生態系統中能量流動的巧析巧用

李海彬

【中圖分類號】Q493.8

生態系統的功能之一是能量流動，能量流動沿著食物鏈流動，那么能量沿食物鏈流動時有什么樣特征？根據這些特征，我們如何去計算在某一食物鏈中某一營養級的生物個體固定的能量和物質分別是多少呢？要解決這個問題，我們首先要清楚能量流動的過程。

關于能量流動的過程我們可以用以下的簡圖表示：

從能量流動的過程可以看出能量流動有以下特點：能量流動的起點是太陽能。流經生態系統的總能量是生態系統所有生產者固定的全部太陽能。流經每一營養級的能量除了用于每一營養級生物個體的同化作用和異化作用外，還有一部分能量要流向下一個營養級，另外植物留下的殘枝敗葉和動物的排泄物以及尸體被分解者分解后有一部分能量回到無機自然環境中，當然動物的排泄物也散失了部分能量。總之，每一營養級的生物個體都在消耗能量，流向下一營養級的能量在逐漸減少，而且能量只能從高營養級而向低營養級流動，也就是說能量在生態系統中是單向流動逐級遞減的。既然能量流動是逐級遞減的，那么能量的傳遞效率是多少呢？根據生態學家林曼對天然湖泊 賽達伯格湖的能量流動進行的定量分析，我們知道能量的傳遞效率是10%～20%，也就是說能量在生態系統中最高的傳遞效率是 ，最低的傳遞效率是 。清楚了能量流動的特點以及能量的傳遞效率，關于生態系統中能量的計算也就不是什么難題了。我們看下面 的實例：

例1：在下列這條食物鏈中，牧草 兔 狼 獅，第一營養級的生物 牧草固定100KJ的能量，那么獅子固定的能量最多是多少？最少是多少？

分析：這是一個已知低營養級的生物個體固定的能量求較高營養級的生物個體固定的能量最多是多少、最少是多少的問題，根據能量傳遞效率所包含的意義，求較高營養級的生物個體固定的能量最多是多少。我們就按照最高的傳遞效率 來計算，求較高營養級的生物個體固定的能量最少是多少，我們就按最低的傳遞效率 來計算。先來看這條食物鏈中各營養級的生物個體所處的營養級級別及消費者級別。

假設第一營養級的生物個體 牧草固定的能量為A1，第二營養級、第三營養級、第四營養級的生物個體固定的能量為A2、A3、A4，則根據能量傳遞效率的包含的意義，則有A2最少= A1× ；A3最少= A1× × = A1× ；A4最少= A1× × × = A1× ，不難推導出第n營養級的生物個體固定的能量：An最少= A1× ，同理第n營養級的生物個體固定的能量An最多= A1× ，在這里需要注意的是n代表營養級級別，而不是消費者級別。則：A4最少=100× =0.1（KJ）；A4最多=100× =0.8（KJ）。

例2：在下列這條食物鏈中，牧草 兔 狼 獅，第四營養級的生物個體 獅固定100KJ的能量，則：第一營養級的生物個體 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：這是一個已知較高營養級的生物個體固定的能量，求較低營養級的生物個體固定的能量最少是多少、最多是多少的問題，也就是例1的逆問題。同樣，我們假設第n營養級的生物個體固定的能量為An，則根據對例1的分析以及能量傳遞效率所包含的意義，我們不難推導出An=A1最少× ，則A1最少=An×5n-1，同理A1最多= An×10n-1，則：A1最少=100×54-1=1.25×104（KJ），A1最多=100×104-1=1×105（KJ）

從對例1和例2的分析，我們可清楚知道：如果已知較低營養級的生物個體固定的能量，求較高營養級生物個體固定的能量最少是多少，我們就按最低的傳遞效率 來計算，求較高營養級的生物個體固定的能量最多是多少，就按照最高的傳遞效率 來計算。如果已知較高營養級的生物個體固定的能量，求較低營養級的生物個體固定的能量最少是多少我們就按最高的傳遞效率 來計算，求較低營養級的生物個體固定的能量最多是多少，我們就按最低的傳遞效率 來計算。在這里需要強調的是以上推導出的四個公式：An最少= A1× ；An最多= A1× ，A1最少=An×5n-1；A1最多=An×10n-1，不僅符合能量的問題的計算，也符合物質問題的計算。因為物質循環伴隨著能量流動進行。

總之，能夠很好理解生態系統中能量流動的特點及傳遞效率所包含的意義，對我們處理能量流動的問題提供很多的便捷途徑。endprint