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能量流动的相关计算
易错归因
不能全面正确理解每一营养级能量的来源和去路；不能根据题干文字或图表信息正确分析能量流动过程并进行相关计算等。
典型易错题
例1（2022·山东·烟台市教育科学研究院二模）某草原生态系统的食物网结构如下图，下列说法正确的是（ ）
A．图中属于次级消费者的生物有3种
B．该草原生态系统的组成成分由非生物的物质和能量及图中生物构成
C．能量传递效率按20%计算，若蛇取食鼠的比例由1/4调整到3/4，则蛇体重增加1kg，能为人多提供羊10kg
D．生态系统中的物质、能量和信息沿着食物链和食物网循环流动
【答案】C
【解析】图中食物网只有生产者和消费者，其中生产者属于第一营养级，而蛇和鹰均占有多个营养级。图中属于次级消费者的生物有鼠、人和青蛙，但鼠有多种，A错误；该草原生态系统的组成成分由非生物的物质和能量、分解者及图中生物构成，B错误；能量传递效率按20%计算，若蛇取食鼠的比例为1/4时，蛇体重增加1kg，消耗鼠1.25kg，鼠消耗草6.25kg；消耗青蛙3.75kg，青蛙消耗昆虫18.75kg，昆虫消耗草93.75 kg，故蛇体重增加1kg，需消耗6.25+93.75=100kg。调整取食鼠的比例为3/4时，蛇体重增加1kg，消耗鼠3.75kg，鼠消耗草18.75kg；消耗青蛙1.25kg，青蛙消耗昆虫6.25kg，昆虫消耗草31.25kg，故蛇体重增加1kg，需消耗18.75+31.25=50kg,。节省草100 50=50kg。该草流向羊可增重50×20%=10kg，C正确；生态系统中的物质沿着食物链和食物网循环流动，能量不能循环，信息传递可在生物间、生物与无机环境间双向传递，D错误。故选C。
例2（2022·浙江温州·模拟预测）下图是某湖泊生态系统能量流动的情况，字母表示相应的能量值。据图分析，下列相关叙述正确的是（ ）
A．甲表示各个营养级用于生长、繁殖的能量
B．流入该生态系统的总能量为a1+b1+c1+d1
C．植食性鱼类到肉食性鱼类的能量传递效率为 ×100%
D．为获得最大捕鱼量，应让捕捞的两种鱼类都保持最大自然增长率
【答案】B
【解析】生态系统的能量流动：生物系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，输入生态系统总能量是生产者固定的太阳能，传递沿食物链、食物网，散失通过呼吸作用以热能形式散失的。每一营养级能量的去路：①流向下一营养级（最高营养级除外）；②自身呼吸消耗；③分解者分解利用；④未被利用。特点：单向的、逐级递减的。能量传递效率：10%～20%。图中a表示分解者利用，b表示呼吸消耗，c表示流向下一营养级，d表示未被利用，甲表示各营养级未被利用的总和，A错误；流入生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，数值上为a1+b1+c1+d1，B正确；植食性鱼类从上一营养级同化的能量为c1，肉食性鱼类从上一营养级同化的能量为c2，两营养级间能量传递效率为（c1/c2）×100%，C错误；为获得最大捕鱼量，应让捕捞的两种鱼类都保持最大自然增长速率，应使鱼的种群数量保持在K/2水平，以便持续地获得最大捕鱼量，D错误。故选B。
解题技巧
1．分析每一营养级的能量来源和去路
（1）能量来源
生产者的能量主要来自太阳能
消费者的能量来自上一营养级同化的能量
（2）能量去向
流入某一营养级（最高营养级除外）的能量可存在如下去向：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级；③被分解者利用；④未被利用。
2．能量流动模型（以能量流经第二营养级为例）
（1）消费者摄入的能量（a）=消费者同化的能量（b）+粪便中的能量（c）粪便中的能量不属于该营养级同化的能量，应为上一个营养级同化的能量。
（2）消费者同化的能量（b）=呼吸消耗的能量（d）+用于生长发育和繁殖的能量（e）。
