高考生物加强课系列12　食物链(网)的构建与能量流动的相关计算（含解析）

高考生物加强课系列
12、食物链(网)的构建与能量流动的相关计算
一、食物链(网)的构建
[真题体验]
(经典高考题，节选)某陆地生态系统中，除分解者外，仅有甲、乙、丙、丁、戊5个种群。调查得知，该生态系统有4个营养级，营养级之间的能量传递效率为10%～20%，且每个种群只处于一个营养级。一年内输入各种群的能量数值如下表所示，表中能量数值的单位相同。请画出该生态系统中的食物网。
种群 甲 乙 丙 丁 戊
能量 3.56 12.80 10.30 0.48 226.50
解析：根据“营养级之间的能量传递效率为10%～20%”可知，戊中能量最多，处于第一营养级，乙和丙中能量相差不多，都处于第二营养级，甲处于第三营养级，丁处于第四营养级，因此可得出该生态系统中的食物网。
答案：
[方法提炼]
1．依据捕食关系曲线构建食物链(网)(如图所示)
根据先上升先下降者为被捕食者，后上升后下降者为捕食者，可以确定图中食物链为C→B→A。
2．依据所同化能量的多少构建食物链(网)
生态系统中能量流动逐级递减，且相邻营养级之间的能量传递效率为10%～20%。能量值大者为被捕食者，少者为捕食者。若两种生物的能量值相差不大，不足以构成10%～20%的比例关系，则两者很可能属于同一营养级。由此可以确定图1中食物链为丙→甲→乙→丁；图2中食物网为甲→(乙，丙)→丁；表中的食物链为B→D→A→C。
图1
图2
营养级 A B C D
能量(有机物) 15.9 870.7 1.9 141.0
3.依据生物体内富集物的浓度构建食物链(网)
生态系统中存在生物富集现象，即营养级越高，体内相关富集物(如农药、重金属)的浓度越高，两者在数值上呈正相关。体内富集物浓度相差不大的两种生物很可能属于同一营养级。
由此可以确定下表中的食物网为A→(C，E)→B→D。
生物种类 A B C D E
有机汞浓度(ppm) 0.057 7 0.51 68 0.39
4.依据提供的食物信息构建食物链(网)
信息：古树上有红蜘蛛、蚜虫、草蛉、七星瓢虫、麻雀、花喜鹊6种动物，它们之间的关系是草蛉、七星瓢虫捕食红蜘蛛、蚜虫；红蜘蛛、蚜虫以植物的各器官为食物；麻雀、花喜鹊以红蜘蛛、蚜虫、草蛉为食。依据捕食关系由低营养级→高营养级直接绘图，可得到如图所示食物网。
[类题演练]
1．如表是某生态系统中能量流动情况的调查结果，表中甲、乙、丙、丁、戊分别代表构成该生态系统食物网的主要种群[表中数据单位：102 kJ/(m2·a)]。下列说法错误的是(　　)
种群 甲 乙 丙 丁 戊
同化固定的能量 16.74 70 930 69.5 1.674
体内贮存的能量 4.54 15.8 229 20 0.4
呼吸消耗的能量 12.2 54.2 701 49.5 1.274
A．表中的丙为生产者
B．表中的种群构成2条食物链
C．当某种原因导致乙减少时，戊的数量仍能保持相对稳定
D．第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率约为18%
解析：选D。能量流动逐级递减，由同化量的多少看，表中的丙同化量最大，应为生产者，A正确；乙和丁同化固定的能量基本相同，应该都是第二营养级，所以该食物网中存在两条食物链，B正确；当某种原因导致乙大量减少时，甲可通过捕食丁获得能量，戊的数量仍能保持相对稳定，C正确；乙和丁均是第二营养级，同化的能量是139.5×102 kJ/(m2 ·a)，丙是第一营养级，同化的能量是930×102 kJ/(m2·a)，则能量由第一营养级到第二营养级的传递效率是(139.5×102)/(930×102)×100%＝15%，D错误。
2．某研究小组从某湖泊中选取了4种不同的生物，并对其消化道内食物组成进行了分析，其分析结果如表所示。下列说法正确的是(　　)
