資源簡介

高考生物二輪復習專題專練
(28)　構建能量流動模型，分析能量傳遞效率
從“高度”上研究高考
[典例]　(2021·山東高考)海水立體養殖中，表層養殖海帶等大型藻類，海帶下面掛籠養殖濾食小型浮游植物的牡蠣，底層養殖以底棲微藻、生物遺體殘骸等為食的海參。某海水立體養殖生態系統的能量流動示意圖如下，M、N 表示營養級。
(1)估算海參種群密度時常用樣方法，原因是__________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)圖中 M 用于生長、發育和繁殖的能量為________kJ/(m2·a)。由M到N的能量傳遞效率為________%(保留一位小數)，該生態系統中的能量__________(填“能”或 “不能”)在M和遺體殘骸間循環流動。
(3)養殖的海帶數量過多，造成牡蠣減產，從生物群落的角度分析，原因是________________________________________________________。
(4)海水立體養殖模式運用了群落的空間結構原理，依據這一原理進行海水立體養殖的優點是______________________________。在構建海水立體養殖生態系統時，需考慮所養殖生物的環境容納量、種間關系等因素，從而確定每種生物之間的合適比例，這樣做的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析]　(1)海參由于活動范圍小，活動能力弱，所以常用樣方法測定種群密度。(2)用于生長、發育和繁殖的能量＝同化的能量－呼吸作用消耗的能量＝3 281＋2 826－3 619＝2 488 kJ/(m2·a)；由 M到N的能量傳遞效率為386÷(3 281＋2 826)≈6.3%，能量流動的方向是單向的，不能循環。(3)牡蠣以浮游植物為食，由于海帶的競爭，浮游植物數量下降，牡蠣的食物減少，所以產量降低。(4)海水立體養殖利用了群落結構的特點，優點是能充分利用空間和資源；由于空間和資源是有限的，所以在構建海水立體養殖生態系統時，需考慮所養殖生物的環境容納量、種間關系等因素，從而確定每種生物之間的合適比例，維持生態系統的穩定性，保持養殖產品的持續高產。
[答案]　(1)海參活動能力弱，活動范圍小　(2)2 488　6.3　不能　(3)由于海帶的競爭，浮游植物數量下降，牡蠣的食物減少，產量降低　(4)能充分利用空間和資源　維持生態系統的穩定性，保持養殖產品的持續高產(實現生態效益和經濟效益的可持續發展)
從“深度”上提升知能
(一)分析能量流動的過程
1．能量流動計算公式
2．流經生態系統的總能量
自然生態系統一般是生產者固定的太陽能總量，人工生態系統有時候還要考慮人工投放的有機物中的能量。
(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：
注：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消耗的越少。
2．在食物網中，則有：
3．具有人工能量輸入的能量傳遞效率計算
人為輸入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能量傳遞效率時，應為第三營養級從第二營養級同化的能量(不包括人工輸入第三營養級的能量)/第二營養級的同化量(包括人工輸入第二營養級的能量)×100%。
從“寬度”上拓展訓練
1．(2022·黃岡模擬)如圖為某森林生態系統能量流動的部分示意圖，圖中數字為能量值，單位是J/(cm2·a)。下列相關敘述錯誤的是(　 )
A．生產者能固定太陽能，被稱為生態系統的基石
B．分解者是聯系生物群落和非生物環境的一大“橋梁”
C．植食性動物為初級消費者，其同化的能量為1.96×106