（3）用于生长发育和繁殖的能量（e）=分解者利用的能量+下一营养级同化的能量＋未被利用的能量（特殊情况需要考虑）。
3．能量传递的相关计算
（1）能量传递效率的相关“最值”计算
①相邻两营养级之间的能量传递效率计算公式：
能量传递效率=×100%
②求最高营养级获得能量的“最大值”或“最小值”
a、在一条食物链中，若生产者（第一营养级）能量为100%，那么第二营养级所能获得的能量最多为20%，最少为10%；第三营养级所获得的能量最多为20%×20% =4%，最少为10%×10%=1%；第n营养级获得的能量最多为（20%）n-1，最少为（10%）n-1。
b、在多条食物链中，最高营养级从不同渠道得到的能量比不定，已知较低营养级生物的能量，求较高营养级生物获得的能量：
知低营养级求高营养级
获得（需要）能量最多 选最短食物链，按×20%计算
获得（需要）能量最少 选最长食物链，按×10%计算
c、在多条食物链中，若已知较高营养级生物的能量，且从不同渠道得到的能量比例不确定，求所需较低营养级生物的能量：
知高营养级求低营养级
获得（需要）能量最多 选最长食物链，按÷10%计算
获得（需要）能量最少 选最短食物链，按÷20%计算
（2）能量传递效率的有关“定值”计算
①已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算。例如，在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A同化的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。
②如果在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中按一定比例获得能量，则按照各单独的食物链进行计算后合并。
（3）巧用拼图法解决能量流动计算问题
输入第一营养级的能量（W1），即生产者的同化量被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失（A1），一部分则用于生产者的生长发育和繁殖（B1+C1+D1）。而后一部分能量中，包括储存在植物体内的B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1，如图所示：
①流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，与A2、B2、C2。加起来刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，与A1、B1、C1加起来刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个生态系统中，所有生物的能量都来自W1。
②能量传递效率不会是100%。从图中可以看出，第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率等于D1/W1×100%。
同类题练习
1．（2022·山东·临沭第一中学模拟预测）为保护Y及其栖息地，国家在其栖息地建立了自然保护区。对该自然保护区鸟类丰富度的调查结果显示，主要在森林中生活的鸟类物种数远多于主要在灌木林和草丛中生活的鸟类物种数。某灌木林的食物网简图如图所示（已知D的同化量为e；Y的摄入量，呼吸散失量、用于自身生长、发育和繁殖的能量和流向分解者的能量分别为a，b、c、d）。
下列叙述错误的是（ ）
A．该自然保护区需要来自系统外的能量补充
B．森林中植物的垂直结构比灌木林和草丛更为复杂
C．第三营养级和第四营养级之间能量的传递效率为e/（a d）
D．若因某种原因B大量迁走，Y的营养级没有发生变化
2．（2022·山东济南·一模）在生态系统中，能量流动和物质循环是紧密地结合在一起同时进行的，它们把各个组分有机地联结成为一个整体，从而维持了生态系统的持续存在。下图表示某海域能量流动简图，A、B、C、D表示生态系统的组成成分。下列叙述正确的是（ ）
