第3章 素养提升2 食物链(网)中生物数量及能量流动的相关计算（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物选择性必修2 生物与环境（人教版2019）

素养提升二　食物链(网)中生物数量及能量流动的相关计算 1．能量传递效率的相关“最值”计算 (1)在食物链中，若题干内未具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。如食物链A→B→C→D的相关“最值”计算，如下表： 已知 问题 求解思路 D净增重M 至少需要A的量X M÷(20%)3＝X 最多需要A的量X M÷(10%)3＝X A净增重N D最多增重的量Y N×(20%)3＝Y D至少增重的量Y N×(10%)3＝Y (2)在食物网中，食物链越短，最高营养级获得的能量越多；生物间的捕食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。具体计算方法如下表： 知低营养级求高营养级 知高营养级求低营养级 获能量 最多 选最短食物链、 按×20%计算 需能量 最多 选最长食物链、 按÷10%计算 获能量 最少 选最长食物链、 按×10%计算 需能量 最少 选最短食物链、 按÷20%计算 2.能量传递效率的有关“定值”计算 (1)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算。例如，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获得的能量为M×a%×b%×c%。 (2)在已知食物链中的能量分配比例和能量传递效率时，对于食物网中能量流动的计算，应先根据题意写出相应的食物链，再根据各营养级之间的传递效率，按照从不同食物链获得的比例分别进行计算，最后将各条食物链中的值相加。 【例1】 若某草原生态系统只存在下面的食物关系，尝试回答下列问题： (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的能量为________。 (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的能量为________(精确到个位数)。 解析 (1)在生态系统中，当能量传递效率为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： 植物,a)兔 猫头鹰,20×2/5 g) 植物,b)鼠 猫头鹰,20×2/5 g) 植物,c)鼠蛇 猫头鹰,20×1/5 g) 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d、e、f，植物固定的总能量为h。根据题意，可写出： 植物,2/5×h)兔 猫头鹰,d) 植物3/5×2/3×h 鼠 猫头鹰,e) 植物3/5×1/3×h 鼠蛇 猫头鹰,f) 列方程式可得2/5×h×20%×20%＝d,3/5×2/3×h×20%×20%＝e,3/5×1/3×h×20%×20%×20%＝f，d＋e＋f＝20 g。解得h≈595(g)。 答案 (1)900 g　(2)595 g 【例2】 如图是一个农田生态系统中的两条主要的食物链。如果蛇的食物有1/2来自鼠，1/2来自蛙，而能量的传递效率为10%，那么蛇每增加1 kJ的能量，需消耗水稻的能量为(　　) A．25 kJ B．5.5 kJ C．55 kJ D．550 kJ 答案　D 解析　蛇增加的1 kJ能量中有0.5 kJ来自鼠，在水稻→鼠→蛇这条食物链中，蛇是第三营养级，蛇增加0.5 kJ能量需要消耗水稻的能量为0.5÷10%÷10%＝50(kJ)；同理得另一条食物链中消耗水稻的能量为0.5÷10%÷10%÷10%＝500(kJ)，则一共需要消耗水稻的能量为550 kJ，D项正确。 1．如图表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗A约(　　) A．100 kg B．44.5 kg C．25 kg D．15 kg 答案　C 解析　图中共含有三条食物链，而题中所求为至少消耗的A，根据能量流动规律分析可知，食物链越短损耗越少，能量传递效率以20%计算。故食物链A→B→猫头鹰为最短食物链，消耗的A为1÷20%÷20%＝25(kg)。 2．由于“赤潮”的影响，一条6 kg重的杂食性海洋鱼死亡，假如该杂食性海洋鱼的食物有1/3来自植物，1/3来自食草鱼类，1/3来自以食草鱼类为食的小型肉食鱼类。那么能量传递效率按20%来计算，该杂食性鱼增重6 kg共需海洋植物(　　) A．310 kg B．240 kg C．180 kg D．150 kg 答案　A 解析　由题意可知，题干中存在3条食物链：①海洋植物→杂食性鱼，②海洋植物→食草鱼→杂食性鱼，③海洋植物食草鱼→小型肉食鱼→杂食性鱼；杂食性鱼的食物1/3来自食物链①，1/3来自食物链②，1/3来自食物链③。所以能量传递效率按20%计算，该杂食性鱼从食物链①消耗的海洋植物为6×1/3÷20%＝10(kg)，从食物链②消耗的海洋植物为6×1/3÷20%÷20%＝50(kg)，从食物链③消耗的海洋植物为6×1/3÷20%÷20%÷20%＝250 kg，因此共需海洋植物10＋50＋250＝310(kg)。 3．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 kJ C．1.0×108 kJ D．2.32×108 kJ 答案　B 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)。 重难突破练(二)　食物链(网)中生物数量及能量流动的相关计算 1．如图为某生态系统能量流动示意图。下列说法正确的是(　　) A．A同化的能量是B、C同化的能量之和 B．若C增加1 kg，则需要消耗A约42 kg C．B中的生物个体数量一定多于C中的生物个体数量 D．