生物必修3生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)知識(shí)中的幾個(gè)特殊問題概要

例談生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)知識(shí)中的幾個(gè)特別問題“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)的特色、能量傳達(dá)的效率等知識(shí)共同組成了以“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”為中心的知識(shí)系統(tǒng)?？墒窃凇澳芰苛鲃?dòng)”知識(shí)中,仍存在一些易被忽略或不常有的問題,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。本文就此聯(lián)合教材談一談對(duì)這些問題的認(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)算因?yàn)橐话銧顩r下能量在兩個(gè)相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的傳達(dá)效率是10%~20%。故在能量流動(dòng)的有關(guān)問題中,若題干中未做詳細(xì)說明,則一般以為能量傳達(dá)的最低效率為10%,最高效率為20%。因此,在已知較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量求耗費(fèi)較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量時(shí),若求“最多”值,則說明較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量按“最低”效率傳達(dá),若求“最(最少”值,則說明較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量按“最高”效率傳達(dá)。反之,已知較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量求傳達(dá)給較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量時(shí),若求“最多”值,則說明較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量按“最高”效率傳達(dá),若求“最少”值,則說明較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量按“最低”效率傳達(dá)。這一關(guān)系可用以以下圖來表示。(已知%流動(dòng)“最高”值②求“最少”則能量按%流動(dòng)“最低”值①求“最多”則能量按(未知較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)(未知%流動(dòng)“最低”值②求“最少”則能量按%流動(dòng)“最高”值①求“最多”則能量按(已知20101020以生物的同化量(實(shí)質(zhì)獲取量為標(biāo)準(zhǔn)的“最值”計(jì)算例1.以以下圖為某生態(tài)系統(tǒng)食品網(wǎng)簡(jiǎn)圖,若E生物種群總能量為kJ107.19?,B生物種群總能量為kJ103.28,從理論上計(jì)算,A儲(chǔ)蓄的總能量最少為(A.kJ101.78?B.kJ108.47?C.kJ1095.57?D.kJ103.27?解析:由圖可知D為生產(chǎn)者,要使A獲取的能量最少,則必然保證三個(gè)條件,即:一是能量根源門路最少;二是能量傳達(dá)效率最低(按10%算;三是食品鏈要最長(zhǎng)。故從理論上講,與A儲(chǔ)蓄的總能量最稀有關(guān)的食品鏈不能夠能是D→A,也不能夠能是D→A、D→E→C→A同時(shí)存在,只好是D→E→C→A。為此,E的能量在傳達(dá)給A的門路中,只有保證:①E在傳達(dá)給B時(shí)用去的能量最多;②E的總能量減去傳達(dá)給B的后再傳給C時(shí)效率最低;③C在傳達(dá)給A時(shí)效率最低,結(jié)果才能使A獲取的能量最少。因此據(jù)此計(jì)算得A儲(chǔ)蓄的總能量最少為kJ108.4%10%10%10103.2101.7(789?=??÷?-?故答案選B項(xiàng)。以生物的累積量為標(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,此中95%經(jīng)過呼吸作用以熱能的形式消逝,則其下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物獲取的能量最多為(200kJ40kJ50kJ10kJ解析:此題擁有較大的誘惑性,極易錯(cuò)選A項(xiàng)。因?yàn)樵摖I(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量95%經(jīng)過呼吸作用以熱能的形式消逝,故累積的能量只有5%,因此其最多也只有5%(即5%×1000=50kJ的能量傳達(dá)給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。因此答案選C項(xiàng)。二、能量值的幾種不一樣樣表示方式及有關(guān)計(jì)算“能量值”除了用“焦耳”等能量單位表示外,在好多生物質(zhì)猜中,其還可用生物量、數(shù)目、面積、體積單位等形式來表示,因此使能量流動(dòng)關(guān)系有了更為豐富的內(nèi)涵,可是不論用何種單位形式表示,平常狀況下能量的傳達(dá)效率都依照“10%~20%”的規(guī)律,下邊聯(lián)合一些例子分別加以論述。能量(單位表示法及計(jì)算以能量(單位——“焦耳”表示能量值的多少是“能量流動(dòng)”知識(shí)中最常有的形式。在以“焦耳”為單位的能量傳達(dá)過程中,各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量數(shù)值表現(xiàn)出典型的“金字塔”形,不能夠能出現(xiàn)倒置。