中，若超过一定的限度，则容易引起种群的生长、繁殖或再生等的障碍，从而导致生态系统稳定性的破坏，故在研究生态系统的稳定性时必须时刻关注能量流动效率。

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