A．图中A是生产者，流入该生态系统的总能量为7.5×106J/（m2·a）
B．图中B、C、D是消费者，加快了物质循环和能量流动
C．能量在第一营养级和第二营养级之间的传递效率为20%
D．A营养级用于生长、发育，繁殖的能量为5.6×106J/（m2·a）
3．（2022·江苏·模拟预测）下表是某湖泊生态系统中甲～己各个种群能量数值（单位：102kJ／㎡·a），且每个种群只处于一个营养级，己为分解者。下列叙述正确的是（ ）
甲 乙 丙 丁 戊 己
种群储存的能量 66.2 2.1 408.5 0.8 1.9 21.1
呼吸作用消耗的能量 84.6 9.7 554.3 1.6 9.5 211.0
A．丙属于生产者，己位于第二营养级
B．乙与戊的种间关系为捕食和竞争
C．第二营养级到第三营养级能量的传递效率约为15％
D．若湖泊受到重度污染，可能通过物理沉降、化学分解等很快消除
4．（2022·山东·烟台市教育科学研究院一模）为了尽快恢复遭受外来物种入侵破坏后的某生态系统，人们向该生态系统的植食性动物、肉食性动物分别补偿输入了2.3×103 kJ、3.7×103 kJ的能量。该生态系统中各营养级能量流动如下表（单位：×103 kJ）。下列说法错误的是（ ）
食物链 植物 植食性动物 肉食性动物
同化量 579 X Y
呼吸作用散失 133 37.6 8.7
未被利用 328 41.3 9.1
分解者分解 19 5.4 2.9
A．植物用于生长、发育和繁殖的能量为446×103 kJ
B．由植食性动物流入分解者的能量包括植食性动物尸体残骸和肉食性动物粪便中的能量
C．第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为17.17%
D．各营养级同化量都存在的去向是呼吸作用散失、分解者分解及未被利用
5．（2022·云南·昆明一中模拟预测）如图是某人工鱼塘生态系统的能量流动过程图解，数字表示能量值[单位为103 kJ/（m2·y）]。下列相关叙述错误的是（ ）
A．肉食性动物同化的总能量为7.5×103 kJ/（m2·y）
B．植食性动物与肉食性动物的能量传递效率约为15.6%
C．图中“输出”的能量是指各营养级在呼吸作用中以热能形式散失的能量
D．流经该鱼塘生态系统的总能量不只是生产者固定的全部太阳能
6．（2022·山东·模拟预测）生态学家研究了某草原生态系统的能量流动情况，其局部能量流动情况如图所示，字母代表能量。下列分析正确的是（ ）
A．未利用量就是指未被自身呼吸作用消耗、也未被分解者利用的能量
B．第一、第二营养级间的能量传递效率为C1/（A1 B1）×100%
C．生产者用于生长发育和繁殖等生命活动的能量是C1+D1+E1
D．E2属于第一营养级流向分解者的能量，D2表示未被利用的能量
7．（2022·江苏省木渎高级中学模拟预测）下图为华北地区某果园生态系统的部分食物网及其中一条食物链上的能量流动关系，其中字母表示能量数值。相关分析正确的是（ ）
A．图中属于第三营养级的生物只有黄雀和瓢虫
B．蚜虫用于生长、发育和繁殖的能量为（a b c）
C．蚜虫粪便中的能量通过e途径被分解者利用
D．d中的部分能量将来可能转变为瓢虫的同化量
8．（2022·天津河西·一模）下图为某人工林的能量流动图解，其中N1～N7表示能量值。下列叙述正确的是（ ）
A．N1与N4的能量之和可以代表流入该生态系统的总能量
B．图示中N4和N5分别表示第一、二营养级流向蚯蚓的能量
C．第一、二营养级间的能量传递效率为（N2 N5）/N1×100%
D．N3代表的能量值与初级消费者从上一营养级同化的能量相等
9．（2022·山西·太原五中二模）下表是某生态系统能量流动情况的调查结果，表中甲、乙、丙、丁、戊分别代表构成各营养级的不同种群[表中数据单位：l02 kJ/（m2·年）]。请据表回答下列问题：
种群 同化固定的能量 体内贮存的能量 呼吸消耗的能量
甲 16.74 4.54 12.2
乙 70 15.8 54.2
