1、知识能力提升10 能量流动模型分析与相关计算一、构建能量流动模型1不同营养级能量流动示意图2能量流动模型分析(1)模型一：拼图法分析某营养级能量的流向。输入第一营养级的能量(W1)，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了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1C1D1)。而后一部分能量中，包括现存植物体的B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。(2)模型二：关系图法分析某营养级的能量流向。长期来看，流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路有三条：a.自身呼吸散失；b.流入下一营养级(最高营养级除外)；c.被分解者分解利用。(如图所示)在短期内，流
2、入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路有四条：a.自身呼吸散失；b.流入下一营养级(最高营养级除外)；c.被分解者分解利用；d.未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用。(如图所示)(3)模型三：某一营养级的能量流向。注：两个等量关系：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)【典例1】如图中A为某湖泊生态系统的能量金字塔简图，其中、分别代表不同的营养级，m1、m2仅代表不同的能量形式。图B表示能量流经营养级的变化示意图，其中af表示能量值的大小。请据图作答：(1)图A中，m2表示的能量形式为_，能进行次级生产的是
3、_。 (2)图B中，若甲表示图A中营养级所摄入的全部能量，则e表示_的能量，用于营养级生长、发育和繁殖的能量是_(用所给字母表示)。若图A中营养级所同化的总能量为y，则营养级、间的能量传递效率是_100%(用所给字母表示)。 (3)由图B可以得出生态系统的能量流动具有单方向的、_和逐渐递减的特点。 解析： (1)在能量金字塔中，处于第一营养级的生物是生产者，m1表示进入该生态系统的能量光能，m2是指在生态系统食物链各营养级散失的能量热能，次级生产是指异养生物即有机营养生物的生物体的生产，而是生产者，所以能进行次级生产的是消费者、。(2)每一营养级的同化量摄入量粪便量，若甲表示图A中营养级所摄入
4、的全部能量，则乙表示营养级同化的能量，戊表示的生理过程为细胞呼吸，e表示随食物残渣(粪便)排出体外的能量。而营养级同化的能量，一部分在营养级的呼吸作用中以热能的形式散失了，另一部分用于营养级的生长、发育和繁殖等生命活动，因此c表示用于生长、发育和繁殖的能量；营养级、间的能量传递效率为(营养级同化量营养级同化量)100%100%。(3)由图B可以得出，生态系统能量流动的主要特点是单方向的、不可逆的、逐级递减的。答案：(1)热能、(2)随食物残渣(粪便)排出体外c(3)不可逆的(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
5、经各营养级的能量：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”。如图是生态系统的能量流动图解，N1N6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N1N6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N1N6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_。答案：(1)N2(2)0(3)生产者用于生长、发育和繁殖的能量(4)100%(5)负反馈调节增加各营养级的生物种类二
6、、能量流动的相关计算1能量传递效率的相关“最值”计算(1)食物链越短，最高营养级获得的能量越多。(2)生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗得越少。具体计算方法如下：在食物链中能量的“最值”计算。设食物链ABCD，能量传递效率未知时(按20%即、10%即计算)如下表：已知问题思路求解由D“逆推”A(D净增重M)用“除法”至少需要A的量YY最多需要A的量YY由A“顺推”D(A净增重N)用“乘法”D最多增重的量YN(1/5)3YD至少增重的量YN(1/10)3Y在食物网中能量的“最值”计算。正推：知低营养级求高营养级获能量最多选最短食物链，按20%计算获能量最少选最长食物链，按10%
7、计算逆推：知高营养级求低营养级需能量最多选最长食物链，按10%计算需能量最少选最短食物链，按20%计算2.能量传递效率的有关“定值”计算(1)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计数。例如，在食物链ABCD中，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Ma%b%c%。(2)如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则需按照各单独的食物链进行计算后合并。【典例2】下图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少需消耗水藻_kg，最多消耗水藻_kg。解析：能量在相邻两个营养级间的传递效率是
8、10%20%。求最少消耗水藻量时，应选最短的食物链，即水藻小鱼人，传递效率按20%计算，设最少消耗水藻量为x，则x20%20%1 kg，x25 kg；求最多消耗水藻量时，应选最长的食物链，即水藻水蚤虾小鱼大鱼人，传递效率按10%计算，设最多消耗水藻量为y，则y10%10%10%10%10%1 kg，y100 000 kg。答案：25100 000【典例3】如图为某草原生态系统的食物网。请回答下列问题：(1)调查草的种群密度采用的方法是_，该方法的关键是要做到_。(2)该食物网中各种生物数量能保持相对稳定，是由于生态系统具有_能力，该能力的基础是_。(3)若蛇的数量锐减，则猫头鹰的数量一般会_，
9、其原因是_。(4)若蛇取食蟾蜍和鼠的比例为12，蛇增重a(单位：kg)，最多需要消耗生产者b(单位：kg)，则a和b之间的数量关系可以表示为_。解析：(1)植物种群密度的调查方法是样方法，该方法的关键要做到随机取样。(2)生态系统中各种生物数量能保持相对稳定，是由于生态系统具有自我调节能力，而自我调节能力的基础是负反馈调节。(3)若蛇数量锐减，猫头鹰的数量会增加，原因是蛇减少后，猫头鹰会捕食大量的鼠，食物链缩短，能量散失减少，更多能量流向猫头鹰。(4)已知高营养级生物量求低营养级生物量，若消耗生产者“最多”，传递效率按10%计算，则a(10%)3a(10%)2b，即b400a。答案：(1)样方
10、法随机取样(2)自我调节负反馈调节(3)增加蛇的数量锐减后，猫头鹰会大量捕食第二营养级的鼠，食物链缩短，有更多的能量流向猫头鹰 (4)b400a(1)能量多级利用和逐级递减不是一回事，前者是通过能量的多级传递，每一级传递过程中都有能量流向对人有益的部分；而逐级递减是指在不断逐级传递过程中，每一营养级获得能量都比前一营养级少。(2)进行具体能量流动计算时切记“顺推”(即由“植物”下推)与“逆推”(即由高营养级前推)的计算，前者用“乘法”，后者用“除法”。(3)具有人工能量输入的能量传递效率计算。人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第
11、三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)100%。图中甲是某草原生态系统中碳循环模式图，图中A、B、C、D表示生态系统的成分，图乙为其中部分营养结构。请据图回答：(1)若草固定的总能量为6.8109 kJ，食草昆虫和鼠同化的总能量是1.3108 kJ，则人最多能获得能量_kJ。 (2)若蛇取食鼠的比例由调整到，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20%计算) 解析：(1)(6.81091.310820%)(20%)22.46108 kJ。(2)改变前：蛇体重增加1 kg消耗草(20%)3(20%)2100 kg；改变后：蛇体重增加1 kg消耗草(20%)3(20%)250 kg，所以改变后与改变前相比节余的50 kg草可流向人。故人比原来增重了5020%20%2 kg。答案：(1)2.46108(2)2
