2024年高中生物新教材同步学案 选择性必修第二册 第3章 微专题　食物链(网)中生物数量及能量流动的相关计算（含解析）

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　　　　　　　食物链(网)中生物数量及能量流动的相关计算一、食物网中的生物数量变化分析1．第一营养级减少，将连锁性地引发各个营养级生物减少。这是因为生产者是其他各种生物赖以生存的直接或间接的食物来源。可简单记为“一级生物若减少，其他生物跟着跑”。2．天敌减少，则被捕食者数量的变化是先增加后减少，最后趋于稳定。可简单记为“如果天敌患了病，先增后减再稳定”。3．在复杂食物网中，分析中间某一种群的数量变化对其他生物数量的影响时，应遵循以下原则：(1)从天敌和食物两个角度分析，以中间环节少的为主。若中间环节一样多，则以天敌的影响为主。(2)生产者往往数量较多且相对稳定，所以当某一种群数量发生变化时，一般不考虑生产者数量的增加或减少。(3)当捕食者有多种食物来源时，若其中一条食物链中断，则该种群可通过捕食其他食物而维持其数量短期内基本不变。(4)若处于最高营养级的生物同时占有不同的营养级，某种原因导致其营养级降低，则处于最高营养级的生物的数量最终会增加，反之则减少。例1　某生态系统中含有鹿、蛇、猫头鹰、草、兔、鼠等生物，能使猫头鹰增多的是(　　)A．蛇增多、鹿增多、草减少B．鹿减少、蛇增多、鼠减少C．兔减少、草减少、鼠减少D．蛇减少、草增多、鹿减少答案　D解析　据图分析可知，猫头鹰占据三条食物链，草→鹿的食物链中不含猫头鹰，因此当鹿的数量减少时，可以导致猫头鹰获得的能量增加；在含有猫头鹰的三条食物链中，草→鼠→蛇→猫头鹰，这条食物链最长，能量流动过程中消耗的能量最多，因此该食物链中的蛇减少，可减少能量的消耗，使流向猫头鹰的能量增加；猫头鹰获得的能量归根结底来自草的光合作用，因此草的数量增加也会使猫头鹰获得的能量增加，故选D。例2　如图表示某湖泊的食物网，其中鱼a、鱼b为两种小型土著鱼。若引入一种以小型鱼类为食的鲈鱼，将出现的情况是(　　)A．鱼a和鱼b间的种间竞争将会减弱B．土著鱼在与鲈鱼的种间竞争中处于劣势C．浮游动物总量锐减后再急升D．浮游植物总量急升后再锐减答案　A二、能量传递效率的计算规律类型一　能量传递效率的相关“最值”计算若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。(1)在食物链A→B→C→D中，则有(2)在食物网中则有注：①食物链越短，最高营养级获得的能量越多；②生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越少。例3　如图表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗A约(　　)A．100 kg B．44.5 kgC．25 kg D．15 kg答案　C解析　图中共含有三条食物链，而题中所求为至少消耗的A，根据能量流动规律分析可知，食物链越短损耗越少，能量传递效率以20%计算。故食物链A→B→猫头鹰为最短食物链，消耗的A为1÷20%÷20%＝25(kg)。类型二　能量传递效率有关的“定值”计算1．已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算。例如：在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。2．如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，且各途径获得的能量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后再合并。例4　(2023·天津高二期末)由于“赤潮”的影响，一条6 kg重的杂食性海洋鱼死亡，假如该杂食性海洋鱼的食物有1/3来自植物，1/3来自食草鱼类，1/3来自以食草鱼类为食的小型肉食鱼类。那么能量传递效率按20%来计算，该杂食性鱼增重6 kg共需海洋植物(　　)A．310 kg B．240 kg C．180 kg D．150 kg答案　A解析　由题意可知，题干中存在3条食物链：①海洋植物→杂食性鱼，②海洋植物→食草鱼→杂食性鱼，③海洋植物→食草鱼→小型肉食鱼→杂食性鱼；杂食性鱼的食物1/3来自食物链①，1/3来自食物链②，1/3来自食物链③。所以能量传递效率按20%计算，该杂食性鱼从食物链①消耗的海洋植物为6×1/3÷20%＝10(kg)，从食物链②消耗的海洋植物为6×1/3÷20%÷20%＝50(kg)，从食物链③消耗的海洋植物为 6×1/3÷20%÷20%÷20%＝250 kg，因此共需海洋植物 10＋50＋250＝310(kg)。类型三　具有人工能量输入的能量传递效率计算人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。例5　如图为某农场的年能量流动示意图[单位：103 kJ/(m2·a)]。a、b、c、d共同构成生物群落。从第二营养级到第三营养级的能量传递效率是(　　)A．18.75% B．16.67%C．12.50% D．11.11%答案　B1．如图是某池塘生态系统中的两条食物链，大量捕捞花鲢后，种群将有所变化。下列能正确反映短期内种群数量变化趋势的是(　　)A．绿藻上升 B．白鲢下降C．水蚤下降 D．都上升答案　B2．(2023·北京海淀高二期中)如图表示某一生态系统中生物种类间的相互关系。