食物链(网)中各营养级生物数量的变化分析与能量流动的相关计算[核心精要]
一、食物链(网)中各营养级生物数量的变化分析
1．处于食物链中第一营养级的生物减少而导致的其他物种数量的变化
在某食物链中，若处于第一营养级的生物减少，则该食物链中的其他生物都将减少。这是因为第一营养级是其他各种生物赖以生存的直接或间接的食物来源。
2．“天敌”减少对被捕食者数量变动的影响
若一条食物链中处于“天敌”地位的生物数量减少，则被捕食者数量会因此而迅速增加。但这种增加并不是无限的，随着数量的增加，种群密度加大，种内斗争势必加剧，再加上没有了天敌的“压力”，被捕食者自身素质(如奔跑速度、警惕灵敏性等)必定下降，会导致流行病蔓延、老弱病残者增多，最终造成密度减小，直至相对稳定。即“天敌”减少，造成被捕食者数量先增加后减少，最后趋向稳定。
3．复杂食物网中某种群数量变化引起的连锁反应分析
(1)在食物网中当某种生物因某种原因而大量减少对另一种生物的影响沿不同的线路分析结果不同时，应以中间环节少的为分析依据。考虑方向和顺序为从高营养级依次到低营养级。
(2)生产者相对稳定，即生产者比消费者稳定得多，所以当某一种群数量发生变化时，一般不需考虑生产者数量的增加或减少。
(3)处于最高营养级的种群有多种食物来源时，若其中一条食物链中断，则该种群可能通过多食其他食物来维持其数量基本不变。
4．同时占有两个营养级的种群数量变化连锁反应分析
食物链中某一种群的数量变化，会导致另一种群的营养级发生连锁性变化，因为能量在食物链(网)中流动时只有10%～20%流到下一个营养级，且能量流动的环节越多损耗越多，所以该类型连锁变化的规律：当a种群的数量变化导致b种群的营养级降低时，则b种群的数量将增加；若导致b种群的营养级升高时，则b种群的数量将减少。
二、能量流动的相关计算
1．设有食物链A→B→C→D，现分情况讨论如下：已知D营养级的能量M，则至少需要A 营养级的能量＝M÷(20%)3；最多需要A营养级的能量＝M÷(10%)3。
已知A营养级的能量N，则D营养级获得的最多能量＝N×(20%)3；最少能量＝N×(10%)3。
2．在食物网中分析，如确定生物量变化的“最多”或“最少”时，还
应遵循以下原则：
(1)食物链越短，最高营养级获得的能量越多。
(2)生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越少，如已知D营养级的能量M，计
算至少需要A营养级的能量时，应取最短食物链A→D，并以20%的效率进行传递，即等于M÷20%；计算最多需要A营养级的能量时，应取最长的食物链A→B→C→D，并以10%的效率进行传递，即等于M÷(10%)3。
3．如果是在食物网中，同一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，且各途径所获得的生物量相等，则按照各单独的食物链进行计算后合并。
[对点训练]
1．如图是一个陆地生态系统食物网的结构模式图，下列叙述中不正确的是
( )
A．在该食物网中，共有5条食物链
B．在该食物网中，H处于3个不同的营养级
C．若B种群中各年龄段的个体数目比例适中，则该种群的密度在一段时间内会明显变大D．在该食物网中，如果C种群的数量下降10%，则H的数量不会发生明显变化
C [在该食物网中，共有5条食物链，A正确；H处于第三、第四、第五3个不同的营养级，B正确；若B种群中各年龄段的个体数目比例适中，则该种群的密度在一段时间内会保持稳定，C错误；在该食物网中，如果C种群的数量下降10%，由于H的食物来源有多种，所以H的数量不会发生明显变化，D正确。]
2．如图表示某生态系统中各种生物成分之间的关系，下列叙述正确的是
( )
A．在这个生态系统中，共有5条具有捕食关系的食物链
B．该生态系统的生物群落是由生产者和消费者组成的
C．如果丁的种群数量急剧减少，在最初的一段时间内，乙的种群数量也可能减少
D．如果该生态系统受到重金属离子的污染，受害最大的将是甲种群
C [在生态系统中分解者没有进入食物链，所以该生态系统共有1条食物链，即甲→乙→丙→丁→戊，A错误；生物群落是由生产者、消费者和分解者构成的，B错误；如果丁的种群数量急剧减少，丙没有了天敌，种群数量会迅速增加，导致被丙捕食的乙种群数量可能减少，C正确；如果该生态系统受到重金属离子的污染，由于重金属离子难以降解，会随着食物链在高营养级的生物体内富集积累，受害最大的种群是戊种群，D错误。]
3．有一食物网如下图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1 kJ的能量，最少消耗丙的能量为( )
A ．550 kJ
B ．500 kJ
C ．400 kJ
D ．100 kJ
A [根据题意，经甲→丙→丁→己→庚食物链传递到庚的能量为0.5 kJ ，则需要丙的能量为0.5÷(10%)3
＝500(kJ)，经甲→丙→戍→庚食物链传递到庚的能量为0.5 kJ ，则需要丙的能量为0.5÷(10%)2＝50(kJ)，即庚增加1 kJ 的能量少需要丙的能量为500＋50＝550(kJ)。]
4．在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自兔子，2/5来自鼠，1/5来自蛇。那么猫头鹰的体重若增加10 g ，最少需要消耗植物( )
A ．300 g
B ．450 g
C ．900 g
D ．1 800 g
B [先将食物网拆分成3条食物链：①植物→兔→猫头鹰；②植物→鼠→猫头鹰；③植物→鼠→蛇→猫头鹰。根据猫头鹰的食物比例可知，增加的10 g 体重中4 g 来自①、4 g 来自②、2 g 来自③，计算最少消耗植物量，则按照能量最大传递效率20%计算，则①需要消耗植物量为4×5×5＝100(g)，②需要消耗植物量为4×5×5＝100(g)，③需要消耗植物量为2×5×5×5＝250(g)。总共需消耗植物量为450 g 。]
5．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，则该生态系统的承载量是原来的( )
A ．1．875倍
B ．1．273倍
C ．1．375倍
D ．0.575
C [解题时应该从C 出发，当食物比例为A ∶B ＝1∶1时，设C 的能量为x ，需要的A 的能量为12x ÷10%＋12
x ÷10%÷10%＝55x 。当食物比例为A∶B＝2∶1时，设C 的能量为y ，需要的A 的能量为23y ÷10%＋13
y ÷10%÷10%＝40y 。由于两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x ＝40y ，则y ＝1．375x 。]
6．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[单位：103kJ/(m 2
·a)]。试回答下列有关问题：
(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·a)。
(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] (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)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＝2.5×103[kJ/(m2·a)]，植食动物从生产者同化的能量为 2.5＋4＋9＋0.5－2＝14×103[kJ/(m2·a)]，该生态系统中生产者固定的总能量为23＋70＋3＋14＝110×103[kJ/(m2·a)]＝1．1×105 kJ/(m2·a)。(3)根据(2)的分析可知，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[(2.1＋5.1＋0.25＋0.05－5)÷(4＋9＋0.5
＋2.5)]×100%≈15.6%。(4)由于能量流动逐级递减以及为了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。
[答案] (1)呼吸作用(有机物中)稳定的化学能(2)1．1×105(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