生物第10單元 生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境的保護(hù) 拓展微課 能量流動模型分析與計算

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1、拓展微課能量流動模型分析與計算專題講解難點(diǎn)一能量流動模型分析1.模型一拼圖法分析某營養(yǎng)級能量的流向圖10-30-17輸入第一營養(yǎng)級的能量(W1),被分為兩部分:一部分在生產(chǎn)者的呼吸作用中以熱能的形式散失了(A1),一部分則用于生產(chǎn)者的生長、發(fā)育和繁殖(B1+C1+D1)。而后一部分能量中,包括現(xiàn)存植物體的B1、流向分解者的C1、流向下一營養(yǎng)級的D1。【典題示導(dǎo)】1.2017四川德陽二診 某同學(xué)繪制了如圖10-30-18所示的能量流動圖解(其中W1為生產(chǎn)者固定的太陽能),下列敘述中不正確的是 ()A.生產(chǎn)者固定的總能量可表示為(A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2)B.由第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)

2、級的能量傳遞效率為D1/(A1+B1+C1+D1)C.流入初級消費(fèi)者的能量為(A2+B2+C2)D.圖解表明能量流動的特點(diǎn)是單向流動、逐級遞減圖10-30-18答案 C解析 生產(chǎn)者固定的總能量可表示為(A1+B1+C1+D1),A1被呼吸作用消耗,B1未被利用,C1流向分解者,而D1=A2+B2+C2+D2是流入下一營養(yǎng)級的能量,A正確;由第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為D1/(A1+B1+C1+D1)=D1/W1,B正確;流入初級消費(fèi)者的能量為D1=A2+B2+C2+D2,C錯誤;圖解表明能量流動的特點(diǎn)是單向流動、逐級遞減,D正確。A.昆蟲同化的能量中約有35%用于其生長、發(fā)育和繁殖B

3、.昆蟲糞便量屬于植物流向分解者能量的一部分C.昆蟲儲存在有機(jī)物中的能量屬于未利用的能量D.昆蟲的前一營養(yǎng)級的能量至少有1000 kJ2.下表是某營養(yǎng)級昆蟲攝食植物后能量流動的情況,下列說法不正確的是 ()項目昆蟲攝食量昆蟲糞便量昆蟲呼吸消耗量昆蟲儲存在有機(jī)物中能量能量/kJ41021013070答案 C解析 昆蟲的同化量=攝入量-糞便中所含能量,即410-210=200 kJ,同化量-呼吸作用散失的能量即為用于生長、發(fā)育和繁殖的能量,所以用于生長、發(fā)育和繁殖的能量為200-130=70 kJ,所占比例為70200100%=35%,A項正確。昆蟲糞便量中的能量屬于植物中的能量,最終流向分解者,B

4、項正確。儲存在死亡動物的骨、毛發(fā)以及死亡植物的根、莖、葉中尚未被分解者利用的能量屬于未利用的能量,C項錯誤。根據(jù)能量傳遞效率,昆蟲的前一個營養(yǎng)級的能量最小值是20020%=1000 kJ,D項正確。2.模型二關(guān)系圖法分析某營養(yǎng)級的能量流向(1)長期來看,流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在足夠長的時間內(nèi)的去路有三條:a.自身呼吸散失;b.流入下一營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級除外);c.被分解者分解利用。(如圖10-30-19)(2)在短期內(nèi),流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在一定時間內(nèi)的去路有四條:a.自身呼吸散失;b.流入下一營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級除外);c.被分解者分解利用;d.未利用,即未被自身呼吸消耗,也未被

5、下一營養(yǎng)級和分解者利用。(如圖10-30-20)圖10-30-19圖10-30-20【典題示導(dǎo)】3.如圖10-30-21是麻風(fēng)樹林中兩個營養(yǎng)級的能量流動圖解,已知麻風(fēng)樹的總能量為a,其中字母代表了能量,則下列敘述不正確的是()A.從麻風(fēng)樹輸入下一營養(yǎng)級的能量傳遞效率為a/aB.c是第二營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的能量C.d是指呼吸作用散失的能量D.該圖解中不包括非生物的物質(zhì)和能量圖10-30-21答案 A解析 由題干中的信息可知,該圖只包括兩個營養(yǎng)級,麻風(fēng)樹是第一營養(yǎng)級,則a只能代表第二營養(yǎng)級攝入量,b代表第二營養(yǎng)級的同化量,其中d代表呼吸作用散失的能量,c是指第二營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的

