第3章 微专题4 生态系统中能量流动的相关计算-【正禾一本通】2024-2025学年高中生物选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件 （人教版2019 单选）

第3章　 生态系统及其稳定性 微专题4　 生态系统中能量流动的相关计算 一、能量传递效率的计算公式 【对点练习】 1.(2024·安徽蚌埠高二期中)科研团队对某草原生态系统的能量流动进行调查，结果如下表所示。下列相关叙述正确的是(　　) 项目 植物 植食性动物 肉食性动物 同化量/(105 kJ) 650 X Y 呼吸消耗量/(105 kJ) 205 24.6 6.9 未被利用的能量/(105 kJ) 300 60 5.4 分解者分解的能量/(105 kJ) 35 15.4 微量 注：防止过度放牧破坏草原，需定期投放饲料。通过饲料，植食性动物获得的能量为10×105 kJ，肉食性动物获得的能量为2×105 kJ。 A.流经该生态系统的总能量是植物所固定的太阳能 B.该草原生态系统的食物网中所有的生物可以构成一个群落 C.第一、二营养级之间的能量传递效率约18.46% D.植食性动物同化量X为120，肉食性动物同化量Y为22 解析：选D。流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能和投放的饲料中的化学能的总和，A错误。该草原生态系统的食物网是由生产者和消费者组成的，没有分解者，因此该草原生态系统的食物网中所有的生物不能构成一个群落，B错误。由表中数据可知，第一营养级(植物)的同化量为650×105 kJ；第二营养级(植食性动物)的同化量＝植物的同化量－呼吸消耗量－未被利用的能量－分解者分解的能量＋通过饵料获得的能量，因此X＝(650－205－300－35)＋10＝120；同理，Y＝120－24.6－60－15.4＋2＝22。可见，第一、二营养级之间的能量传递效率＝植食性动物从植物获得的能量÷植物的同化量×100%＝[(650－205－300－35)×105 kJ]÷(650×105 kJ)×100%≈16.92%，C错误，D正确。 2.(2024·河南郑州高二期中)研究小组对某退耕还草后的生态系统进行调查，该生态系统的食物网及鼠在其中一条食物链上的能量流动关系如下图所示(字母表示能量值)。下列有关分析错误的是(　　) A.图中没有表示出非生物的物质和能量及分解者 B.图中d和e属于紫花苜蓿同化量的一部分 C.图中鼠与鹰之间的能量传递效率为c/(a－d)×100% D.流向鼠的能量a可能少于紫花苜蓿同化量的10% 解析：选C。图中有生产者和消费者，没有表示出非生物的物质和能量及分解者，A正确；d是鼠未利用的能量，是鼠同化量的一部分，e也是鼠同化量的一部分，鼠的同化量来自紫花苜蓿，故d和e也属于紫花苜蓿同化量的一部分，B正确；a是鼠的同化量，c是鹰的同化量，图中鼠与鹰之间的能量传递效率为c/a×100%，C错误；能量传递效率是指两个营养级之间同化量的比值，通常是10%～20%，而不是两个物种之间，D正确。 二、能量传递效率的相关“最值”计算 1.没有限制能量来源比例或分配比例的计算 没有限制能量来源比例或能量分配比例，当求最多或最少需求量时，按下表规律进行计算。 知低营养级求高营养级 获能量最多 选最短食物链，按×20%计算 获能量最少 选最长食物链，按×10%计算 知高营养级求低营养级 需最多能量 选最长食物链，按÷10%计算 需最少能量 选最短食物链，按÷20%计算 2.限制能量来源比例或分配比例的计算 (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)计算时注意当限制高营养级能量来源比例时，由高营养级向低营养级逐级递推。当限制低营养级能量分配比例时，假设出低营养级的需求量，由低营养级向高营养级逐级递推，同时要注意分配比例。 【对点练习】 3.(2024·山西朔州高二期中)图1为某池塘生态系统中的食物网，图2为d种群中不同体长个体的食性占比。下列叙述错误的是(　　) A.c和d的种间关系是种间竞争和捕食 B.若池塘中投放大量体长为1.4 cm的d种群个体，一定时间内a、b种群数量会增加 C.若d种群中所有个体体长均为6.5 cm，则该种群同化量增加1 kJ时至少需要消耗第一营养级生物的能量为10 kJ D.该池塘生态系统的结构由非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者组成 解析：选D。