高中生物能量流動的計算技巧

　　一、食物鏈中的能量計算

　　1.已知較低營養(yǎng)級生物具有的能量（或生物量），求較高營養(yǎng)級生物所能獲得能量（或生物量）的最大值。

　　例1.若某生態(tài)系統(tǒng)固定的總能量為24000kJ，則該生態(tài)系統(tǒng)的第四營養(yǎng)級生物最多能獲得的能量是（    ）

　　A. 24kJ

　　B. 192kJ

　　C.96kJ

　　D. 960kJ

　　解析：據(jù)題意，生態(tài)系統(tǒng)固定的總能量是生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者（第一營養(yǎng)級）所固定的能量，即24000kJ，當(dāng)能量的傳遞效率為20%時，每一個營養(yǎng)級從前一個營養(yǎng)級獲得的能量是最多的。因而第四營養(yǎng)級所獲得能量的最大值為：24000×20%×20%×20%=192kJ。

　　答案：D

　　規(guī)律：已知較低營養(yǎng)級的能量（或生物量），不知道傳遞效率，計算較高營養(yǎng)級生物獲得能量（或生物量）的最大值時，可按照最大傳遞效率20%計算，即較低營養(yǎng)級能量（或生物量）×(20%)n（n為食物鏈中由較低營養(yǎng)級到所需計算的營養(yǎng)級的箭頭數(shù)）。

　　2.已知較高營養(yǎng)級的能量（或生物量），求較低營養(yǎng)級應(yīng)具備的能量（或生物量）的最小值。

　　例2.在一條有5個營養(yǎng)級的食物鏈中，若第五營養(yǎng)級的生物體重增加1 kg，理論上至少要消耗第一營養(yǎng)級的生物量為（    ）

　　A. 25 kg

　　B. 125 kg

　　C. 625 kg

　　D. 3125 kg

　　解析：據(jù)題意，要計算消耗的第一營養(yǎng)級的生物量，應(yīng)按照能量傳遞的最大效率20%計算。設(shè)需消耗第一營養(yǎng)級的生物量為X kg，則X=1÷(20%)4=625 kg。

　　答案：C

　　規(guī)律：已知能量傳遞途徑和較高營養(yǎng)級生物的能量（或生物量）時，若需計算較低營養(yǎng)級應(yīng)具有的能量（或生物量）的最小值（即至少）時，按能量傳遞效率的最大值20%進行計算，即較低營養(yǎng)級的生物量至少是較高營養(yǎng)級的能量（或生物量）×5n（n為食物鏈中，由較低營養(yǎng)級到所需計算的營養(yǎng)級的箭頭數(shù)）。

　　3.已知能量的傳遞途徑和傳遞效率，根據(jù)要求計算相關(guān)生物的能量（或生物量）。

　　例3.在能量金字塔中，生產(chǎn)者固定能量時產(chǎn)生了240molO2，若能量傳遞效率為10%～15%時，次級消費者獲得的能量最多相當(dāng)于多少mol葡萄糖？（    ）

　　A.0.04

　　B.0.4

　　C.0.9

　　D.0.09

　　解析：結(jié)合光合作用的相關(guān)知識可知：生產(chǎn)者固定的能量相當(dāng)于240÷6＝40mol葡萄糖；生產(chǎn)者的能量傳遞給次級消費者經(jīng)過了兩次傳遞，按最大的能量傳遞效率計算，次級消費者獲得的能量最多相當(dāng)于40×15%×15%＝0.9mol葡萄糖。

　　答案：C

　　規(guī)律：已知能量傳遞效率及其傳遞途徑時，可在確定能量傳遞效率和傳遞途徑的基礎(chǔ)上，按照相應(yīng)的能量傳遞效率和傳遞途徑計算。

　　二、食物網(wǎng)中能量流動的計算

　　1.已知較高營養(yǎng)級從各食物鏈中獲得的比例，未告知傳遞效率時的能量計算。

　　例4.上圖食物網(wǎng)中，在能量傳遞效率為10%～20%時，假設(shè)每個營養(yǎng)級的生物從前一營養(yǎng)級的不同生物處獲得的能量相等。則人的體重每增加1 kg，至少需要消耗水藻       kg。

