生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)中的疑難問(wèn)題分析

山西 劉云霞 崔玉生

生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)中的疑難問(wèn)題分析

山西 劉云霞 崔玉生

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)是高中生物教材中的重難點(diǎn)內(nèi)容，在課標(biāo)中被劃分為最高的 “應(yīng)用水平”層次，在歷年高考中更是層出不窮。現(xiàn)將同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)和解題中的疑難困惑做一歸納分析，希望對(duì)同學(xué)們的備考能有所幫助。

一、消費(fèi)者糞便被分解者分解是否屬于這一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量流向了分解者？

消費(fèi)者的糞便一般是所捕食的食物在腸胃中被消化吸收后的剩余物，有的原樣未動(dòng)，有的被分解為小分子后沒(méi)有被吸收，這些物質(zhì)并沒(méi)有被這一級(jí)消費(fèi)者所同化，還不屬于這一級(jí)消費(fèi)者的能量，這其中所含的能量就相當(dāng)于沒(méi)有被吃掉的剩余部分，仍然屬于上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，其被分解者分解實(shí)質(zhì)上屬于上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量流向分解者，而不是本級(jí)消費(fèi)者流向分解者。

【例1】一只羊在一年內(nèi)吃100 kg的草，排出20 kg的糞，長(zhǎng)了10 kg的肉（不考慮其他散失），下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是 （ ）

A.該羊一年的同化量是80 kg

B.10 kg的肉中的能量是可用于生長(zhǎng)發(fā)育的能量

C.20 kg的糞中的能量屬于羊同化的能量

D.該羊一年的呼吸量是70 kg

【分析】本題考查學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)過(guò)程的理解能力。羊攝入的能量是100 kg，糞便中的能量（20 kg）未被羊吸收利用，故羊同化的能量是100-20=80 kg；這只羊在一年內(nèi)，沒(méi)有死亡，也沒(méi)有被別的動(dòng)物捕食，同化的能量除了用于呼吸之外，全部?jī)?chǔ)存在羊體內(nèi)（10 kg），故羊的呼吸量是80-10=70 kg。

【答案】C

二、生產(chǎn)者固定的總能量是否一定多于消費(fèi)者和分解者同化的總能量？

在一個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者固定的總能量一定高于消費(fèi)者和分解者同化的總能量，否則這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)就無(wú)法維持下去，生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)崩潰。但如果是一個(gè)人工生態(tài)系統(tǒng)，就不一定了。比如人工魚(yú)塘，消費(fèi)者獲取的能量更多的來(lái)自于投放的餌料，生產(chǎn)者很少，其固定的能量也比較有限，生產(chǎn)者固定的總能量就低于消費(fèi)者和分解者同化的總能量；城市生態(tài)系統(tǒng)中消費(fèi)者也占有絕對(duì)的統(tǒng)治地位，生產(chǎn)者和分解者都比較少，生產(chǎn)者固定的總能量往往要比消費(fèi)者和分解者同化的總能量少。

【例2】建立人工濕地公園是解決城市水污染的一種有效途徑，下圖是人工濕地處理城市污水的示意圖。則下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是 （ ）

A.流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量等于該系統(tǒng)生產(chǎn)者所固定的全部太陽(yáng)能

B.各種挺水植物在濕地邊沿高低分布不同，屬于群落的垂直結(jié)構(gòu)

C.細(xì)菌、真菌分解污水中的有機(jī)物時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水中溶氧量下降

D.人工濕地凈化污水時(shí)，體現(xiàn)了該濕地生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性

【分析】本題考查學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量，除了生產(chǎn)者所固定的太陽(yáng)能，還包括污水中有機(jī)物中的化學(xué)能，故A錯(cuò)誤；各種生物在垂直方向上的分層現(xiàn)象即為群落垂直結(jié)構(gòu)，故B正確；分解者徹底分解有機(jī)物靠有氧呼吸，消耗大量的氧氣，故C正確；濕地通過(guò)自我調(diào)節(jié)能力凈化污水，穩(wěn)定性并沒(méi)有遭到破壞，體現(xiàn)了抵抗力穩(wěn)定性，故D正確。

【答案】A

三、怎樣利用能量傳遞效率進(jìn)行有關(guān)計(jì)算

【例3】某種植玉米的農(nóng)場(chǎng)，存在如下圖所示的食物網(wǎng)，假如將人的食物1/4來(lái)自玉米，調(diào)整為3/4來(lái)自玉米，則理論上，該農(nóng)場(chǎng)供給人的能量將最多是調(diào)整前的多少倍（調(diào)整前后的能量傳遞效率相同） （ ）

