疑难问题:学生对能量流动过程中的数量分析很难理解,特别是末利用部分的能量,除了分析问题欠缺外,主要原因是没有联系具体生活中的实例去分析。下面就最近碰到的能量流动分析难点进行小结。
试题:某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能),下列叙述中错误的是(
A.生产者固定的总能量可表示为(A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2)
B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1
C.流入初级消费者体内的能量可表示为(A2+B2+C2)
D.图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减
解析:生产者固定的总能量可表示为(A1+B1+C1+D1),A1表示细胞呼吸消耗,B1表示未被利用,C1表示流向分解者,而D1=A2+B2+C2+D2,是流入下一营养级的能量,A正确;由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/(A1+B1+C1+D1)=D1/W1,B正确;流入初级消费者的能量为D1=(A2+B2+C2+D2),C错误;图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减,D正确。
方法一:用拼图法进行能量流动计算
输入第一营养级的能量(W1)被分为两部分:一部分在生产者的细胞呼吸中以热能的形式散失了(A1);另一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1+C 1+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,如下图所示:
(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,则刚好等于D1,即第二营养级同化的总能量;再将D1“拼回”第一营养级,则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见,在一个生态系统中,所有生物的总能量都来自W1,所有生物总能量之和都小于W1(细胞呼吸消耗的缘故)。
(2)能量传递效率不会是100%。从上图可以看出,从第一营养级向第二营养级能量的传递效率等于D1/W1×100%,一般情况下,能量在相邻两个营养级间的传递效率大约为10%。
方法二:图示法理解末利用能量
流入某一营养级的能量来源和去路图:
流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可以从以下两个角度分析:
(1)定量不定时(能量的最终去路):自身呼吸消耗;流入下一营养级;被分解者分解利用。
这一定量的能量不管如何传递,最终都以热能形式从生物群落中散失,生产者源源不断地固定太阳能,才能保证生态系统能量流动的正常进行。
(2)定量定时:自身呼吸消耗;流入下一营养级;被分解者分解利用;末利用即末被自身呼吸消耗,也末被下一营养级和分解者利用。
如果是以年为单位研究,未被利用的能量将保留到下一年。
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