【高考突破方案】选择性必修二 专题9 微专题8　能量流动的有关计算 -讲义（教师版） 高考生物一轮复习

微专题八　能量流动的有关计算
一、求营养级之间的传递效率
类型一、某些营养级的能量未知，求营养级间的传递效率
1.如图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A、B、C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量值，单位为百万千焦。已知该生态系统受到的太阳辐射为118 872百万千焦，但其中118 761百万千焦的能量未被利用。请回答：能量从第一营养级到第二营养级的传递效率为________；从第二营养级到第三营养级的传递效率为__________。
【审题关键】信息①：“生态系统受到的太阳辐射为118 872百万千焦，但其中118 761百万千焦的能量未被利用”可得出第一营养级的同化量。
信息②：从图中“B(15.0)、C(3.0)”得出第二、三营养级的同化量分别是15.0、3.0。
流经各营养级能量，遵循能量守恒定律即输入量＝输出量＝同化量，由此可知第一营养级的同化量＝3＋15.0＋41.5＋51.5＝111(百万千焦)。
综上可知：从第一营养级到第二营养级的传递效率为15.0/111×100%＝13.5%，从第二营养级到第三营养级的传递效率为3.0/15×100%＝20%。
【答案】13.5%　20%
类型二、已知Pn、Pg、R值，求营养级间的传递效率
2.下表是对北温带湖泊系统营养级和能量流动情况的调查结果，表中A、B、C、D分别表示不同的营养级，E为分解者。Pg表示生物同化作用固定能量的总量，Pn表示生物体贮存的能量(Pn＝Pg－R)，R表示生物呼吸消耗的能量。请回答：能量从第一营养级到第二营养级的传递效率为________；从第二营养级到第三营养级的传递效率为________；从第三营养级到第四营养级的传递效率为________。
项目 Pg Pn R
A 15.9 2.8 13.1
B 870.7 369.4 501.3
C 0.9 0.3 0.6
D 141.0 61.9 79.1
E 211.5 20.1 191.4
【审题关键】信息①：A、B、C、D分别表示不同的营养级，E为分解者，分解者不计入食物链中。
信息②：Pg表示生物同化作用固定能量的总量，即同化量。
信息③：按照Pg值的大小，依据能量流动具有逐级递减的特点，可以得出食物链为B→D→A→C。
综上可知：从第一营养级到第二营养级的传递效率为141.0/870.7×100%≈16.2%。
从第二营养级到第三营养级的传递效率为15.9/141×100%≈11.3%。
从第三营养级到第四营养级的传递效率为0.9/15.9×100%≈5.7%。
【答案】16.2%　11.3%　5.7%
类型三、图解字母型，求营养级间的传递效率
下图为草原生态系统的能量流动图解模型。a、b、c表示流入各营养级生物的能量，d、e、f表示用于各营养级生物生长、发育和繁殖的能量，g、h、i表示各营养级生物呼吸消耗的能量，j、k、l表示流入分解者的能量。请回答：能量从第一营养级到第二营养级的传递效率为____________________；从第二营养级到第三营养级的传递效率为____________________。
【审题关键】信息①：a、b、c表示流入各营养级生物的能量，即各营养级的同化量。
信息②：d、e、f表示用于各营养级生物生长、发育和繁殖的能量，g、h、i表示各营养级生物呼吸消耗的能量。各营养级同化量＝各营养级生物生长、发育和繁殖的能量＋各营养级生物呼吸消耗的能量。
综上可知：第一营养级到第二营养级的传递效率为b/a×100%或(e＋h)/(d＋g)×100%。
第二营养级到第三营养级的传递效率为c/b×100%或(f＋i)/(e＋h)×100%。
【答案】b/a×100% 或(e＋h)/(d＋g)×100%　c/b×100%或(f＋i)/(e＋h)×100%
类型四、有人工干扰的生态系统，求营养级间的传递效率
下图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程示意图，数字表示部分环节涉及的能量值[单位为103kJ/(m2·y)]。试回答有关问题：
能量从第一营养级到第二营养级的传递效率为________；从第二营养级到第三营养级的传递效率为________；从第三营养级到第四营养级的传递效率为________。
