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微專題17　能量流動的相關計算
一、能量傳遞效率的計算公式
二、能量傳遞效率的相關“最值”計算
若題干中未做具體說明，則一般認為能量傳遞的最低效率為10%，最高效率為20%。
1.在食物鏈A→B→C→D中，則有
提醒　①食物鏈越短，最高營養級獲得的能量越多；
②生物間的取食關系越簡單，生態系統的能量流動過程中損耗的能量越少。
2.在食物網中則有
【典例1】　(2021·成都市診斷)如圖表示某生態系統食物網的圖解，貓頭鷹體重每增加1 kg，至少消耗A約(　　)
A.100 kg B.44.5 kg
C.25 kg D.15 kg
答案　C
解析　分析題圖可知，圖中有3條食物鏈，即A→B→貓頭鷹、A→C→B→貓頭鷹、A→C→D→貓頭鷹。題中所問為貓頭鷹體重每增加1 kg，至少消耗的A的質量，已知高營養級的能量求低營養級能量時，需最少能量，選最短食物鏈(A→B→貓頭鷹)，能量傳遞效率按20%計算，則至少消耗A的質量為1÷20%÷20%＝25 kg，C正確。
【典例2】　(2021·太原市調研，節選)下圖所示的食物網中，若人的體重增加1 kg，最少需消耗水藻________kg，最多消耗水藻________kg。
答案　25　100 000
解析　能量在相鄰兩個營養級間的傳遞效率是10%～20%。求最少消耗水藻量時，應選最短的食物鏈，即水藻→小魚→人，傳遞效率按20%計算，設最少消耗水藻量為x，則x×20%×20%＝1 kg，x＝25 kg；求最多消耗水藻量時，應選最長的食物鏈，即水藻→水蚤→蝦→小魚→大魚→人，傳遞效率按10%計算，設最多消耗水藻量為y，則y×10%×10%×10%×10%×10%＝1 kg，y＝100 000 kg。
三、能量傳遞效率有關的“定值”計算
1.已確定營養級間能量傳遞效率的，不能按“最值”法計算，而需按具體數值計算
例如：在食物鏈A→B→C→D中，能量傳遞效率分別為a%、b%、c%，若A的能量為M，則D獲得的能量為M×a%×b%×c%。
2.如果是在食物網中，某一營養級同時從上一營養級多種生物獲得能量，且各途徑獲得的能量比例確定，則按照各單獨的食物鏈進行計算后合并。
【典例3】　(2021·山東德州模擬)由于“赤潮”的影響，一條6 kg重的雜食性海洋魚死亡，假如該雜食性海洋魚的食物有1/3來自植物，1/3來自食草魚類，1/3來自以食草魚類為食的小型肉食魚類；那么按能量傳遞效率20%來計算，該雜食性魚從出生到死亡共需海洋植物(　　)
A.310 kg B.240 kg
C.180 kg D.150 kg
答案　A
解析　由題意可知，題干中存在3條食物鏈：①海洋植物→雜食性魚，②海洋植物→食草魚→雜食性魚，③海洋植物→食草魚→小型肉食魚→雜食性魚；雜食性魚的食物1/3來自食物鏈①，1/3來自食物鏈②，1/3來自食物鏈③。該雜食性魚從食物鏈①消耗的海洋植物為2÷20%＝10 kg，從食物鏈②消耗的海洋植物為2÷20%÷20%＝50 kg，從食物鏈③消耗的海洋植物為2÷20%÷20%÷20%＝250 kg，因此共需海洋植物10＋50＋250＝310 kg，A正確。
【典例4】　(2021·河北衡水調研)如圖若黃雀的全部同化量來自兩種動物——食草昆蟲和螳螂，且它們各占一半，則當綠色植物增加G千克時，黃雀增加體重最多是多少千克(　　)
A.G/125 B.G/100
C.G/75 D.G/50
答案　C
解析　假設黃雀增加最多(能量傳遞效率為20%)為x，由題意可知，黃雀的全部同化量來自兩種動物，食草昆蟲和螳螂各占一半，所以黃雀要吃食草昆蟲x÷20%÷2＝2.5x，同理黃雀要吃螳螂也是2.5x，而螳螂增重2.5x需要消耗食草昆蟲2.5x÷20%＝12.5x，加起來相當于吃了食草昆蟲15x，又相當于吃綠色植物15x÷20%＝75x。已知綠色植物增加G千克，所以75x＝G，x＝G/75，C正確。
四、具有人工能量輸入的能量傳遞效率計算
人為輸入到某一營養級的能量是該營養級同化量的一部分，但卻不是從上一營養級流入的能量。如求第二營養級至第三營養級傳遞效率時，應為第三營養級從第二營養級同化的能量(不包括人工輸入到第三營養級的能量)/第二營養級的同化量(包括人工輸入到第二營養級的能量)×100%。
【典例5】　(2021·甘肅蘭州一中期末)如圖是某人工魚塘生態系統能量流動過程中部分環節涉及的能量值[單位為103 kJ/(m2·y)]，據圖分析：
(1)該生態系統中流入生物群落的總能量有哪些來源？
提示　一個來源是光能，另一個來源是輸入的有機物中的化學能。
(2)生產者、植食性動物和肉食性動物固定的總能量分別是多少？
提示　肉食性動物固定的總能量＝(0.25＋0.05＋2.1＋5.1)×103＝7.5×103 kJ/(m2·y)；植食性動物固定的總能量＝[(7.5－5)＋0.5＋4＋9]×103＝16×103 kJ/(m2·y)；生產者固定的總能量＝[(16－2)＋3＋70＋23]×103＝110×103 kJ/(m2·y)。
(3)生產者→植食性動物、植食性動物→肉食性動物的能量傳遞效率分別是多少？(結果保留小數點后一位)
提示　生產者→植食性動物的能量傳遞效率為植食性動物固定的能量中來自生產者的能量/生產者固定的總能量×100%＝(16－2)/110×100%≈12.7%；植食性動物→肉食性動物的能量傳遞效率為肉食性動物固定的能量中來自植食性動物的能量/植食性動物固定的總能量×100%＝(7.5－5)/16×100%≈15.6%。
(4)假設能量全部來自于生產者，按照圖中的能量流動規律，肉食性動物要增加100 kg，則需要消耗多少千克生產者？(保留整數)
提示　肉食性動物要增加100 kg，則需要生產者的量為100÷15.6%÷12.7%≈5 047(kg)。

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