1.1以生物體同化量的總量為特色的計(jì)算如例11.2以ATP為特色的計(jì)算這類形式的能量計(jì)算是成立在物質(zhì)氧化分解的基礎(chǔ)上的,它常波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,假如生產(chǎn)者在光合作用過程中產(chǎn)生240mol的氧氣,其所適用于初級(jí)開銷者分解血糖,則其開釋并儲(chǔ)蓄在ATP中的能量最多有(可被三級(jí)開銷者捕捉?A.J10008.16?B.J10016.56?C.J10858.16?D.J10008.26?解析:依照有氧呼吸反應(yīng)式,可知240mol的氧氣能分解40mol的葡萄糖,又因?yàn)槊磕柶咸烟峭旰醚趸纸猱a(chǎn)生的能量有1161kJ轉(zhuǎn)移到ATP中,故初級(jí)開銷者產(chǎn)生的ATP中的能量最多有“J10858.1%20%204011616?=???”被三級(jí)開銷者捕捉。答案選C項(xiàng)。生物量(質(zhì)量單位表示法及計(jì)算例4:假如一個(gè)人食品有1/2來自綠色植物,1/4來自小型肉食動(dòng)物,1/4來自羊肉,假如傳達(dá)效率為10%,那么該人每增添1千克體重,約耗費(fèi)植物(10千克28千克100千克D.280千克解析:解答此題時(shí),第一應(yīng)畫出食品網(wǎng),此后依照食品網(wǎng)和題干信息來解答。①經(jīng)過“植物→人”這條鏈計(jì)算出耗費(fèi)植物的量為0.5÷10%=5千克;②經(jīng)過“植物→植食動(dòng)物→小型肉食動(dòng)物→人”這條鏈計(jì)算出耗費(fèi)植物的量為0.25÷10%÷10%÷10%=250千克;③經(jīng)過“植物→羊→人”這條鏈計(jì)算出植物的量為0.25÷10%÷10%=25千克。故要耗費(fèi)植物的總量為280千克。答案選D項(xiàng)。數(shù)目(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,最罕有70000只昆蟲生活才可養(yǎng)活一只食蟲鳥,而食蟲鳥若按10%的能量傳達(dá)率將能量傳給鷹,則理論上每年大概需要3000只食蟲鳥才能保持一只鷹的生計(jì),那么假如鷹只靠捕食食蟲鳥來生活,則每年最少需要(只昆蟲才能保證一只鷹的生計(jì)?8101.2?8108.2?81005.1?沒法統(tǒng)計(jì)解析:生物體的數(shù)目平常能夠反應(yīng)出生物體能量的多少,一般狀況下此間成正有關(guān),故常可用生物體的數(shù)目來表示能量的多少。由題意可知,昆蟲與食蟲鳥之間、食蟲鳥與鷹之間的能量傳達(dá)效率只有保證為20%,才能實(shí)現(xiàn)“最少”保持一只鷹生計(jì)所需的能量供給。故保持一只鷹生計(jì)最少需要食蟲鳥1500只,由此可計(jì)算出保持一只鷹生計(jì)最少需要昆蟲的量為1500×70000=1.05×108只。答案選C項(xiàng)。需要說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。以下例。例6.一片樹林中,樹、昆蟲和食蟲鳥類的個(gè)體數(shù)比率關(guān)系以下圖所示。以下能正確表示樹、昆蟲、食蟲鳥之間的能量流動(dòng)關(guān)系的是(選項(xiàng)方框面積表示能量的大小(解析:在樹林中,因?yàn)闃鋼碛休^大的體積(包含其地上的樹冠、莖和地下的根系,因此只管樹的量少,但其仍擁有好多的能量。故一棵樹上可生活著好多昆蟲和食蟲鳥,又因?yàn)槭诚x鳥以昆蟲為食,故按能量流動(dòng)的特色,其總能量必然小于昆蟲的總能量。答案選C項(xiàng)。面積(單位表示法及計(jì)算例7.在“棉花→棉蚜→食蚜蠅→瓢蟲→麻雀→鷹”這條食品鏈中,假如食蚜蠅要有5m2的生活空間才能知足自己的能量需求,則一只鷹的生活空間最少是(A.23m105?B.24m105?C.23m5D.24m5解析:此題以生物的生活范圍來反應(yīng)所具能量的大小。由題意可知鷹處于最高營(yíng)養(yǎng)級(jí),按能量最高傳達(dá)效率可求出一只鷹最少所需的生活空間為:(1÷20%÷20%÷20%×5m2=54m2。答案選D項(xiàng)。體積(單位表示法及計(jì)算例8:擁有三個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量金字塔,最上層的體積是最基層的(10%~20%1%~4%0.1%~1%1%~10%解析:擁有三個(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,則能量按最低傳達(dá)效率傳達(dá)時(shí),最上層體積應(yīng)為10%×10%=1%,按最高傳達(dá)效率傳達(dá)時(shí),最上層體積應(yīng)為20%×20%=4%。故答案選B項(xiàng)。三、能量流動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)的堅(jiān)固性能量流動(dòng)效率能直接反應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)的堅(jiān)固性,能量在傳達(dá)過程中,若超出必然的限度,則簡(jiǎn)單惹起種群的生長(zhǎng)、生殖或重生等的阻攔,進(jìn)而致使生態(tài)系統(tǒng)堅(jiān)固性的破壞,故在研究生態(tài)系統(tǒng)的堅(jiān)固性時(shí)一準(zhǔn)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)開銷者和次級(jí)開銷者的總能量分別是W1和W2,當(dāng)下列哪一種狀況發(fā)生時(shí),最有可能使生態(tài)均衡碰到損壞?(A.W1>10W2B.W1>5W2C.W1<10W2D.W1<5W2解析:一般狀況下,生態(tài)系統(tǒng)的能量在兩個(gè)相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間傳達(dá)效率大概是10%~20%。小于或等于20%則不會(huì)致使其堅(jiān)固性的損壞,而大于20%則有可能惹起某些營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物量的大起大落或生態(tài)環(huán)境的改變,致使生態(tài)系統(tǒng)抵擋力堅(jiān)固性被破壞。縱觀此題的四個(gè)選項(xiàng),A選項(xiàng)反應(yīng)的能量傳達(dá)效率小于10%,B選項(xiàng)反應(yīng)的能量傳達(dá)效率小于20%,C選項(xiàng)反應(yīng)的能量傳達(dá)效率大于10%(但不用然大于20%,只有D選項(xiàng)反應(yīng)的能量傳達(dá)效率大于20%。故此題答案選D項(xiàng)