丙 930 229 701
丁 69.5 20 49.5
戊 1.674 0.4 1.274
（1）该生态系统的基石是上表种群中的______________，若该生态系统的面积为l04 m2，那么一年中流经该生态系统的总能量是____________kJ。由于某种原因使物种乙灭绝了，但生态系统各营养级间的能量传递效率并未发生改变，则最终戊的数量会__________，该生态系统的抵抗力稳定性会____________________。
（2）在甲、乙、丙、丁、戊所构成的营养结构中，第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率为________，假如戊种群有机物的总质量为180kg，那么丙种群有机物的总质量应有____________kg才能维持该生态系统的相对稳定。
10．（2022·山东潍坊·二模）某研究机构定量分析了一个以团头鲂为养殖对象的池塘生态系统，得到了食物矩阵图1和能量流动示意图2，其中图1数据表示捕食概率，图2数据是3个月内该池塘中的各种能量值（单位是t/km2）。
（1）据图1分析，浮游动物2在人工池塘中属于第 _____________营养级；浮游动物在该池塘中起着承上启下的作用，请从能量流动的角度进行解释__________________________
_____________________________________________________________________________。
（2）流经该生态系统的总能量是 ____________________________________________；第三营养级到第四营养级的能量传递效率是_______（保留小数点后1位）。
（3）构建池塘生态系统时应遵循生态工程原理，如根据自生原理要选择多种适宜淡水池塘的品种，混养时需要考虑这些品种的_______________________（答出两条），通过合理设计使池塘物种间进行自组织；构建人工系统要尽量提高物种多样性的原因是_____________________________________________________________________________。
同类题练习参考答案
1．C 【解析】垂直结构是指生物在垂直方向上，群落具明显分层现象，植物与光照强度密切相关。同化的能量=摄入的能量 粪便中的能量，同化的能量分配为：呼吸作用散失和以有机物形式贮存并用于生长发育和繁殖，用于生长发育和繁殖的能量可流入下一营养级和流入分解者体内。任何生态系统都需要得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能，A正确；森林中植物的垂直结构比灌木林和草丛更为复杂，这种结构可以提高群落利用阳光等资源的能力，B正确；同化量=呼吸散失量+用于自身生长、发育和繁殖的能量，故第三营养级和第四营养级之间能量的传递效率为e/（b+c），C错误；B和C都处于第二营养级，若因某种原因B大量迁走，Y依然处于第四营养级，Y营养级没有发生变化，D正确。故选C。
2．A 【解析】据图分析，A表示生产者，B表示分解者，C表示次级消费者，D表示初级消费者。由图可知，流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，A为生产者，其固定的太阳能为7.5×106J/（m2·a），A正确；C、D为消费者，消费者可以加速生态系统的物质循环，B错误；由图可知，B为分解者，D为初级消费者，其能量来源除A（生产者）以外还来自于B，因此第一营养级与第二营养级之间的传递效率低于20%，C错误；A为生产者，生产者用于生长、发育，繁殖的能量为固定的总能量-其呼吸消耗的能量，其呼吸消耗的能量题目中未给出，无法计算，D错误。故选A。
