生态系统中能量流动效率问题点拨

安徽省安庆一中 金久

生态系统中能量流动效率问题点拨

安徽省安庆一中 金久

有关能量流动的知识是高中生物教材中的重点和难点。关于能量流动效率的分析问题是一种重要的题型。常见的题型有如下几种。

一、在食物链（网）上进行能量传递的计算

例1 某生态系统中初级消费者和次级消费者的总能量分别是W1和W2，下列情况最有可能使生态平衡遭到破坏的是（ ）。

A.W1＞10W2B.W1＞5W2C.W1＜10W2D.W1＜5W2

解析 生态系统中能量流动的效率一般为10%～20%，即一般情况下上一营养级传递给下一营养级的能量不超过自身同化量的20%，而W1＜5W2，说明初级消费者和次级消费者之间的能量流动效率已经高于20%，食物链和生态系统的稳定性都受到了破坏，影响了生物的可持续发展，因而最有可能使生态平衡遭到破坏。故选D。

解析 据题意，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。若要使其增重20 g，则这三种食物食用后必须使其分别增加8 g、8 g、4 g。这样可得到图2。

考虑到求最多消耗量，计算时要按最低的能量流动效率即10%计算，这样三条链消耗的植物分别为800 g、800 g、4000 g，共消耗植物5600 g。

例3 已知在如右图3所示的食物网中，C生物同化的总能量为a，其中A生物直接供给C生物的比例为x，则按最低的能量传递效率计算，需要A生物的总能量y与x的函数关系式为。

图3

解析 本题中，C获得能量的途径有两条：从A直接获得和从A经B传递间接获得。已知C从A直接获得的比例为x，则直接获得的能量为ax，需要消耗A的能量为10ax，间接获得的比例为（1-x），则间接获得的能量为（1-x）a，需要消耗A的能量为100（1-x）a，那么消耗A的总能量为10ax+ 100（1-x）a=100a-90ax，亦即y与x的函数关系式为：y=100a-90ax。

二、从能量流动渠道进行分析

例4 下列有关生态系统能量流动的叙述正确的是（ ）。

A.一种蜣螂专以大象的粪便为食，则它最多能获取大象所同化能量的20%

B.当狼捕食兔子并同化为自身的有机物时，能量就从第一营养级流入第二营养级

C.生产者通过光合作用合成有机物，能量就从非生物环境流入生物群落

D.生态系统的能量是伴随物质而循环利用的

解析 象粪中含有的能量不属于象所同化的能量；当狼捕食兔子并同化为自身的有机物时，能量就从第二营养级流入第三营养级；物质可循环利用，能量是单向流动、逐级递减的。故选C。

例5 图4为某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是（ ）。

A.①是流入该生态系统的总能量

D.③和④分别属于草和兔同化量的一部分

解析 流入该生态系统中的总能量应该是草同化的总能量，图中①代表的是兔同化的总能量，②代表的是狐同化的总能量，则的值代表兔→狐的能量传递效率。兔子粪便中的能量并不是兔子同化量的一部分，而是草同化量的一部分；兔子遗体残骸中的能量属于兔子同化量的一部分。故选D。

三、在实践应用中综合分析

例6 1957年，美国的生态学家对佛罗里达州的银泉进行了生态系统营养级和能量流动情况的调查，下表是调查结果。表中的①②③④分别表示不同的营养级，⑤为分解者。GP表示生物同化作用固定的能量，R表示生物呼吸消耗的能量，NP表示生物体贮存着的能量（NP=GP-R），下列叙述正确的是（ ）。

A.生态系统中能量流动的渠道可能是②→④→①→③→⑤

B.能量在初级消费者和次级消费者之间的传递效率约为5.5%

C.若该生态系统维持现在能量输入、输出水平，则有机物的总量会增多

D.④营养级GP的去向中，未被利用的能量有一部分残留在自身的粪便中

解析 食物链一般是指捕食链，分解者不是其营养级；能量在初级消费者与次级消费者之间的传递效率为；④的粪便实际是其食物②的残渣，不属于其同化量。整个系统能量输入量大于总输出量，故系统的有机物总量会增多。故选C。

例7 某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，如图5所示。试回答下列有关问题。

（1）图中①代表的生理过程是，②代表的能量主要以形式贮存。

（2）该生态系统的总能量是固定的。

（3）能量从该生态系统的第二营养级到第三营养级传递的效率约为。

（4）试分析图中植食动物、肉食动物和顶位肉食动物随营养级的升高需要的有机物输入越来越多的原因是。

解析 ①代表生物的呼吸作用，②为动、植物体中有机物含有的化学能，这些能量都来自生产者光合作用固定的太阳能。能量从第二营养级到第三营养级的效率为（2.1+5.1+0.05+0.25-5）÷（4+9+0.5+2+2.1+5.1+0.05+0.25-5）×100%≈13.9%。能量流动是逐级递减的，要维持高营养级生物的能量输出，就需要为各营养级提供更多的物质和能量。答案为：（1）呼吸作用 （有机物中）稳定的化学能（2）生产者（3）13.9%（4）能量流动逐级递减以及维持各营养级较高的能量输出量