生物种类 鱼甲 河虾 鱼乙 水蚤
消化道内食物组成 鱼乙、河虾 水蚤、小球藻 水蚤、河虾 小球藻
A．小球藻、水蚤在生态系统中属于生产者
B．表中5种生物全部个体构成一个群落
C．河虾与水蚤的种间关系是捕食和种间竞争
D．属于第三营养级的生物只有鱼甲和鱼乙
解析：选C。水蚤是浮游动物，在生态系统中属于消费者，A错误；群落包括动物、植物、微生物等所有生物，表中5种生物全部个体不能构成一个群落，B错误；据食物链可知，河虾捕食水蚤，同时河虾和水蚤都以小球藻为食物，故河虾与水蚤的种间关系是捕食和种间竞争，C正确；根据食物链可知，属于第三营养级的生物有鱼甲、鱼乙、河虾，D错误。
3．某相对稳定的草原生态系统中食物链(网)主要有甲、乙、丙、丁、戊五个种群，且消费者只能以其前一营养级的所有生物为食，各种群生物体内某种重金属含量如图所示：
种群 甲 乙 丙 丁 戊
重金属含量微克/公斤·鲜重 0.0027 0.0025 0.026 0.025 0.5
下列说法正确的是(　　)
A．图中五个种群构成的食物链(网)最可能为甲→乙→丙→丁→戊
B．甲、乙、丙、丁、戊五个种群的所有生物个体统称为一个生物群落
C．在甲、乙、丙、丁、戊生物种群之间碳的流动形式是CO2
D．据图可知，该生态系统中的甲与乙、丙与丁分别处于同一营养级
解析：选D。通过图中重金属的含量分析，甲与乙重金属的含量基本相同，处于同一营养级，丙与丁重金属的含量基本相同，处于同一营养级，营养级越高重金属含量越多，因此营养级最低的为甲、乙，营养级最高的为戊，食物网为，A错误，D正确；甲、乙、丙、丁、戊只代表了生产者和消费者，缺少分解者，不能称为一个群落，B错误；碳在生物群落的各类生物体中以含碳有机物的形式流动，C错误。
二、能量流动的相关计算
[真题体验]
1．(2021·山东卷，节选)海水立体养殖中，表层养殖海带等大型藻类，海带下面挂笼养殖滤食小型浮游植物的牡蛎，底层养殖以底栖微藻、生物遗体残骸等为食的海参。某海水立体养殖生态系统的能量流动示意图如下，M、N表示营养级。
图中M用于生长、发育和繁殖的能量为__________ kJ/(m2·a)。由M到N的能量传递效率为____________%(保留一位小数)，该生态系统中的能量________(填“能”或“不能”)在M和遗体残骸间循环流动。
解析：生长、发育和繁殖的能量＝同化的能量－呼吸作用消耗的能量＝3281＋2826－3619＝2488 kJ/(m2·a)；由M到N的能量传递效率为386÷(3281＋2826)×100%≈6.3%，能量流动的方向是单向的不能循环。
答案：2488　6.3　不能
2．(经典高考题，节选)为缓解人口增长带来的世界性粮食紧张状况，人类可以适当改变膳食结构，若将(草食)动物性与植物性食物的比例由1∶1调整为1∶4，地球可供养的人口数量是原来的__________倍。(能量传递效率按10%计算，结果精确到小数点后两位数字)
解析：考察生态系统的能量流动。可假设原来所供养的人为X，改变膳食结构后可供养的人为Y，则植物的总能量为X÷10%＋X÷10%÷10%(改善之前)，Y÷10%＋Y÷10%÷10%(改善之后)，而改善之前和之后植物的总能量相等，故X÷10%＋X÷10%÷10%＝Y÷10%＋Y÷10%÷10%，两侧分别提取出X和Y，然后求Y/X即可。
答案：1.96
[方法提炼]
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的能量越少。具体计算方法如下：
知低营养级求高营养级 知高营养级求低营养级
获能量最多 选最短食物链按×20%计算 需最多能量 选最长食物链按÷10%计算
获能量最少 选最长食物链按×10%计算 需最少能量 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A→B→C→D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M×a%×b%×c%。
