生態系統能量流動中的疑難問題分析

山西 劉云霞 崔玉生

生態系統能量流動中的疑難問題分析

山西 劉云霞 崔玉生

生態系統的能量流動是高中生物教材中的重難點內容，在課標中被劃分為最高的 “應用水平”層次，在歷年高考中更是層出不窮。現將同學們在學習和解題中的疑難困惑做一歸納分析，希望對同學們的備考能有所幫助。

一、消費者糞便被分解者分解是否屬于這一營養級的能量流向了分解者？

消費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，有的被分解為小分子后沒有被吸收，這些物質并沒有被這一級消費者所同化，還不屬于這一級消費者的能量，這其中所含的能量就相當于沒有被吃掉的剩余部分，仍然屬于上一營養級，其被分解者分解實質上屬于上一營養級的能量流向分解者，而不是本級消費者流向分解者。

【例1】一只羊在一年內吃100 kg的草，排出20 kg的糞，長了10 kg的肉（不考慮其他散失），下列有關說法不正確的是 （ ）

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發育的能量

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】本題考查學生對生態系統能量流動過程的理解能力。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，沒有死亡，也沒有被別的動物捕食，同化的能量除了用于呼吸之外，全部儲存在羊體內（10 kg），故羊的呼吸量是80-10=70 kg。

【答案】C

二、生產者固定的總能量是否一定多于消費者和分解者同化的總能量？

在一個自然生態系統中，生產者固定的總能量一定高于消費者和分解者同化的總能量，否則這個生態系統就無法維持下去，生態系統就會崩潰。但如果是一個人工生態系統，就不一定了。比如人工魚塘，消費者獲取的能量更多的來自于投放的餌料，生產者很少，其固定的能量也比較有限，生產者固定的總能量就低于消費者和分解者同化的總能量；城市生態系統中消費者也占有絕對的統治地位，生產者和分解者都比較少，生產者固定的總能量往往要比消費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。則下列有關說法不正確的是 （ ）

A.流經該生態系統的總能量等于該系統生產者所固定的全部太陽能

B.各種挺水植物在濕地邊沿高低分布不同，屬于群落的垂直結構

C.細菌、真菌分解污水中的有機物時，會導致水中溶氧量下降

D.人工濕地凈化污水時，體現了該濕地生態系統的抵抗力穩定性

【分析】本題考查學生對生態系統知識的綜合應用能力。流經該生態系統的總能量，除了生產者所固定的太陽能，還包括污水中有機物中的化學能，故A錯誤；各種生物在垂直方向上的分層現象即為群落垂直結構，故B正確；分解者徹底分解有機物靠有氧呼吸，消耗大量的氧氣，故C正確；濕地通過自我調節能力凈化污水，穩定性并沒有遭到破壞，體現了抵抗力穩定性，故D正確。

【答案】A

三、怎樣利用能量傳遞效率進行有關計算

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

A.1 B.2

C.3 D.4

【分析】本題考查學生對生態系統能量流動特點的綜合應用能力。假設供給人的能量為x，需要按照最大傳遞效率20%進行計算。在人的食物來源調整之前，玉米的能量為：x×1/4÷20%+x×3/4÷20%÷20%=20x；在人的食物來源調整之后，玉米的能量為：y×3/4÷20%+y×1/4÷20%÷20%=10y；玉米產量相同，即20x=10y，食物來源調整之后該農場供給人的能量將最多是調整前的：y/x=2倍。

【答案】B

四、生態學中的金字塔有哪些？各有什么特點？

除教材中介紹的能量金字塔外，生態學中還有數量金字塔和生物量金字塔。數量金字塔是以單位空間內各營養級的個體為指標制作的金字塔。一般來說，每個營養級所包含的生物個體數目，隨營養級的上升而遞減。但由于只考慮了各營養級個體的數目而沒有考慮個體大小，有時會形成倒置的金字塔，如一棵大樹上生活著成千上萬的昆蟲。生物量金字塔是以單位空間內各營養級的生物量干重為指標制作的金字塔，它也可能會出現倒置的現象，例如在海洋生態系統中，由于浮游植物個體小，代謝快，生命短，某一時刻的生物量常低于浮游動物的生物量。在自然生態系統所有金字塔中，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，準確反映出各個營養級關系的規律性變化。因此，能量金字塔應用最為廣泛。

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

A.③②③ B.③③①

C.④①② D.③①③

【分析】本題考查學生對生態系統能量流動特點的識圖分析能力。在一片森林中，樹制造的有機物為昆蟲的食物來源，昆蟲再被食蟲鳥捕食，在樹→昆蟲→鳥這條食物鏈上，能量傳遞是單向的，由于每個營養級均有損耗，所以能量是逐級遞減的，為圖示③；一棵大樹上可以生活成千上萬只昆蟲，所以三者之間的數量關系為圖示①；生物量在該食物鏈中與能量相似，也同樣逐級遞減。

【答案】D

五、生態農業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“營養級”為研究對象，能量的利用率通常是流入人類的能量占生產者固定能量的比值，是以“人”為研究對象。生態農業的特點是豐富了農業生態系統的食物鏈，使物質和能量得到多級利用。但是，在每兩個營養級之間的能量傳遞時，能量傳遞效率并沒有發生明顯改變，只是將本來作為廢棄物的物質又作為生產原料，用來生產新的農產品而已。這樣就會使這些農作物體內儲存的能量通過多種途徑和方式更多地流向對人類有益的地方，提高了總體能量利用率。

【例5】某地通過新建沼氣池和植樹造林，構建了新型農業生態系統，如圖所示。下列有關敘述正確的是 （ ）

①在農作物→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該生態系統的建立，實現了物質和能量的多級循環利用 ③該生態系統的建立，提高了各營養級間的能量傳遞效率 ④該生態系統的建立，提高了人對生產者固定能量的利用率

A.①③

B.②④

C.①④

D.①②③④

【分析】本題考查學生對生態系統能量流動知識的應用能力。上一個營養級能量多（或個體多），下一個營養級獲得的總能量也相應增加，故①正確;生態農業是利用生物種群間的相互依存、相互制約關系，實現物質和能量的多級充分利用，物質可以循環利用，但能量不可，故②錯誤；生態農業產生的廢物少，污染小，提高了能量的利用率，但是生態系統的能量傳遞效率（10%～20%）不會因此改變，故③錯誤，④正確。

【答案】C

（作者單位：山西省運城中學）