例談生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)知識(shí)中的幾個(gè)特殊問(wèn)題

1、精品資源歡下載例談生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)知識(shí)中的幾個(gè)特殊問(wèn)題“能量流動(dòng)”是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能之一。在高中生物知識(shí)中，能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的 關(guān)系、能量流動(dòng)的特點(diǎn)、能量傳遞的效率等知識(shí)共同構(gòu)成了以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”為中心的知識(shí)體系。然而在“能量流動(dòng)”知識(shí)中，仍存在一些易被忽視或不常見(jiàn)的問(wèn)題，如“能 量值”的表示方式、最值的計(jì)算、能量流動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的關(guān)系等。本文就此結(jié)合教材談一談對(duì)這些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，望能對(duì)教與學(xué)有所幫助。一、能量流動(dòng)的幾種“最值”計(jì)算由于一般情況下能量在兩個(gè)相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的傳遞效率是10%20%故在能量流動(dòng)的相關(guān)問(wèn)題中，若題干中未做具體說(shuō)明，則一般認(rèn)為能量傳遞的最低效率為10%最高效

2、率為20%所以，在已知較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量求消耗較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量時(shí)，若求“最多”值，則 說(shuō)明較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量按“最低”效率傳遞，若求“最（至）少”值，則說(shuō)明較低營(yíng)養(yǎng) 級(jí)生物的能量按“最高”效率傳遞。反之，已知較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量求傳遞給較高營(yíng)養(yǎng)級(jí) 生物的能量時(shí)，若求“最多”值，則說(shuō)明較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量按“最高”效率傳遞，若求“最少”值，則說(shuō)明較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量按“最低”效率傳遞。這一關(guān)系可用下圖來(lái)表示。（已知）較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)（未知）求“最多”則能量按 “最高”值20%流動(dòng)求“最少”則能量按“最低”值10%流動(dòng)（未知）*較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)求“最多”則能量按 “最低”值10%流動(dòng)求“最少”則能量按

3、“最高”值20%流動(dòng)1 .以生物的同化量（實(shí)際獲取量）為標(biāo)準(zhǔn)的“最值”計(jì)算例1.下圖為某生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)簡(jiǎn)圖，若e生物種群總能量為7.1m 109 kj , b生物種群總能量為2.3x108kj ,從理論上計(jì)算，a貯存的總能量最少為（）a. 7.1 108kjb. 4.8 107 kjc. 5.95 107 kjd.2.3 107 kj解析：由圖可知 d為生產(chǎn)者，要使 a獲得的能量最少，則必須保證三個(gè)條件，即：一是 能量來(lái)源途徑最少；二是能量傳遞效率最低（按10嫡）；三是食物鏈要最長(zhǎng)。故從理論上講，與a貯存的總能量最少相關(guān)的食物鏈不可能是a a,也不可能是 a a d- efo a同時(shí)存在，只能

4、是 d-e c- a為此，e的能量在傳遞給 a的途徑中，只有確保： e在傳遞給b時(shí)用去的能量最多； e的總能量減去傳遞給 b的后再傳給c時(shí)效率最低；c在傳遞給a時(shí)效率最低，結(jié)果才 能使a獲得的能量最少。所以據(jù)此計(jì)算得a貯存的總能量最少為（7.1 109 - 2.3 1 08 -10%） 10% 10% -4.8 107 kj故答案選b項(xiàng)。2.以生物的積累量為標(biāo)準(zhǔn)的“最值”計(jì)算例2.已知某營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物同化的能量為1000kj,其中95%!過(guò)呼吸作用以熱能的形式散失，則其下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物獲得的能量最多為（）a. 200kjb.40kjc.50kj d.10kj解析：本題具有較大的迷惑性，極易錯(cuò)選a項(xiàng)。

