有關能量流動的疑難剖析

趙德強

在對中學生物教學論壇、生物教學QQ群中調查發現，99%的教師對能量流動的理解存在錯誤和爭議。翻閱各種教學輔導資料，也會發現對能量流動的相關講解和試題也存在錯誤。現對能量流動的錯誤及爭議的形成原因及相應的正確理解進行剖析。

1 對能量流動存在錯誤理解

圖1是生態系統能量流動示意圖，圖中箭頭1是指從生產者流入初級消費的能量。對箭頭1所代表的能量誤認為是同化量，正確的應該是攝入量。

為什么會普遍出現錯誤的理解呢？生態系統能量流動示意圖在各個教材中均有，并且圖示模型完全相同，人教版舊版必修二P89上指出：“被植食性動物攝入體內的能量，有一小部分存在于動物排出的糞便中，其余大部分則被動物體所同化。這樣，能量就從第一營養級流入了第二營養級。”這個描述均認為圖中箭頭1是代表同化量。原來教材的描述在人們頭腦中形成了根深蒂固的觀點，很多教師認為箭頭1是代表同化量。

現在使用的人教版教材對此描述進行了相應改動。圖2是人教版教材《穩態與環境》有關能量流經第二營養級示意圖。既然圖示是“能量流經第二營養級”的過程，那么能量流動就有來源、起點、動向等。能量流經第二營養級的起點應該是圖中“初級消費者攝入”這個方框，而不是“初級消費者同化”這個方框。所以從圖示內容來看，流經第二營養級的能量是攝入量而不是同化量。

人教版教材的相應的文字敘述如下：

“構成植物體的有機物中的能量，一部分隨著殘枝敗葉等被分解者分解而釋放出來；另一部分則被初級消費者攝入體內，這樣，能量就從第一營養級流入第二營養級。能量流入第二營養級后，將發生圖5-6所示的變化”。

仔細閱讀圖示及文字內容，可以得出，流入第二營養級的能量就是初級消費者攝入體內的能量，而不是初級消費者同化量，也就是說流入量就是攝入量。而流入第二營養級的能量去向有三：① 自身呼吸消耗，轉化為其他形式的能量和熱能；② 流向下一營養級；③ 遺體、殘骸、糞便等被分解者分解。

再從重慶2009年高考第5題來分析，流入下一營養級的能量也應該是攝入量。

圖3是某森林生態系統物質和能量流向示意圖，h、i、j、k表示不同用途的有機物（j是未利用部分），方框大小表示使用量。下列敘述正確的是（ ）

A. 進入該生態系統的CO2量與各h產生的CO2總量相等

B. 生產者中i的量大于被初級消費者同化的有機物量

C. 流向分解者的k可被生產者直接吸收利用

D. 流經該生態系統的物質和能量可循環利用

解析：該題的答案是B。此題給出了某森林生態系統物質和能量流向模型，從模型來看，每個營養的物質和能量有4個去向：即h、i、j、k。h表示呼吸消耗量，i表示攝入量，j是未利用部分，k表示分解者分解部分。試題給出的這個模型實際上是教材生態系統能量流動示意圖的一個變式，只是教材生態系統能量流動示意圖是定量不定時分析的結果，而試題的模型實際上是定量定時分析的結果，所以，在模型中是未利用部分。

科學的東西來不得半點的虛假，教材內容的改變是使知識更加科學合理，而教師對改變了的東西卻視而不見，或見到后而不接受，仍然以原來不準確或者不科學的東西傳授給學生，這是不應該的。雖然新舊教材的變化過程中，很多教輔資料題目和講解是按老教材的內容編寫的，但教師不能以教輔資料為準，要以教材為依據。

2 對能量傳遞效率存在合理爭論

能量傳遞效率是相鄰兩個營養級間同化量之比值，還是攝入量之比值存在著不同的觀點。

2.1 不同教材及教參中的觀點

人教版教材及教參認為能量傳遞效率是相鄰兩個營養級間攝入量之比值。能量傳遞效率是通過分析賽達伯格湖的能量流動圖解得出的，圖4是現行人教版教材及教參對賽達伯格湖的能量流動的相關分析。

圖4數字為能量數值，單位是J/（cm2·a）。圖中“未固定”是指未被固定的太陽能，“未利用”是指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。為研究方便起見，這里將肉食性動物作為一個營養級。

將圖4中的數據整理如表1。

從表1可以看出，62.8 J/（cm2·a）是指流入植食性動物能量，前面已經分析了，流入量就是攝入量，也就是說62.8 J/（cm2·a）是指植食性動物攝入量（能量）而不是同化量，表格中的出入比也就是能量傳遞效率就只能是相鄰兩個營養級間攝入量之比值。

北師大版教材認為：從能量流動過程的數量變化特征來看，在食物鏈和食物網中，能量隨著營養級的升高而逐級減少，人們把一個營養級和它的上一個營養級所同化的能量值的比值稱為林德曼效率，并將之視為一個常數（10%～20%）。

2.2 高校教材的不同觀點

筆者在查閱了各種生態學高校教材時發現，對林德曼所研究賽達伯格湖的能量流動圖解中的植食性動物62.8 J/（cm2·a），往往都用了“吃入”或者“吃掉”一詞進行描述，也就是流入下一個營養級的能量是代表的是攝入量，而非同化量。林德曼效率相當于同化效率、生產效率和消費效率的乘積。

Le==××

即林德曼效率=（n+1）營養級攝取的食物/n營養級攝取的食物。

但各種版本的生態學在描述了林德曼定律的本初含義后，往往又指出“也有學者把營養級之間的同化量的比值，即An+1/An視為標準效率”。

3 高考試題中的觀點

2012年安徽高考題：某棄耕地的主要食物鏈由植物→田鼠→鼬構成。生態學家對此食物鏈能量流動進行了研究，結果如表2，單位是J/（hm2·a）。

能量從田鼠傳遞到鼬的效率是___________。

解析：能量從田鼠傳遞到鼬的效率是（2.25×107）÷（7.50×108）=3%。答案3%是按同化量之間的比值來算的。

綜上，有關能量傳遞效率的含義在不同版本的教材中含義是沒有統一的，在高校教材中也有不同的學術觀點。