生態(tài)系統(tǒng)中有關(guān)能量流動常見題型解題技巧

【摘 要】本文基于生態(tài)系統(tǒng)的能量流動規(guī)律，歸納生態(tài)系統(tǒng)中能量流動有關(guān)計算的四種題型，并總結(jié)分析出不同題目的解題技巧。

【關(guān)鍵詞】高中生物 能量流動 解題技巧

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）03B-0161-02

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動在高中生物中占有重要的地位。有關(guān)能量流動的計算，高考考查較為頻繁，且題型多變，因此在解題過程中需要掌握一定的解題技巧。只有這樣，才能提高解題效率和能力。下面就幾種題型進行探討。

一、食物鏈（網(wǎng)）型

1.高中生物人教版必修 3 提到，能量流動和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，二者是同時進行的，彼此相互依存，不可分割。物質(zhì)作為能量的載體，使能量沿著食物鏈（網(wǎng)）流動。

〖例 1〗若食物鏈甲→乙→丙，討論下列問題：

①已知丙營養(yǎng)級獲得的能量為 M，則至少需要甲營養(yǎng)級的能量為多少？最多需要甲營養(yǎng)級的能量為多少？

②已知甲營養(yǎng)級的能量為 N，則丙營養(yǎng)級獲得的能量最多為多少？最少的能量為多少？

〖解析〗在分析此類題目時候，首先要清楚，如果沒有特殊說明的情況下，能量傳遞的效率就以 10% 或 20% 來計算。解題時注意題目中是否含有“最多”“最少”“至少”等關(guān)鍵詞，以便判斷是使用 10% 還是 20% 來解題。在①中，已知丙營養(yǎng)級的能量，求需要甲營養(yǎng)級多少?？梢赃@樣思考，如果需要消耗甲最少，那么傳遞效率應(yīng)該最大才會消耗少，所以按 20% 來計算；如果消耗甲最多的話，說明傳遞效率低，應(yīng)該用 10% 來計算。因此算出至少需要甲營養(yǎng)級的能量=M÷（20%）2，最多需要甲營養(yǎng)級的能量=M÷（10%）2。同理求出②中丙要從甲獲得的最多的能量，應(yīng)該按照 20% 來算，即為 N×（20%）2；獲得的能量最少，則按 10% 來算，即 N×（10%）2。

2.在食物網(wǎng)分析中，已經(jīng)確定了是“最多”還是“最少”時，還需要考慮的是：如果食物鏈越長，最高營養(yǎng)級獲得的能量越少；生物間的捕食關(guān)系越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)消耗的能量就越多，傳遞到最高營養(yǎng)級獲得的能量也就越少?？偨Y(jié)規(guī)律如下：

①已知生產(chǎn)者能量，求消費者能量，用乘法來算。消費者想要獲得能量最多，應(yīng)該選最短的食物鏈，乘以 20% 即可；所獲得能量最少，選最長的食物鏈，乘以 20%。

②已知消費者能量，求生產(chǎn)者能量，用除法來算。消耗生產(chǎn)者最多的能量，應(yīng)該選最長的食物鏈，除以 10% 即可；消耗生產(chǎn)者最少的能量，應(yīng)該選最短食物鏈，除以 10%。

3.如果在食物網(wǎng)中，某一生物從上一營養(yǎng)級獲得的能量并不只是由一種生物提供，而且從各生物獲得能量比例不等。遇到此類題型的時候，解題思路為：把食物網(wǎng)拆開分成食物鏈，單獨計算每條食物鏈中需要求的能量，然后再合并起來。

〖例 2〗（2014·邢臺月考） 在如圖所示的食物網(wǎng)中，若使 C 體重增加 x，已知其食用 B 所占的比例為 a，則至少需要的生產(chǎn)者 A 為 y，求 x 與 y 的關(guān)系。

〖解析〗從題目所給的食物網(wǎng)可知，該食物網(wǎng)由兩條食物鏈構(gòu)成，可以將此食物網(wǎng)拆分為 A1→B→C 和 A2→C。若 C 食用 B 所占的比例為 a，那么食用 A2 所占的比例為（1-a），單獨把兩條食物鏈所需要的 A 算出。因為有“至少”關(guān)鍵詞，所以其效率為 20%。計算過程如下：

從而得出 A（y）=A1+A2，即 y=25xa+5x（1-a）=20xa+5x。

二、列表型

列表型的這類題目，?？嫉木褪歉鶕?jù)表格數(shù)據(jù)，寫出食物鏈（網(wǎng)）。這類題目難度系數(shù)并不大，需要掌握的是能量流動的特點。

〖例 3〗（江寧 期考）根據(jù)如表 1 數(shù)據(jù)，寫出食物鏈。

〖解析〗在一個生態(tài)系統(tǒng)中，總是有一部分會被捕食，一部分逃脫，被捕食的那部分，也不可能被完全消化吸收，再加上自身呼吸消耗等原因，能量流動的特點為單向流動、逐級遞減，也就是說，越高營養(yǎng)級，獲得的能量就越少。那么，作為第一營養(yǎng)級的生產(chǎn)者，獲得的能量應(yīng)該是最多的，由表 1 可知，B 所含的能量最多，應(yīng)該為第一營養(yǎng)級即生產(chǎn)者，C 獲得的能量最少，為最高營養(yǎng)級，表 1 所體現(xiàn)出來的食物鏈可以表示為：B→D→A→C。此類型的題目在高考中也出現(xiàn)過。

