逍遥学能 2014-07-15 13:17
摘要：海南省近几年高考生物学科考试说明──对《生态系统》的考试内容及要求：（1）生态系统的结构（Ⅰ）（2）生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应用（Ⅱ）（3）生态系统中的信息传递（Ⅱ）（4）生态系统的稳定性（Ⅱ），其中生态系统能量流动是高中生态学知识中一个重要的考点，在历年高考中都有不同题型出现，是高考中的命题热点。本文就该知识点专题复习中学生容易出错的几个问题进行例题分析，以加深学生对该考点知识的理解。
关键词：能量流动 传递效率
一、能量流动的过程──绘制能量流动图
例1（2007年广东卷）近年来在防治稻田虫害方面进行了多种尝试，如①构建稻一萍一鱼生态系统，在该系统中，虽有危害水稻的病菌、害虫和杂草，但鱼的活动可起到除虫、松土和增氧的作用，红萍叶片内的蓝藻固氮可促进红萍和水稻生长；
(4)画出稻一萍一鱼生态系统的能量流动图（不考虑与人的联系）
图1
[分析]关键：起点──生产者固定太阳能
渠道──食物链（网）
终点──以呼吸热的形式散失
二、生态系统能量流动的分析方法
（1）定时不定量分析：流入某一营养级的一定量能量在足够长的时间内的去路可有三条：①自身呼吸消耗，占绝大部分；②流入下一营养级；③被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能的形式从生物群落中散失（符合能量守恒定律），生产者源源不断地固定太阳能，以保证生态系统能正常存在。
（2）定量定时分析：流入某一营养级的一定量能量在一定的时间内的去路可有四条：①自身呼吸消耗，占绝大部分；②流入下一营养级；③被分解者分解利用；④未利用，即未被自身呼吸消耗，也没有被下一营养级和分解者利用的。如果以年为单位，④中的能量将被保留到下一年。
例2 1942年，生态学家林德曼对一个天然湖泊──赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析，得出了图1所示的数据［能量单位是（焦／每平方厘米·年）］，据图分析下列说法不正确的是( )。
图2
A．流经生态系统的总能量是464．4J/cm2?a
B．图中“未利用”的能量是指未被自身呼吸消耗，也未被后一营养级和分解者利用的能量
C．此生态系统中能量从第一营养级传递到第二营养级传递效率是13．52%
D．图中的2．1是指植食性动物遗体残骸中蕴含的能量
[分析] 本题考查学生对生态系统能量流动的识图分析能力。生产者固定的太阳能是流经该生态系统的总能量，未利用的能量是指所存在的生物体体内储存的能量及残骸、遗体、粪便中未被分解者利用的能量，由于每一营养级都有能量被呼吸消耗，并且上一营养级都有未被下一营养级利用的个体。所以，能量流动是逐级递减的，由于食物链的方向是单一的，故能量流动的方向也是单一的。图中的“2．1”是指植食性动物的遗体、残骸中被分解者利用的能量和被下一营养级摄入但没有同化的能量。本题答案D。
三、生态系统能量的传递效率
由于能量在营养级中的生物体中绝大多数以呼吸形式散失，所以生态系统中的能量传递效率在相邻两个营养级之间是10%～20%，且为单向、逐级递减。在练习中，发现学生对于教材中的能量传递效率存在以下混乱之处，现加以分析。
1、生态系统中的能量传递效率是特指两个相邻的营养级之间的传递效率，不是生物个体之间的
例3 图3所示是某温带草原生态系统食物网简图，流入兔体内的能量至少占绿色植物总能量的( )。
A．10% B．20%
C．10%～20% D．无法确定
图3
[分析] 第二营养级的生物个体包括兔、鼠、食草籽鸟、食草昆虫四种动物，它们共同拥有的能量占绿色植物的10%，流入兔体内的能量不会达到绿色植物总能量的10%。本题答案D。
2、相邻营养级间的能量传递不包括流向分解者部分
例4 大象是植食性动物，有一种蜣螂则专以象粪为食，设一头大象在某段时间内所同化的能量为107 KJ，则这部分能量中可流入蜣螂体内的约为（ ）
A. 几乎为0KJ B. 10６KJ
C. 2×10６KJ D. 3×10６KJ
[分析] 大象同化的能量=大象摄取的能量-大象粪便的能量，所以，蜣螂以大象粪便为食，蜣螂没有获得大象同化的能量。本题答案A。
3、有关能量流动的“极值”的计算
例5（2008?海南高考）甲、乙两个水池中各有由5个物种构成的食物网，如图所示，且这两个水池的生态系统在没有人为干扰的情况下均达到相对稳定平衡状态。请据图回答：