6、能量,e則是第二營養(yǎng)級流入分解者的能量,則從麻風(fēng)樹輸入下一營養(yǎng)級的能量傳遞效率為b/a100%;該圖解中包括了生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者,不包括非生物的物質(zhì)和能量。4.如圖10-30-22中A為某湖泊生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔簡圖,其中、分別代表不同的營養(yǎng)級,m1、m2僅代表不同的能量形式。圖B表示能量流經(jīng)營養(yǎng)級的變化示意圖,其中af表示能量值的大小。請據(jù)圖作答:(1)圖A中,m2表示的能量形式為,能進(jìn)行次級生產(chǎn)的是。 (2)圖B中,若甲表示圖A中營養(yǎng)級所攝入的全部能量,則e表示的能量,用于營養(yǎng)級生長、發(fā)育和繁殖的能量是(用所給字母表示)。若圖A中營養(yǎng)級所同化的總能量為y,則營養(yǎng)級、間的能量傳遞效率是1

7、00%(用所給字母表示)。 (3)由圖B可以得出生態(tài)系統(tǒng)的能量流動具有單方向的、和逐漸遞減的特點(diǎn)。 圖10-30-22解析 (1)在能量金字塔中,處于第一營養(yǎng)級的生物是生產(chǎn)者,m1表示進(jìn)入該生態(tài)系統(tǒng)的能量光能,m2是指在生態(tài)系統(tǒng)食物鏈各營養(yǎng)級散失的能量熱能,次級生產(chǎn)是指異養(yǎng)生物即有機(jī)營養(yǎng)生物的生物體的生產(chǎn),而是生產(chǎn)者,所以能進(jìn)行次級生產(chǎn)的是消費(fèi)者、。(2)每一營養(yǎng)級的同化量=攝入量-糞便量,若甲表示圖A中營養(yǎng)級所攝入的全部能量,則乙表示營養(yǎng)級同化的能量,戊表示的生理過程為細(xì)胞呼吸,e表示隨食物殘渣(糞便)排出體外的能量。而營養(yǎng)級同化的能量,一部分在營養(yǎng)級的呼吸作用中以熱能的形式散失了,另一部分

8、用于營養(yǎng)級的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動,因此c表示用于生長、發(fā)育和繁殖的能量;營養(yǎng)級、間的能量傳遞效率為(營養(yǎng)級同化量營養(yǎng)級同化量)100%=y/b100%。(3)由圖B可以得出,生態(tài)系統(tǒng)能量流動的主要特點(diǎn)是單方向的、不可逆的、逐級遞減的。難點(diǎn)二能量傳遞效率的相關(guān)“最值”和“定值”計算 1.能量傳遞效率的相關(guān)“最值”計算(1)食物鏈越短,最高營養(yǎng)級獲得的能量越多。(2)生物間的取食關(guān)系越簡單,生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中消耗得越少。具體計算方法如下:知低營養(yǎng)級求高營養(yǎng)級知高營養(yǎng)級求低營養(yǎng)級獲得能量最多選最短食物鏈、按20%計算 需要能量最多 選最長食物鏈、按10%計算獲得能量最少選最長食物鏈、按1

9、0%計算 需要能量最少 選最短食物鏈、按20%計算2.能量傳遞效率的有關(guān)“定值”計算(1)已確定營養(yǎng)級間能量傳遞效率的,不能按“最值”法計算,而需按具體數(shù)值計算。例如,在食物鏈ABCD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Ma%b%c%。(2)如果是在食物網(wǎng)中,某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級多種生物獲得能量,且各途徑所獲得的生物量比例確定,則按照各單獨(dú)的食物鏈進(jìn)行計算后合并?！镜漕}示導(dǎo)】5.如圖10-30-23為一食物網(wǎng)。若要使丙體重增加x,已知其食用的動物性食物(乙)所占比例為a,則至少需要的生產(chǎn)者(甲)的量為y,那么x與y的關(guān)系可表示為()A.y=90ax+1

10、0 xB.y=25ax+5xC.y=20ax+5xD.y=10ax+10 x圖10-30-23 解析 由題干中的“至少”可知,應(yīng)該按最大傳遞效率20%計算,a表示丙從動物性食物(乙)獲得的能量所占比例,則1-a表示直接從生產(chǎn)者(甲)獲得的能量所占比例,故有(1-a)x20%+ax20%20%=y,即y=20ax+5x。答案 C6.圖10-30-24中甲是某草原生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)模式圖,圖中A、B、C、D表示生態(tài)系統(tǒng)的成分,圖乙為其中部分營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。請據(jù)圖回答: (1)若草固定的總能量為6.8109 kJ,食草昆蟲和鼠同化的總能量是1.3108 kJ,則人最多能獲得能量kJ。 (2)若蛇取食鼠的比例

