教师招聘考试:能量流动计算
时间:2020-06-29 作者:师出教育 点击:

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一、食物链中的能量计算

1.已知较低营养级生物具有的能量(或生物量),求较高营养级生物所能获得能量(或生物量)的最大值。

例1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ,则该生态系统的第四营养级生物最多能获得的能量是(    )

A. 24kJ

B. 192kJ

C. 96kJ

D. 960kJ

解析:据题意,生态系统固定的总能量是生态系统中生产者(第一营养级)所固定的能量,即24000kJ,当能量的传递效率为20%时,每一个营养级从前一个营养级获得的能量是最多的。因而第四营养级所获得能量的最大值为:24000×20%×20%×20%=192kJ。

答案:D

规律:已知较低营养级的能量(或生物量),不知道传递效率,计算较高营养级生物获得能量(或生物量)的最大值时,可按照最大传递效率20%计算,即较低营养级能量(或生物量)×(20%)n(n为食物链中由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数)。

2.已知较高营养级的能量(或生物量),求较低营养级应具备的能量(或生物量)的最小值。

例2.在一条有5个营养级的食物链中,若第五营养级的生物体重增加1 kg,理论上至少要消耗第一营养级的生物量为(    )

A. 25 kg

B. 125 kg

C. 625 kg

D. 3125 kg

解析:据题意,要计算消耗的第一营养级的生物量,应按照能量传递的最大效率20%计算。设需消耗第一营养级的生物量为X kg,则X=1÷(20%)4=625 kg。

答案:C

规律:已知能量传递途径和较高营养级生物的能量(或生物量)时,若需计算较低营养级应具有的能量(或生物量)的最小值(即至少)时,按能量传递效率的最大值20%进行计算,即较低营养级的生物量至少是较高营养级的能量(或生物量)×5n(n为食物链中,由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数)。

3.已知能量的传递途径和传递效率,根据要求计算相关生物的能量(或生物量)。

例3.在能量金字塔中,生产者固定能量时产生了240molO2,若能量传递效率为10%~15%时,次级消费者获得的能量最多相当于多少mol葡萄糖?(    )

A.0.04

B.0.4

C.0.9

D.0.09

解析:结合光合作用的相关知识可知:生产者固定的能量相当于240÷6=40mol葡萄糖;生产者的能量传递给次级消费者经过了两次传递,按最大的能量传递效率计算,次级消费者获得的能量最多相当于40×15%×15%=0.9mol葡萄糖。

答案:C

规律:已知能量传递效率及其传递途径时,可在确定能量传递效率和传递途径的基础上,按照相应的能量传递效率和传递途径计算。

二、食物网中能量流动的计算

1.已知较高营养级从各食物链中获得的比例,未告知传递效率时的能量计算。

例4.上图食物网中,在能量传递效率为10%~20%时,假设每个营养级的生物从前一营养级的不同生物处获得的能量相等。则人的体重每增加1 kg,至少需要消耗水藻       kg。

解析:由题意知:人从大鱼和小鱼处获得的能量是相等的,小鱼从虾和水藻处获得的能量是相等的,而且,题中“至少”需要多少,应按能量传递的最大效率计算。计算方法如下:

在“小鱼→大鱼→人”的传递途径中,大鱼的生物量至少为0.5÷20%=2.5 kg,小鱼的生物量至少为2.5÷20%=12.5 kg;在“小鱼→人”的传递途径中,小鱼的生物量至少是0.5÷20%=2.5 kg。因此,小鱼的生物量总量至少为12.5+2.5=15 kg。

同理:在“水藻→水蚤→虾→小鱼”的传递过程中,水藻的生物量至少是15÷2÷20%÷20%÷20%=937.5 kg;在“水藻→小鱼”的传递过程中,水藻的生物量至少是15÷2÷20%=37.5 kg。因此,水藻的生物量总量至少为937.5+37.5=975 kg。

答案:975

规律:对于食物网中能量流动的计算,先应根据题意写出相应的食物链并确定各营养级之间的传递效率,按照从不同食物链获得的比例分别进行计算,再将各条食物链中的值相加即可。

2.已知较高营养级从各食物链中获得的比例,在特定传递效率时的计算。

例5.若人的食物1/2来自植物,1/4来自小型食肉动物,1/4来自羊肉,若各营养级之间的能量传递效率为10%时,人增重1 kg需要消耗的植物为__ kg。

解析:根据题意可画出食物网(上图),从题目要求可以判断能量的传递效率为10%,根据人增重从不同途径获得能量的比例可计算如下:

植物→人:0.5÷10%=5 kg;

植物→羊→人:0.5÷10%÷10%=50 kg;

植物→羊→小型肉食动物→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

规律:对于食物网中能量流动的计算,先应根据题意写出相应的食物网,根据特定的传递效率,按照从不同食物链获得的比例分别计算,再将各条食物链中的值相加即可。

三、已知各营养级的能量(或生物量),计算特定营养级间能量的传递效率

例6.在某生态系统中,1只2 kg的鹰要吃10 kg的小鸟,0.25 kg的小鸟要吃2 kg的昆虫,而100 kg的昆虫要吃1000 kg的绿色植物。若各营养级生物所摄入的食物全转化成能量的话,那么,绿色植物到鹰的能量传递效率为(    )

A. 0.05%

B. 0.5%

C. 0.25%

D. 0.025%

解析:根据题意,可根据能量传递效率的概念计算出各营养级之间的能量传递效率,再计算出绿色植物转化为鹰的食物链中各营养级的生物量。即:10 kg的小鸟需要昆虫的生物量=10÷(0.25÷2)=80 kg;80 kg的昆虫需要绿色植物的生物量=80÷(100÷1000)=800 kg。

因此,从绿色植物→昆虫→小鸟→鹰的生物量依次为800 kg→80 kg→10 kg→2 kg,则鹰转化绿色植物的百分比为2/800×100%=0.25%。

答案:C

规律:要计算能量传递效率,可先根据各营养级的生物量计算出各营养级的传递效率,并推算出不同营养级的生物量,最后计算出所需计算转化效率的较高营养级(本题中的鹰)的生物量(或能量)占较低营养级(本题中的植物)的比例即可。

(编辑:高士卫)
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