米硕
四川省通江中学 四川省 通江县 636700
2021年普通高考考试大纲沿用2019版，其中对能量流动的考察要求为：理解所列知识和其他相关知识之间的联系和区别，并能在较复杂的情景中综合运用其进行分析、判断、推理和评价。在教育部考试中心出版的《高考理科试题分析》中要求为Ⅱ级。其中能量流动是这部分内容的考察重点和出题的热点，也是难点。现将有关能量流动的过程、特点和相关题型进行剖析，希望帮助高三学生突破这部分内容，切实掌握关于能量流动的各种题型，尤其是与能量流动相关的计算。
一．能量流动的概念
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。
二．能量流动的过程
三．能量流动的特点
1.生态系统中能量流动是单向的
原因：①食物链中捕食关系不可逆 ②各营养级呼吸作用散失的热能不能再次被利用。
2.能量在流动过程中逐级递减。一般来说，能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10%-20%。
原因：①呼吸作用过程中有部分能量以热能形式的散失 ②有部分能量流向了分解者 ③还有部分能量未被利用。
四．能量流动相关题型的解题技巧
例1.在珠江三角洲，某一桑基鱼塘使用蚕粪做饲料喂鱼。假设蚕同化的能量为105kJ，从能量流动角度分析，鱼可以从蚕的同化量中获得的能量为
A.0kJ B.104kJ C.2×104kJ D.介于104～2×104kJ之间
解析：蚕粪便中的能量属于蚕上一营养级的同化量，不归入自身的同化量。
因此，鱼从蚕的同化量中获得的能量为0kJ，故本题答案选A。
例2.某生态系统中存在如图所示的食物网，若将C的食物比例由A∶B＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的( )
A.1.375倍 B.1.875倍
C.1.273倍 D.0.575倍
解析：设C维持正常生命活动需要的能量为a，则需要消耗A的量为1/2a÷10%÷10%＋1/2a÷10%=55a；改变食物比例后需要消耗A的量为2/3a÷10%＋1/3a÷10%÷10%=40a，由于生产者没有改变,所以流向该生态系统的总能量没有变化，因此该生态系统能承载C的数量是原来的55/40＝1.375。
变式1：(1)若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是1∶1，将此食物结构改为4∶1，能量流动效率按10%计算,则调整后可供养的人口是前者的_______倍。
(2)若植物向动物及向人提供的能量比例由1∶1调整为1∶4，能量流动效率按10%计算，则调整后供养的人口是前者的________倍。
解析：（1）若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是1∶1，如下左图，共需植物性食物的相对值为55；如果动物性食物与植物性食物的比例是1∶4，则共需植物性食物的相对值是28(如下右图)。前者对食物的消耗量是后者的1.96倍，这也就说明后者可供养的人数是前者的1.96倍。
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（2）设植物的能量为M，则调整前，人所获得的能量为：M×1/2×10%+M×1/2×10%×10%=11M/200，调整后人所获得的能量为M×4/5×10%+M×1/5×10%×10%=41M/500，则调整后∶调整前的比值为41M/500÷11M/200≈1.49，即调整后供养的人口是调整前的1.49倍。
变式2：若某草原生态系统只存在下面的食物关系，尝试完成问题。
(1)假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为________。
(2)假如植物有2/5被兔所食，有3/5被鼠所食；鼠有2/3直接被猫头鹰捕食，有1/3被蛇捕食后流入猫头鹰体内。那么，猫头鹰若要增加20 g体重，至少需要消耗的植物为________。(精确到个位数)
解析：(1)在生态系统中，能量传递效率为20%时，能量在流动过程中损失最小，可消耗最少的植物为最高营养级提供最多的能量。设猫头鹰从不同食物链消耗的植物分别为a、b、c,可写出:
20% 20%
植物→兔→ 猫头鹰
a 20×2/5g
20% 20%
植物→鼠→ 猫头鹰
b 20×2/5g
20% 20% 20%
植物→鼠→蛇→ 猫头鹰
c 20×1/5g
假设在以上食物链中能量均按20%传递，则列出下列算式：
a×20%×20%=20×2/5=8g；
b×20%×20%=20×2/5=8g；
c×20%×20%×20%=20×1/5=4g。
解得：a=200g、b=200g、c=500g，a+b+c=900g。
（2）设猫头鹰从三条食物链中获得的能量依次为e、f、g，植物固定的总能量为h。要使消耗的植物最少，则能量传递效率应按20%计算。根据题意，可绘图如下:
20% 20%
植物→兔→猫头鹰
（2/5）h e
20% 20%
植物→鼠→猫头鹰
(3/5）×(2/3）h f
20% 20% 20%
植物→鼠→蛇→猫头鹰
(3/5）×(1/3）h g
列方程式得：
2h/5×20%×20%=e；
(3/5)×(2/3）h×20%×20%=f；
(3/5)×(1/3）h×20%×20%×20%=g；
e+f+g= 20(g)。
解得:h≈595(g)。
总结：1.食物链中能量最值的计算规律：①知低营养级求高营养级，要使获得能量最多，则按×20%计算；要使获得能量最少，则按×10%计算；②知高营养级求低营养级，需求能量最多，则按÷10%计算；需求能量最少，则按÷20%计算。
2.若题干中告知的是食物来源比例，则倒推——由消费者来计算需要消耗的生产者的能量；若题干中告知的是能量去向比例，则顺推——由生产者来计算消费者所能获得的能量。
例3.如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值试回答下列有关问题（单位：103KJ/m2`.y）：
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（1）图中①代表的生理过程是_________，图中②代表的能量主要以_________________________形式贮存。
（2）该生态系统中生产者固定的总能量是__________KJ/m2·y。
（3）输入该生态系统中的总能量是__________KJ/m2·y。
（4）能量从该生态系统的第二营养级到第三营养级传递的效率为_______。
（5）试分析图中植食动物、肉食动物和顶位肉食动物随营养级的升高需要的有机物输入越来越多的原因_________________________ ___________。
解析：（1）据图分析，①表示呼吸作用，②表示贮存在有机物中的能量。
（2）据图分析，该生态系统中肉食动物从植食动物同化的能量为：0.25+0.05+5.1+2.1-5.0=2.5，植食动物从生产者同化的能量为：2.5+4+9+0.5-2=14，该生态系统中生产者固定的总能量为：23+70+3+14=110×(103KJ/m2`·y）=1.1×105KJ/m2`·y。
（3）输入该生态系统中的总能量等于生产者固定的能量加上外界输入的，即110+2+5+12=129×（103KJ/m2·y）=1.29×105KJ/m2`·y。
（4）根据（2）的分析可知，第三营养级从第二营养级获得的能量为2.5×(103KJ/m2`·y），第三营养级的同化量为（14+2）×(103KJ/m2`·y），因此能量从该生态系统的第二营养级到第三营养级传递的效率为：2.5÷（14+2）×100%=15.6%。
（5）由于能量流动逐级递减以及维持各营养级较高的输出量，所以图中植食动物、肉食动物和顶位肉食动物随营养级的升高需要的有机物输入越来越多。