D．植食性動物同化的能量大部分用于自身生長、發育和繁殖
解析：選D　生產者能將太陽能或化學能轉變成有機物中的化學能，為生態系統輸入能量，被稱為生態系統的基石，A正確；生產者將無機物合成有機物，分解者將有機物分解為無機物，所以它們是聯系生物群落和非生物環境的“橋梁”，B正確；植食性動物為初級消費者，其同化的能量＝攝入的能量－糞便中的能量＝3.27×106－1.31×106＝1.96×106，C正確；植食性動物同化的能量大部分用于呼吸作用，少部分用于自身生長、發育和繁殖，D錯誤。
2．(2022·金華模擬)如圖表示在一個生態系統中，植物光合作用積累的有機物被植食性動物利用的過程。下列有關敘述正確的是(　 )
A．①＋⑤為輸入到該生態系統的總能量
B．③/①×100%為植物到植食性動物的能量傳遞效率
C．若植食性動物為經濟動物，則④/③越大越好
D．③的能量全部用于植食性動物的生長繁殖
解析：選C　輸入生態系統的總能量為生產者固定的太陽能，一部分用于植物呼吸消耗，一部分儲存在植物體內的有機物中，因此①＋⑤不能表示輸入到該生態系統的總能量，A錯誤；由題圖不能得到植物固定太陽能的量，③/①×100%不能表示植物到植食性動物的能量傳遞效率，B錯誤；④/③越大說明植食性動物積累的有機物所占比例越多，所以若植食性動物為經濟動物，則④/③越大越好，C正確；植食性動物的同化量③＝植食性動物呼吸消耗的能量＋用于生長、發育和繁殖的能量，D錯誤。
3．(2022·鹽城三模)“綠水青山就是金山銀山”，目前我國的生態環境在不斷改善。如圖為某農業生態系統示意圖，表格為流經該生態系統中各營養級的能量值(單位：J·cm－2·a－1)。請回答下列問題：
生物類型 甲 流入分解者的能量 未被利用的能量 流入下一營養級的能量 人工輸入有機物的能量
生產者 41 5 97 19 0
第二營 養級 7.9 1.1 12 乙 6
第三營 養級 6.5 0.8 6.2 0.5 10
第四營 養級 1 0.5 1 0 2
(1)若要調查鼠的種群密度，常采用的方法是________________。當生態系統處于相對穩定狀態時，蛙種群數量的增長速率為________。
(2)玉米的秸稈可以投入沼氣池生產沼氣、培養蘑菇等，家禽家畜產生的糞便經處理后可做成人工飼料喂魚，這些做法依據的是生態工程的__________原理。
(3)秸稈利用后產生的廢渣可以還田，其中的有機物可被分解者分解，產生的__________________可被農作物利用，提高產量。
(4)若蛇的食物有1/5來自蛙，4/5來自鼠，則從理論上講，蛇每增加1 kg體重，至少需要消耗玉米______kg。農田中的生物可以通過捕食與被捕食傳遞信息，體現了信息傳遞在生態系統中的作用是__________________________________________。
(5)分析表中數據可知，流入該生態系統的總能量是________J·cm－2·a－1，甲是指____________的能量，第二、第三營養級之間的能量傳遞效率為______。
解析：(1)鼠的活動范圍大，活動能力強，一般用標記重捕法調查其種群密度；當生態系統處于相對穩定狀態時，蛙的種群數量保持相對穩定，則其種群數量的增長速率為0。(2)玉米的秸稈可以投入沼氣池生產沼氣、培養蘑菇等，家禽家畜產生的糞便經處理后可做成人工飼料喂魚，這些做法依據的生態工程原理是循環原理。(3)分解者能將秸稈中的有機物分解成CO2和無機鹽等，供植物光合作用利用。(4)根據題干信息和題圖分析，蛇可以從兩條食物鏈獲得能量，且從蛙獲得1/5的能量，從鼠獲得了4/5的能量，若蛇每增加1 kg體重，按20%的能量傳遞效率計算，至少需要消耗玉米的質量＝1/5÷20%÷20%÷20%＋4/5÷20%÷20%＝45(kg)。