图中各种类均生活在退潮后暴露出的岩石上，其中海藻、藤壶、贻贝和海葵固着于岩石表面，海星、石鳖和石槭则在岩石表面来回爬动找寻食物。图中的数字表示海星食物中各种类所占的比例(%)。以下分析错误的是(　　)A．此生态系统中处于第三营养级的生物有海星、荔枝螺、海葵B．既有捕食关系又有种间竞争关系的种类是海星和荔枝螺C．当除去全部海星一年后，石鳖、石槭数量增加D．当除去全部海星一年后，藤壶成为优势种，石鳖、石槭数量减少答案　C解析　图中数字表示海星食物中各种类生物所占的比例，从图中可以看出，藤壶提供了海星食物的64%，当海星全部除去后，这部分藤壶得以生存，并迅速繁殖，占据大量岩石表面，成为优势种，从而使海藻在竞争中处于劣势，石鳖和石槭数量因食物减少而减少，C错误，D正确。3.某生态系统中存在如图所示的生物关系。E生物种群含有的总能量为5.8×109 kJ，B生物种群含有的总能量为1.6×108 kJ，则理论上A生物种群含有的总能量最多是(　　)A．4.2×107 kJ B．2.0×108 kJC．1.0×108 kJ D．2.32×108 kJ答案　B解析　E为第一营养级，B、C、D均为第二营养级，三者获得的来自E的总能量最多为5.8×109×20%＝11.6×108(kJ)，再减去B的能量1.6×108 kJ，C、D含有的能量为1×109 kJ，A既可捕食C，又可捕食D，其获得的总能量最多为1×109×20%＝2.0×108(kJ)。4.某生态系统中存在如图所示的食物网。如将C的食物比例由A∶B＝1∶1调整为A∶B＝2∶1，其他条件不变，相邻两个营养级之间的能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的(　　)A．1.875倍 B．1.375倍C．1.273倍 D．0.575倍答案　B解析　当C的食物比例A∶B为1∶1时，设C获得的能量为x，则需要A的能量为(1/2)x÷10%＋(1/2)x÷10%÷10%＝55x；当C的食物比例A∶B调整为2∶1时，设C获得的能量为y，需要A的能量为(2/3)y÷10%＋(1/3)y÷10%÷10%＝40y。两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x＝40y，则y＝1.375x，即该生态系统能承载C的数量是原来的1.375倍。5．有一食物网如图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1 kJ的能量，消耗丙多少能量(　　)A．550 kJ B．500 kJC．400 kJ D．100 kJ答案　A6．若某草原生态系统只存在如图所示的食物关系，尝试完成以下问题：(1)在如图的食物网中，猫头鹰要增加20 g体重，最多消耗植物________g，最少消耗植物________g。(2)假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为________g。(3)假如植物有2/5被兔所食，有3/5被鼠所食；鼠有2/3直接被猫头鹰捕食，有1/3被蛇捕食后流入猫头鹰体内。猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为__________g(精确到个位数)。答案　(1)20 000　500　(2)900　(3)5957．某地出现了较为严重的自然灾害，如图为在人为干预下恢复过程中的能量流动图(单位：103 kJ·m－2·a－1)。请回答下列问题：(1)由图可知，肉食性动物需补偿输入的能量为________kJ·m－2·a－1，根据图中数据可知，营养级________(填“较高”或“较低”)的生物在这场灾害中受到的影响较大。(2)流入该生态系统的总能量是______________kJ·m－2·a－1，用于植食性动物自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量是________kJ·m－2·a－1。(3)在人为干预下，能量在第二营养级与第三营养级之间的传递效率约为____________(保留3位有效数字)。答案　(1)5×103　较高　(2)1.29×105　1.2×104　(3)15.6%解析　(1)各营养级之内，所有输入的能量和输出的能量相等。因此植食性动物传递给肉食性动物的能量就是(14＋2－4－9－0.5)×103＝2.5×103(kJ·m－2·a－1)，肉食动物需补偿输入的能量为(2.1＋5.1＋0.05＋0.25－2.5)×103＝5×103(kJ·m－2·a－1)。图中营养级越高，需要补偿输入的能量值越大，说明受影响较大。(2)流入该生态系统的总能量为生产者固定的总能量＋补偿输入的能量，流经该生态系统的总能量＝(23＋70＋3＋14＋2＋5＋12)×103＝1.29×105(kJ·m－2·a－1)。第二营养级总能量为16×103 kJ·m－2·a－1，其中呼吸消耗的能量是4×103 kJ·m－2·a－1，因此用于植食性动物自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量是1.2×104 kJ·m－2·a－1。(3)能量传递效率＝某一个营养级的同化量÷上一个营养级的同化量×100%。在人为干预下，传递效率＝从植食性动物流入肉食性动物的总能量/流入植食性动物的总能量＝2.5/(14＋2)×100%≈15.6%。