探究食物網(wǎng)中食物鏈的數(shù)量

郭進(jìn)宏

食物鏈和食物網(wǎng)的相關(guān)概念及數(shù)量計(jì)算，出現(xiàn)在人教版高中生物教材必修III中第五章第一節(jié)中。是高考必考的內(nèi)容。探究食物鏈的數(shù)量問(wèn)題，是對(duì)于食物網(wǎng)相關(guān)的考查首先要解決的問(wèn)題，有利于學(xué)生較快把握題目的結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確解答相關(guān)問(wèn)題，也有利于教師有效地教學(xué)。

食物鏈?zhǔn)澄锞W(wǎng)數(shù)量

一、引言

隨著新一輪高考改革的進(jìn)行，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力有了更深層次的要求，特別是對(duì)于探究能力、解決實(shí)際情況的能力的考查。探究食物鏈的數(shù)量，是解決有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、信息傳遞的先決條件。在實(shí)際的教學(xué)中，因?yàn)闆](méi)有相關(guān)的、系統(tǒng)的食物鏈數(shù)量的教學(xué)方法，使教師及學(xué)生在教學(xué)此問(wèn)題時(shí)，往往會(huì)因?yàn)槭韬龆鴮?dǎo)致食物鏈數(shù)量的錯(cuò)誤，進(jìn)而影響后續(xù)的解題。本課題正是結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及高考的考查，總結(jié)出相關(guān)的方法。

二、探究食物鏈的數(shù)量

方法一：傳統(tǒng)的路徑法

以第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)為起點(diǎn)，以最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)為終點(diǎn)，注意每條路徑上的分岔點(diǎn)。

例1.2014江蘇卷。如圖，食物鏈有8條。

食物鏈1：甲→乙→辛；

食物鏈2：甲→乙→丁→辛；

食物鏈3：甲→丙→乙→辛；

食物鏈4：甲→丙→乙→丁→辛；

食物鏈5：甲→丙→丁→辛；

食物鏈6：甲→丙→已→庚；

食物鏈7：戊→丁→辛；

食物鏈8：戊→已→庚。

方法二：樹狀圖法

以第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)為起點(diǎn)，最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)為終點(diǎn)，每種捕食關(guān)系對(duì)應(yīng)一條分支。最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)出現(xiàn)的次數(shù)即為食物鏈的條數(shù)。

識(shí)圖可知，辛和庚作為最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)在食物鏈的結(jié)尾共出現(xiàn)8次，即8條食物鏈。

從圖中，可知，同一列為同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，第幾列即為第幾營(yíng)養(yǎng)級(jí)。同時(shí)，可反映出，同一種生物可處于不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)，如辛，可處于第三、第四、第五營(yíng)養(yǎng)級(jí)。

方法三：計(jì)算法

第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)：在生態(tài)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者只會(huì)被捕食，所以可描述為只出不進(jìn)，0進(jìn)n出，計(jì)n；最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)：同理，只進(jìn)不出，m進(jìn)0出，計(jì)0（因?yàn)樵诘箶?shù)第二營(yíng)養(yǎng)已經(jīng)計(jì)算在內(nèi)）；其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)：X進(jìn)Y出；Y-1代表此路徑已經(jīng)被利用一次；X代表利用次數(shù)；Σ表示所有的集合求和。

例2.2011年新課標(biāo)卷。如圖，食物鏈有4條。

如上題：第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的牧草可被羊和兔食用，0進(jìn)2出，計(jì)n=2；最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的人，可捕食羊、兔、狐，3進(jìn)0出，計(jì)0；其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的羊，只能捕食牧草，但被人和狐捕食，1進(jìn)2出，套用X羊（Y羊-1）=1（2-1）=1；同理，兔，X兔（Y兔-1）=1。求和：N=

對(duì)于有多個(gè)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的食物網(wǎng)，采用拆分法，把食物網(wǎng)拆分為相應(yīng)數(shù)量的食物網(wǎng)后，分類討論后求和。拆分的依據(jù)為：凡是和某第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)相關(guān)的生物，全為同一食物網(wǎng)。

例3.2014江蘇卷改編。

由于此食物網(wǎng)中有兩個(gè)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，且乙同時(shí)捕食兩種第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，對(duì)于此類食物網(wǎng)，必須先拆分為兩個(gè)食物網(wǎng)進(jìn)行分類討論。

和甲相關(guān)的物種有乙、丙、丁、已、辛和庚；和戊相關(guān)的物種有乙、丁、已、辛和庚。分解為兩圖。

情況一：第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的甲，0進(jìn)2出，計(jì)2；最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)有辛和庚，總計(jì)3進(jìn)0出，計(jì)0；其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的乙，2進(jìn)2出，所以X乙（Y乙-1）=2；其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的丙，1進(jìn)3出，所以X丙（Y丙-1）=2；其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的丁，2進(jìn)1出，所以X丁（Y丁-1）=0；其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的乙，1進(jìn)1出，所以X已（Y已-1）=0；N1=Σ{n}+Σ{X（Y-1）}=2+（2+2）=6

情況二：第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)有戊，0進(jìn)3出，計(jì)3；最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)有辛和庚，總計(jì)3進(jìn)0出，計(jì)0；其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的乙，1進(jìn)2出，所以X乙（Y乙-1）=1；其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的丁，2進(jìn)1出，所以X?。╕丁-1）=0；其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)的已，1進(jìn)1出，所以X已（Y-已1）=0；N2=Σ{n}+Σ{X（Y-1）}=3+1=4；∴N=N1+N2=10

三、解題規(guī)律

1.凡是X進(jìn)1出的營(yíng)養(yǎng)級(jí)，X（Y-1）=0。所以，在熟練之后，先確定并計(jì)算第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，再排除最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)和X進(jìn)1出的營(yíng)養(yǎng)級(jí)。其他的逐個(gè)計(jì)算。

2.并不是所有的含有多個(gè)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的食物網(wǎng)都需要拆分，如上題，亦可不拆分。但為了方便學(xué)生理解和教學(xué)的深入淺出，在這里不討論多個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)不拆分的情況。

四、結(jié)束語(yǔ)

食物鏈的數(shù)量問(wèn)題是高考的必考內(nèi)容，也是學(xué)生必須要掌握和應(yīng)用的能力。以上討論的方法，有助于教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)。在實(shí)踐操作中，應(yīng)就每種方法進(jìn)行逐一的介紹，讓學(xué)生掌握每種方法的本質(zhì)和內(nèi)涵，進(jìn)行對(duì)比，從而掌握應(yīng)用。然后，根據(jù)題目要求，采用適合的方法，快速解答此類問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

＼[1＼]人民教育出版社、課程教材研究所、生物課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·生物必修3·生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).2016.88-92.