5、由于該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量 95%!過(guò)呼吸作用以熱能的形式散失，故積累的能量只有5%因而其最多也只有 5%（即5%x 1000=50kj）的能量傳遞給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。因此答案選c項(xiàng)。二、能量值的幾種不同表示方式及相關(guān)計(jì)算“能量值”除了用“焦耳”等能量單位表示外，在許多生物資料中，其還可用生物量、 數(shù)量、面積、體積單位等形式來(lái)表示，因而使能量流動(dòng)關(guān)系有了更加豐富的內(nèi)涵，但是不管用何種單位形式表示，通常情況下能量的傳遞效率都遵循“10%20%的規(guī)律，下面結(jié)合一些例子分別加以闡述。1 .能量（單位）表示法及計(jì)算以能量（單位）一一“焦耳”表示能量值的多少是“能量流動(dòng)”知識(shí)中最常見(jiàn)的形式。 在以“焦耳”為單位的能量

6、傳遞過(guò)程中，各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量數(shù)值呈現(xiàn)出典型的“金字塔”形， 不可能出現(xiàn)倒置。1.1 以生物體同化量的總量為特征的計(jì)算如例11.2 以atp為特征的計(jì)算這種形式的能量計(jì)算是建立在物質(zhì)氧化分解的基礎(chǔ)上的，它常涉及利用呼吸作用或光合作用的反應(yīng)式。例3:在能量金字塔中，如果生產(chǎn)者在光合作用過(guò)程中產(chǎn)生240mol的氧氣，其全部用于初級(jí)消費(fèi)者分解血糖， 則其釋放并貯存在 atp中的能量最多有（ ）可被三級(jí)消費(fèi)者捕 獲？a. 1.008 106jb. 5.016 106j c. 1.858 106jd._62.008 10 j解析：依據(jù)有氧呼吸反應(yīng)式，可知 240mol的氧氣能分解40mol的葡萄糖，又由于每

7、摩 爾葡萄糖徹底氧化分解產(chǎn)生的能量有1161kj轉(zhuǎn)移到atp中，故初級(jí)消費(fèi)者產(chǎn)生的atp中的能量最多有“ 1161m 40 m 20%父20% =1.858 m106j”被三級(jí)消費(fèi)者捕獲。答案選c項(xiàng)。2 .生物量（質(zhì)量單位）表示法及計(jì)算例4:如果一個(gè)人食物有 1/2來(lái)自綠色植物，1/4來(lái)自小型肉食動(dòng)物，1/4來(lái)自羊肉， 假如傳遞效率為10%那么該人每增加 1千克體重，約消耗植物（）a. 10千克 b. 28千克 c. 100千克 d. 280千克解析：解答本題時(shí)，首先應(yīng)畫(huà)出食物網(wǎng)，然后依據(jù)食物網(wǎng)和題干信息來(lái)解答。通過(guò)“植物一人”這條鏈計(jì)算出消耗植物的量為0.5+10%= 5千克；通過(guò)“植物一植

8、食動(dòng)物一小型肉食動(dòng)物一人”這條鏈計(jì)算出消耗植物的量為0.25 + 10險(xiǎn)10%+ 10%= 250千克；通過(guò)“植物一羊一人”這條鏈計(jì)算出植物的量為0.25 + 10好10%= 25千克。故要消耗植物的總量為280千克。答案選d項(xiàng)。3 .數(shù)量（生物體數(shù)目）表示法及計(jì)算例5:在一片草原上，假如一年中，至少有70000只昆蟲(chóng)生活才可養(yǎng)活一只食蟲(chóng)鳥(niǎo)，而食蟲(chóng)鳥(niǎo)若按10%勺能量傳遞率將能量傳給鷹，則理論上每年大約需要3000只食蟲(chóng)鳥(niǎo)才能維持一只鷹的生存，那么如果鷹只靠捕食食蟲(chóng)鳥(niǎo)來(lái)生活，則每年至少需要（）只昆蟲(chóng)才能保證一只鷹的生存？a. 2.1x108b. 2.8x108c. 1.05x108d.無(wú)法統(tǒng)計(jì)解

