科學思維(11)能量流動的相關計算(2021·山東卷節選)海水立體養殖中，表層養殖海帶等大型藻類，海帶下面掛籠養殖濾食小型浮游植物的牡蠣，底層養殖以底棲微藻、生物遺體殘骸等為食的海參。某海水立體養殖生態系統的能量流動示意圖如下，M、N表示營養級。圖中M用于生長、發育和繁殖的能量為_______kJ/(m2·a)。由M到N的能量傳遞效率為_____%(保留一位小數)，該生態系統中的能量_______(填“能”或“不能”)在M和遺體殘骸間循環流動。2488

6.3

不能解析：圖中M從生產者和遺體殘骸中同化的能量為3281kJ/(m2·a)＋2826kJ/(m2·a)＝6107kJ/(m2·a)，M呼吸作用消耗的能量為3619kJ/(m2·a)，則M用于生長、發育和繁殖的能量為6107kJ/(m2·a)－3619kJ/(m2·a)＝2488kJ/(m2·a)。由M到N的能量傳遞效率為386kJ/(m2·a)÷[3281kJ/(m2·a)＋2826]×100%≈6.3%。生態系統的能量具有單向流動的特點，該生態系統中的能量不能在M和遺體殘骸間循環流動。1．能量傳遞效率的相關“最值”計算(1)食物鏈越短，最高營養級獲得的能量越多。(2)生物間的取食關系越簡單，生態系統的能量流動過程中消耗的能量越少。具體計算方法如下：2.能量傳遞效率的有關“定值”計算(1)已確定營養級間能量傳遞效率的，不能按“最值”法計算，而需按具體數值計數。例如，在食物鏈A→B→C→D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M×a%×b%×c%。(2)如果是在食物網中，某一營養級同時從上一營養級多種生物獲得能量，且各途徑所獲得的生物量比例確定，則按照各單獨的食物鏈進行計算后合并。3．具有人工能量輸入的能量傳遞效率計算人為輸入到某一營養級的能量是該營養級同化量的一部分，但卻不是從上一營養級流入的能量。如求第二營養級至第三營養級傳遞效率時，應為第三營養級從第二營養級同化的能量(不包括人工輸入到第三營養級的能量)/第二營養級的同化量(包括人工輸入到第二營養級的能量)×100%。1．某生態系統部分營養成分之間的關系，以及部分營養級的部分能量值(單位：J·m－2·a－1)如圖。下列判斷正確的是(

)A．肉食性動物①同化的能量中只有約3.11%用于生長、發育和繁殖B．在能量流動和物質循環中X分別代表熱能和CO2C．肉食性動物①屬于初級消費者，由草食性動物到肉食性動物①的能量傳遞效率是3%D．草→草食性動物→肉食性動物①→肉食性動物②是含有四個營養級的食物鏈答案：A解析：肉食性動物①同化的能量中用于生長、發育和繁殖的能量＝同化量－呼吸量＝(2.25×107)－(2.18×107)＝0.7×106，占同化量的比例為(0.7×106)÷(2.25×107)×100%≈3.11%，A正確；在能量流動中，能量主要以熱能的形式散失，在碳循環中，X表示CO2，但物質循環除碳循環外，還有氮循環等，B錯誤；肉食性動物①屬于次級消費者，由草食性動物到肉食動物①的能量傳遞效率是2.25×107÷(7.50×108)×100%＝3%，C錯誤；草食性動物與肉食性動物都不止一種，因此此食物鏈不一定含有四個營養級，D錯誤。2．有一食物網如圖所示。如果能量傳遞效率為10%，各條食物鏈傳遞到庚的能量相等，則庚增加1kJ的能量，丙最少含多少能量(

)A．550kJ

B．500kJC．400kJ D．100kJA解析：設丙的能量為x，經丙→丁→己→庚傳遞到庚的能量為0.5kJ，則需要丙0.5÷(10%)3＝500(kJ)，經丙→戊→庚傳遞到庚的能量為0.5kJ，則需要丙0.5÷(10%)2＝50(kJ)，即丙最少含500＋50＝550(kJ)的能量。3.某生態系統中存在如圖所示的食物網，若將丙的食物比例由甲∶乙＝1∶1調整為2∶1，能量傳遞效率按10%計算，該生態系統能承載丙的數量是原來的(

)A．1.375倍

B．1.875倍C．1.273倍

D．0.575倍A解析：由于生產者沒有改變，所以流向該生態系統的總能量沒有變化，設丙原來的能量為a，則需要甲提供的能量為1/2a÷10%÷10%＋1/2a÷10%；改變食物比例后丙的能量設為b，則需要甲提供的能量為2/3b÷10%＋1/3b÷10%÷10%，根據題意可得：1/2a÷10%÷10%＋1/2a÷10%＝2/3b÷10%＋1/3b÷10%÷10%，得b/a＝1.375。4．如圖為一食物網。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，則至少需要的生產者(甲)的量為y，那么x與y的關系可表示為(

)A．y＝90ax＋10x B．y＝25ax＋5xC．y＝20ax＋5x D．y＝10ax＋10xC解析：由題干中的“至少”可知，應該按最大傳遞效率20%計算，a表示動物性食物(乙)所占比例，則1－a表示直接從生產者(甲)獲得食物所占比例，故有(1－a)x÷20%＋ax÷20%÷20%＝y，即y＝20ax＋5x。5．如圖為某人工魚塘的主要能量流動圖解，其中a、b、c、d為相關魚的能量同化量。下列相關敘述正確的是(

)A．魚種甲和魚種乙間的能量傳遞效率為(b＋d)/(a＋c)×100%B．魚種乙中不同個體在魚塘不同水層覓食不能體現群落的垂直結構C．群落中各種群間不存在地理隔離，因而能進行基因交流D．若除去魚種乙并增加投放飼料，則魚種甲的數量會呈現“J”形增長B解析：據圖分析，魚種甲和魚種乙間的能量傳遞效率為b/(a＋c)×100%，A錯誤；魚種乙中不同個體在魚塘不同水層覓食，屬于種群的空間特征，不能體現群落的垂直結構，B正確；群落中各種群間不存在地理隔離，但存在生殖隔離，因而不能進行基因交流，C錯誤；若除去魚種乙并增加投放飼料，則魚種甲的食物非常充足，但是生存空間是有限的，因此魚種甲在魚塘中將呈現“S”形數量增長，D錯誤。6．(多選)研究者對某池塘生態系統進行了能量流動調查，圖1表示鯉魚的食物來源，圖2為該池塘中不同體長鯉魚的食性比例。下列相關敘述正確的是(

)A．該池塘生態系統的結構包括食物鏈、食物網和生產者、消費者、分解者B．體長為2.8cm的鯉魚群體來自藻類的能量中只有一部分用于自身生長、發育和繁殖C．若體長為4.2cm的鯉魚群體增加100kJ的能量，理論上最多需要藻類提供3250kJ的能量D．據圖分析，在藻類暴發季節，向該池塘中投放體長大于4.2cm的鯉魚，可盡快控制藻類的數量答案：BCD解析：該池塘生態系統的結構包括食物鏈、食物網、非生物的物質和能量、生產者、消費者、分解者，A錯誤；體長為2.8cm的鯉魚群體來自藻類的能量中只有一部分用于自身生長、發育和繁殖，另一部分通過呼吸作用以熱能的形式散失，B正確；從曲線圖可知，體長為4.2cm的鯉魚群體植食性比例占75%，肉食性比例占25%。若體長為4.2