c被d捕食，且二者有共同的食物a和b，因此，二者的种间关系是种间竞争和捕食，A正确；若池塘中投放大量体长为1.4 cm的d种群个体(100%肉食性)，则这些个体只捕食c，不捕食a、b(生产者)，故一定时间内a、b种群数量会增加，B正确；求至少需要消耗低营养级生物多少能量时，能量传递效率应按20%进行计算，个体体长均为6.5 cm的d种群同化量增加1 kJ(25%来自c，75%来自a和b)时，至少需要消耗第一营养级生物的能量为1×25%÷20%÷20%＋1×75%÷20%＝10(kJ)，C正确；该池塘生态系统的结构包括生态系统的组成成分(非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者)、食物链和食物网，D错误。 4.若某草原生态系统只存在如图所示的食物关系，请完成以下问题。 (1)若猫头鹰要增加20 g体重，则最多消耗植物____________，最少消耗植物______。 (2)若猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头鹰要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为__________。 (3)若植物有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)。 解析：(1)最多消耗应选取最长食物链“植物→鼠→蛇→猫头鹰”，能量传递效率按10%计算，20÷10%÷10%÷10%＝20 000 (g)；最少消耗应选取最短食物链“植物→兔(或鼠)→猫头鹰”，能量传递效率按20%计算，20÷20%÷20%＝500(g)。 (2)若计算猫头鹰增重20 g至少消耗的植物质量，则相邻两个营养级间能量传递效率按20%计算。由于能量来源比例限制，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： eq \o(\s\up24(植物),\s\do8(a)) eq \o(――→,\s\up7(20%)) 兔 eq \o(――→,\s\up7(20%)) eq \o(\s\up24(猫头鹰),\s\do8(20×2/5 g)) eq \o(\s\up24(植物),\s\do8(b)) eq \o(――→,\s\up7(20%)) 鼠 eq \o(――→,\s\up7(20%)) eq \o(\s\up24(猫头鹰),\s\do8(20×2/5 g)) eq \o(\s\up24(植物),\s\do8(c)) eq \o(――→,\s\up7(20%)) 鼠 eq \o(――→,\s\up7(20%)) 蛇 eq \o(――→,\s\up7(20%)) eq \o(\s\up24(猫头鹰),\s\do8(20×1/5 g)) 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)。 (3)设猫头鹰从三条食物链中获得的能量依次为e、f、d，植物固定的总能量为h。根据题意可知： eq \o(\s\up24(植物),\s\do8(2h/5)) eq \o(――→,\s\up7(20%)) 兔 eq \o(――→,\s\up7(20%)) eq \o(\s\up24(猫头鹰),\s\do8(e)) eq \o(\s\up24(植物),\s\do8(3h/5×2/3)) eq \o(――→,\s\up7(20%)) 鼠 eq \o(――→,\s\up7(20%)) eq \o(\s\up24(猫头鹰),\s\do8(f)) eq \o(\s\up24(植物),\s\do8(3h/5×1/3)) eq \o(――→,\s\up7(20%)) 鼠 eq \o(――→,\s\up7(20%)) 蛇 eq \o(――→,\s\up7(20%)) eq \o(\s\up24(猫头鹰),\s\do8(d)) 从而计算出：e＝2h/5×20%×20%，f＝3h/5×2/3×20%×20%，d＝3h/5×1/3×20%×20%×20%，e＋f＋d＝20(g)，解出：h≈595(g)。 答案：(1)20 000 g　500 g　(2)900 g　(3)595 g 三、与能量传递效率有关的“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，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.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，且各途径获得的能量比例确定，则按照各途径单独的食物链进行计算后合并。 【对点练习】 5.(2024·天津高二期末)假如某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。能量传递效率按20%来计算，那么该杂食性鱼增重6 kg共需海洋植物(　　) A.310 kg B.240 kg C.180 kg D.150 kg 解析：选A。