9、析：生物體的數(shù)量通常能夠反映出生物體能量的多少，一般情況下其間成正相關(guān)，故常可用生物體的數(shù)量來(lái)表示能量的多少。由題意可知，昆蟲(chóng)與食蟲(chóng)鳥(niǎo)之間、食蟲(chóng)鳥(niǎo)與鷹之間的能量傳遞效率只有保證為20%才能實(shí)現(xiàn)“至少”維持一只鷹生存所需的能量供應(yīng)。故維持一只鷹生存至少需要食蟲(chóng)鳥(niǎo)1500只，由此可計(jì)算出維持一只鷹生存至少需要昆蟲(chóng)的量為1500x 70000= 1.05 x 108只。答案選 c項(xiàng)。需要說(shuō)明的是在以生物體數(shù)目表示的能量流動(dòng)關(guān)系中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“金字塔”倒置的現(xiàn)象。如下例。例6. 一片樹(shù)林中，樹(shù)、昆蟲(chóng)和食蟲(chóng)鳥(niǎo)類的個(gè)體數(shù)比例關(guān)系如下圖所示。下列能正確表示樹(shù)、昆蟲(chóng)、食蟲(chóng)鳥(niǎo)之間的能量流動(dòng)關(guān)系的是（選項(xiàng)方框面積

10、表示能量的大小）（）,因 又由于c項(xiàng)。25mx 5nm =解析：在樹(shù)林中，由于樹(shù)具有較大的體積（包括其地上的樹(shù)冠、莖和地下的根系） 而盡管樹(shù)的量少，但其仍具有較多的能量。故一棵樹(shù)上可生活著許多昆蟲(chóng)和食蟲(chóng)鳥(niǎo), 食蟲(chóng)鳥(niǎo)以昆蟲(chóng)為食，故按能量流動(dòng)的特點(diǎn)，其總能量必將小于昆蟲(chóng)的總能量。答案選4 .面積（單位）表示法及計(jì)算例7.在“棉花一棉助一食朗蠅一瓢蟲(chóng)一麻雀一鷹”這條食物鏈中，如果食朗蠅要有 的生活空間才能滿足自身的能量需求，則一只鷹的生活空間至少是（）a. 5 103m2b. 5 104m2c. 53m2d. 54m2解析：本題以生物的生活范圍來(lái)反映所具能量的大小。由題意可知鷹處于最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)， 按能

11、量最高傳遞效率可求出一只鷹至少所需的生活空間為：（1 + 20% 20%+ 20%） 54nio答案選d項(xiàng)。5 .體積（單位）表示法及計(jì)算例8:具有三個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量金字塔，最上層的體積是最下層的（）a. 10%20%b. 1%4%c. 0.1%1%d. 1%10%解析：具有三個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量金字塔，若用體積表示能量值的大小，則能量按最低傳遞效率傳遞時(shí)，最上層體積應(yīng)為10%x 10%= 1%按最高傳遞效率傳遞時(shí)，最上層體積應(yīng)為 20%x 20%= 4% 故答案選 b項(xiàng)。三、能量流動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能量流動(dòng)效率能直接反映生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能量在傳遞過(guò)程中，若超過(guò)一定的限度，則容易引起種群的生長(zhǎng)、

12、繁殖或再生等的障礙， 從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞，故在研究生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)必須時(shí)刻關(guān)注能量流動(dòng)效率。例9:某生態(tài)系統(tǒng)中初級(jí)消費(fèi)者和次級(jí)消費(fèi)者的總能量分別是w和w,當(dāng)下列哪種情況發(fā)生時(shí)，最有可能使生態(tài)平衡遭到破壞？（）a. wi10wb. wi5wc. wi10wd. wi5w解析：一般情況下，生態(tài)系統(tǒng)的能量在兩個(gè)相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間傳遞效率大約是10%20%小于或等于20%w不會(huì)導(dǎo)致其穩(wěn)定性的破壞，而大于20%w有可能引起某些營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物量的大起大落或生態(tài)環(huán)境的改變，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性被破壞?？v觀本題的四個(gè)選項(xiàng)，a選項(xiàng)反映的能量彳遞效率小于10% b選項(xiàng)反映的能量彳遞效率小于20% c選項(xiàng)反映的能量傳遞效率大于10% （但不一定大于20%,只有d選項(xiàng)反映的能量彳遞效率大于20% 故本題答案選d項(xiàng)。例10:某海灘黃