農田中的生物可以通過捕食與被捕食傳遞信息，說明生態系統的信息傳遞可以調節生物的種間關系，進而維持生態系統的平衡與穩定。(5)生態系統某一營養級固定的能量除了包括流向分解者的能量、未被利用的能量和流入下一營養級的能量(最高營養級除外)，還應該包括呼吸作用散失的能量，因此表中甲代表呼吸作用散失的能量。結合表格數據分析，生產者同化的總能量＝41＋5＋97＋19＝162(J·cm－2·a－1)，人工輸入有機物的總能量＝6＋10＋2＝18(J·cm－2·a－1)，因此流入該生態系統的總能量＝生產者同化的總能量＋人工輸入有機物的總能量＝162＋18＝180(J·cm－2·a－1)；第二營養級同化的能量為19 J·cm－2·a－1，有機物輸入的能量為6 J·cm－2·a－1，則表中乙＝19＋6－7.9－1.1－12＝4(J·cm－2·a－1)，因此第二、第三營養級之間的能量傳遞效率＝4÷(19＋6)×100%＝16%。
答案：(1)標記重捕法　0　(2)循環　(3)CO2和無機鹽　(4)45　調節生物的種間關系，進而維持生態系統的平衡與穩定　(5)180　呼吸作用散失　16%
[微課微練·一點一評]
一、選擇題
1．某草原生態系統的食物網結構如圖，下列說法正確的是(　 )
A．圖中屬于次級消費者的生物有3種
B．該草原生態系統的組成成分由非生物的物質和能量及圖中生物構成
C．能量傳遞效率按20%計算，若蛇取食鼠的比例由1/4調整到3/4，則蛇體重增加1 kg，能為人多提供羊10 kg
D．生態系統中的物質、能量和信息沿著食物鏈和食物網循環流動
解析：選C　圖中屬于次級消費者的生物有4種，即蛇、人、青蛙、貓頭鷹，A錯誤；該草原生態系統的組成成分由非生物的物質和能量、分解者及圖中生物(生產者和消費者)構成，B錯誤；能量傳遞效率按20%計算，食物比例改變前蛇體重增加1 kg消耗草：0.75÷(20%)3＋0.25÷(20%)2＝100(kg)，食物比例改變后蛇體重增加1 kg消耗草：0.25÷(20%)3＋0.75÷(20%)2＝50(kg)。因此調整后少消耗草50 kg，則羊可以增重50×20%＝10(kg)，C正確；能量不能循環流動，信息傳遞往往是雙向的，但不能說是循環流動，D錯誤。
2．(2022·長沙三模)下圖是某湖泊生態系統能量流動的情況，字母表示相應的能量值。據圖分析，下列相關敘述正確的是(　 )
A．甲表示各個營養級用于生長、繁殖的能量
B．流入該生態系統的總能量為a1＋b1＋c1＋d1
C．植食性魚類到肉食性魚類的能量傳遞效率為(c2－e2)/(c1－e1)×100%
D．為持續獲得較大的魚產量，應讓捕撈的兩種魚類都保持最大自然增長率
解析：選B　圖中a表示分解者利用，b表示呼吸消耗，c表示流向下一營養級(下一營養級的同化量)，d表示未被利用，故甲表示各營養級未被利用的能量的總和，A錯誤；流入生態系統的總能量是生產者固定的太陽能，數值上為a1＋b1＋c1＋d1，B正確；植食性魚類從上一營養級同化的能量為c1，肉食性魚類從上一營養級同化的能量為c2，兩營養級間能量傳遞效率為c1/c2×100%，C錯誤；為持續獲得較大的魚產量，應讓捕撈的兩種魚類都保持最大自然增長速率，應使魚的種群數量保持在K/2水平，D錯誤。
二、非選擇題
3．如圖①為北極凍原生態系統中部分生物構成的食物網。圖②虛線方框內表示一個群落，箭頭表示該生態系統能量流動的方向。請據圖回答問題。
(1)圖①有________條食物鏈，其中北極狐和雷鳥之間有明顯的種間關系是________________。
(2)假如北極狐的食物1/2來自雷鳥，1/8來自植物，且該系統能量從生產者到消費者的傳遞效率為10%，從消費者到消費者的能量傳遞效率為20%，如果北極狐種群增加的能量為80 kJ，若不考慮其他變化的影響，則對植物增加消耗的能量是______kJ。
(3)畫出圖②中的食物鏈：________________。
