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补上一课6 能量流淌分流模型解读及相关计算
重点1 能量流淌分流模型解读
[疑难讲解]
1．能量流淌模型
以其次养分级为例，能量的来源和去路图解如下：
2．相关解读
(1)某养分级摄入量－粪便量＝该养分级的同化量
(2)某养分级同化量－呼吸消耗量＝用于该养分级生长发育繁殖的能量
(3)用于某养分级生长发育繁殖的能量一部分可“被下一养分级摄入”，另一部分可“被分解者利用”
(4)某养分级“粪便”中能量，应属其上一养分级的同化量或上一养分级被分解者分解的能量的一部分，如兔粪便的中能量不属于兔同化量而是草同化量的一部分
[典例透析]
【典例】 如图是生态系统的能量流淌图解，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整力量的基础是________。若要提高生态系统的抵制力稳定性，一般可实行的措施为________。
审题指导
“相邻两养分级”的传递效率≠“相邻两个生物个体”间的传递效率
能量传递效率是指“相邻两养分级”间的传递效率，即
下一养分级全部生物同化量/上一养分级全部生物同化量×100%，而不是相邻养分级中个体间的传递效率，如“一只狼”捕获“一只狐”时，应获得了狐的“大部分能量”而不是获得“10%～20%”的能量，“全部狼”可获得“全部狐”的能量才是10%～20%。
易错警示！
(1)最高养分级能量去路只有3个方面，少了传递给下一养分级这一去路。
(2)分解者分解作用的实质仍旧是呼吸作用。
(3)流经各养分级的总能量：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”。
[专项集训]
1．(2022·安徽合肥二模，6)下图表示能量流经某生态系统其次养分级示意图[单位J/(cm2·a)]，据图分析，有关说法正确的是( )
A．该生态系统第一养分级同化的能量至少为400
B．其次养分级用于生长、发育和繁殖的能量是100
C．能量由其次养分级到第三养分级的传递效率是20%
D．该生态系统第三养分级同化的能量是15
解析 图为能量流经某生态系统其次养分级的示意图，其中A表示该养分级摄入的能量，B表示该养分级同化的能量，C表示该养分级用于生长、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；其次养分级同化的能量为100(摄入量)－20(粪便中的能量)＝80，依据能量传递效率倒推出第一养分级同化的能量至少为400，A正确；题图仅表示能量流经其次养分级的过程，并不能得出第三养分级的同化量，因此无法计算由其次养分级到第三养分级的能量传递效率，C错误；选项D将次级消费者摄入的能量等同于第三养分级同化的能量，D错误。
答案 A
2．某生态系统中有A、B、C、D四种生物，构成食物链A→B→C，D为分解者，如图是该生态系统中能量流入B处发生的一系列变化示意图，下列说法错误的是( )
A．图中的甲表示B的同化量，乙表示B用于生长、发育和繁殖的能量
B．参与丁过程的都是异养型生物，包括细菌、真菌等
C．当生态系统处于相对稳定状态时，B的种群数量一般处于K/2
D．图中D的能量不全部来自B生物
解析 当生态系统处于相对稳定状态时，B种群数量达到环境容纳的最大值，一般处于K值，C错误。
答案 C
3．如图为生态系统中能量流淌图解部分示意图(字母表示能量的多少)，下列选项中正确的是( )
A．图中b＝h＋c＋d＋e＋f＋i
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”这一关系链中，狼粪便中的能量属于d
D．缩短食物链可以提高能量传递效率
解析 首先，生产者固定的能量应当是流经生态系统的总能量，摄入量＝同化量＋粪便中的能量，因此c为同化量，h为粪便中的能量，同化量＝呼吸作用中以热能形式散失的能量＋用于生长、发育、繁殖的能量，因此d是初级消费者用于自身生长、发育、繁殖的能量，f是呼吸作用中以热能形式散失的能量，i是流入分解者的能量，e是下一养分级摄入的能量，所以b＝h＋c＝f＋d＋h＝f＋e＋g，A错误。能量传递效率是相邻养分级同化量之间的比值，生产者与初级消费者之间的能量传递效率为c/a×100%，B错误。缩短食物链可以提高能量利用率，但不能提高能量传递效率，D错误。狼粪便中的能量应当属于初级消费者兔子的同化量中用于生长、发育、繁殖的能量，C正确。
