學必有道，能量傳遞中最值、定值如此計算

知識 08-19

高中生物涉及的定量計算是依據生物學原理，運用數學作為工具來解決生物學中的問題，意在通過定量計算考查考生對相關概念、原理和生理過程的理解和掌握程度。定量計算題的取材主要涉及蛋白質和核酸、光合作用和呼吸作用、細胞分裂、遺傳變異與進化、生態系統中能量流動等五大部分內容，這些內容又是高中生物的重中之重，巧妙地設計定量計算題型既可考查考生對重要知識點的掌握程度和靈活應用能力，又可真正實現學科內知識的有機綜合和跨學科知識的自然整合，它不僅是教學實際中不可缺少的訓練環節，也是高考生物命題的趨向之一。在生態系統的考查中，能量流動是考查的重點，能量多少的計算也是考生的難點，本文結合例題講解能量傳遞過程中最值、定值的計算問題。

生態系統能量傳遞效率=下一營養級的同化量/上一營養級的同化量×100%（同化量=攝入量-糞便量）。在解決有關能量傳遞的計算問題時，首先要確定相關的食物鏈，理清生物與生物在營養級上的差別，能量傳遞效率為10%～20%。解題時注意題目中是否有「最多」、「最少」、「至少」等特殊的字眼，從而確定使用10%或20%來解題。

能量傳遞的相關「最值」計算

(1)食物鏈越短，最高營養級獲得的能量越多。

(2)生物間的取食關係越簡單，生態系統在能量流動過程中消耗的越少。

具體計算方法如下：

知低營養級求高營養級

知高營養級求低營養級

獲得(需要)能量最多

選最短食物鏈按×20%計算

選最長食物鏈按×10%計算

獲得(需要)能量最少

選最長食物鏈按÷10%計算

選最短食物鏈按÷20%計算

若食物鏈為ABCD，分情況討論如下：

已知D營養級增加的能量為M，則至少需要A營養級的能量＝M÷(20%)3，最多需要A營養級的能量＝M÷(10%)3。

已知A營養級的能量為N，則D營養級最多可獲得的能量＝N×(20%)3，最少可獲得的能量＝N×(10%)3。

若在類似的食物網中:

已知D營養級的能量為M，計算至少需要A營養級的能量時，應取最短食物鏈AD，並以20%的能量傳遞效率進行計算，即為M÷20%；計算最多需要A營養級的能量時，應取最長的食物鏈ABCD，並以10%的能量傳遞效率計算，即為M÷(10%)3。

能量傳遞的有關「定值」計算

(1)已確定營養級間能量傳遞效率時，不能按「最值」法計算，而需按具體數值計數。

例如，在食物鏈ABCD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)如果在食物網中，某一營養級生物同時從上一營養級的多種生物中獲得能量，計算某一生物獲得的能量或需要某一生物提供的能量時

首先，要注意某一生物「從不同食物鏈中獲得能量的比例」，或某一生物「給不同生物提供能量的比例」，

然後按照各個單獨的食物鏈分別計算後合併。

巧用拼圖法解決能量流動計算難點

輸入第一營養級的能量(W1)被分為兩部分：一部分在生產者的呼吸作用中以熱能的形式散失了(A1)，一部分則用於生產者的生長、發育和繁殖(B1＋C1＋D1)。而後一部分能量中，包括現存於植物體中的B1、流向分解者的C1、流向下一營養級的D1，如圖所示：

(1)流經整個生態系統的總能量是生產者固定的總能量，即W1。將圖中第三營養級同化的總能量D2「拼回」第二營養級，則剛好等於D1，即第二營養級同化的總能量；再將D1「拼回」第一營養級，則剛好等於生產者固定的總能量W1。可見，在一個生態系統中，所有生物的能量最終都來自W1，所有生物總能量之和小於W1(呼吸作用消耗的緣故)。

(2)能量傳遞效率不會是100%。從圖中可以看出，從第一營養級向第二營養級能量的傳遞效率等於D1W1×100%，一般情況下，能量在相鄰兩個營養級間的傳遞效率為10%～20%。

【特別提醒】

進行具體能量計算時切記「順推」(即由「植物」後推)與「逆推」(即由高營養級前推)的計算，前者用「乘法」，後者用「除法」。

【典例透析】

(1)若人類獲取植物性食物與動物性食物的比例是1∶1，將此食物結構改為4∶1，能量流動效率按10%計算，則調整後可供養的人口是前者的倍。

(2)若植物向動物及向人提供的能量比例由1∶1調整為1∶4，能量流動效率按10%計算，則調整後供養的人口是前者的倍。

(3)如圖所示的食物網中，戊的食物有1/2來自乙，1/4來自丙，1/4來自丁，且能量從生產者到消費者的傳遞效率為10%，從消費者到消費者的傳遞效率為20%。若戊體重增加20 g，需要消耗植物。