3．C 【解析】同化的能量=储存的能量+呼吸消耗，所以甲同化的能量=（66.2+84.6）×102 kJ／m2·a =150.8×102 kJ／m2·a，乙同化的能量=11.8×102 kJ／m2·a，丙同化的能量=962.8×102 kJ／m2·a，丁同化的能量=2.4×102 kJ／m2·a，戊同化的能量=11.4×102 kJ／m2·a，所以食物链是丙→甲→乙→丁和丙→甲→戊→丁。已为分解者，不属于捕食链中的营养级，A错误；根据分析中的食物网，乙和戊只有竞争，没有捕食关系，B错误；第三营养级是乙和戊，同化的能量为11.4+11.8=23.2×102 kJ／m2·a，第二营养级是甲，同化的能量是150.8×102 kJ／m2·a，所以第二营养级到第三营养级能量的传递效率为（23.2×102） ／（150.8×102 ）×100%≈15%，C正确；若湖泊受到重度污染，超过生态系统的自我调节能力，则可能该生态系统会崩溃，不会恢复，D错误。故选C。
4．C 【解析】输入某一营养级的能量，一部分在呼吸作用中以热能的形式散失了，一部分则用于生长、发育和繁殖（这部分能量又可以分为流入下一营养级、流向分解者、暂时未利用）。植物的同化量一部分在呼吸作用中以热能的形式散失了，一部分则用于生长、发育和繁殖，因此等于（579 133）×103kJ=446×103 kJ，A正确；分解者分解粪便和动植物的遗体残骸，因此由植食性动物流入分解者的能量包括植食性动物尸体残骸和肉食性动物粪便中的能量，B正确；第二营养级到第三营养级的能量传递效率等于第三营养级的同化量除以第二营养级的同化量，分析上表中的数据，初级消费者同化量为X=（579 133 328 19）×103kJ=99×103 kJ，再加上人们向生态系统植食性动物补偿的2.3×103 kJ，初级消费者同化量总共为101.3×103 kJ。次级消费者同化量为Y=（101.3 37.6 41.3 5.4）×103 kJ=17×103 kJ，第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为17/101.3×100%=16.8%，C错误；某一营养级的同化量，一部分在呼吸作用中以热能的形式散失了，一部分则用于生长、发育和繁殖（这部分能量又可以分为流入下一营养级、流向分解者、暂时未利用），D正确；故选C。
5．C 【解析】消费者同化能量=呼吸消耗+分解者分解利用+下一营养级同化+未被利用。肉食性动物从植物同化的能量为（0.05+0.25+2.1+5.1 5）×103 kJ/（m2·y）=2.5×103 kJ/（m2·y），人工输入了5×103 kJ/（m2·y），共计7.5×103 kJ/（m2·y），A正确；肉食性动物从植物同化的能量为（0.05+0.25+2.1+5.1 5）×103 kJ/（m2·y），=2.5×103 kJ/（m2·y），植食性动物同化的能量为（0.05+0.25+2.1+5.1 5+4+9+0.5）×103 kJ/（m2·y），=16×103 kJ/（m2·y），所以由第二营养级到第三营养级的能量传递效率为2.5÷16×100%=15.6%，B正确；图中“输出”的能量是指各营养级储存在有机物中的能量，C错误；流经该鱼塘生态系统的总能量不只是生产者固定的全部太阳能，还包括人工输入的，D正确。故选C。
6．C 【解析】生产者通过光合作用固定的总能量是流入生态系统的总能量，如图中的A1，这部分能量可以被呼吸消耗以热能形式释放（B1），也可以用于自身生长发育繁殖（A1 B1）。用于自身生长发育繁殖的能量，一部分流入下一营养级（C1），一部分流入分解者（E1），一部分暂未利用（D1）。结合图示可知，未利用的能量是指除去呼吸消耗、流向分解者和流向下一营养级后，剩下的能量，A错误；第一、第二营养级间的能量传递效率为C1/A1×100%，B错误；生产者用于生长发育和繁殖等生命活动的能量是A1 B1=C1+D1+E1，C正确；E2是第二营养级的能量，属于第二营养级流向分解者的能量，D2表示未被利用的能量，D错误。
故选C。