　　解析：由題意知：人從大魚和小魚處獲得的能量是相等的，小魚從蝦和水藻處獲得的能量是相等的，而且，題中“至少”需要多少，應(yīng)按能量傳遞的最大效率計算。計算方法如下：

　　在“小魚→大魚→人”的傳遞途徑中，大魚的生物量至少為0.5÷20%＝2.5 kg，小魚的生物量至少為2.5÷20%＝12.5 kg；在“小魚→人”的傳遞途徑中，小魚的生物量至少是0.5÷20%＝2.5 kg。因此，小魚的生物量總量至少為12.5+2.5=15 kg。

　　同理：在“水藻→水蚤→蝦→小魚”的傳遞過程中，水藻的生物量至少是15÷2÷20%÷20%÷20%＝937.5 kg；在“水藻→小魚”的傳遞過程中，水藻的生物量至少是15÷2÷20%＝37.5 kg。因此，水藻的生物量總量至少為937.5+37.5=975 kg。

　　答案：975

　　規(guī)律：對于食物網(wǎng)中能量流動的計算，先應(yīng)根據(jù)題意寫出相應(yīng)的食物鏈并確定各營養(yǎng)級之間的傳遞效率，按照從不同食物鏈獲得的比例分別進行計算，再將各條食物鏈中的值相加即可。

　　2.已知較高營養(yǎng)級從各食物鏈中獲得的比例，在特定傳遞效率時的計算。

　　例5.若人的食物1/2來自植物，1/4來自小型食肉動物，1/4來自羊肉，若各營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為10%時，人增重1 kg需要消耗的植物為＿＿ kg。

　　解析：根據(jù)題意可畫出食物網(wǎng)（上圖），從題目要求可以判斷能量的傳遞效率為10%，根據(jù)人增重從不同途徑獲得能量的比例可計算如下：

　　植物→人：0.5÷10%＝5 kg；

　　植物→羊→人：0.5÷10%÷10%＝50 kg；

　　植物→羊→小型肉食動物→人：0.5÷10%÷10%÷10%＝500 kg；

　　因此：人增重1 kg共消耗植物5+50+500=555 kg。

　　答案：555

　　規(guī)律：對于食物網(wǎng)中能量流動的計算，先應(yīng)根據(jù)題意寫出相應(yīng)的食物網(wǎng)，根據(jù)特定的傳遞效率，按照從不同食物鏈獲得的比例分別計算，再將各條食物鏈中的值相加即可。

　　三、已知各營養(yǎng)級的能量（或生物量），計算特定營養(yǎng)級間能量的傳遞效率

　　例6.在某生態(tài)系統(tǒng)中，1只2 kg的鷹要吃10 kg的小鳥，0.25 kg的小鳥要吃2 kg的昆蟲，而100 kg的昆蟲要吃1000 kg的綠色植物。若各營養(yǎng)級生物所攝入的食物全轉(zhuǎn)化成能量的話，那么，綠色植物到鷹的能量傳遞效率為（    ）

　　A. 0.05%

　　B. 0.5%

　　C. 0.25%

　　D. 0.025%

　　解析：根據(jù)題意，可根據(jù)能量傳遞效率的概念計算出各營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率，再計算出綠色植物轉(zhuǎn)化為鷹的食物鏈中各營養(yǎng)級的生物量。即：10 kg的小鳥需要昆蟲的生物量=10÷（0.25÷2）=80 kg；80 kg的昆蟲需要綠色植物的生物量=80÷（100÷1000）=800 kg。

　　因此，從綠色植物→昆蟲→小鳥→鷹的生物量依次為800 kg→80 kg→10 kg→2 kg，則鷹轉(zhuǎn)化綠色植物的百分比為2/800×100%=0.25%。

　　答案：C

　　規(guī)律：要計算能量傳遞效率，可先根據(jù)各營養(yǎng)級的生物量計算出各營養(yǎng)級的傳遞效率，并推算出不同營養(yǎng)級的生物量，最后計算出所需計算轉(zhuǎn)化效率的較高營養(yǎng)級（本題中的鷹）的生物量（或能量）占較低營養(yǎng)級（本題中的植物）的比例即可。