〖例 4〗（2014·新課標 Ⅱ）某陸地生態(tài)系統(tǒng)中，除分解者外，僅有甲、乙、丙、丁、戊 5 個種群（如表 2）。調(diào)查得知，該生態(tài)系統(tǒng)有 4 個營養(yǎng)級，營養(yǎng)級之間的能量傳效率為 10%～20%，且每個種群只處于一個營養(yǎng)級。一年內(nèi)輸入各種群的能量數(shù)值如下表所示，表中能量數(shù)值的單位相同。請畫出該生態(tài)系統(tǒng)中的食物網(wǎng)。

〖解析〗在表 2 中，戊所含有的能量是最多的，應(yīng)該為生產(chǎn)者，與表 1 不同的是，表 2 中乙和丙的能量值差距不大，并且從題目可知，該生態(tài)系統(tǒng)只有 4 個營養(yǎng)級。5 個種群，卻只有 4 個營養(yǎng)級，必定有 2 個種群是處在同一個營養(yǎng)級上，那么哪兩個才是同一個營養(yǎng)級的呢？當然是能量相差不大的乙和丙。因此，該生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)可以用下面圖 1 表示：

三、能量流經(jīng)某一營養(yǎng)級型

在高中生物人教版必修 3 第 94 頁的圖 5-6，就給出了能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的示意圖。可以用簡單的文字對圖形加以敘述：初級消費者攝入的能量，一部分經(jīng)消化吸收作為同化量，同化量也稱為流入量，另一部分是食物殘渣等未經(jīng)同化，隨糞便排出。因此，攝入量=同化量+糞便中能量。初級消費者同化的這一部分能量，很大一部分在呼吸作用中以熱能形式散失掉了，一部分用于自身的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動。他們之間的關(guān)系為：同化量=呼吸作用散失+用于生長發(fā)育、繁殖。因為在生態(tài)系統(tǒng)中存在捕食關(guān)系，所以用于生長發(fā)育、繁殖的這一部分能量一方面會隨著捕食關(guān)系流入下一營養(yǎng)級，暫時未流入下一營養(yǎng)級的能量，最終被分解者分解。所以同化量又可以表示為：同化量=呼吸作用散失+流入下一營養(yǎng)級+分解者分解。見人教版必修 3 第 94 頁圖 5-7。

〖例 5〗補充下列能量流動過程圖解（圖 2）

〖解析〗學生碰到此種類型的題目時候，腦海中一定要有各種能量之間的關(guān)系，然后再把各種關(guān)系套入過程圖解中，便能很快寫出各字母所代表的含義。即 A 為同化量，B 是呼吸作用散失，C 為流入下一營養(yǎng)級。

四、能量變化型

要了解一個生態(tài)系統(tǒng)中能量的變化和傳遞效率，就需要對這個生態(tài)系統(tǒng)進行分析。

高中生物人教版必修 3 中，美國生態(tài)學家林德曼就對賽達伯格湖進行定量分析，構(gòu)建能量流動圖如圖 3 所示。

圖中明確表示出各營養(yǎng)級之間能量的變化，從圖中可知，生產(chǎn)者固定的太陽能為 464.6，也就是生產(chǎn)者的同化量。根據(jù)前述第三種情況，下列等式就應(yīng)該成立：同化量（464.6）=呼吸作用散失（96.3）+流入下一營養(yǎng)級（62.8）+分解者分解（12.5），可是等式的右邊三項加起來的值為 171.6，并不等于左邊的 464.6。兩者之間的差值為 293，恰好是由生產(chǎn)者指出去的第四個箭頭，即未利用途徑。這就是所謂的定量定時分析，在規(guī)定的時間內(nèi)，有一部分能量并沒有被自身呼吸消耗，既沒有流入下一營養(yǎng)級，又沒有被分解者分解。從而出現(xiàn)了暫時的未利用。當然，如果是進行定量不定時分析，也就是時間足夠長的情況下，最終能量的去路就只有三條途徑。不管是定量定時，還是定量不定時，解題的原則就只有一個：輸入的能量=輸出的能量。通俗來講，就是指入的箭頭數(shù)值=指出去箭頭數(shù)值之和。并且，箭頭指向下一營養(yǎng)級箭頭上數(shù)值即表示同化量，營養(yǎng)級之間能量傳遞效率的計算公式為：

（下一營養(yǎng)級同化量÷上一營養(yǎng)級同化量）×100%

〖例 6〗（2013·仁壽縣模擬）如圖是某人工生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程中部分環(huán)節(jié)涉及的能量變化值[單位為 103 kJ/（m2·y）]。

在人為干預(yù)下，能量在第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級之間的傳遞效率為

〖解析〗要求第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級的傳遞效率，就必須知道兩個營養(yǎng)級的同化量。第二營養(yǎng)級只有兩個箭頭指入，生產(chǎn)者的流入和補償輸入，就是生產(chǎn)者的同化量為 16。根據(jù)指入的箭頭數(shù)值=指出去箭頭數(shù)值之和，指出去四個箭頭：4 以熱能的形式散失、9 為利用、0.5 流入分解者、未知流入下一營養(yǎng)級。便可得出流入下一營養(yǎng)級的是：16-4-9-0.5=2.5，第二營養(yǎng)級流入第三營養(yǎng)級的能量為 2.5。第三營養(yǎng)級的補償輸入為 5，但是這一部分能量并不是從第二營養(yǎng)級流入的，因此計算第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級的傳遞效率就用 2.5÷16 即可。

綜上所述，雖然關(guān)于能量流動的題型有很多，但終究是萬變不離其宗，只要掌握了規(guī)律方法，注重總結(jié)歸納，當碰到這類型題目時便能迎刃而解。

【基金項目】本文屬廣西教育科學“十二五”規(guī)劃課題“新課改背景下高中生物微課設(shè)計與制作及應(yīng)用研究”（2015A014）。

【作者簡介】楊黎黎（1990— ），女，大學本科，中學二級教師，賀州高級中學教師。

（責編 盧建龍）