例析食物網(wǎng)中不同比例能量傳遞的計(jì)算

趙汗漫

【摘要】生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的渠道是食物鏈和食物網(wǎng)，食物網(wǎng)是由許多食物鏈彼此相互交錯(cuò)連接成的復(fù)雜營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。在食物網(wǎng)中高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物可以從不同食物鏈獲取能量，當(dāng)不同食物鏈提供不同比例時(shí)，相關(guān)的能量計(jì)算錯(cuò)綜復(fù)雜，解答時(shí)易于出錯(cuò)且不易理解。為了全面把握相關(guān)內(nèi)容，現(xiàn)將常見(jiàn)類型歸納為以下幾種情況。

【關(guān)鍵詞】食物鏈?食物網(wǎng)?能量傳遞效率

一、食物鏈不同取食比例不同

計(jì)算某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物從食物網(wǎng)中不同食物鏈按不同比例獲取能量，應(yīng)以食物鏈為基礎(chǔ)，按照從不同食物鏈獲得的食物比例分別計(jì)算，再將各條食物鏈中的能量值相加。

例1：由于“赤潮”的影響，一條4Kg重的雜食性海洋魚(yú)死亡，假如該雜食性海洋魚(yú)的食物有1/2來(lái)自植物，1/4來(lái)自草食魚(yú)類，1/4來(lái)自以草食魚(yú)類為食的小型肉食魚(yú)類，按能量流動(dòng)效率20%計(jì)算，該雜食性魚(yú)從出生到死亡，共需海洋植物（?）。

A.160㎏?B.120㎏?C.60㎏?D.100㎏

解析：依題意，各生物之間的食物網(wǎng)如下：

從食物網(wǎng)可看出，雜食魚(yú)的食物來(lái)自三條食物鏈，分別是：（1）植物→雜食魚(yú);（2）植物→草食魚(yú)類→雜食魚(yú);（3）植物→草食魚(yú)類→小型肉食魚(yú)類→雜食魚(yú)。

按能量傳遞效率以20%計(jì)算，根據(jù)題干中食物比例可推知，4kg重的雜食魚(yú)中，有4×1/2=2kg的生物量來(lái)自植物，據(jù)第（1）條食物鏈計(jì)算實(shí)際消耗植物的量為2÷20%=10kg;有4×1/4=1kg的生物量來(lái)自草食魚(yú)類，據(jù)第（2）條食物鏈計(jì)算實(shí)際消耗的量為1÷20%÷20%=25kg;有4×1/4=1kg的生物量來(lái)自小型肉食魚(yú)類，據(jù)第（3）條食物鏈計(jì)算實(shí)際消耗植物的量為1÷20%÷20%÷20%=125kg。綜上共消耗植物的量為10+25+125=160kg。

答案：A

變式1.已知在如下圖所示的食物網(wǎng)中，C生物同化的總能量為a，其中A生物直接供給C生物的比例為x，則按最低的能量傳遞效率計(jì)算，需要A生物的總能量（y）與x的函數(shù)關(guān)系式為_(kāi)___________。

答案：y=100a-90ax。

提示：由食物網(wǎng)可知，C從A→C和A→B→C兩條食物鏈獲得能量，從A直接獲得能量情況是：已知C從A直接獲得的比例為x，則直接獲得的能量為ax，按最低的能量傳遞效率10%計(jì)算，需要消耗A的能量為ax÷10%=10ax;從A經(jīng)B傳遞間接獲得能量情況是：從A經(jīng)B傳遞間接獲得的比例為（1-x），則間接獲得的能量為（1-x）a，按最低的能量傳遞效率10%計(jì)算，需要消耗A的能量為（1-x）a÷10%÷10%=100（1-x）a。那么消耗A的總能量y=10ax+100（1-x）a=100a-90ax。

二、不同食物鏈取食比例改變

某一生物從食物網(wǎng)中不同食物鏈獲取能量，當(dāng)改變不同食物鏈取食比例，該營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物獲取的能量也發(fā)生改變。計(jì)算時(shí)要弄清楚改變不同食物鏈取食比例前后的變化，應(yīng)以食物鏈為基礎(chǔ)，逐一計(jì)算出不同取食比例情況下的能量，再將結(jié)果進(jìn)行比較。

例2.某生態(tài)系統(tǒng)中存在如圖所示的食物網(wǎng)，如將C的食物比例由A：B=1：1調(diào)整為2：1，能量傳遞效率按10%計(jì)算，該生態(tài)系統(tǒng)能承載C的數(shù)量是原來(lái)的（?）。