图4
（2）假如鲫鱼的1/4食物来自绿藻，1/2来自轮虫，且该系统能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消费者到消费者的能量传递效率为20%。如果鲫鱼种群增加的能量为200kJ，那么其中来自绿藻和轮虫的能量分别为 kJ和 kJ。
[分析]（2）如果鲫鱼种群增加的能量为200KJ，来自绿藻提供的就是50KJ，从生产者到消费者的传递效率为10%，那么需要绿藻500KJ；其中轮虫提供的就是100KJ，从消费者到消费者的能量传递效率为20%，那么就需要轮虫500KJ。
例6（2011年山东卷，节选）某草原生态系统的食物网如图所示。
（2）如果图中草能提供10000KJ的能量，营养级间的能量传递效率为10% ～ 20%，那么鹰占据的营养级能得到的最低和最高能量值分为是___10___KJ和___400_KJ。
图5
[分析]在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定食物链。
设食物链为Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ，分情况讨论：
现实
问题
思路求解
Ｄ营养级
净增重Ｍ
至少需要Ａ营养级多少
Ｎ×（２０％）３＝Ｍ
最多需要Ａ营养级多少
Ｎ×（１０％）３＝Ｍ
Ａ营养级
净增重Ｎ
Ｄ营养级最多增重多少
Ｎ×（２０％）３＝Ｍ
Ｄ营养级至少增重多少
Ｎ×（１０％）３＝Ｍ
在某一食物网中，一个消费者往往同时占有多个营养级，当该消费者增加了某一值时，若要计算最少消耗生产者多少时，应选最短的食物链和最大传递效率２０％进行计算；若要计算最多消耗生产者多少时，应选最长的食物链和最小传递效率１０％进行计算。
四、提高能量利用率不等同于提高能量传递效率
例7 在社会主义新农村建设中，某地通过新建沼气池和植树造林，构建了新型农业生态系统（如图6所示）。下列有关叙述正确的是( )。
图6
①在农作物→家禽、家畜→人这条食物链中，家禽、家畜含有的能量越多，人获得的能量越多
②在农作物→家禽、家畜→人这条食物链中，家禽、家畜含有的能量越多，人获得的能量越少
③该生态系统的建立，提高了各营养级间的能量传递效率
④该生态系统的建立，提高了能量利用效率
A．①③ B．②④
C．①④ D．①②③④
[分析]生态农业利用生物种群间的相互依存、相互制约关系，实现物质的多级循环利用和能量的多级充分利用，产生的废物少，污染小，提高了能量的利用率，但是生态系统的能量传递效率(10%～20%)不会因此改变，所以，上一个营养级能量多（或个体多），下一个营养级获得的总能量也相应增加。本题答案C。
五、利用“拼图法”巧解能量流动中的难点：
输入第一营养的能量（W1），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了（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，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。在一个生态系统中，所有生物的总能量都来自于W1，所有生物总能量之和小于W1（呼吸作用消耗的缘故）。从第一营养级向第二营养级能量的传递效率等于D1/W1，约为10%～20%。
在生物高考复习中，由于新课程的信息量增大，复习难度加大，因此高中生所要用的复习方法必须建立在既能熟练掌握已有知识又能再度提高认知水平与能力的双重目标的基础上，才能适应新形势下的高考要求和解题的思维方式，在教学中注重调动学生进行自主探索、启发、引导学生去感悟有关科学在实际问题中的应用，才能实现知识向能力的转化。
参考文献：
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[2]周予新;站在新高考起点 展望2012年高考──兼评2011年高考理综生物试题[J];《考试与招生》2011年第10期
[3]任守运; 2010新课程生物高考命题特点与备考的启示[J];《新高考(高三理化生)》2010年第09期
[4]任宝华;吴琼;新理念 新课程 新高考──课改后的高考试题分析[J] 《中国考试（高考版）》2007年第11期
[5]陈桂生；联系学生生活看重学法指导──“生态系统的稳态”教学建议[J]；生物学教育2009年第12期