7．D 【解析】在生态系统内，能量流动与碳循环是紧密联系在一起的。图中属于第三营养级的生物有黄雀、螳螂和瓢虫，A错误；用于生长、发育和繁殖的能量等于同化量-呼吸消耗的能量，因此蚜虫用于生长、发育和繁殖的能量为a b，B错误；蚜虫粪便中的能量没有流入蚜虫体内，属于上一营养级的能量，而e属于蚜虫的能量，C错误；d为未被利用的能量，还有可能被瓢虫利用，d中的部分能量将来可能转变为瓢虫的同化量，D正确。故选D。
8．C 【解析】分析题图：图为某人工林的能量流动图解，摄入量=同化量+粪便量，同化量=呼吸消耗能量+自身生长发育和繁殖的能量，因此图中N3表示初级消费者自身生长发育和繁殖的能量。N1为生产者同化的能量，可以代表流入该生态系统的总能量，A错误；由于初级消费者粪便中的能量是其未同化的能量，仍属于上一个营养级，因此N4和N5都表示第一营养级流向蚯蚓的能量，B错误；第一营养级（生产者）的同化量为N1，第二营养级（初级消费者）的同化量为N3+N7=N2 N5，第一、二营养级间的能量传递效率为第二营养级的同化量与第一营养级的同化量的比值，即（N2 N5）/N1×100%，C正确；摄入量=同化量 粪便量，故N2 N5或N3+ N7表示初级消费者从上一营养级同化的能量，D错误。故选C。
9．（1）丙 9.3×108 kJ 基本不变 降低
（2）15% 105
【解析】分析表格：表中是某生态系统能量流动情况的调查结果，甲、乙、丙、丁、戊分别代表不同的营养级。由于能量在流动的过程中单向流动、逐级递减，因此，丙是生产者，乙、丁是初级消费者，甲是次级消费者，戊是三级消费者。
（1）在生态系统中，生产者通过光合作用，把太阳能固定在有机物中（或制造有机物)，将太阳能变成化学能从而被生物利用，故该生态系统的基石是上表种群中的丙生产者；分析表格可知，生产者固定的能量为930l02kJ/（m2·年），故若该生态系统的面积为l04 m2，那么一年中流经该生态系统的总能量是9.3×108kJ。当某种原因导致乙灭绝了，甲可通过捕食丁获得能量，戊的数量短期内仍能保持相对稳定，数量基本不变。乙灭绝了，该生态系统的物种组成减少，自我调节能力减弱，生态系统的抵抗力稳定性降低。
（2）根据上述分析可知，丙是第一营养级，乙、丁是第二营养级，故第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率为（70+69.5）×100%÷930=15%。同理依次可以算的第二营养级到第三营养级的传递效率是12%，第三营养级到第四营养级的传递效率是10%。要维持该生态系统的相对稳定，丙种群有机物的总质量应有=180÷10%÷12%÷15%=100000=105kJ。
10．（1）二、三、四 一方面通过摄食将浮游植物、底泥和碎屑、饲料中的能量部分同化到自己体内，另一方面由于被团头鲂捕食又能将能量传递到团头鲂体内
（2）浮游植物固定的太阳能和饲料有机物中的化学能 6.4%
（3）生态位、种间关系 有助于生态系统维持自生能力（即便某个种群消亡，其他种群也能弥补上来）
【解析】根据图1可以绘制食物网如下：
（1）结合分析的食物网可知，浮游动物2，即桡足类，在人工池塘中属于第二、第三、第四营养级；浮游动物食性较广，一方面通过摄食将浮游植物、底泥和碎屑、饲料中的能量部分同化到自己体内，另一方面由于被团头鲂捕食又能将能量传递到团头鲂体内，所以在该池塘中起承上启下的作用。
（2）由图1信息可知，流经该生态系统的总能量是浮游植物固定的太阳能和饲料有机物中的化学能。根据图2，第三营养级的同化量X=90.13+557.97+756.2=1404.3 t/km2，第三营养级传递给第四营养级的同化量为90.13 t/km2，第三营养级到第四营养级的能量传递效率是90.13÷1404.3×100%≈6.4%。
（3）在选择不同生物混养时，要考虑这些品种的生态位、种间关系，还要考虑不同物种的数量等，通过合理设计使池塘物种间进行自组织；营养结构越复杂，生态系统稳定性越高，因此构建人工系统要尽量提高物种多样性，这有助于生态系统维持自生能力（即便某个种群消亡，其他种群也能弥补上来）。
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