A.1.875倍?B.1.375倍?C.1.273倍?D.0.575倍

解析：由食物網(wǎng)可知，生物C從兩條食物鏈獲得能量，即A→C和A→B→C。當(dāng)C的食物比例A：B=1：1時(shí)，設(shè)該生態(tài)系統(tǒng)能承載C的數(shù)量為a，每一個(gè)個(gè)體能量為x，按10%傳遞效率推理可知，需要A的量是1/2ax÷10%+1/2ax÷10%÷10%=55ax;當(dāng)C的食物比例A：B=2：1時(shí)，設(shè)該生態(tài)系統(tǒng)能承載C的數(shù)量為b，每一個(gè)個(gè)體能量仍為x，按10%傳遞效率推理得出，需要A的量是2/3bx÷10%+1/3bx÷10%÷10%=40bx，由于生產(chǎn)者沒(méi)有改變，所以流向該生態(tài)系統(tǒng)的總能量改變前后沒(méi)有變化，則55ax=40bx，b/a=55/40=1.375。

答案：B

變式2.下圖是某草原生態(tài)系統(tǒng)中部分營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。請(qǐng)據(jù)圖回答：

（1）若草固定的總能量為6.8×109kJ，食草昆蟲(chóng)和鼠同化的總能量是1.3×108kJ，則人最多能獲得能量kg。

（2）若蛇取食鼠的比例由1/4調(diào)整到3/4，能量傳遞效率按20%計(jì)算，從理論上分析，改變?nèi)∈潮壤笊唧w重增加lkg，人能比原來(lái)多增重kg。

答案：（1）2.46×108?（2）2

提示：（1）在該生態(tài)系統(tǒng)中，要使人獲得能量最多，能量傳遞效率應(yīng)為20%，草固定的總能量為6.8×109kg，羊、食草昆蟲(chóng)和鼠都以草為食屬于同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物，它們從A中獲得的能量最多是6.8×108×20%=13.6×108，其中食草昆蟲(chóng)和鼠同化的總能量是1.3×108kg，羊從中獲得的能量為13.6×108-1.3×108=12.3×108kg。能量再由羊流入到人，人最多能獲得能量12.3×108×20%=2.46×108kg。（2）改變食物比例前蛇增重1kg，消耗草為3/4÷20%÷20%÷20%+1/4÷20%÷20%=100kg;改變食物比例后蛇增重1kg，消耗草為1/4÷20%÷20%÷20%+3/4÷20%÷20%=50kg。改變食物比例后節(jié)余的草量為：100-50=50kg，這50kg節(jié)余的草中的能量經(jīng)羊流入到人，使人能比原來(lái)多增重：50×20%×20%=2kg。

三、相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物傳遞相同

當(dāng)某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物從前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的不同生物處獲得的能量相等時(shí)。能量計(jì)算應(yīng)以食物鏈為基礎(chǔ)，按照營(yíng)養(yǎng)級(jí)逐級(jí)分別進(jìn)行，再將所得值相加。

例3.在如下圖所示的食物網(wǎng)中，已知各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量轉(zhuǎn)化效率為10%，若一種生物攝食兩種上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物時(shí)，兩種被攝食的生物量相等，則丁每增加10kg生物量，需消耗生產(chǎn)者_(dá)_______kg。

解析：由食物網(wǎng)可知，與丁食物來(lái)源相關(guān)的食物鏈有三條：戊→庚→丁→丙，戊→甲→丁→丙，戊→己→甲→丁→丙。丁以甲和庚為食，則按能量傳遞效率10%計(jì)算，且一種生物攝食兩種上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物時(shí)，兩種被攝食的生物量相等，則各需甲、庚10kg÷10%÷2=50kg。庚要增長(zhǎng)50kg則需戊50kg÷10%=500kg。甲攝食己和戊使之增長(zhǎng)50kg，則各需己和戊50kg÷10%÷2=250kg。己要增長(zhǎng)250kg則需攝食戊250kg÷10%=2500kg。共需戊：500+2500+250=3250kg。

答案：3250

變式3.下圖食物網(wǎng)中，假設(shè)每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物從前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的不同生物處獲得的能量相等。則人的體重每增加1Kg，至少需要消耗水藻Kg。

答案：975

提示：由題意可知，人從大魚(yú)和小魚(yú)處獲得的能量是相等的，小魚(yú)從蝦和水藻處獲得的能量是相等的。

總之，要解決好食物網(wǎng)中不同比例能量傳遞的計(jì)算，應(yīng)該依據(jù)相關(guān)食物鏈確定好比例和能量流動(dòng)效率，分別進(jìn)行計(jì)算才是解決這類問(wèn)題的最佳辦法。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱正威，趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：生物必修3穩(wěn)態(tài)與環(huán)境[M].北京：人民教育出版社，2007.