“生態系統的能量流動”一節的疑難辨析

能量流動是生態系統的重要功能之一，是高考的重點。在本節課中有幾個容易迷惑的地方，筆者根據多年的教學經驗，淺做分析，不足之處，敬請指教：

一、能量傳遞效率是指營養級之間的傳遞效率

自然界中的食物鏈和食物網是物種和物種之間的營養關系，為了使生物之間復雜的營養關系變得更加簡明，以便進行定量的能流分析，生態學家提出了營養級的概念。一個營養級是指處于食物鏈某一環節上的所有生物種的總和，因此營養級之間的關系是指一類生物和處在不同營養層次上另一類生物之間的關系。

高中階段提到的生態系統中的能量傳遞效率10%～20%指的是營養級之間的傳遞效率。因此，如果挑出某生態系統中的一條食物鏈來單獨研究，能量的傳遞效率不一定符合10%～20%；同理，兩個營養級之間的兩個個體中所含的能量也沒有明確的數學關系。

二、食物獲取量、攝入量、同化量、有機物積累量

食物獲取量是指捕食者捕獲到的食物量。攝入量是指生物所攝取的能量。同化量，是指生物體把從外界環境中獲取的營養物質轉變成自身的組成物質，并且儲存能量的變化過程。有機物的積累量是指同化量減去呼吸作用以熱的形式散失的能量。

以一只狼捕獲了一只鹿為例，這一整只鹿就是食物獲取量；狼吃的部分屬于攝入量；攝入的部分又不能全部消化吸收，消化吸收的部分就是同化量（即流入該營養級的能量），未吸收的部分主要是指糞便（屬于上一營養級的能量）。

三、賽達伯格湖中未利用的能量去哪兒了

生態學家對能量流動的調查多見于水生生態系統，因為水生生態系統邊界明確，整個生態系統封閉性較強，與周圍環境的能量交換量小，內環境比較穩定，便于計算能量的輸入量和輸出量。

在教材“賽達伯格湖的能量流動圖解”中，每個營養級的能量去向多了一個，即未利用的能量。對于未利用的能量，課本上給出的解釋是：未被自身呼吸作用消耗，也未被后一個營養級和分解者利用的能量，那么這部分能量到底哪兒去了呢？賽達伯格湖是一個北方典型的泥炭沼澤湖。實際上，在賽達伯格湖中，每年都有大量的動植物有機體沉積到了湖底，經過逐年累積形成了北方泥炭沼澤湖特有的沉積物——泥炭，故未利用的能量實際上是指轉移到了泥炭中的能量。

四、生態金字塔——能量金字塔、數量金字塔、生物量金字塔

生態金字塔是指各個營養級之間的數量關系，這種數量關系可采用能量單位、個體數量單位和生物量單位，采用這些單位所構成的生態金字塔就分別稱為能量金字塔、數量金字塔和生物量金字塔。

能量金字塔是利用各營養級的同化量來構成的生態金字塔。能量從一個營養級到另一個營養級的流動是逐漸減少的，因而能量金字塔是下寬上窄的正錐體，不可能出現倒轉的情況。

數量金字塔是C.S.Elton在1927年首先提出來的。通常情況下，沿著食物鏈的方向，各個環節上的生物數量逐漸減少，因此數量金字塔一般也是下寬上窄的正錐體。數量金字塔可能出現倒錐形，例如一顆大樹上生活著數量眾多的植食性昆蟲，就表現為明顯的上寬下窄的倒金字塔形。因此，數量金字塔的缺點是它忽視了生物的重量因素，如一頭大象和一只昆蟲，生物數量都是1，但是它們的重量卻差別太大，難以類比。

生物量金字塔以生物組織的干重表示每一營養級中生物的總重量。從低營養級到高營養級，生物的生物量通常是逐漸減少的，因此生物量金字塔一般也是上寬下窄的正錐體。生物量金字塔也可能出現倒錐形，如在湖泊和開闊海洋中，微小的單細胞藻類是主要的初級生產者，這些微型藻類世代歷期短、繁殖迅速，只能積累很少的有機物質，并且浮游動物對它們的取食強度大，因此，常表現為一個倒錐形的生物量金字塔。

五、有關能量流動的計算

能量流動的計算是高考常考的考點之一，以下題為例：

為緩解人口增長帶來的世界性糧食緊張狀況，人類可以適當改變膳食結構。若將（草食）動物性與植物性食物的比例由1：1調整為1：4，地球可供養的人口數量是原來的 倍。（能量傳遞效率按10%計算，結果精確到小數點后兩位數字）

解題：第一步：畫出食物鏈（網）：

第二步：尋找切入點：

本題中有兩個條件，一是植物的總量不變，二是人改變了膳食結構，我們應該沿著食物鏈從前向后分析還是從后向前分析呢？如果從前向后分析，我們不知道植物的總能量中有多少比例直接流向了人，有多少比例直接流向了草食性動物，所以應該是從后向前分析。注意：此題的關鍵在于求出人改變膳食結構前后所需要的植物的變化量。

第三步：計算：

設人的能量為a，求需要的植物的量。調整前：a×1/2÷10%+a×1/2÷10%÷10%=55a；調整后：a×4/5÷10%+a×1/5÷10%÷10%=28a，所以供養人所需的植物的量變為原來的28a÷55a，而植物的總量不變，所以這些植物可供養的人變為原來的55a÷28a≈1.96。

（作者單位：山東省濰坊中學）