生态系统能量流动的计算易错题赏析

侯国顺

生态系统的能量流动是选择性必修二生物与环境中的重点和难点，而能量流动的计算更是学生的易错点.以下是学生出错率较高的四类能量流动计算的题型.

一、按比分配类

例1 由于“赤潮”的影响，一条6kg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;那么按能量传递效率20%来计算，该杂食性鱼从出生到死亡共需海洋植物（

）.

A. 310kg B.240kg C.180kg D.150kg

解析 由题意可以写出如图1所示食物网.含有3条食物链：①海洋植物一杂食性海洋鱼，②海洋植物一食草鱼一杂食性海洋鱼，③海洋植物一食草鱼一小型肉食鱼一杂食性海洋鱼.杂食性海洋鱼的食物1/3来自食物链①，1/3来自食物链②，1/3来自食物链③.所以按能量传递效率20%计算，该杂食性海洋鱼通过食物链①消耗的海洋植物为6×1/3÷20%= lOkg，通过食物链②消耗的海洋植物为6×1/3÷20%÷20%= 50kg，通过食物链③消耗的海洋植物为6×1/3÷20%÷20%÷20%= 250kg，因此共需海洋植物为10 +50 +250 =310kg.答案选A.

例2图2为某鱼塘中部分生物所构成的食物网，若鲤鱼从各营养级获得的能量相同，且相邻营养级之间的能量传递效率均为20%.当鲤鱼同化50 kJ的能量时，则需要水生植物和浮游植物同化的能量为____kJ.

解析提示学生找出关键信息：鲤鱼从各营养级获得的能量相同，学生容易误解为从水生植物、蜗牛、蛤三种生物获得的能量分别相同，实际是蜗牛和蛤作为同一营养级也就是第二营养级存在，所以鲤鱼同化50 kJ的能量时，从第一营养级水生植物获得的能量是25 kJ.即需要水生植物同化量为50÷2÷20% =125 kJ，从第二营养级蜗牛和蛤获得的能量也是25 kJ，即需要水生植物和浮游植物同化量为50÷2÷20%÷20% =625 kJ.答案是750 kJ.

二、调整比例类

例3某研究小组开展了对某湖泊中环境问题的研究，他们首先选取了该湖泊中5种不同的生物A、B、C、D、E，并对其进行消化道内食物组成分析：然后又请当地湖泊研究所的专家对这5种生物体内2种污染物的含量进行了测定，如表1所示.分析回答：

（1）表中生物可能形成的食物链（网）为____（請用字母和箭头表示）.

（2）若C中的能量不变，将B的食物比例由C：E=1：1调整为2：1.能量传递效率按10%计算，该生态系统传递给B的能量是原来的____倍（用分数表示）.

（3）若不考虑D与A，将B的食物比例由C：E=1：1调整为C：E=1：2.能量传递效率按10%计算，则当该生态系统承载相同数量的B时，需要C的数量是调整之前的 倍.

解析（l）根据表格消化道内生物组成可知A、B、D、E四种生物每种生物食物的来源，如河蚌捕食水蚤和小球藻，以此类推可知表格中生物构成的食物网如图3所示.（2）该题中改变的是高营养级B的食物比例，要逆推，设B的食物比例为C：E=1：1时，B获得的能量是X，则消耗C的量为l/2X÷10%÷10%+l/2X÷10%=55x：设B的食物比例为C：E=2：1时.B获得的能量是Y，则消耗C的量为1/3Y÷10%÷10%+2/3Y÷10%=40Y;因为只是调整了B的食物比例而C中的能量不变，所以55X =40Y.即Y/X= 11/8.故该生态系统传递给B的能量是原来的11/8倍.答案是11/8. （3）该题与第2小题的区别在于第2小题里问的是B的食物比例改变前后B获得的能量有何不同，生产者的量一定：而此题中B的食物比例改变前后B的数量不变，求消耗生产者量的变化.可以设B的能量为X，当食物比例为C：E=1：1时.需要的C为1/2x÷10%+1/2x÷10%÷10% =55x;当食物由C：E为1：2时，B的能量不变，仍为x.需要的C为l/3x÷10%+ 2/3x÷lO%÷10%= 70x.即当该生态系统承载相同数量的B时，需要的生产者数量是调整之前的倍数为70x÷55x=14/11倍，答案是14/11倍.

