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生态系统中能量传递效率的计算及误区分析 摘要：人教版高中生物必修三稳态与环境第五章生态系统这部分涉及到一个知识点：能量的传递效率。这个看似简单的知识点，学生却经常出错。究其原因，关键是对能量的传递效率计算公式不理解，不能在习题中灵活运用。 关键词：生态系统；营养级；同化量；能量传递效率 中图分类号：G633.91 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2013）10-0189-02 新课标人教版高中生物必修三稳态与环境第五章生态系统这部分涉及到一个知识点：能量的传递效率。第一轮复习时，觉得这个知识点很简单，没有过多的强调。但是随后的几次考试中出现了有关生态系统能量传递效率的计算题，从评卷中发现学生的错误率很高。结合学生的思维误差，现将有关知识梳理如下。 1.能量传递效率的定义 人教版高中生物必修三稳态与环境的教材中，并没有明确的给出能量传递效率的定义，只是在正文中描述为了研究能量流经生态系统的食物链时，每一级的能量变化和能量转移效率，美国生态学家林德曼对赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析，教材中给出了林德曼分析的赛达伯格湖的能量流动图解，随后总结出了生态系统的能量流动特点：单向流动和逐级递减，并在正文中提出能量在相邻两个营养级的传递效率大约是10%20%。若是单从林德曼的研究来分析，他所给出的数据中，并没有考虑到各营养级摄入量中的粪便量，这就给教师和学生造成了误解，很容易以下一营养级的摄入量来计算能量传递效率。但是这样的计算是不科学、不正确的，因为各营养级摄入量中的粪便量并没有传递给下一营养级。结合教材的描述和相关研究可以总结出能量传递效率的定义是指相邻的两个营养级之间，由上一营养级传递给下一营养级的同化量占上一营养级总的同化量的比值，计算公式： 2.能量传递效率的公式解读 2.1 能量传递效率的计算公式中的能量传递对象是相邻的两个营养级之间，不是种群、个体之间。根据营养级的定义可以知道每个营养级可能包含多个种群、很多个个体，但是计算的时候只需要考虑相邻两个营养级的同化量。 2.2 公式中的分子、分母要准确的理解。分子的准确含义是：只包含由上一营养级传递给下一营养级的同化量，不是摄入量，也不包含人工输入的同化量。分母的准确含义是：上一营养级总的同化量 ，这其中包含上一营养级从其他营养级获得的同化量，也可以包含人工输入的同化量。做题时就是要认真分析题中条件，排除干扰，找出分子、分母中的这两个数值。 例 （南通市2008届高三第二次调研测试第31题）下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（单位为103kJ/m2?y）。试回答下列有关问题： （1）图中代表的生理过程是 _，图中代表的能量主要以_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）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_。 （4）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】（3） 第三营养级的同化量为所有能量去向之和即，其中包含了人工输入的能量，所以从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为。特别注意在计算第二营养级同化量时需要包含人工输入的同化量。 答案：（1）呼吸作用 （有机物中）稳定的化学能 （2）1.1105 （3）15.6% （4）能量流动逐级递减以及维持各营养级较高的输出量 2.3 相邻两个营养级之间的能量传递效率一般是10%20%，含义是指一个营养级的总能量大约只有10%20%传到下一营养级。如果按20%这一最高效率计算，以第一营养级的总能量为100%计算，第二营养级所获得的能量为20%，第三营养级所获得的能量为20%20% = 4%，第n营养级所获得的能量是第一营养级能量的（若按传递效率10%计算，公式为），由此可知生态系统中的能量流动一般不超过45个营养级。 2.4 能量传递效率一般是10%20%的应用。在考试过程中，有一些能量流动的计算题，比如最少消耗多少生产者最多消耗多少生产者。如果题中没有明确的能量传递效率，那么第一种情况就按能量传递效率20%，食物链长度最短来计算；第二种情况按能量传递效率10%，食物链长度最长来计算。 例.如右图食物网中，若人的体重增加1kg，最少消耗水藻_kg，最多消耗水藻_kg. 【解析】本题中，最短食物链为水藻小鱼人，传递效率按20%计算。设最少消耗水藻为x，则x20%20%=1，所以x=25.要求最多消耗就要选择水藻水蚤虾小鱼大鱼人，传递率按10%计算。设最多消耗为y，则y（10%）5=1，y=105kg。 【答案】25 105 例 有一食物网如下图5所示，设E种群干物质量为5.8109kJ，B种群干物质量为1.3108kJ，则A种群干物质量的值至少是_。 【解析】本题首先要搞清楚：由于能量寓于物质之中，所以计算干物质量的值也就是计算能量的量值；其次，由于E种群的干物质的最终去向有B和A，所以要使A种群所得干物质的量最少，只有在E种群以最低的传递效率传给B（这时E种群剩余干物质最少），E剩余部分再以最低的传递效率传给A时才可能发生。B种群干物质量为1.3108kJ，从理论上讲，至多消耗E种群干物质为 。剩余的E种群干物质将分别由两条食物链传递给A，但是不管哪一条食物链A与E都相隔一个营养级，因而A种群干物质量的值至少为。 【答案】 4.5107kJ 在有的习题当中，如果计算出的能量传递效率小于10%，或者大于20%，这时候就要分析是否只考虑了相邻营养级的部分种群，甚至只是计算了个体之间的能量传递。若是如此计算，都是不全面、不正确的。 3.学生的认知误区 通过评阅学生试卷以及课下找学生谈话，发现学生在计算能量传递效率的时候，容易出现以下的错误： （1）教材中没有给出明确的定义，不能准确理解生态系统中能量传递效率的含义，不知道是两个同化量的比值。 （2）对老师总结的公式识记不清，或者是记住了公式没有理解公式的准确含义，在做题中不能灵活运用。看到题目往往被题中的条件干扰，不能准确的找出公式中的两个同化量，以至于错用摄入量/同化量，还有的错在下一营养级同化量中包含了人工输入能量等等。 针对这样的认知错误，需要教师的正确引导。在总结补充能量传递效率的计算公式之后，还要讲解公式中两