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。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)。 6.如图所示的食物网中，戊的食物有1/2来自乙，1/4来自丙，1/4来自丁，且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%。若戊体重增加20 g，需要消耗植物(　　) A.1 125 g B.1 600 g C.2 000 g D.6 500 g 解析：选C。甲为生产者，戊参与形成的食物链有：①甲→乙→戊，戊增加：20×1/2＝10(g)，需要乙：10÷20%＝50(g)，需要甲：50÷10%＝500(g)；②甲→丙→戊，戊增加：20×1/4＝5(g)，需要丙：5÷20%＝25(g)，需要甲：25÷10%＝250(g)；③甲→丙→丁→戊，戊增加：20×1/4＝5(g)，需要丁：5÷20%＝25(g)，需要丙：25÷20%＝125(g)，需要甲：125÷10%＝1 250(g)，故共需要甲：500＋250＋1 250＝2 000(g)。 7.(2024·山东德州高二期中)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 解析：选D。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)，故蛇每增加1 kJ的能量，需要消耗水稻的能量为50＋500＝550(kJ)，D正确。 四、能量来源比例改变的计算 在具体计算时务必先明确分流比例，再确定求解中应“顺推(用乘法)”还是“逆推(用除法)”，以图为例： (1)若已知“某种植物同化量(A)”，并告知其“传向某种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×1/2×20%＋A×1/2×(20%)2＝M1 调整后：A×2/3×20%＋A×1/3×(20%)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)”。 调整前： eq \f(M×1/2,20%) ＋ eq \f(M×1/2,（20%）2) ＝A1 调整后： eq \f(M×2/3,20%) ＋ eq \f(M×1/3,（20%）2) ＝A2 8.(2024·安徽马鞍山高二期末)研究人员对某草地的食物关系和能量流动进行了调查。下图为该草地的部分食物关系。由于受到温度的影响，鹰的食物比例由兔∶鼠∶蛇＝1∶2∶2变为2∶2∶1(能量传递效率按10%计算)。该草地某食物链(共3个营养级)在夏季时能量流动的相关数据如表所示(单位是104 kJ)。下列叙述错误的是(　　) 营养级 一 二 三 同化量 700 105 ② 呼吸消耗的能量 390 ① 12 流向分解者的能量 90 14 6 未利用的能量 115 11 3 A.表中第三营养级产生的粪便中的能量属于其流向分解者能量中的一部分 B.鹰的食物比例改变后，其增加相同质量所消耗的植物的量是原来的14/23 C.表中①的数值是59，②的数值是21，第二、三营养级的能量传递效率是20% D.鹰与蛇的种间关系是捕食和种间竞争，鹰处于该食物网的第三、四营养级 解析：选A。表中第三营养级产生的粪便中的能量属于上一营养级流向分解者能量中的一部分，A错误。食物比例为兔∶鼠∶蛇＝1∶2∶2，能量传递效率为10%时，鹰每增加1 kJ能量，需要植物提供的能量为1/5÷10%÷10%＋2/5÷10%÷10%＋2/5÷10%÷10%÷10%＝2 300/5(kJ)；改变食物比例后兔∶鼠∶蛇＝2∶2∶1，鹰每增加1 kJ，需要植物提供的能量为2/5÷10%÷10%＋2/5÷10%÷10%＋1/5÷10%÷10%÷10%＝1 400/5(kJ)，即改变食物比例后，鹰增加相同的能量，植物提供的能量是原来的(1 400/5)÷(2 300/5)＝14/23，B正确。根据能量守恒定律，表中第三营养级的同化量＝ (12＋6＋3)×104 kJ＝21×104 kJ，第二营养级呼吸所消耗的能量＝(105－14－11－21)×104 kJ＝59×104 kJ，故①的数值是59，②的数值是21，第二、三营养级的能量传递效率＝(21×104)÷(105×104)×100%＝20%，C正确。由图可知，鹰与蛇的种间关系是捕食和种间竞争，鹰在食物链“植物→兔→鹰”中属于第三营养级，鹰在食物链“植物→鼠→蛇→鹰”中属于第四营养级，D正确。 9.回答以下有关能量计算的问题。(结果均保留2位小数) (1)若人类获取植物性食物与动物性食物(假设该动物为植食性动物)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约是前者的________倍。 (2)若植物向动物和向人提供的能量的比例由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约是前者的________倍。 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，共需植物性食物的相对值为55(图甲)；若动物性食物与植物性食物的比例改为1∶4，则共需植物性食物的相对值是28(图乙)。前者对植物性食物的消耗量约是后者的1.96倍，这也就说明后者可供养的人数约是前者的1.96倍。 (2)设植物能量为M，则调整前，人所得能量为M×1/2×10%＋M×1/2×(10%)2＝M/20＋M/200＝11M/200，调整后人所得能量为M×4/5×10%＋M×1/5×(10%)2＝2M/25＋M/500＝41M/500，则调整后∶调整前的值为 eq \f(41M/500,11M/200) ≈1.49，即调整后供养的人口约是调整前的1.49倍。 答案：(1)1.96　(2)1.49 五、具有人工能量输入的能量传递效率计算 人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级能量传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100% 【对点练习】 10.(2024·浙江湖州高二期末)某生态系统含有三个营养级，受破坏后为了尽快恢复，人们向第二营养级、第三营养级分别补偿输入了3.3×103kJ·m－2·a－1、5.6×103kJ·m－2·a－1的能量。该生态系统中各营养级能量流动如下表(单位：103kJ·m－2·a－1)，下列叙述正确的是(　　) 营养级 第一营养级 第二营养级 第三营养级 同化量 579 X Y 呼吸作用散失 133 37.6 9.7 未被利用 328 41.3 10 流入分解者 19 5.4 3.9 A.X、Y的数值分别为99、18 B.该生态系统的消费者和分解者分别是第二营养级和第三营养级的生物 C.第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为17.6% D.由第二营养级流入分解者的能量是第二营养级生物尸体残骸中的能量 解析：选C。分析表中的数据，第三营养级同化量Y＝(9.7＋10＋3.9)×103 kJ·m－2·a－1＝23.6×103 kJ·m－2·a－1，人们向第三营养级补偿了5.6×103 kJ·m－2·a－1，则第二营养级流入第三营养级的能量为(23.6－5.6)×103 kJ·m－2·a－1＝18×103 kJ·m－2·a－1，第二营养级的同化量X＝(37.6＋41.3＋5.4＋18)×103 kJ·m－2·a－1＝102.3×103 kJ·m－2·a－1，故X、Y的数值分别为102.3、23.6，A错误；食物链中不含分解者，该生态系统的第二、第三营养级的生物都是消费者，B错误；由A项分析可知，第二营养级的同化量为102.3×103 kJ·m－2·a－1，第二营养级流入第三营养级的能量为18×103kJ·m－2·a－1，故第二营养级到第三营养级的能量传递效率为18/102.3×100%≈17.6%，C正确；由第二营养级流入分解者的能量是第二营养级生物尸体残骸中的能量和第三营养级粪便中的能量，D错误。 11.(2024·广东中山高二期末)某人工鱼塘部分能量流动如下表所示，其中X表示能量流动的去向之一，Y为能量值(单位：J·cm－2·a－1)，肉食性动物均作为第三营养级，忽略粪便中所含的能量。下列选项错误的是(　　) 生物类型 呼吸散失的能量 传递给分解者的能量 X 传给下一营养级的能量 同化人工投放的有机物的能量 生产者 44.0 5.0 95.0 20.0 0 植食性动物 9.5 1.5 11.0 Y 5.0 肉食性动物 6.3 0.5 6.5 0.7 11.0 A.X是指生物体中未被利用的能量 B.流经该人工鱼塘的总能量是180 J·cm－2·a－1 C.能量从植食性动物到肉食性动物的传递效率是17% D.种植芦苇等水生植物能治理富营养化 解析：选C。若忽略粪便中所含的能量，则生物的摄入量即同化量，同化量包括呼吸作用散失的能量、进入下一营养级的能量、流向分解者的能量以及未被利用的能量，则X是指生物体中未被利用的能量，A正确；流经该人工鱼塘的总能量是生产者固定的能量(同化量)和人工投放的有机物的能量＝44＋5＋95＋20＋5＋11＝180 J·cm－2·a－1，B正确；该生态系统的植食性动物为第二营养级，其流入第三营养级能量Y＝20＋5－(9.5＋1.5＋11)＝3 J·cm－2·a－1，植食性动物的同化量为20＋5＝25 J·cm－2·a－1，因此第二营养级和第三营养级之间的能量传递效率是3÷25×100%＝12%，C错误；种植芦苇等水生植物能够吸收水体中N、P等无机盐，故其能治理富营养化，D正确。 $$