例析食物网中不同比例能量传递的计算

赵汗漫

【摘要】生态系统能量流动的渠道是食物链和食物网，食物网是由许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构。在食物网中高营养级生物可以从不同食物链获取能量，当不同食物链提供不同比例时，相关的能量计算错综复杂，解答时易于出错且不易理解。为了全面把握相关内容，现将常见类型归纳为以下几种情况。

【关键词】食物链 食物网 能量传递效率

一、食物链不同取食比例不同

计算某一营养级生物从食物网中不同食物链按不同比例获取能量，应以食物链为基础，按照从不同食物链获得的食物比例分别计算，再将各条食物链中的能量值相加。

例1：由于“赤潮”的影响，一条4Kg重的杂食性海洋鱼死亡，假如该杂食性海洋鱼的食物有1/2来自植物，1/4来自草食鱼类，1/4来自以草食鱼类为食的小型肉食鱼类，按能量流动效率20%计算，该杂食性鱼从出生到死亡，共需海洋植物（ ）。

A.160㎏ B.120㎏ C.60㎏ D.100㎏

解析：依题意，各生物之间的食物网如下：

从食物网可看出，杂食鱼的食物来自三条食物链，分别是：（1）植物→杂食鱼;（2）植物→草食鱼类→杂食鱼;（3）植物→草食鱼类→小型肉食鱼类→杂食鱼。

按能量传递效率以20%计算，根据题干中食物比例可推知，4kg重的杂食鱼中，有4×1/2=2kg的生物量来自植物，据第（1）条食物链计算实际消耗植物的量为2÷20%=10kg;有4×1/4=1kg的生物量来自草食鱼类，据第（2）条食物链计算实际消耗的量为1÷20%÷20%=25kg;有4×1/4=1kg的生物量来自小型肉食鱼类，据第（3）条食物链计算实际消耗植物的量为1÷20%÷20%÷20%=125kg。综上共消耗植物的量为10+25+125=160kg。

答案：A

变式1.已知在如下图所示的食物网中，C生物同化的总能量为a，其中A生物直接供给C生物的比例为x，则按最低的能量传递效率计算，需要A生物的总能量（y）与x的函数关系式为____________。

答案：y=100a-90ax。

提示：由食物网可知，C从A→C和A→B→C两条食物链获得能量，从A直接获得能量情况是：已知C从A直接获得的比例为x，则直接获得的能量为ax，按最低的能量传递效率10%计算，需要消耗A的能量为ax÷10%=10ax;从A经B传递间接获得能量情况是：从A经B传递间接获得的比例为（1-x），则间接获得的能量为（1-x）a，按最低的能量传递效率10%计算，需要消耗A的能量为（1-x）a÷10%÷10%=100（1-x）a。那么消耗A的总能量y=10ax+100（1-x）a=100a-90ax。

二、不同食物链取食比例改变

某一生物从食物网中不同食物链获取能量，当改变不同食物链取食比例，该营养级生物获取的能量也发生改变。计算时要弄清楚改变不同食物链取食比例前后的变化，应以食物链为基础，逐一计算出不同取食比例情况下的能量，再将结果进行比较。

例2.某生态系统中存在如图所示的食物网，如将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.1.875倍 B.1.375倍 C.1.273倍 D.0.575倍

解析：由食物网可知，生物C从两条食物链获得能量，即A→C和A→B→C。当C的食物比例A：B=1：1时，设该生态系统能承载C的数量为a，每一个个体能量为x，按10%传递效率推理可知，需要A的量是1/2ax÷10%+1/2ax÷10%÷10%=55ax;当C的食物比例A：B=2：1时，设该生态系统能承载C的数量为b，每一个个体能量仍为x，按10%传递效率推理得出，需要A的量是2/3bx÷10%+1/3bx÷10%÷10%=40bx，由于生产者没有改变，所以流向该生态系统的总能量改变前后没有变化，则55ax=40bx，b/a=55/40=1.375。

答案：B

变式2.下图是某草原生态系统中部分营养结构。请据图回答：

（1）若草固定的总能量为6.8×109kJ，食草昆虫和鼠同化的总能量是1.3×108kJ，则人最多能获得能量kg。

（2）若蛇取食鼠的比例由1/4调整到3/4，能量传递效率按20%计算，从理论上分析，改变取食比例后蛇体重增加lkg，人能比原来多增重kg。

答案：（1）2.46×108 （2）2

提示：（1）在该生态系统中，要使人获得能量最多，能量传递效率应为20%，草固定的总能量为6.8×109kg，羊、食草昆虫和鼠都以草为食属于同一营养级生物，它们从A中获得的能量最多是6.8×108×20%=13.6×108，其中食草昆虫和鼠同化的总能量是1.3×108kg，羊从中获得的能量为13.6×108-1.3×108=12.3×108kg。能量再由羊流入到人，人最多能获得能量12.3×108×20%=2.46×108kg。（2）改变食物比例前蛇增重1kg，消耗草为3/4÷20%÷20%÷20%+1/4÷20%÷20%=100kg;改变食物比例后蛇增重1kg，消耗草为1/4÷20%÷20%÷20%+3/4÷20%÷20%=50kg。改变食物比例后节余的草量为：100-50=50kg，这50kg节余的草中的能量经羊流入到人，使人能比原来多增重：50×20%×20%=2kg。

三、相邻营养级生物传递相同

当某一营养级的生物从前一营养级的不同生物处获得的能量相等时。能量计算应以食物链为基础，按照营养级逐级分别进行，再将所得值相加。

例3.在如下图所示的食物网中，已知各营养级之间的能量转化效率为10%，若一种生物摄食两种上一营养级的生物时，两种被摄食的生物量相等，则丁每增加10kg生物量，需消耗生产者________kg。

解析：由食物网可知，与丁食物来源相关的食物链有三条：戊→庚→丁→丙，戊→甲→丁→丙，戊→己→甲→丁→丙。丁以甲和庚为食，则按能量传递效率10%计算，且一种生物摄食两种上一营养级的生物时，两种被摄食的生物量相等，则各需甲、庚10kg÷10%÷2=50kg。庚要增长50kg则需戊50kg÷10%=500kg。甲摄食己和戊使之增长50kg，则各需己和戊50kg÷10%÷2=250kg。己要增长250kg则需摄食戊250kg÷10%=2500kg。共需戊：500+2500+250=3250kg。

答案：3250

變式3.下图食物网中，假设每个营养级的生物从前一营养级的不同生物处获得的能量相等。则人的体重每增加1Kg，至少需要消耗水藻Kg。

答案：975

提示：由题意可知，人从大鱼和小鱼处获得的能量是相等的，小鱼从虾和水藻处获得的能量是相等的。

总之，要解决好食物网中不同比例能量传递的计算，应该依据相关食物链确定好比例和能量流动效率，分别进行计算才是解决这类问题的最佳办法。

参考文献：

[1]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书：生物必修3稳态与环境[M].北京：人民教育出版社，2007.