11、由1/4調(diào)整到3/4,從理論上分析,改變?nèi)∈潮壤笊唧w重增加1 kg,人能比原來多增重kg。(能量傳遞效率按20%計算) 圖10-30-24易錯提醒(1)能量多級利用和逐級遞減不是一回事,前者是通過能量的多級傳遞,每一級傳遞過程中都有能量流向?qū)θ擞幸娴牟糠?而逐級遞減是指在不斷逐級傳遞過程中,每一營養(yǎng)級獲得能量都比前一營養(yǎng)級少。(2)進(jìn)行具體能量流動計算時切記“順推”(即由“植物”下推)與“逆推”(即由高營養(yǎng)級前推)的計算,前者用“乘法”,后者用“除法”。跟蹤訓(xùn)練1.在分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動時經(jīng)常涉及“輸入量(輸入到某一營養(yǎng)級的能量)”“攝入量”“同化量”“糞便量”等說法,則下列說法中正確的是

12、 ()A.某一營養(yǎng)級生物的攝入量即同化量B.某一營養(yǎng)級生物的糞便量是該營養(yǎng)級生物同化量的一部分C.輸入到某一營養(yǎng)級的能量即該營養(yǎng)級生物的同化量D.相鄰兩營養(yǎng)級生物中較高營養(yǎng)級與較低營養(yǎng)級生物的攝入量之比表示能量傳遞效率解析 輸入量即同化量,攝入量=同化量+糞便量,A項錯誤,C項正確。某一營養(yǎng)級生物的糞便量實際上是上一營養(yǎng)級生物同化量的一部分,B項錯誤。相鄰兩營養(yǎng)級生物中較高營養(yǎng)級與較低營養(yǎng)級生物的同化量之比表示能量傳遞效率,D項錯誤。答案 C2.圖10-30-25是生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解,N1N6為能量數(shù)值,下列有關(guān)敘述中正確的是 ()A.蜣螂同化的能量屬于第二營養(yǎng)級的能量B.能量由第一營養(yǎng)級

13、傳遞給第二營養(yǎng)級的傳遞效率為N4/N2100%C.流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為N2,由初級消費(fèi)者流向蜣螂的能量為N6D.N5的去向之一是用于初級消費(fèi)者的生長、發(fā)育和繁殖圖10-30-25解析 蜣螂同化的能量,即初級消費(fèi)者糞便中的能量屬于第一營養(yǎng)級的同化量,A項錯誤。生產(chǎn)者的同化量是N2,初級消費(fèi)者同化的能量是N5,因此能量由第一營養(yǎng)級傳遞給第二營養(yǎng)級的傳遞效率為N5/N2100%,B項錯誤。據(jù)圖分析:流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為生產(chǎn)者固定的太陽能N2,初級消費(fèi)者流向蜣螂的能量為0,C項錯誤。初級消費(fèi)者同化的能量N5有一部分用于初級消費(fèi)者的生長、發(fā)育和繁殖,一部分通過細(xì)胞呼吸以熱能形式散失,D項正確。3

14、.科學(xué)家R.L.Smith研究了不同種類動物的能量變化情況,部分結(jié)果如下表所示。下列敘述不正確的是 ()能量數(shù)值Kcal/(m2a)動物種類攝取量(I)同化量(A)呼吸量(R)生產(chǎn)量(P)收割蟻(植食)34.50 31.0 30.9 0.10小蜘蛛(肉食)12.60 11.90 10.0 1.90鹽沼蝗(植食)3.711.37 0.86 0.51黃鼠(植食)5.603.80 3.69 0.11A.收割蟻只有不到1%的同化量用于自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動B.占鹽沼蝗攝入食物63%的未同化量可被分解者所利用C.黃鼠的生長效率(P/A)較低的原因是呼吸消耗的能量較多D.表中幾種動物同化效率(A/