【审题关键】信息①：流入人工鱼塘生态系统的能量，除了生产者固定的太阳能，还有人为输入的有机物中的化学能。
信息②：除了最高营养级，其他营养级的能量去向(即各营养级的同化量)有图中的①(呼吸作用散失)、分解者分解、流入下一营养级、贮存。
【解析】由图可知由小型肉食性动物流入大型肉食性动物的能量为0.25，小型肉食性动物输出量＝2.1＋5.1＋0.05＋0.25＝7.5，因输出量＝小型肉食性动物的同化量，所以小型肉食性动物的同化量为7.5，但小型肉食性动物的同化量不是全部由植食性动物流入给它的，还有人工有机物输入，即：小型肉食性动物的同化量＝人工有机物输入量＋植食性动物流入小型肉食性动物的能量，也就是7.5＝5＋植食性动物流入小型肉食性动物的能量，因此植食性动物流入小型肉食性动物的能量＝7.5－5＝2.5。同理依据上述方法，可求出：植食性动物同化量＝4＋9＋0.5＋2.5＝16，生产者流入植食性动物的能量＝16－2＝14，生产者的同化量＝23＋70＋3＋14＝110。因该生态系统的能量输入有人工有机物的输入，这部分能量在输入时未经过食物链，所以在计算传递效率时不能直接以下一营养级的同化量与上一营养级的同化量之比来计算，应当以上一营养级流入下一营养级的能量与上一营养级的同化量之比来计算。
从第一营养级到第二营养级的传递效率为14/110×100%≈12.7%。
从第二营养级到第三营养级的传递效率为2.5/16×100%≈15.6%。
从第三营养级到第四营养级的传递效率为0.25/7.5×100%≈3.3%。
【答案】12.7%　15.6%　3.3%
1.能量传递效率是指下一个营养级所获得的能量占上一个营养级获得能量的比例。即
传递效率＝×100%
2.流经各营养级能量，遵循能量守恒定律即输入量＝同化量＝输出量＝流入下一营养级能量＋呼吸作用散失＋未利用＋被分解者分解
1.下表是对巢湖某水域生态系统营养级和能量流动情况的调查结果。表中A、B、C、D、E分别表示营养级，F为分解者；Pg表示生物同化作用固定能量的总量；Pn表示生物贮存的能量；R表示生物呼吸消耗的能量；能量单位为102 kJ/(m2·a)。请回答：能量从第一营养级到第二营养级的传递效率为________；从第二营养级到第三营养级的传递效率为________；从第三营养级到第四营养级的传递效率为________。
项目 Pg Pn R
A 15.9 2.8 13.1
B 870.7 369.4 501.3
C 1.9 0.8 1.1
D 89.2 33.9 55.3
E 94.7 33.0 61.7
F 211.5 20.1 191.4
【答案】21.1%　8.6%　11.9%
【解析】依据能量流动具有逐级递减的特点，可知B营养级含有的能量最多，故B是生产者；又因D、E的同化量接近，所以可知D、E属于同一营养级即第二营养级；又因A、B、C、D、E分别表示营养级，F为分解者，所以食物链为：
2.如图为某生态系统中能量流经某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值。请据图作答：若流经该生态系统的总能量为m，且图中的A为初级消费者所摄入的全部能量，则第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是__________________________________________________________；初级消费者流入E的能量传递效率为__________(用图中所给字母表示)。
【答案】b/m×100% 或(a－c)/m×100%或(d＋e)/m×100%　0
【解析】由题可知A为摄入量(用a表示)，B为初级消费者的同化量(用b表示)，C表示用于生长、发育和繁殖的能量，D表示呼吸作用散失的能量，E表示分解者，由此可知：第一营养级与第二营养级间的能量传递效率为b/m×100%。又因同化量＝摄入量－粪便中的能量，所以b＝a－c，同理可得b＝d＋e，所以第一营养级与第二营养级间的能量传递效率又可为(a－c)/m×100%或(d＋e)/m×100%。因E是分解者，不属于食物链中的营养级，所以初级消费者流入E的能量传递效率为0。
3.如图为某农场的年能量流动示意图。单位为103 kJ/(m2·y)，A、B、C、D共同构成生物群落。从第二营养级到第三营养级的能量传递效率是__________。
【答案】16.67%