(2)如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。
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%。
[类题演练]
1．假设如图所示食物网中水稻固定的太阳能为E，若同一营养级所获得的能量的比例相等，且能量传递效率为10%时，人获得的能量为(　　)
A．10%E　　　　　　 B．1%E
C．4%E D．15%E
解析：选C。水稻固定的能量为E，同一营养级所获得的能量的比例相等且按10%传递，则第二营养级的鸭子、奶牛和人共可获得10%E，且各占1/3，然后人还可以从鸭子、奶牛中获得它们所获得能量的10%，因此人获得的总能量为1/3×10%E＋2/3×10%E×10%＝4%E，C正确。
2．在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自兔子，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么猫头鹰若增加20 g体重，最少需要消费植物(　　)
A．600 g B．900 g
C．1600 g D．5600 g
解析：选B。通过食物链(植物→兔→猫头鹰)，猫头鹰增重20×2/5＝8(g)，最少需要消费植物的量为8÷20%÷20%＝200(g)；通过食物链(植物→鼠→猫头鹰)，猫头鹰增重20×2/5＝8(g)，最少需要消费植物的量为8÷20%÷20%＝200(g)；通过食物链(植物→鼠→蛇→猫头鹰)，猫头鹰增重20×1/5＝4(g)，最少需要消费植物的量为4÷20%÷20%÷20%＝500(g)。所以合计需要消费植物200＋200＋500＝900(g)，A、C、D不符合题意，B符合题意。
3.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：选C。由题干中的“至少”可知，应该按最大传递效率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，C符合题意。
4．某生态系统中存在如图所示的食物网，如将丙的食物比例由甲∶乙＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载丙的数量是原来的(　　)
A．1.375倍 B．1.875倍
C．1.273倍 D．0.575倍
解析：选A。当甲∶乙＝1∶1时，设丙生物量增重1，按能量传递效率10%计算，逆推可知，甲至少应提供÷10%＋÷10%÷10%＝55；当甲∶乙＝2∶1时，设丙生物量增重x，仍按能量传递效率10%计算，逆推可知，甲至少应提供x÷10%＋x÷10%÷10%＝40x；该生态系统中甲的提供量不变仍为55，则有40x＝55，x＝1.375，A符合题意。
5．如图为某人工鱼塘的主要能量流动图解，其中a、b、c、d为相关鱼的能量同化量。下列相关叙述正确的是(　　)
A．鱼种甲和鱼种乙间的能量传递效率为(b＋d)/(a＋c)×100%
B．鱼种乙中不同个体在鱼塘不同水层觅食不能体现群落的垂直结构
C．群落中各种群间不存在地理隔离，因而能进行基因交流
D．若除去鱼种乙并增加投放饲料，则鱼种甲的数量会呈现“J”形增长
解析：选B。据图分析，鱼种甲和鱼种乙间的能量传递效率为b/(a＋c)×100%，A错误；鱼种乙中不同个体在鱼塘不同水层觅食，属于种群的空间特征，不能体现群落的垂直结构，B正确；群落中各种群间不存在地理隔离，但存在生殖隔离，因而不能进行基因交流，C错误；若除去鱼种乙并增加投放饲料，则鱼种甲的食物非常充足，但是生存空间是有限的，因此鱼种甲在鱼塘中将呈现“S”形数量增长，D错误。