15、I)不同是因為能量傳遞效率不同解析 收割蟻能量的同化量為31.0 kcal,而呼吸量為30.9,則用于自身生長、發(fā)育和繁殖的能量為0.1 kcal,則0.131.0100%0.32%,A正確;鹽沼蝗的攝入量為3.71 kcal,同化量為1.37 kcal,則未同化量=3.71-1.37=2.34 kcal,占鹽沼蝗攝入量為2.343.71100%63%,B正確;黃鼠能量的同化量為3.80 kcal,呼吸量為3.69 kcal,因此用于生長的能量就很少,C正確;表中幾種動物同化效率分別為:收割蟻31.034.50100%89.9%,小蜘蛛11.9012.6100%94.4%,鹽沼蝗1.373.7

16、1100%36.9%,黃鼠3.85.6100%67.9%,由此可見,同化效率(A/I)最高的為小蜘蛛,D錯誤。4.2017云南師大附中月考 如圖10-30-26為某生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞示意圖,以下敘述不正確的是()A.將乙和丙的糞便作為有機(jī)肥還田,可以提高能量傳遞效率B.從乙到丙的能量傳遞效率為15%C.能量流動是從甲固定的太陽能開始的,流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為1250 kJD.食物鏈的營養(yǎng)關(guān)系一般不可逆,這決定了能量流動的單向性圖10-30-26 解析 由題圖分析可知,甲為生產(chǎn)者,乙為消費(fèi)者,丙為消費(fèi)者,丁為分解者。將乙和丙的糞便作為有機(jī)肥還田,為植物提供了無機(jī)鹽,但不能提高能量傳遞效率,A錯

17、誤;從乙到丙的能量傳遞效率為30200100%=15%,B正確;能量流動從生產(chǎn)者固定的太陽能開始,流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的太陽能,為175+200+875=1250 kJ,C正確;食物鏈的營養(yǎng)關(guān)系一般不可逆,這決定了能量流動的單向性,D正確。5.一只羊在一年內(nèi)吃了100 kg的草,排出20 kg的糞,長了10 kg的肉(不考慮其他散失),下列有關(guān)說法不正確的是 ()A.該羊一年的同化量是80 kgB.第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為10%C.20 kg的糞屬于羊未同化的能量D.該羊一年的呼吸量是70 kg解析 動物同化的能量=攝入量-糞便中有機(jī)物的能量=一年內(nèi)吃的草的量(10

18、0 kg)-排出的糞的量(20 kg)=80 kg,A正確;第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級能量傳遞效率應(yīng)該用第二營養(yǎng)級的同化量除以第一營養(yǎng)級的生物總量,而題意中未說明草等生產(chǎn)者中生物總量,B錯誤;20 kg的糞屬于羊的攝入量,但是未消化吸收,即未同化,C正確;動物同化的能量=呼吸消耗的能量+用于生長、發(fā)育和繁殖的能量,根據(jù)題意中羊長了10 kg的肉,則呼吸量為70 kg,D正確。答案 B6.圖10-30-27為生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)簡圖,若E生物種群總能量為7.1109 kJ,B生物種群總能量為2.3108 kJ。從理論上計算,A儲存的總能量最少為()A.7.1108 kJ B.4.8107 kJC.5.95

19、107 kJ D.2.3107 kJ解析 根據(jù)題意,A儲存的總能量最少需要按最長食物鏈,最低能量傳遞效率計算,所以所選食物鏈?zhǔn)荄ECA,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時用去的能量最多;E的總能量減去傳遞給B的能量后,再傳給C時效率最低;C在傳遞給A時效率最低,結(jié)果才能使A獲得的能量最少,據(jù)此計算得A貯存的總能量最少為(7.1109-2.310810%)10%10%=4.8107 kJ。答案 B圖10-30-27 7.圖10-30-28表示某生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的一部分,若將丙的食物比例由甲乙=21調(diào)整為31,能量傳遞效率按20%計算,則該生態(tài)系統(tǒng)能承載丙的數(shù)量是原來的 ()A.1.575倍 B.1.275倍C.1.167倍 D.0.875倍答案 C圖10-30-28 8.2017廣西南寧一模 海洋在地球上分布非常廣泛,某海洋生態(tài)系統(tǒng)中分布有水藻、以水藻為食的食草動物、以食草動物為食的小型肉食動物,以及以食草動物和小型肉食動物為食的大型肉食動物。請回答下列問題:(1)海洋生態(tài)系統(tǒng)中不同的水層分布不同植物,影響這種分布的環(huán)境因素主要是。研究海洋中不同水層分布的生物類型,屬于(填“種群”或“群落”)水平的研究。 (2)若大型肉食動物的能量有來自小型肉食動物,有來自食草動物,則大型肉食動物每獲得10 kJ能量,需要水藻提供的能量至少為。生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞具有特點(diǎn)。