【解析】据图分析，第二营养级(B)同化的能量为(16＋2)×103 kJ/(m2·y)，传递到第三营养级(C)的能量为3×103 kJ/(m2·y)，所以其能量传递效率为3×103/18×103×100%≈16.67%。
二、能量流动中“最值”和“定值”计算
如图表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗A约(　　)
A.100 kg　　　　B.44.5 kg
C.25 kg D.15 kg
【审题关键】信息①：分析题图可知，图中有3条食物链，即A→B→猫头鹰、A→C→B→猫头鹰、A→C→D→猫头鹰。
信息②：“至少”消耗，应选择最短食物链(A→B→猫头鹰)，能量传递效率按20%计算。
【答案】C
1.能量传递效率的相关“最值”计算
在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率约为10%～20%，一般从两个方面考虑：
2.能量传递效率“定值”计算
已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。而需要按照具体的数值计算。
例如，在食物链为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%。
3.如果是在食物网中，某一营养级从上一营养级的多种生物中获得能量，且各途径获得的能量比例确定，则按照单独的食物链进行计算后再合并。
4.(2023·高二课时练习)如下图食物网中，若人的体重增加1 kg，最少消耗水藻______kg，最多消耗水藻______kg。
【答案】25　105
【解析】知高营养级，求低营养级最少消耗的能量，按照最短食物链，能量传递效率20%进行计算，即水藻→小鱼→人，最少消耗水藻为1÷20%÷20%＝25 kg；知高营养级，求低营养级最多消耗的能量，按照最长食物链，能量传递效率10%进行计算，即水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人，最多消耗水藻为1÷10%÷10%÷10%÷10%÷10%＝105 kg。
三、食物来源调整类题的分析
如图是一个食物网，假如鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么鹰若要增加20 g体重，至少需要消耗植物量为(　　)
A.900 g B.500 g
C.200 g D.600 g
【审题关键】信息①：鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，3条食物链都要计算进去。
信息②：至少需要消耗植物量，能量传递效率应该按照20%计算。
【解析】在能量分配比例已知的情况下，每条食物链都要计算进去，再根据“最值”规律进行计算。20×2/5÷20%÷20%＋20×2/5÷20%÷20%＋20×1/5÷20%÷20%÷20%＝900 g。
1.若在食物网中，某一营养级同时从上一营养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提供的能量时，首先，要注意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”或某一生物“给不同生物提供能量的比例”，然后按照各个单独的食物链分别计算后合并。
2.在具体计算时务必先弄清分流比例在求解中应“顺推(用乘法)”还是“逆推(用除法)”，以下图为例。
(1)若已知“植物同化量(A)”，并告知其“传向动物与直接传向人比例由1∶1调整为1∶2”，求解人最多增重变化(M)，计算时宜“顺推(用乘法)”。
调整前：A××＋A××()2＝M1
调整后：A××＋A××()2＝M2
(2)若已知“人同化量(M)”并告知人的食物来源“素食、肉食由1∶1调整为2∶1”，求解最少需要植物量(A)，计算时应“逆推(用除法)”。
调整前：＋＝A1
调整后：＋＝A2
5.若人类获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，能量传递效率按10%计算，则调整后可供养的人口是前者的______倍。
【答案】1.96
6.若植物向动物及向人提供的能量比例由1∶1调整为1∶4，能量传递效率按10%计算，则调整后供养的人口是前者的______倍。
【答案】1.49