“生态系统能量流动”归类计算例析

为了减少你在学习中的盲目性，下面通过举例归纳出四种计算题型。

一、已知一定的能量传递效率，求从生产者向消费者方向推算“较高营养级可获得能量（或生物量）多少”的设问题型。

例1. 假定某生态系统中有绿色植物、蛙、蛇、鹰、昆虫和食虫鸟等生物。此生态系统的总能量为24000kJ。如果营养级之间能量传递效率为15%，那么第三营养级和第四营养级所获得的能量分别是（）

A. 540kJ和81kJ B. 36000kJ和960kJ

C. 24000kJ和960kJ D. 960kJ和192kJ

解析：根据题意，生态系统中的总能量就是食物。链的第一营养级（生产者）所固定的能量，即24000kJ，那么第三和第四营养级所利用的能量分别为：24000×15%×15%和24000×15%×15%×15%，即540kJ和81kJ。

参考答案：A

二、已知一定的能量传递效率，求从消费者向生产者方向推算“需要（或消耗）较低营养级能量（或生物量）多少”的设问题型。

例2. 由于“赤潮”，一条4kg重的杂食海洋鱼死亡，假如此杂食鱼的食物有1/2来自植物，1/4来自草食鱼类，1/4来自以草食鱼类为食的小型肉食鱼类，按能量流动效率为20%计算，该杂食鱼从出生到死亡，共需海洋植物多少kg？

解析：解答本题时，首先应写出各生物之间正确的食物网关系，其次根据能量流动关系进行计算。

依题意，各生物之间的食物网如下：

从食物网可看出，杂食鱼的食物来自三条食物链，分别是：

（1）植物→杂食鱼

（2）植物→草食鱼类→杂食鱼

（3）植物→草食鱼类→小型肉食鱼类→杂食鱼

因为能量传递效率以20%计算，根据题意，4kg重的杂食鱼中，有4×1/2＝2kg的能量来自植物，据第（1）条食物链可得，实际消耗植物的量为2÷20%＝10kg；有4×1/4＝1kg的能量来自草食鱼类，据第（2）条食物链可得，实际消耗的量为1÷20%÷20%＝25kg；有4×1/4＝1kg的能量来自小型肉食鱼类，据第（3）条食物链可得，实际消耗的量为1÷20%÷20%÷20%＝125kg；故共消耗植物的量为10＋25＋125＝160kg。

参考答案：160kg

小结：在一条食物链内，计算某一生物所获得的最多（最少）的能量

计算这一关系可依据以下原则

①求“最多”则能量按“最高”值20％流动

（已知） ②求“最少”则能量按“最低”值10％流动 （未知）

较低营养级 较高营养级 ③

（未知） ①求“最多”则能量按“最低”值10％流动 （已知）

②求“最少”则能量按“最高”值20％流动

三、未知能量传递效率，求从生产者向消费者方向推算“较高营养级可获得能量（或生物量）最多或最少”的设问题型。

例3. 在能量金字塔中，如果生产者在光合作用中产生240mol氧气，全部用于初级消费者分解血液中的血糖，其释放并贮存在ATP中的能量最多有多少焦耳可被三级消费者捕获？

A. J B.

C. D.

解析：本题考查动量流动、储存和能量流动特点的知识。血糖分解的反应式如下：

＋能量

（其中有1161kJ能量储存在ATP中），由此可知，240mol氧气全部用于分解初级消费者的血糖，储存在ATP中的能量为40×1161＝46440kJ。

由题意可知，能量在生态系统的逐级流动中的最大传递效率为20%，根据以下关系：生产者→初级消费者→次级消费者→三级消费者，三级消费者所捕获的最大能量为46440×20%×20%＝1857.6kJ≈1.858×106J

参考答案：D

小结：当食物链中低营养级生物的量（设有Mg）向高营养级生物传递时，高营养级生物能获得的最多能量可用乘法计算（又称食量缩小法），即(20%)nM来计算；而获得的最少能量可用(10%)nM来计算（n为食物链中相应营养级总数减1）。

四、未知能量的传递效率，求从消费者向生产者方向推算“需要（或消耗）较低营养级能量（或生物量）多少”的设问题型。

（1） 根据要求只选择食物网中的一条食物链，计算某一生物获得的最多（或最少）的能量。具体原则是：

选最短食物链

最少消耗 消费者获得最多

生产者 选最大传递效率20％

选最长食物链

最多消耗 消费者获得最少

选最小传递效率10％

例4. 如图食物网中，若人的体重增加1kg，最少消耗水藻_________kg；最多消耗水藻__________kg。

解析：此题没有告诉低营养级生物向高营养级生物传递能量的固定分配量，所以解题方法与上题稍有不同。求最少消耗水藻时，就要选最短的食物链，如水藻→小鱼→人，传递效率按最大20%计算，设最少消耗为X，则X×20%×20%＝1，所以X＝1÷20%÷20%＝25kg；求最多消耗时，就要选择最长的食物链，水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人，传递效率按最小10%计算，设最多消耗Y，则Y×10%×10%×10%×10%×10%＝1，所以Y＝1÷10%÷10%÷10%÷10%÷10%＝100000kg。

参考答案：25；100000

小结：当食物链中由高营养级生物的增重求低营养级生物的物质重量时，应该用除法计算（又称食量放大法）。如高营养级生物要增重N g，至少需要低营养级生物的物质重量应按最大传递率来计算，即N÷(20%)n＝5nN；而最多需要低营养级生物的物质重量应按最小传递率来计算，即N÷(10%)n＝10nN。

点评：以后遇到生态系统能量流动计算题时，先定位计算题型，再运用相应的方法去解。

例4.右图食物网中，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

例5.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

例6 在一片草原上，假如一年中，至少有70000只昆虫生活才可养活一只食虫鸟，而食虫鸟若按10%的能量传递率将能量传给鹰，则理论上每年大约需要3000只食虫鸟才能维持一只鹰的生存，那么如果鹰只靠捕食食虫鸟来生活，则每年至少需要（    ）只昆虫才能保证一只鹰的生存？

解析：生物体的数量通常能够反映出生物体能量的多少，一般情况下其间成正相关，故常可用生物体的数量来表示能量的多少。由题意可知，昆虫与食虫鸟之间、食虫鸟与鹰之间的能量传递效率只有保证为20%，才能实现“至少”维持一只鹰生存所需的能量供应。故维持一只鹰生存至少需要食虫鸟1500只，由此可计算出维持一只鹰生存至少需要昆虫的量为1500×70000＝1.05×108只。