B同化的能量越多，则C获得的能量越少 答案　B 解析　能量流动是逐级递减的，A同化的能量大于B、C同化的能量之和，A项错误；A、B之间的能量传递效率为200÷(200＋175＋875)×100%＝16%，B、C之间的能量传递效率为30÷200×100%＝15%，若C增加1 kg，则需消耗A：1÷15%÷16%≈42(kg)，B项正确；处于低营养级的生物个体数量不一定多于处于高营养级的生物个体数量，如一棵树与树上的昆虫之间会出现数量金字塔倒置的现象，C项错误；B同化的能量越多，则C获得的能量越多，D项错误。 2．某生态系统中存在如下图所示的食物网，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 答案　A 解析　因为生产者没有改变，所以流向该生态系统的总能量没有变化，设丙原来的能量为a，则需要甲提供的能量为(1/2)a÷10%÷10%＋(1/2)a÷10%＝55a；设改变食物比例后的丙的能量为b，则需要甲提供的能量为(2/3)b÷10%＋(1/3)b÷10%÷10%＝40b，根据题意可得，55a＝40b，b/a＝1.375，即该生态系统能承载丙的数量是原来的1.375倍。 3．海水立体养殖中，表层养殖海带等大型藻类，海带下面挂笼养殖滤食小型浮游植物的牡蛎，底层养殖以底栖微藻、生物遗体残骸等为食的海参。某海水立体养殖生态系统的能量流动示意图如下(不考虑未利用)，其中A、B表示营养级[图中数值单位为J/(m2·a)]，下列叙述错误的是(　　) A．图中A和B粪便中的能量被分解者利用时，大部分以热能形式散失 B．图中A用于生长、发育和繁殖的能量为500J/(m2·a) C．图中由A到B的能量传递效率约为8.3% D．该海水立体养殖模式在时间、空间上进行合理配置，增大流入该生态系统的总能量 答案　B 解析　图中A和B粪便中的能量被分解者利用，主要是借助分解者的呼吸作用分解粪便中的有机物，该过程中能量绝大多数以热能形式散失，A项正确；根据公式同化量＝呼吸散失的能量＋用于生长发育和繁殖的能量可计算出，A用于生长、发育和繁殖的能量＝3 500＋2 500－4 000＝2 000 J/(m2·a)，B项错误；由A到B的能量传递效率＝B同化量/A同化量×100%，A同化量＝3 500＋2 500＝6 000 J/(m2·a) ，B的同化量＝A同化量－呼吸作用－流向分解者＝3 500＋2 500－4 000－1 500＝500 J/(m2·a) ，所以由A到B的能量传递效率约为[500 J/(m2·a) /6 000 J/(m2·a)]×100%＝8.3%，C项正确；该海水立体养殖模式表层养殖海带等大型藻类，海带下面挂笼养殖滤食小型浮游植物的牡蛎，底层养殖以底栖微藻、生物遗体残骸等为食的海参，在时间、空间上进行合理配置，增大流入该生态系统的总能量，D项正确。 4．生物甲，乙、丙构成的食物关系如图。 (1)甲能量中比例为a的部分直接提供给丙，则要使丙的能量增加m kJ，至少需要消耗甲的能量为______kJ(用所给字母的表达式表示)。 (2)丙能量中比例为a的部分直接由甲提供，则要使丙能量增加m kJ，至少需要消耗甲的能量为________kJ(用所给字母的表达式表示)。 解析 (1)已知甲的能量分配到丙的比例为a，要计算丙的能量增加m kJ至少需要消耗甲的能量，采用“正向”推导法，能量传递效率按20%计算。设至少需要消耗甲的能量为x，则x×a×20%＋x×(1－a)×20%×20%＝m，求得x＝25 m/(4a＋1)。(2)已知丙的能量中比例为a的部分直接由甲提供，则比例为(1－a)的部分由乙提供，要计算丙的能量增加m kJ至少消耗甲的能量，应用“反向”推导法，能量传递效率按20%计算，则m×a÷20%＋m×(1－a)÷20%÷20%＝25 m－20 am。 答案 (1)25 m/(4a＋1)　(2)25 m－20 am 5．图甲为北极冻原生态系统中部分生物构成的食物网，图乙虚线方框内表示一个生态系统，箭头表示该生态系统能量流动的方向。请据图回答问题。 ,甲)　　,乙) (1)图甲中雪兔和狼之间明显的种间关系是____。 (2)假如北极狐的食物1/2来自雷鸟、1/8来自植物，且该生态系统的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%，若北极狐种群增加的能量为80 kJ，不考虑其他变化的影响，则需要植物的能量是________kJ。 (3)图乙中C代表的生态系统中的组成成分______。 (4)下图是某地一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)]。该生态系统中生产者固定的总能量为______×103[kJ/(m2·a)]，能量从第二营养级到第三营养级的传递效率为________。 解析 (1)图甲中狼以雪兔为食，因此二者明显的种间关系为捕食。(2)假如北极狐的食物1/2来自雷鸟、1/8来自植物，且该生态系统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%，若北极狐种群增加的能量为80 kJ，不考虑其他变化的影响，则需要植物的能量是80×1/2÷20%÷10%＋80×1/8÷10%＋80×(1－1/2－1/8)÷20%÷10%＝3 600(kJ)。(3)图乙中C代表生态系统组成成分中的分解者。(4)该生态系统中生产者固定的总能量为(14＋3＋70＋23)×103＝110×103[kJ/(m2·a)]。肉食性动物从上一营养级所同化的能量为[(0.25＋0.05＋2.1＋5.1)－5]×103＝2.5×103[kJ/(m2·a)]，植食性动物固定的能量为(2.5＋4＋9＋0.5)×103＝16×103[kJ/(m2·a)]。该生态系统中第二、三营养级间的能量传递效率为(2.5×103)/(16×103)×100%＝15.625%。 答案 (1)捕食　(2)3 600　(3)分解者　(4)110　15.625% 学科网（北京）股份有限公司 $$