例4假设某农家乐生态系统将所生产玉米的1/3作为饲料养鸡，2/3供人食用，生产出的鸡供人食用，现调整为2/3的玉米养鸡，1/3供人食用，生产出的鸡仍供人食用，能量传递效率按10%计算.理论上，该农家乐生态系统供养的人数将会是原来的

，

解析该题为将低营养级的去向比例进行了调整，应正推，设玉米的量为a，调整前后不变.则调整前供养的人数为a x2/3×10% +a×1/3×10%×10% =7a/100.调整后供养的人数为a×1/3×10%+a×2/3×10%×10% =4a/100.所以该农家乐生态系统供养的人数将会是原来的4/7.答案是4/7.

三、补偿输入类

例5某地出现了较为严重的自然灾害，导致此区域的自然保护区生态环境被破坏，图4为被毁的自然保护区在人为干预下恢复过程中的能量流动图[单位：10 3kj/（m2.a）].请分析并回答下列问题.

（l）该生态系统中流人生物群落的总能量来源于____.

（2）生产者、植食动物同化的总能量分别是____、____.植食动物用于自身的生长、发育、繁殖等的能量值是_____.

（3）在人为干预下，能量在第二营养级到第三营养级的传递效率是____（结果保留一位小数）.

解析（1）该生态系统中流人生物群落的总能量来源于光能和输入的有机物中的化学能，学生容易把补偿输入的能量忽略掉.（2）一个营养级输入的能量等于该营养级输出的能量，所以生产者同化的总能量为23 +3+ 14 +70 =110×10 3U/（m2.a），植食动物同化的总能量为14 +2 =4 +9 +0.5 +2.5= 16×10 3 kj/（ m2.a）.植食动物用于自身的生长、发育、繁殖等的能量值等于同化量减去呼吸散失的热能即16 -4= 12×10 3kj/（ m2.a）.（3）该题学生容易生搬硬套用第三营养级的同化量比第二营养级的同化量，却忽略了第三营养级还有补偿输入的能量.所以应该用第二营养级输入第三营养级的能量比第二营养级的同化量，即2.5÷16×100%≈15. 6%.

答案：（1）光能和输入的有机物中的化学能;（2）1.1×105 U/（m2.a） 1.6×10 4kJ/（m2.a）1.2×10 4kJ/（m2.a）; （3） 15. 6%

四、信息隐藏类

例6图5为人工创建的一个简易生态农场的模式图，经调查，农作物和鸡的部分能量值（单位：10 5kJ）如表2所示（本小题不考虑鸡从饲料中获得的能量）.

（1）据上表分析可知，农作物的净同化量_____.人从农作物和鸡中获取的能量是_____.

（2）第二营养级与第三营养级之间的能量传递效率约为_____.

解析（1）由表格数据可知，农作物固定的太阳能为1. 85×107 kJ，呼吸消耗量为0.75×10 7 kJ，其净同化量为1. 85×10 7 kJ -0.75×10 7 kJ=1.1×10 7 kj;该部分能量又可以分为三部分：分解者分解利用的能量、未利用的能量、流人下一营养级的能量.而表格中并没有给出流入下一营养级的能量，该部分隐藏了.其数值为（185 - 75 - 21 - 58）×10 5=3.1 x10 6 kJ.下一营养级包括人和鸡，人从农作物中获取的能量还需减去鸡的同化量，即（31 -17） x10 5=1.4×10 6 kJ;人从鸡中获取的能量是（17 -10 -1-3） x105 =3x10 5 kJ.因此人从农作物和鸡中获取的能量是1.4×10 6 +3×10 5= 1.7 x106 kJ.

（2）第二营养级与第三营养级之间的能量传递效率即为人从鸡中获取的能量÷鸡同化的总能量×100% =3×10 5÷（1.7×10 6）×100%≈17. 6%.

答案：（1）1.1×107 kJ

l.7 x107 kJ

（2）17. 6%

（收稿日期：2022 - 02 - 20）