生态系统中能量流动计算的几种题型

例析生态系统中能量流动计算的几种题型

能量流动的知识，是高中生物教材中为数不多的几个D 级知识点之一，因此，关于能量流动的计算问题，是一种重要的题型。常见的计算题型大致可分为如下几种：

1. 根据能量流动效率直接计算

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W 1和W 2，当下列哪种情况发生时，最有可能使生态平衡遭到破坏（ ）

A. 2110W W >

B. 215W W >

C. 2110W W <

D. 215W W <

解析 生态系统的能量流动效率为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%，如，则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%，初级消费者、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性发展，因而最有可能使生态平衡遭到破坏。答案选D 项。

例2 有5个营养级的一条食物链，若第五营养级的生物体重增加1kg ，理论上至少要消耗第一营养级的生物（ ）

A. 25kg

B. 125kg

C. 625kg

D. 3125kg

解析 这是最为简单的一种计算题型。所谓至少消耗，即是按照最高的效率（20%）传

递。设需消耗第一营养级生物x kg ，则有(20%)4x=1，不难选出正确答案为C 项。

2. 根据隐含的能量流动数量关系进行计算

例3 在某生态系统中，已知1只2kg 的鹰要吃10kg 的小鸟，0.25kg 的小鸟要吃2kg 的昆虫，而100kg 的昆虫要吃1000kg 的绿色植物。若各营养级生物所摄入的食物全转化成能量的话，那么，这只鹰转化绿色植物的百分比应为（ ）

A. 0.05%

B. 0.5%

C. 0.25%

D. 0.025%

解析 该题中能量流动效率不仅用重量表示，而且其数值在各营养级之间都不一样，但以植物为基准，在食物链的基础上可推出它们间的数量转化关系：

植物 → 昆虫 → 小鸟 → 鹰

1000kg 100kg 12.5kg 2.5kg

这样，鹰转化绿色植物的百分比即为2.5/1000，也就是0.25%。

3. 根据规定的能量流动效率计算

例4 有一食物网如图1所示。假如猫头鹰的食物2/5来自兔子，2/5来自老鼠，其余来自蛇，那么猫头鹰要增加20g 体重，最多消耗植物多少克？

图1

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

图2

考虑到是最多消耗，计算时要按最低的能量流动效率即10%计算，这样这三条链消耗的植物分别为800g 、800g 、4000g ，共消耗植物5600克。

例5 在如下图3所示的食物网中，已知各营养级之间的能量转化效率为10%，若一种生物摄食两种上一营养级的生物时，两种被摄食的生物量相等，则丁每增加10千克生物量，需消耗生产者多少千克？

图3

解析据题意，与丁食物来源相关的食物链有三条：戊→庚→丁，戊→甲→丁，戊→己→甲→丁。丁以甲和庚为食，则按能量传递效率10%计算：各需甲、庚10kg÷10%÷2＝50kg。甲要增长50kg需摄食己和戊共50kg÷10%＝500kg，则己、戊各250kg，己要增长250kg则需摄食戊250kg÷10%＝2500kg，庚要增长50kg则需戊50kg÷10%＝500kg。共需戊：500＋2500＋250＝3250kg。

4. 根据变化的能量流动效率计算

例6已知在如下图4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4

解析本题中，C获得能量的途径有二条：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。

5. 根据特定的能量流动要求计算

例7有一食物网如下图5所示，设E种群干物质量为5.8×109kJ，B种群干物质量为1.3×108kJ，则A种群干物质量的值至少是_____________。

图5

解析本题首先要搞清楚：由于能量寓于物质之中，所以计算干物质量的值也就是计算能量的量值；其次，由于E种群的干物质的最终去向有B和A，所以要使A种群所得干物质的量最少，只有在E种群以最低的传递效率传给B（这时E种群剩余干物质最少），E剩余部分再以最低的传递效率传给A时才可能发生。B种群干物质量为1.3×108kJ，从理论上讲，至多消耗E种群干物质为1.3×108kJ/10%＝1.3×109kJ，由于A与E相隔一个营养级，因而A种群干物质量的值至少为（5.8－1.3）×109kJ×10%×10%＝4.5×107kJ。

总之，找出相关食物链，确定能量流动效率，弄清特定题设条件是解决这类题目的一般规律和方法。