答案 C
4．如图所示为桑基鱼塘农业生态系统局部的能量流淌，图中字母代表相应能量。请据图回答以下问题。
(1)流经图中生态系统的总能量为________(填字母)，桑树呼吸作用所散失的热能可用图中的________(填字母)来表示，图中的C和B1＋C1＋D1可分别表示桑树和蚕用于________的能量。
(2)蚕同化的能量D＝________(填字母)。正常状况下的比值________(填“大于”、“小于”或“等于”)10%。将蚕沙(粪便)投入鱼塘供应鱼食用，蚕沙中所含的能量属于第________养分级所含的能量，桑树到蚕的能量传递效率是________。
(3)人工建立该生态系统的目的是实现对能量的________，从而提高能量的________。
解析 (1)流经该生态系统的总能量为桑树通过光合作用所固定的太阳能总量，即A；生产者桑树所固定的太阳能总量有一部分通过生产者的呼吸作用以热能的形式散失，即图中的B，另一部分则储存在生产者体内的有机物中用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，即图中的C；图中D表示蚕同化的能量，D＝A1＋(B1＋C1＋D1)，A1表示蚕以呼吸作用散失的热能，B1＋C1＋D1表示蚕用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量。(2)能量从第一养分级桑树流向其次养分级蚕的传递效率为，一般来说，在10%～20%之间，而的比值要大于，因此，大于10%；蚕粪便中的能量属于生产者(第一养分级)所含的能量。桑到蚕的能量传递效率是×100%。(3)桑叶可以喂蚕，蚕沙可以喂鱼，蚕和鱼可以供人类利用，该人工生态系统实现了能量的多级利用，提高了能量的利用率。
答案 (1)A B 自身生长、发育、繁殖等生命活动
(2)A1＋B1＋C1＋D1 大于 一 ×100% (3)多级利用 利用率
重点2 能量流淌的相关计算
[疑难讲解]
1．设食物链为A→B→C→D，分状况争辩如下
已知D养分级增加的能量为M，则至少需要A养分级的能量＝M÷(20%)3，最多需要A养分级的能量＝M÷(10%)3。已知A养分级的能量为N，则D养分级最多可获得的能量＝N×(20%)3，最少可获得的能量＝N×(10%)3。
2．在类似A→B→C→D的食物网中，计算生物量变化的“最多”或“最少”时，应遵循的原则
(1)食物链越短，最高养分级获得的能量越多。
(2)生物间的取食关系越简洁，生态系统的能量流淌过程中消耗的能量越少。
具体计算方法总结如下：
如已知D养分级的能量为M，计算至少需要A养分级的能量时，应取最短食物链A―→D，并以20%的能量传递效率进行计算，即为M÷20%；计算最多需要A养分级的能量时，应取最长的食物链A―→B―→C―→D，并以10%的能量传递效率分别计算，即为M÷(10%)3。
(3)假如在食物网中，某一养分级同时从上一养分级的多种生物中获得能量，计算某一生物获得的能量或需要某一生物供应的能量时，首先，要留意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”，或某一生物“给不同生物供应能量的比例”，然后依据各个单独的食物链分别计算后合并。
特殊提示 进行具体能量流淌计算时切记“顺推”(即由“植物”下推)与“逆推”(即由高养分级前推)的计算，前者用“乘法”，后者用“除法”。
[典例透析]
【典例】 (1)若人类猎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，能量流淌效率按10%计算，则调整后可供给的人口是前者的________倍
(2)若植物向动物及向人供应的能量比例由1∶1调整为1∶4，则调整后供给的人口是前者的________倍
(3)如图所示的食物网中，戊的食物有来自于乙，来自于丙，来自于丁，且能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消费者到消费者的能量传递效率为20%。若戊体重增加20 g，需要消耗植物( )
A．1 125 g B．1 600 g
C．2 000 g D．6 500 g
审题指导
附上述(1)、(2)、(3)题解答过程分析
