2025届高三二轮复习生物：能量流动计算的解题技巧讲义

能量流动的计算解题技巧 一、能量传递效率的“最值”计算 当题干中未做具体说明，一般认为能量传递的效率最低为10%，最高为20%。 1.在食物链A→B→C→D中，则有： 2.在食物网中则有： 提醒：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，生态系统消耗的能量越少。 【典例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 【典例2】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 【典例3】若某草原生态系统只存在如图所示的食物关系，回答下列问题： (1)在如图的食物网中，猫头鹰要增加20 g体重，最多消耗植物________g，最少消耗植物________g。 (2)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________g。 (3)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。猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为__________g(精确到个位数)。 二、能量传递效率的“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，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.如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，且各途径获得的能量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后再合并。 【典例1】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 【典例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 【典例3】（2022·山东卷）某浅水泉微型生态系统中能量情况如表所示，该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食。下列说法正确的是（ ） 生产者固定 来自陆地的植物残体 初级消费者摄入 初级消费者同化 初级消费者呼吸消耗 能量［105J/（m2•a）］ 90 42 84 13.5 3 A. 流经该生态系统的总能量为90×105J/（m2·a） B. 该生态系统的生产者有15%的能量流入下一营养级 C. 初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为10.5×105J/（m2•a） D. 初级消费者粪便中的能量为70.5×105J/（m2·a），该能量由初级消费者流向分解者 【典例4】（2021·山东卷）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，M、N 表示营养级。 （1）估算海参种群密度时常用样方法，原因是____________。 （2）图中 M 用于生长、发育和繁殖的能量为________kJ/（m2•a）。由 M 到 N 的能量传递效率为________%（保留一位小数），该生态系统中的能量________（填：“能”或 “不能”）在 M 和遗体残骸间循环流动。 （3）养殖的海带数量过多，造成牡蛎减产，从生物群落的角度分析，原因是________。 （4）海水立体养殖模式运用了群落的空间结构原理，依据这一原理进行海水立体养殖的优点是 _________ 。在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，这样做的目的是 _______________ 。 三、人工能量输入下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%。 【典例1】如图为某农场的年能量流动示意图[单位：103 kJ/(m2·a)]。a、b、c、d共同构成生物群落。从第二营养级到第三营养级的能量传递效率是(　 　) A．18.75% B．16.67% C．12.50% D．11.11% 【典例2】某地出现了较为严重的自然灾害，如图为在人为干预下恢复过程中的能量流动图(单位：103 kJ·m－2·a－1)。回答下列问题： (1)由图可知，肉食性动物需补偿输入的能量为________kJ·m－2·a－1，根据图中数据可知，营养级________(填“较高”或“较低”)的生物在这场灾害中受到的影响较大。 (2)流入该生态系统的总能量是______________kJ·m－2·a－1，用于植食性动物自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量是________kJ·m－2·a－1。 (3)在人为干预下，能量在第二营养级与第三营养级之间的传递效率约为____________(保留3位有效数字)。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 能量流动的计算解题技巧 一、能量传递效率的“最值”计算 当题干中未做具体说明，一般认为能量传递的效率最低为10%，最高为20%。 1.在食物链A→B→C→D中，则有： 2.在食物网中则有： 提醒：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，生态系统消耗的能量越少。 【典例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 解析：选C。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)。 【典例2】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 解析：选B。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1.6×108 kJ，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)。 【典例3】若某草原生态系统只存在如图所示的食物关系，回答下列问题： (1)在如图的食物网中，猫头鹰要增加20 g体重，最多消耗植物________g，最少消耗植物________g。 (2)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________g。 (3)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。猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为__________g(精确到个位数)。 答案：(1)20 000　500　(2)900　(3)595 二、能量传递效率的“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，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.如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，且各途径获得的能量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后再合并。 