生态系统中能量流动的巧析巧用

李海彬

【中图分类号】Q493.8

生态系统的功能之一是能量流动，能量流动沿着食物链流动，那么能量沿食物链流动时有什么样特征？根据这些特征，我们如何去计算在某一食物链中某一营养级的生物个体固定的能量和物质分别是多少呢？要解决这个问题，我们首先要清楚能量流动的过程。

关于能量流动的过程我们可以用以下的简图表示：

从能量流动的过程可以看出能量流动有以下特点：能量流动的起点是太阳能。流经生态系统的总能量是生态系统所有生产者固定的全部太阳能。流经每一营养级的能量除了用于每一营养级生物个体的同化作用和异化作用外，还有一部分能量要流向下一个营养级，另外植物留下的残枝败叶和动物的排泄物以及尸体被分解者分解后有一部分能量回到无机自然环境中，当然动物的排泄物也散失了部分能量。总之，每一营养级的生物个体都在消耗能量，流向下一营养级的能量在逐渐减少，而且能量只能从高营养级而向低营养级流动，也就是说能量在生态系统中是单向流动逐级递减的。既然能量流动是逐级递减的，那么能量的传递效率是多少呢？根据生态学家林曼对天然湖泊 赛达伯格湖的能量流动进行的定量分析，我们知道能量的传递效率是10%～20%，也就是说能量在生态系统中最高的传递效率是 ，最低的传递效率是 。清楚了能量流动的特点以及能量的传递效率，关于生态系统中能量的计算也就不是什么难题了。我们看下面 的实例：

例1：在下列这条食物链中，牧草 兔 狼 狮，第一营养级的生物 牧草固定100KJ的能量，那么狮子固定的能量最多是多少？最少是多少？

分析：这是一个已知低营养级的生物个体固定的能量求较高营养级的生物个体固定的能量最多是多少、最少是多少的问题，根据能量传递效率所包含的意义，求较高营养级的生物个体固定的能量最多是多少。我们就按照最高的传递效率 来计算，求较高营养级的生物个体固定的能量最少是多少，我们就按最低的传递效率 来计算。先来看这条食物链中各营养级的生物个体所处的营养级级别及消费者级别。

假设第一营养级的生物个体 牧草固定的能量为A1，第二营养级、第三营养级、第四营养级的生物个体固定的能量为A2、A3、A4，则根据能量传递效率的包含的意义，则有A2最少= A1× ；A3最少= A1× × = A1× ；A4最少= A1× × × = A1× ，不难推导出第n营养级的生物个体固定的能量：An最少= A1× ，同理第n营养级的生物个体固定的能量An最多= A1× ，在這里需要注意的是n代表营养级级别，而不是消费者级别。则：A4最少=100× =0.1（KJ）；A4最多=100× =0.8（KJ）。

例2：在下列这条食物链中，牧草 兔 狼 狮，第四营养级的生物个体 狮固定100KJ的能量，则：第一营养级的生物个体 牧草最少要固定多少千焦的能量？最多要固定多少千焦的能量？

分析：这是一个已知较高营养级的生物个体固定的能量，求较低营养级的生物个体固定的能量最少是多少、最多是多少的问题，也就是例1的逆问题。同样，我们假设第n营养级的生物个体固定的能量为An，则根据对例1的分析以及能量传递效率所包含的意义，我们不难推导出An=A1最少× ，则A1最少=An×5n-1，同理A1最多= An×10n-1，则：A1最少=100×54-1=1.25×104（KJ），A1最多=100×104-1=1×105（KJ）

从对例1和例2的分析，我们可清楚知道：如果已知较低营养级的生物个体固定的能量，求较高营养级生物个体固定的能量最少是多少，我们就按最低的传递效率 来计算，求较高营养级的生物个体固定的能量最多是多少，就按照最高的传递效率 来计算。如果已知较高营养级的生物个体固定的能量，求较低营养级的生物个体固定的能量最少是多少我们就按最高的传递效率 来计算，求较低营养级的生物个体固定的能量最多是多少，我们就按最低的传递效率 来计算。在这里需要强调的是以上推导出的四个公式：An最少= A1× ；An最多= A1× ，A1最少=An×5n-1；A1最多=An×10n-1，不仅符合能量的问题的计算，也符合物质问题的计算。因为物质循环伴随着能量流动进行。

总之，能够很好理解生态系统中能量流动的特点及传递效率所包含的意义，对我们处理能量流动的问题提供很多的便捷途径。endprint