(1)题分析：若人类猎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；假如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给的人数是前者的1.96倍。
(2)题分析：设植物能量为M，则调整前，人所得能量为：M××10%＋M××(10%)2＝＋＝，调整后人所得能量为M××10%＋M××(10%)2＝＋＝，则调整后∶调整前比值为/≈1.49，即调整后供给的人口是调整前的1.49倍。
(3)题分析：甲为生产者，戊共有以下食物链：①甲→乙→戊，戊增加20 g×＝10 g，需要乙10×5＝50 g，需要甲50×10＝500 g；②甲→丙→戊，戊增加20 g×＝5 g，需要丙5×5＝25 g，需要甲25×10＝250 g；③甲→丙→丁→戊，戊增加20 g×＝5 g，需要丁5×5＝25 g，需要丙25×5＝125 g，需要甲125×10＝
1 250 g，故共需要甲500 g＋250 g＋1 250 g ＝2 000 g，C正确。
[专项集训]
1．如图为一食物网。若要使丙体重增加x，已知其食用的动物性食物(乙)所占比例为a，则至少需要的生产者(甲)的量为y，那么x与y的关系可表示为( )
A．y＝90ax＋10x B．y＝25ax＋5x
C．y＝20ax＋5x D．y＝10ax＋10x
解析 由题干中的“至少”可知，应当按最大传递效率20%计算，a表示动物性食物(乙)所占比例，则1—a表示直接从生产者(甲)获得食物所占比例，故有(1－a)x÷20%＋ax÷20%÷20%＝y，即y＝20ax＋5x。
答案 C
2．假设某初级消费者摄入的能量为a，其粪便中的能量为b，通过呼吸消耗的能量为c，用于生长、发育和繁殖的能量为d，则流入次级消费者的能量最多为( )
A．(a＋b)×20% B．(c＋d)×20%
C．(a－c)×20% D．(b＋d)×20%
解析 粪便是初级消费者未能消化吸取的部分，初级消费者的同化量＝摄入量－粪便量，即同化量为(a－b)，其中一部分被自身呼吸消耗掉，其余部分用于自身生长、发育和繁殖，所以初级消费者的同化量＝呼吸消耗量＋生长、发育和繁殖的能量，即a－b＝c＋d。按能量的最高传递效率20%计算，流入次级消费者的能量最多应为(a－b)×20%或(c＋d)×20%。正确答案为B。
答案 B
3．科学家对生活在某生态系统的一个蜘蛛种群的能量进行定量分析，得出了能量流经这种肉食动物的有关数据如下图所示(能量以种群的质量表示)，下列叙述正确的是( )
①被蜘蛛吃下未被蜘蛛同化的能量属于上一养分级同化量中的一部分 ②在食物链中，蜘蛛至少位于第三养分级
③图中X代表用于蜘蛛生长、发育和繁殖的能量 ④依据图中的数据不能算出猎物种群和蜘蛛间的能量传递效率
A．①②③④ B．①②④
C．②③ D．③④
解析 被蜘蛛吃下未被蜘蛛同化的能量属于上一养分级残体中储存的能量，是上一养分级同化量中用于自身生长发育和繁殖能量中的一部分，①正确。在食物链中，蜘蛛以小动物为食，至少位于第三养分级，②正确。被某一养分级同化的能量一部分用于自身呼吸消耗，一部分用于生长发育和繁殖；后者有一部分流入到下一养分级，一部分被分解者分解和暂不被利用，③正确。能量传递效率指的是下一养分级同化量和上一养分级同化量之比，由于题目中没给出上一养分级同化量值(储存值为同化量减去消耗量)，因此不能算出猎物种群和蜘蛛间的能量传递效率，④正确。
答案 A
4．下图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，图乙为其中部分养分结构。请据图回答。
(1)若草固定的总能量为6.8×109 kJ，食草昆虫和鼠同化的总能量是1.3×108 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，转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)(6.8×109－1.3×108÷20%)×(20%)2＝2.46×108(kJ)。(2)转变前：1 kg蛇消耗草为÷(20%)3＋÷(20%)2＝100(kg)；转变后：1 kg蛇消耗草为÷(20%)3＋
÷(20%)2＝50(kg)，所以转变后与转变前相比节余的50 kg草可流向人。故人比原来增重了50×20%×20%＝2(kg)。
答案 (1)2.46×108 (2)2
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