(4)北極地區動物在不同季節一般都有換羽或換毛的習性，這是受________信息的影響產生的適應性生理特征。
(5)如表表示圖②生態系統的能量流動情況。
同化總量/ (×106 J) 儲存能量/ (×106 J) 呼吸消耗/ (×106 J)
A 900 200 700
B 100 15 85
C 15 2 13
D 18 60 12
分析表可知，流入該生態系統的總能量為________，從第二營養級到第三營養級的能量傳遞效率為______。
解析：(1)圖①共有5條食物鏈：植物→雪兔→狼；植物→雷鳥→狼；植物→雷鳥→北極狐；植物→北極狐；植物→雪兔→北極狐；其中北極狐和雷鳥均以植物為食，兩者之間存在種間競爭關系，同時北極狐可以捕食雷鳥，兩者之間還有捕食關系。(2)假如北極狐的食物1/2來自雷鳥，1/8來自植物，且該系統能量從生產者到消費者的傳遞效率為10%，從消費者到消費者的能量傳遞效率為20%，如果北極狐種群增加的能量為80 kJ，若不考慮其他變化的影響，則需要植物的能量是40÷20%÷10%＋30÷20%÷10%＋10÷10%＝3 600 (kJ)。(3)圖②中C代表生態系統中的成分是分解者，A代表生態系統中的成分是生產者，B、D是消費者，食物鏈不包括分解者，故圖②中的食物鏈為A→B→D。(4)北極地區動物在不同季節一般都有換羽或換毛的習性，這是受光照、溫度等物理信息的影響產生的適應性生理特征。(5)流入該生態系統的總能量為生產者固定的能量，即900×106＝9×108(J)；能量傳遞效率是指相鄰兩個營養級之間同化量的比值，從第二營養級到第三營養級的能量傳遞效率為18÷100×100%＝18%。
答案：(1)5　捕食和種間競爭　(2)3 600　(3)A→B→D　(4)物理　(5)9×108 J　18%
4．某研究機構定量分析了一個以團頭魴為養殖對象的池塘生態系統，得到了下表和能量流動示意圖，其中表中數據表示捕食概率，圖中的數據是3個月內該池塘中的各種能量值(單位是t/km2)。
被捕食者 捕食者
橈足類 枝角類 團頭魴 輪蟲
飼料 0.708
橈足類 0.012
枝角類 0.46 0.023
浮游植物 0.38 0.736 0.74
團頭魴
輪蟲 0.094 0.074 0.015
底泥沉積物 0.058 0.161 0.206 0.223
水體碎屑 0.008 0.028 0.033 0.037
注：橈足類、枝角類、輪蟲均為浮游動物。
(1)據表分析，橈足類在人工池塘中屬于第______營養級；浮游動物在該池塘中起著承上啟下的作用，請從能量流動的角度進行解釋：_____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)流經該生態系統的總能量是______________________________________；第三營養級到第四營養級的能量傳遞效率是______(保留小數點后1位)。
(3)構建池塘生態系統時應遵循生態工程原理，如根據自生原理要選擇多種適宜淡水池塘的品種，混養時需要考慮這些品種的________________________(答出兩條)，通過合理設計使池塘物種間進行自組織；構建人工系統要盡量提高物種多樣性的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)二、三、四　一方面通過攝食將浮游植物、底泥沉積物和水體碎屑飼料中的能量部分同化到自己體內，另一方面由于被團頭魴捕食又能將能量傳遞到團頭魴體內　(2)浮游植物固定的太陽能和飼料有機物中的化學能　6.4%　(3)生態位、種間關系　有助于生態系統維持自生能力(即便某個種群消亡，其他種群也能彌補上來)

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