生态系统中的能量流动计算解题模型构建

生态系统中的能量流动计算解题模型构建高考常考，重点强化，思维建模，跨越障碍，全取高考拉分题
热点1能量流动分流模型解读
1.能量流经不同营养级示意图
2.构建能量流动模型（表示方法）
方法一：
说明：两个去向：同化量（b）＝呼吸作用消耗量（d）＋用于生长发育和繁殖的能量（e）；摄入量（a）＝同化量（b）＋粪便量（c）
方法二：
说明：三个去向：同化量＝呼吸作用消耗量＋分解者分解量＋下一营养级的同化量
方法三：
说明：四个去向：同化量＝自身呼吸作用消耗量（A）＋未利用（B）＋分解者的分解量（C）＋下一营养级的同化量（D）
【典例】如图是生态系统的能量流动图解，N1～N6表示能量数值。

请回答下列有关问题。

（1）流经该生态系统的总能量为（用N1～N6中的字母表示）。

（2）由初级消费者传递给蜣螂的能量为。

（3）图中N3表示__________________________________________。

（4）能量由生产者传递给初级消费者的传递效率为。

（用N1～N6中的字母表示）。

（5）生态系统具有自我调节能力的基础是。

若要提高生态系统的抵抗力稳定性，一般可采取的措施为_____________________________________。

审题指导
答案（1）N2（2）0（3）生产者用于生长、发育和繁殖的能量（4）N5/N2×100%（5）负反馈调节增加各营养级的生物种类
（1）最高营养级能量去路只有3个方面，少了“传递给下一营养级”这一去路。

（2）分解者分解作用的实质仍然是呼吸作用。

（3）流经各营养级的总能量：对生产者而言强调关键词“固定”而不能说“照射”，对各级消费者而言强调关键词“同化”而不能说“摄入”。

1.（2017·辽宁沈阳联考）下图表示能量流经某生态系统第二营养级示意图[单位J/（cm2·a）]，据图分析，有关说法正确的是（）
A.该生态系统第一营养级同化的能量至少为400
B.第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是100
C.能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是20%
D.该生态系统第三营养级同化的能量是15
解析题图为能量流经某生态系统第二营养级的示意图，其中A表示该营养级摄入的能量，B表示该营养级同化的能量，C表示该营养级用于生长、发育和繁殖的能量，D表示呼吸作用中以热能的形式散失的能量，E表示分解者利用的能量，B错误；题图仅表示能量流经第二营养级的过程，并不能得出第三营养级的同化量，因此无法计算由第二营养级到第三营养级的能量传递效率，C错误；由题图知次级消费者摄入的能量为15，而并非第三营养级同化的能量，D错误。

答案 A
2.（2017·河北定州联考期中）如图为生态系统中能量流动部分示意图（字母表示能量的多少），下列叙述正确的是（）
A.图中b＝h＋c＋d＋e＋f
B.生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a×100%
C.“草→兔→狼”这一关系中，狼粪便的能量属于d
D.缩短食物链可以提高能量传递效率
解析图中b＝h＋c，A错误；生产者与初级消费者之间的能量传递效率为（b －h）/a×100%，B错误；“草→兔→狼”这一关系中，狼粪便中的能量未被狼同化，仍属于其上一个营养级，即属于d，C正确；缩短食物链可以减少能量的损耗，但不能提高能量传递效率，D错误。

答案 C
热点2能量流动的相关计算
1.食物链中能量的“最值”计算
设食物链A→B→C→D，分情况讨论（如下表）：
（1）能量传递效率未知时（按20%即1/5、10%即1/10计算）
（2）已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。

例如，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.在食物网中分析
在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率约为10%～20%，一般从两个方面考虑：
3.利用“拼图法”巧解能量流动
（1）输入第一营养级的能量（W 1）即生产者的同化量被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失（A 1），一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖。

而后一部分能量中包括现存的植物体B 1、流向分解者的C 1、流向下一营养级的D 1。

（2）第一营养级向第二营养级的能量传递效率＝（D 1/W 1）×100%，第二营养级向第三营养级的能量传递效率＝（D 2/D 1）×100%。

在具体计算时务必先澄清分流比例求解中应“顺推（用乘法）”还是“逆推（用除法）”，以为例。

①若已知“植物同化量（A ）”，并告知其“传向动物与直接传向人比例由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 ·12·15＋A ·12·
（15）2＝M 1 调整后：A·23·15＋A ·13·
（15）2＝M 2 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：M ·1215＋M ·12（15
）2＝A 1 调整后：M ·2315＋M ·13（15
）2＝A 2
【典例】 （1）若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是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是前者的 倍。

（2）若植物向动物及向人提供的能量比例由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是前者的 倍。

审题指导
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，如下左图，共需植物性食物的相对值为55；如果动物性食物与植物性食物的比例是1∶4，则共需植物性食物的相对值是28（如下右图）。

