郭進(jìn)宏
食物鏈和食物網(wǎng)的相關(guān)概念及數(shù)量計(jì)算,出現(xiàn)在人教版高中生物教材必修III中第五章第一節(jié)中。是高考必考的內(nèi)容。探究食物鏈的數(shù)量問(wèn)題,是對(duì)于食物網(wǎng)相關(guān)的考查首先要解決的問(wèn)題,有利于學(xué)生較快把握題目的結(jié)構(gòu),準(zhǔn)確解答相關(guān)問(wèn)題,也有利于教師有效地教學(xué)。
食物鏈?zhǔn)澄锞W(wǎng)數(shù)量
一、引言
隨著新一輪高考改革的進(jìn)行,對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力有了更深層次的要求,特別是對(duì)于探究能力、解決實(shí)際情況的能力的考查。探究食物鏈的數(shù)量,是解決有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、信息傳遞的先決條件。在實(shí)際的教學(xué)中,因?yàn)闆](méi)有相關(guān)的、系統(tǒng)的食物鏈數(shù)量的教學(xué)方法,使教師及學(xué)生在教學(xué)此問(wèn)題時(shí),往往會(huì)因?yàn)槭韬龆鴮?dǎo)致食物鏈數(shù)量的錯(cuò)誤,進(jìn)而影響后續(xù)的解題。本課題正是結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及高考的考查,總結(jié)出相關(guān)的方法。
二、探究食物鏈的數(shù)量
方法一:傳統(tǒng)的路徑法
以第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)為起點(diǎn),以最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)為終點(diǎn),注意每條路徑上的分岔點(diǎn)。
例1.2014江蘇卷。如圖,食物鏈有8條。
食物鏈1:甲→乙→辛;
食物鏈2:甲→乙→丁→辛;
食物鏈3:甲→丙→乙→辛;
食物鏈4:甲→丙→乙→丁→辛;
食物鏈5:甲→丙→丁→辛;
食物鏈6:甲→丙→已→庚;
食物鏈7:戊→丁→辛;
食物鏈8:戊→已→庚。
方法二:樹狀圖法
以第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)為起點(diǎn),最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)為終點(diǎn),每種捕食關(guān)系對(duì)應(yīng)一條分支。最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)出現(xiàn)的次數(shù)即為食物鏈的條數(shù)。
識(shí)圖可知,辛和庚作為最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)在食物鏈的結(jié)尾共出現(xiàn)8次,即8條食物鏈。
從圖中,可知,同一列為同一營(yíng)養(yǎng)級(jí),第幾列即為第幾營(yíng)養(yǎng)級(jí)。同時(shí),可反映出,同一種生物可處于不同營(yíng)養(yǎng)級(jí),如辛,可處于第三、第四、第五營(yíng)養(yǎng)級(jí)。
方法三:計(jì)算法
第一營(yíng)養(yǎng)級(jí):在生態(tài)系統(tǒng)中,生產(chǎn)者只會(huì)被捕食,所以可描述為只出不進(jìn),0進(jìn)n出,計(jì)n;最高營(yíng)養(yǎng)級(jí):同理,只進(jìn)不出,m進(jìn)0出,計(jì)0(因?yàn)樵诘箶?shù)第二營(yíng)養(yǎng)已經(jīng)計(jì)算在內(nèi));其他營(yíng)養(yǎng)級(jí):X進(jìn)Y出;Y-1代表此路徑已經(jīng)被利用一次;X代表利用次數(shù);Σ表示所有的集合求和。
例2.2011年新課標(biāo)卷。如圖,食物鏈有4條。
如上題:第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的牧草可被羊和兔食用,0進(jìn)2出,計(jì)n=2;最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的人,可捕食羊、兔、狐,3進(jìn)0出,計(jì)0;其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的羊,只能捕食牧草,但被人和狐捕食,1進(jìn)2出,套用X羊(Y羊-1)=1(2-1)=1;同理,兔,X兔(Y兔-1)=1。求和:N=
對(duì)于有多個(gè)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的食物網(wǎng),采用拆分法,把食物網(wǎng)拆分為相應(yīng)數(shù)量的食物網(wǎng)后,分類討論后求和。拆分的依據(jù)為:凡是和某第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)相關(guān)的生物,全為同一食物網(wǎng)。
例3.2014江蘇卷改編。
由于此食物網(wǎng)中有兩個(gè)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí),且乙同時(shí)捕食兩種第一營(yíng)養(yǎng)級(jí),對(duì)于此類食物網(wǎng),必須先拆分為兩個(gè)食物網(wǎng)進(jìn)行分類討論。
和甲相關(guān)的物種有乙、丙、丁、已、辛和庚;和戊相關(guān)的物種有乙、丁、已、辛和庚。分解為兩圖。
情況一:第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的甲,0進(jìn)2出,計(jì)2;最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)有辛和庚,總計(jì)3進(jìn)0出,計(jì)0;其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的乙,2進(jìn)2出,所以X乙(Y乙-1)=2;其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的丙,1進(jìn)3出,所以X丙(Y丙-1)=2;其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的丁,2進(jìn)1出,所以X丁(Y丁-1)=0;其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的乙,1進(jìn)1出,所以X已(Y已-1)=0;N1=Σ{n}+Σ{X(Y-1)}=2+(2+2)=6
情況二:第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)有戊,0進(jìn)3出,計(jì)3;最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)有辛和庚,總計(jì)3進(jìn)0出,計(jì)0;其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的乙,1進(jìn)2出,所以X乙(Y乙-1)=1;其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的丁,2進(jìn)1出,所以X?。╕丁-1)=0;其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的已,1進(jìn)1出,所以X已(Y-已1)=0;N2=Σ{n}+Σ{X(Y-1)}=3+1=4;∴N=N1+N2=10
三、解題規(guī)律
1.凡是X進(jìn)1出的營(yíng)養(yǎng)級(jí),X(Y-1)=0。所以,在熟練之后,先確定并計(jì)算第一營(yíng)養(yǎng)級(jí),再排除最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)和X進(jìn)1出的營(yíng)養(yǎng)級(jí)。其他的逐個(gè)計(jì)算。
2.并不是所有的含有多個(gè)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的食物網(wǎng)都需要拆分,如上題,亦可不拆分。但為了方便學(xué)生理解和教學(xué)的深入淺出,在這里不討論多個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)不拆分的情況。
四、結(jié)束語(yǔ)
食物鏈的數(shù)量問(wèn)題是高考的必考內(nèi)容,也是學(xué)生必須要掌握和應(yīng)用的能力。以上討論的方法,有助于教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)。在實(shí)踐操作中,應(yīng)就每種方法進(jìn)行逐一的介紹,讓學(xué)生掌握每種方法的本質(zhì)和內(nèi)涵,進(jìn)行對(duì)比,從而掌握應(yīng)用。然后,根據(jù)題目要求,采用適合的方法,快速解答此類問(wèn)題。
參考文獻(xiàn):
\[1\]人民教育出版社、課程教材研究所、生物課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·生物必修3·生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).2016.88-92.