Question

4．研究人員對我國某海區生態系統的能量流動情況進行調查，得到下表所示的結果：

營養級	未利用量（t•km-2•a-1）	流向分解者的量（t•km-2•a-1）	呼吸量（t•km-2•a-1）	同化量（t•km-2•a-1）
Ⅵ	0.109	0.044	0.099	0.252
Ⅴ	0.167	0.438	1.139	1.996
Ⅳ	1.401	5.284	14.027	22.708
Ⅲ	5.298	51.067	127.094	206.167
Ⅱ	2.429	998.723	1885.231	3092.550
Ⅰ	3227.684	3393.045	4003.303	13716.582

（1）比較表格中各營養級同化量的數值，可以驗證生態系統能量流動逐級遞減的特點．
（2）該海區輸入的總能量是t•km^-2•a，其與總吸呼量的比值約為 2，這說明該生態系統成熟比較低，系統的穩定性較弱；如果停止捕撈等干擾，隨著群落演替的進行，該比值將逐漸趨近于1．
（3）研究人員將該海區某種大型底棲藻類切割成大小相同的小段，用兩種不同的方法對其光合作用生產力進行了研究．
①方法1：O₂ 法．將含有藻段的水樣分別置于不透光的黑瓶和透光的白瓶中，測定初始溶氧量W0 后將兩瓶置于水底，0.5h 后再次測定溶氧量W黑和W白．這段時間藻段光合作用制造的氧氣量為W白-W黑．
②方法2：¹⁴C 法．將含有藻段的水樣分別置于不透光的黑瓶和透光的白瓶中，瓶中加入一定量NaH¹⁴CO₃，在水底放置0.5h 后，向水樣中加入80% 的熱乙醇以終止光合作用．反復沖洗藻段除去附和的NaH¹⁴CO₃，然后分別測定黑瓶和白瓶中藻段的放射性強度C_黑和C_白，根據“C_白-C_黑”即可換算出這段時間藻段光合作用固定的 CO₂量．C黑代表的是藻段吸收但未固定的¹⁴CO₂造成的放射性強度．
③O₂法測得的藻段制造的O₂摩爾量大于同一時間14C 法測得的藻段固定的CO₂摩爾量，不考慮測量誤差，造成這種現象的原因可能是b、d（從下列選項中選擇代號填寫）
a．水樣中含有的微生物的呼吸作用干擾了 O₂法的測定結果
b．藻段實驗過程中生成的有機物除了糖類之外還可能有脂肪
c．藻段在光下的呼吸作用速率大于在暗中的呼吸作用速率
d．部分含¹⁴ C 有機物已參與呼吸作用導致¹⁴C 法測得CO₂固定值偏小．

Answer 1

分析 能量流動指生態系統中能量輸入、傳遞、轉化和喪失的過程．
能量流動是生態系統的重要功能，在生態系統中，生物與環境，生物與生物間的密切聯系，可以通過能量流動來實現．能量流動兩大特點：單向流動，逐級遞減．

解答 解：（1）食物鏈中能量從一個營養級流向下一營養級，是指同化量而言的．從表中來看從第Ⅰ營養級到第Ⅵ營養級同化量在減少，所以可以驗證生態系統能量流動逐級遞減的特點．
（2）輸入生態系統的總能量是生產者固定太陽能的總量，生產者一定是第一營養級，所以需要從表中找到第Ⅰ營養級的同化量（13716.582）即可．由于各個營養級的總呼吸量就是從生態系統流出的能量，所以根據題中信息可得總輸入量/總輸出量=2，也就是說輸入大于輸出，所以該生態系統所具有的總能量在不斷增加，該生態系統的成熟度較低，系統的穩定性較弱．如果停止捕撈等干擾，隨著群落演替的進行，最終會達到頂級群落，此時能量的輸入和輸出基本相同，即總輸入量/總輸出量=1．
（3）①黑瓶中可得出，呼吸消耗的氧氣量為W0-W黑；白瓶中可得出，藻段向外釋放的氧氣量（凈光合作用）為W白-W0；所以光合作用實際制造的氧氣量為兩者相加：W白-W黑．
②¹⁴C法來測定時，光合作用0.5h 后，加入熱乙醇的作用是為了迅速將藻段細胞殺死，終止光合作用，防止在后續測定放射性強度時，細胞仍然在吸收¹⁴CO₂．黑暗條件下應該是不進行光合作用的，不應該測定放射性，但實驗中藻段也有可能從溶液中獲得少量的¹⁴CO₂，而這些¹⁴CO₂并非是光合吸收的．所以用C 白-C 黑可以排除藻段因非光合因素吸收的¹⁴CO₂對放射性檢測的影響．
③由于脂肪比糖類中氧含量低，所以如果在合成的有機物中有脂肪，釋放的氧氣量會更多，所以b 符合題意；如果已合成的含¹⁴C的有機物參與有氧呼吸，會再次以¹⁴CO₂形式釋放出去，進而導致測得的固定的¹⁴CO2 偏低，所以d也符合題意．如果微生物呼吸作用干擾了O₂測定，會使測定的光合放氧量偏低，不合題意；如果藻段在光下的呼吸速率大于在黑暗條件下的呼吸速率會使W白偏小，也會使W黑偏大，進而會使測出的光合放氧量偏低，不合題意．
故答案為：
（1）同化量 逐級遞減
（2）13716.582 低 弱 演替
（3）①W白-W黑
②終止光合作用 藻段吸收但未固定的¹⁴CO₂
③b、d

點評 本題結合生態系統的能量流動情況表格，考查了光合作用、生態系統的功能和穩定性以及群落演替等有關知識，要求考生能夠識記能量流動過程中的總能量、流動特點等，能夠根據實驗中的數據確定光合作用總量，再結合所學知識解題．