【典例1】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 解析：选B。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。 【典例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 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。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)。 【典例3】（2022·山东卷）某浅水泉微型生态系统中能量情况如表所示，该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食。下列说法正确的是（ ） 生产者固定 来自陆地的植物残体 初级消费者摄入 初级消费者同化 初级消费者呼吸消耗 能量［105J/（m2•a）］ 90 42 84 13.5 3 A. 流经该生态系统的总能量为90×105J/（m2·a） B. 该生态系统的生产者有15%的能量流入下一营养级 C. 初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为10.5×105J/（m2•a） D. 初级消费者粪便中的能量为70.5×105J/（m2·a），该能量由初级消费者流向分解者 【点拨】生物摄入的能量一部分被同化，另一部分以粪便的形式被分解者利用；被同化的能量一部分被用于自身生长和繁殖，另一部分通过呼吸作用以热能的形式散出；被用于自身生长和繁殖的能量一部分以遗体、残骸的形式被分解者利用，另一部分以被下一营养级摄入。 解析：选C。该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食，因此可知，流经该生态系统的总能量为生产者固定的太阳能和来自陆地的植物残体中的能量，即90+42=132×105J/（m2·a），A错误；表格中没有显示生产者流入到初级消费者的能量，因此无法计算有多少能量流入下一营养级，B错误；初级消费者同化量为13.5×105J/（m2•a），初级消费者呼吸消耗能量为3×105J/（m2•a），因此初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量=同化量-呼吸消耗能量=10.5×105J/（m2•a），C正确；初级消费者摄入量包括粪便量和次级消费者同化量，同化量又包括呼吸作用以热能形式散失的量和用于生长、发育和繁殖的量，生长、发育和繁殖的量又分为流向下一营养级的量和被分解者利用的量，因此初级消费者粪便中的能量不会由初级消费者流向分解者，D错误。 【典例4】（2021·山东卷）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，M、N 表示营养级。 （1）估算海参种群密度时常用样方法，原因是____________。 （2）图中 M 用于生长、发育和繁殖的能量为________kJ/（m2•a）。由 M 到 N 的能量传递效率为________%（保留一位小数），该生态系统中的能量________（填：“能”或 “不能”）在 M 和遗体残骸间循环流动。 （3）养殖的海带数量过多，造成牡蛎减产，从生物群落的角度分析，原因是________。 （4）海水立体养殖模式运用了群落的空间结构原理，依据这一原理进行海水立体养殖的优点是 _________ 。在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，这样做的目的是 _______________ 。 答案：（1）海参活动能力弱，活动范围小 （2）2488 6.3% 不能 （3）由于海带的竞争，浮游植物数量下降，牡蛎的食物减少，产量降低 （4） 能充分利用空间和资源 维持生态系统的稳定性，保持养殖产品的持续高产（实现生态效益和经济效益的可持续发展） 【点拨】能量流动的过程： ①自身呼吸消耗、转化为其他形式的能量和热能； ②流向下一营养级； ③残体、粪便等被分解者分解； ④未被利用：包括生物每年的积累量，也包括动植物残体以化学燃料形式被储存起来的能量。 即一个营养级所同化的能量=呼吸消耗的能量+被下一营养级同化的能量+分解者利用的能量+未被利用的能量。 M同化的能量是3281+2826=6107，N同化的能量是386。 解析：（1）海参由于活动范围小，活动能力弱，所以常用样方法测定种群密度。 （2）生长、发育和繁殖的能量=同化的能量-呼吸作用消耗的能量=3281+2826-3619=2488 kJ/（m2•a）；由 M到N的能量传递效率为386÷（3281+2826）≈6.3%，能量流动的方向是单向的不能循环。 （3）牡蛎以浮游植物为食，由于海带的竞争，浮游植物数量下降，牡蛎的食物减少，所以产量降低。 （4）海水立体养殖利用了群落结构的特点，优点是能充分利用空间和资源；由于空间和资源是有限的，所以在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，维持生态系统的稳定性，保持养殖产品的持续高产。 三、人工能量输入下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%。 【典例1】如图为某农场的年能量流动示意图[单位：103 kJ/(m2·a)]。a、b、c、d共同构成生物群落。从第二营养级到第三营养级的能量传递效率是(　 　) A．18.75% B．16.67% C．12.50% D．11.11% 答案：B 【典例2】某地出现了较为严重的自然灾害，如图为在人为干预下恢复过程中的能量流动图(单位：103 kJ·m－2·a－1)。回答下列问题： (1)由图可知，肉食性动物需补偿输入的能量为________kJ·m－2·a－1，根据图中数据可知，营养级________(填“较高”或“较低”)的生物在这场灾害中受到的影响较大。 (2)流入该生态系统的总能量是______________kJ·m－2·a－1，用于植食性动物自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量是________kJ·m－2·a－1。 (3)在人为干预下，能量在第二营养级与第三营养级之间的传递效率约为____________(保留3位有效数字)。 答案：(1)5×103　较高　(2)1.29×105　1.2×104　(3)15.6% 解析：(1)各营养级之内，所有输入的能量和输出的能量相等。因此植食性动物传递给肉食性动物的能量就是(14＋2－4－9－0.5)×103＝2.5×103(kJ·m－2·a－1)，肉食动物需补偿输入的能量为(2.1＋5.1＋0.05＋0.25－2.5)×103＝5×103(kJ·m－2·a－1)。图中营养级越高，需要补偿输入的能量值越大，说明受影响较大。 (2)流入该生态系统的总能量为生产者固定的总能量＋补偿输入的能量，流经该生态系统的总能量＝(23＋70＋3＋14＋2＋5＋12)×103＝1.29×105(kJ·m－2·a－1)。第二营养级总能量为16×103 kJ·m－2·a－1，其中呼吸消耗的能量是4×103 kJ·m－2·a－1，因此用于植食性动物自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量是1.2×104 kJ·m－2·a－1。 (3)能量传递效率＝某一个营养级的同化量÷上一个营养级的同化量×100%。在人为干预下，传递效率＝从植食性动物流入肉食性动物的总能量/流入植食性动物的总能量＝2.5/(14＋2)×100%≈15.6%。 学科网（北京）股份有限公司 $$