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问题的提出:最近在微信私信交流过程中碰到同样的一道模拟试题,答案都是C,结论是完全相反的(如下所示)。试题1认为,秸秆青贮处理作为牛羊等的饲料, 能提高能量传递效率;试题2认为,秸秆青贮处理作为牛羊等的饲料,不能提高能量传递效率,只是提高能量利用率。
试题1:(2022年南通四模)秸秆的合理回收、利用具有重要的生态价值,相关叙述错误的是( C )
A.秸秆放入沼气池中发酵生产沼气,可提高能量的利用率
B.秸秆还田为土壤微生物提供物质和能量,并可改善土壤结构
C.秸秆青贮处理作为牛羊等的饲料, 不能提高能量传递效率
D.秸秆作为培养基培育菌菇类食品,可使秸秆中能量更多的流向人类
试题2:(2024年辽宁抚顺高三模拟)秸秆的合理回收、利用具有重要的生态价值, 相关叙述错误的是( C )
A. 秸秆放入沼气池中发酵生产沼气,可提高能量的利用率
B. 秸秆还田为土壤微生物提供物质和能量,并可改善土壤结构
C. 秸秆青贮处理作为牛羊等的饲料,能提高能量传递效率
D. 秸秆作为培养基培育菌菇类食品,可使秸秆中能量更多的流向人类
上述两个试题A、B、D都是正确表述,是教材中比较重视强调的内容,如果把B改为“秸秆还田为农作物提供物质和能量,并可改善土壤结构”是错误的,因为农作物无法利用秸秆中的能量。对C答案“能提高能量传递效率 ”的解释“经微生物发酵作用的秸秆能量不能再流回食物链和食物网中,所以能量传递效率不变”。
究其原因,主要是两个方面的问题,一是秸秆青贮处理作为牛羊等的饲料,起到什么作用?二是提高能量传递效率和能量利用率的含义。下面我来谈一谈个人看法。
一、秸秆青贮或氨化处理作为牛羊等的饲料
原文来源:选择性必修2《生物与环境》第4章第3节《生态工程》,P104~105,农村综合发展型生态工程(北京郊区沼气工程案例)配套文字注释。
教材正文配图 “压制、储存青贮玉米”,并附带两段官方定义原文:
青贮:在玉米等作物没有完全成熟时,将果穗和秸秆一起收获切碎,通过厌氧发酵成为牛羊的青饲料。
氨化:利用氨水或氮素化肥处理稻麦秸秆,使之软化适口,提高其作为饲料的营养价值。
课本只简单介绍两种秸秆饲料化利用的方式,不展开青贮的乳酸菌发酵、氨化的化学碱化反应、水分控制、密封步骤等实操细节。完整原理、优缺点、区分对比属于课堂拓展。
1.秸秆青贮保鲜的生物学原理
将新鲜秸秆切碎压实密封,隔绝氧气创造无氧环境;秸秆上附着的乳酸菌利用秸秆中的可溶性糖进行无氧呼吸产生乳酸,乳酸积累降低pH,抑制腐败微生物繁殖,从而长期保存秸秆营养,作为牲畜饲料。
乳酸还能弱化半纤维素与木质素之间的酯键、氢键,破坏秸秆细胞壁致密交联结构;纤维束膨胀、出现裂缝孔洞,质地变软多汁,不再像干秸秆那样坚硬难嚼。乳酸溶胀疏松纤维后,牛羊瘤胃里的瘤胃微生物更容易接触纤维表面,瘤胃纤维素酶的水解效率大幅提升。另外,青贮无氧环境锁住可溶性糖、蛋白,不像晒干秸秆那样持续有氧呼吸消耗营养,营养保留完整。最终的结果是消化吸收率更高,即同化量增加。
顺便说一说,现在已经出现人工添加乳酸菌+纤维素酶/复合菌剂的青贮,但人教版高中生物教材只介绍基础自然青贮,不涉及人工酶添加工艺,考试答题只需要按 “自然青贮” 作答。
2.秸秆氨化的生物学原理
氨化利用氨的碱性作用破坏木质素屏障,同时补充氮源,专门处理干枯秸秆(青贮只适用于新鲜青绿秸秆)。
和青贮关键区别:青贮只有乳酸弱酸软化,几乎不打断木质素连接;氨化是强碱化学裂解,纤维改造程度更强。
氨源分解产生的氨气溶于水显碱性,打断秸秆木质素与纤维素、半纤维素的化学键,疏松纤维结构,利于牛羊瘤胃微生物分泌的纤维素酶水解粗纤维。
氨气与秸秆有机物反应生成铵盐(非蛋白氮),牛羊瘤胃微生物可利用铵盐作为氮源,结合秸秆糖类合成菌体蛋白,提升秸秆可利用蛋白含量。
氨气抑制腐败微生物繁殖,秸秆长期保存,最终牛羊从秸秆同化的有机物增多,提高能量利用率。
二、能量的传递效率和能量的利用率
关于能量的传递效率和能量利用率比较,我在编写选择性必修《疑难知识解惑》第224页有阐述。
能量传递效率公式:
分母是生产者固定的全部能量,包含腐烂、未利用、燃烧的部分;
青贮或氨化处理秸秆只是把秸秆处理后强制投喂牛羊,生产者总同化量没有增加,牛羊由于消化同化总量提升,因此应该是提高了能量传递效率。
那么,秸秆青贮或氨化饲喂牛羊,为何能提高能量利用率?
能量利用率:人类实际利用到的能量÷生产者(农作物、秸秆)固定的全部太阳能,代表人类对生态系统生产者总能量的利用程度。
农田秸秆若自然腐烂或焚烧,大量能量会散失浪费;青贮处理可将全部秸秆转化为牛羊饲料,原本流向分解者、直接散失的能量被牛羊同化,人类可通过牛羊肉、牛奶获取更多来自秸秆的能量,实现能量多级利用,因此提高了人类对生产者固定能量的利用率。
综上所述,个人认为,青贮或氨化处理秸秆后作为牛羊饲料,从不同的角度去看,既提高了能量的传递效率,也提高了能量利用率。试题2惯性的认为,能量的传递效率不能提高,忽视了秸秆青贮或氨化处理的生物学原理。从这个事例可见,能量的传递效率和能量的利用率含义不同,但有时人工处理后两者都可以提高,有时两者不冲突。(以上是我的个人观点,供参考,不当之处,请留言发表观点)