前者对食物的消耗量是后者的1.96倍，这也就说明后者可供养的人数是前者的1.96倍。

（2）设植物能量为M ，则调整前，人所得能量为：M ×12×10%＋M ×12×（10%）
2＝M 20＋M 200＝11M 200，调整后人所得能量为M ×45×10%＋M ×15×（10%）2＝2M 25＋M 500
＝41M 500，则调整后∶调整前为41M 500/11M 200≈1.49，即调整后供养的人口是调整前的
1.49倍。

答案 （1）1.96 （2）1.49
1.若某草原生态系统只存在下面的食物关系，尝试完成问题。

（1）假如猫头鹰的食物有25来自兔，25来自鼠，15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 。

（2）假如植物有25被兔所食，有35被鼠所食；鼠有23直接被猫头鹰捕食，有13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）在生态系统中，能量传递效率为20%时，能量在流动过程中损失最小，可消耗最少的植物，为最高营养级提供最多的能量。

因此，若计算使猫头鹰增加20 g 体重至少消耗的植物质量，则能量按20%传递。

设猫头鹰从不同食物链消耗的植物分别为a 、b 、c ，可写出：
列方程式得：a ×20%×20%＝20×2/5，b ×20%×20%＝20×2/5，c ×20%×20%×20%＝20×1/5。

解得：a=200(g)、b=200(g)、c=500(g),a+b+c=900(g)。

（2）设猫头鹰从三条食物链中获得的能量依次为e 、f 、g ，植物固定的总能量为h 。

根据题意，可绘图如下：
列方程式得：2h/5×20%×20%＝e，（3/5）×（2/3）h×20%×20%＝f，（3/5）×（1/3）h×20%×20%×20%＝g，e＋f＋g＝20 g。

解得：h≈595（g）。

答案（1）900 g（2）595 g
2.（2017·陕西高三质检）如图是某草原生态系统的食物网结构图。

据图回答以下问题：
2.(2017·陕西高三质检)如图是某草原生态系统的食物网结构图。

据图回答以下问题：
(1)图中属于次级消费者的生物有_________________________________。

(2)流经该生态系统的总能量是________。

若蛇取食鼠的比例由1/4调整到3/4，从理论上分析，改变取食比例后，蛇体重增加1 kg，人能比原来多增重________kg(能量传递效率按10%计算)。

解析(1)以植食性动物为食的动物属于次级消费者，据图分析，人、蟾蜍、蛇、猫头鹰属于次级消费者。

(2)流经该生态系统的总能量是草固定的太阳能。

调整前蛇增重1 kg消耗草的量为：1×3/4÷10%÷10%÷10%＋1×1/4÷10%÷10%＝775(kg)；调整后，蛇增量1 kg消耗草的量为：1×1/4÷10%÷10%÷10%＋1×3/4÷10%÷10%＝325(kg)；调整后可节省草775－325＝450(kg).此部分草的能量可流向人，使人增重450×10%×10%＝4.5(kg)。

答案(1)人、蟾蜍、蛇、猫头鹰(2)草固定的太阳能 4.5
3.某地区年降雨量丰富，一弃耕农田的食物链之一是“甲→乙→丙”，生态学家对该生态系统的发展以及该食物链的能量流动进行了研究，结果如下表，单位为×103[J(hm2·a)－1]，回答下列问题：
(1)从生态系统的成分看，食物链中甲是________，流经该生态系统的能量是________×103 [J·(hm2·a)－1]。

(2)在食物链“甲→乙→丙”中，能量从乙到丙的传递效率是________，从乙流向分解者的能量包括乙的遗体、分泌物中的能量和________粪便中的能量。

(3)有人发现表中乙或丙的同化量与呼吸量之和不等于摄入量，请你分析该现象出现的原因：___________________________________________________。

(4)调查发现在该弃耕农田演替过程中物种丰富度逐渐________，抵抗外界干扰的能力________。

解析(1)食物链的起点是生产者，因此甲是生产者，流经该生态系统的能量是生产者所固定的太阳能，由表中数据分析可知生产者固定的太阳能应是24 500×103 [J·(hm2·a)－1]。

(2)能量传递效率是相邻营养级同化量之比，由数据分析可知能量从乙到丙的传递效率应是6/75×100%＝8%，某营养级粪便中的能量是上一营养级同化的能量，所以乙流向分解者的能量还包括丙粪便中的能量。

(3)摄入量等于同化量加上粪便中能量，而呼吸量是同化量的一部分。

(4)在弃耕农田演替过程中物种丰富度逐渐增加，生态系统抵抗力稳定性增强。

答案(1)生产者24 500(2)8%丙(3)摄入量等于同化量加上粪便中能量，而呼吸量是同化量中的一部分(4)增加增强。