A.1 B.2

C.3 D.4

【分析】本題考查學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)特點(diǎn)的綜合應(yīng)用能力。假設(shè)供給人的能量為x，需要按照最大傳遞效率20%進(jìn)行計(jì)算。在人的食物來(lái)源調(diào)整之前，玉米的能量為：x×1/4÷20%+x×3/4÷20%÷20%=20x；在人的食物來(lái)源調(diào)整之后，玉米的能量為：y×3/4÷20%+y×1/4÷20%÷20%=10y；玉米產(chǎn)量相同，即20x=10y，食物來(lái)源調(diào)整之后該農(nóng)場(chǎng)供給人的能量將最多是調(diào)整前的：y/x=2倍。

【答案】B

四、生態(tài)學(xué)中的金字塔有哪些？各有什么特點(diǎn)？

除教材中介紹的能量金字塔外，生態(tài)學(xué)中還有數(shù)量金字塔和生物量金字塔。數(shù)量金字塔是以單位空間內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的個(gè)體為指標(biāo)制作的金字塔。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所包含的生物個(gè)體數(shù)目，隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)的上升而遞減。但由于只考慮了各營(yíng)養(yǎng)級(jí)個(gè)體的數(shù)目而沒(méi)有考慮個(gè)體大小，有時(shí)會(huì)形成倒置的金字塔，如一棵大樹(shù)上生活著成千上萬(wàn)的昆蟲(chóng)。生物量金字塔是以單位空間內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物量干重為指標(biāo)制作的金字塔，它也可能會(huì)出現(xiàn)倒置的現(xiàn)象，例如在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，由于浮游植物個(gè)體小，代謝快，生命短，某一時(shí)刻的生物量常低于浮游動(dòng)物的生物量。在自然生態(tài)系統(tǒng)所有金字塔中，只有能量金字塔遵循“十分之一定律”，能夠保持正常金字塔的形狀，準(zhǔn)確反映出各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)關(guān)系的規(guī)律性變化。因此，能量金字塔應(yīng)用最為廣泛。

【例4】在一片樹(shù)林中，含有食物鏈：樹(shù)→昆蟲(chóng)→食蟲(chóng)鳥(niǎo)，下列四副圖中能分別表示三者之間能量、數(shù)量和生物量關(guān)系的是 （ ）

A.③②③ B.③③①

C.④①② D.③①③

【分析】本題考查學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)特點(diǎn)的識(shí)圖分析能力。在一片森林中，樹(shù)制造的有機(jī)物為昆蟲(chóng)的食物來(lái)源，昆蟲(chóng)再被食蟲(chóng)鳥(niǎo)捕食，在樹(shù)→昆蟲(chóng)→鳥(niǎo)這條食物鏈上，能量傳遞是單向的，由于每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)均有損耗，所以能量是逐級(jí)遞減的，為圖示③；一棵大樹(shù)上可以生活成千上萬(wàn)只昆蟲(chóng)，所以三者之間的數(shù)量關(guān)系為圖示①；生物量在該食物鏈中與能量相似，也同樣逐級(jí)遞減。

【答案】D

五、生態(tài)農(nóng)業(yè)是提高了能量傳遞效率還是能量利用率？

能量的傳遞效率是以“營(yíng)養(yǎng)級(jí)”為研究對(duì)象，能量的利用率通常是流入人類(lèi)的能量占生產(chǎn)者固定能量的比值，是以“人”為研究對(duì)象。生態(tài)農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)是豐富了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈，使物質(zhì)和能量得到多級(jí)利用。但是，在每?jī)蓚€(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞時(shí)，能量傳遞效率并沒(méi)有發(fā)生明顯改變，只是將本來(lái)作為廢棄物的物質(zhì)又作為生產(chǎn)原料，用來(lái)生產(chǎn)新的農(nóng)產(chǎn)品而已。這樣就會(huì)使這些農(nóng)作物體內(nèi)儲(chǔ)存的能量通過(guò)多種途徑和方式更多地流向?qū)θ祟?lèi)有益的地方，提高了總體能量利用率。

【例5】某地通過(guò)新建沼氣池和植樹(shù)造林，構(gòu)建了新型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，如圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是 （ ）

①在農(nóng)作物→家禽、家畜→人這條食物鏈中，家禽、家畜含有的能量越多，人獲得的能量就越多 ②該生態(tài)系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)和能量的多級(jí)循環(huán)利用 ③該生態(tài)系統(tǒng)的建立，提高了各營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的能量傳遞效率 ④該生態(tài)系統(tǒng)的建立，提高了人對(duì)生產(chǎn)者固定能量的利用率

A.①③

B.②④

C.①④

D.①②③④

【分析】本題考查學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)知識(shí)的應(yīng)用能力。上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量多（或個(gè)體多），下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得的總能量也相應(yīng)增加，故①正確;生態(tài)農(nóng)業(yè)是利用生物種群間的相互依存、相互制約關(guān)系，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量的多級(jí)充分利用，物質(zhì)可以循環(huán)利用，但能量不可，故②錯(cuò)誤；生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的廢物少，污染小，提高了能量的利用率，但是生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率（10%～20%）不會(huì)因此改變，故③錯(cuò)誤，④正確。

【答案】C

（作者單位：山西省運(yùn)城中學(xué)）