# 能量流动、食物链、食物网与生态金字塔

> 生物 · CIE IGCSE
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0610-u14-energy-flow-food-chains-food/

本指南涵盖CIE IGCSE生物0610考纲要求的生态系统能量流动、食物链与食物网构建、生态金字塔解读相关内容，包含所有核心卷与拓展卷要求的知识点。

**先修:** [生态系统基础结构与生物分类的相关知识](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0610-u14-ecosystem-basics/)

## 学习目标

- 描述能量如何进入陆地与水生生态系统，并在其中流动
- 构建并解读食物链与食物网，正确识别各营养级
- 解释营养级之间能量传递效率约为10%的原因，列出能量损耗的来源
- 解读并绘制数量金字塔、生物量金字塔与能量金字塔，区分三类金字塔的标准形态
- 针对拓展类考题，计算营养级之间的能量传递百分比

## 生态系统中的能量流动（核心内容）

**能量流动** — 生态系统中能量从一个生物体单向传递到下一个生物体的过程，起始于生产者通过光合作用吸收的太阳光能。

只有约1%到达地球表面的太阳光能会被生产者捕获。这些能量转化为储存在葡萄糖和其他有机分子中的化学能，之后生物在取食其他生物时，能量就会在不同生物之间传递。

**例题:** 说明草原生态系统的原始能量来源，并写出生产者捕获该能量所使用的过程。

1. 1. 识别原始能量来源：来自太阳的光能（生产者仅负责捕获能量，并非能量来源）。
2. 2. 写出能量捕获过程：光合作用，该过程将光能转化为储存在有机分子中的化学能。

> **考试提示:** 在核心内容考题中回答标准生态系统的原始能量来源时，务必写太阳才能拿到全分；仅写生产者的答案会被判定为错误。

## 食物链与食物网（核心内容）

**食物链** — 展示能量在不同生物体之间传递的线性序列，始终以位于第一营养级的生产者作为起点。

*记法:* Producer → Primary Consumer → Secondary Consumer → Tertiary Consumer

*例:* 草 → 蚱蜢 → 青蛙 → 鹰

食物网是由相互连接的食物链构成的网络，展示了生态系统中所有可能的取食关系，相比孤立的食物链，它能更准确地反映现实世界的取食模式。

> **tip**
>
> 食物链和食物网中的箭头始终指向能量流动的方向，从被取食的生物指向取食它的生物。

**例题:** 针对食物链：藻类 → 浮游动物 → 小鱼 → 苍鹭，识别其中的次级消费者并说明其营养级。

1. 1. 按顺序列出营养级：第1级 = 藻类（生产者），第2级 = 浮游动物（初级消费者），第3级 = 小鱼（次级消费者），第4级 = 苍鹭（三级消费者）。
2. 2. 次级消费者是小鱼，占据第三营养级。

## 能量传递效率（仅拓展内容要求）

连续两个营养级之间约有90%的能量会损失，因此只有约10%的能量能够传递到下一个营养级。能量会通过呼吸作用以热量形式散失，也会随代谢废物（粪便、尿液）和未被取食的身体部分（例如骨骼、木本植物茎）流失。要计算能量传递的百分比，请使用以下公式：

$$\text{Percentage energy transfer} = \frac{\text{Energy in higher trophic level}}{\text{Energy in lower trophic level}} \times 100$$

**例题:** 若草原生态系统中草（生产者）储存了25000 kJ的能量，计算食物链「草 → 兔 → 狐 → 鹰」中可供三级消费者利用的能量值。

1. 1. 计算初级消费者（兔）营养级的能量：25000 kJ的10% = 2500 kJ。
2. 2. 计算次级消费者（狐）营养级的能量：2500 kJ的10% = 250 kJ。
3. 3. 计算三级消费者（鹰）营养级的能量：250 kJ的10% = 25 kJ。
4. 4. 最终答案：鹰种群可获得的能量为25 kJ。

> **考试提示:** 考试题目中可能给出实际能量值而非默认的10%传递规则，请始终使用题目提供的数值计算传递效率以获得全分。

## 生态金字塔（核心+拓展内容）

**生态金字塔** — 用于表示生态系统中各营养级的能量、生物量或生物个体相对数量的示意图。

| 金字塔类型 | 层级要求 | 主要形状特征 |
| --- | --- | --- |
| 数量金字塔 | 核心 | 可以不规则/倒置（例如一棵大树可支撑数千只昆虫） |
| 生物量金字塔 | 核心 | 几乎始终为正立形态，水生生态系统是极少数例外情况 |
| 能量金字塔 | 拓展 | 始终完全正立，单位为kJ/m²/年 |

**例题:** 解释为什么能量金字塔永远不可能倒置，但数量金字塔可以倒置。

1. 1. 能量在营养级之间始终会发生损耗，因此较高营养级的总能量永远不可能超过其下方营养级的总能量，因此能量金字塔始终为正立形态。
2. 2. 数量金字塔统计的是生物个体的数量，单个大型生产者（例如一棵橡树）可以支撑数百个初级消费者个体（毛毛虫），使得第一营养级的柱形短于第二营养级，金字塔因此倒置。

> **考试提示:** 如果考试要求你绘制生态金字塔，请务必清晰标注每个营养级，并写明你所绘制的金字塔类型对应的单位。

## 常见错误

- **错误做法:** 绘制食物链时将箭头从捕食者指向猎物
  - 原因: 箭头代表能量流动的方向，而非捕食动作的方向。
  - 正确做法: 始终将箭头从被捕食的生物指向取食它的生物。
- **错误做法:** 声称生产者是生态系统的最初能量来源
  - 原因: 生产者仅捕获来自太阳的光能，太阳才是几乎所有生态系统的最终初始能量来源。
  - 正确做法: 所有常规生态系统相关考题中，都要明确指出太阳是初始能量来源。
- **错误做法:** 假设所有生态金字塔始终为正立形态
  - 原因: 数量金字塔和生物量金字塔在特定场景下可以呈倒置形态，该笼统表述是错误的。
  - 正确做法: 仅说明能量金字塔始终为正立形态，同时注明数量金字塔和生物量金字塔可能存在例外情况。
- **错误做法:** 计算能量传递时，将高营养级的数值乘以10%来推导低营养级的能量值
  - 原因: 能量随营养级升高而递减，因此你始终需要将低营养级的能量值乘以0.1来得到高一级营养级的能量值。
  - 正确做法: 做拓展类考题时，使用能量传递百分比公式交叉核验你的计算结果。
- **错误做法:** 将初级消费者算作第一营养级
  - 原因: 生产者始终是第一营养级，因此初级消费者占据第二营养级，次级消费者占据第三营养级，以此类推。
  - 正确做法: 计数营养级时始终从作为第一级的生产者开始，每向上一级消费者就加1。

## 速查表

| 概念 | 核心要点 | 考试答题提示 |
| --- | --- | --- |
| 初始能量来源 | 太阳，1%的能量被生产者捕获 | 当题目问及能量来源时，首先回答太阳 |
| 食物链箭头 | 指向能量流动的方向 | 箭头从猎物指向捕食者，永远不要画反 |
| 能量传递 | 约10%在营养级之间传递，90%的能量损耗 | 拓展类考题未给出数值时可直接使用10%规则 |
| 能量金字塔 | 始终正立，单位为kJ/m²/年 | 永远不要声称能量金字塔可以倒置 |
| 营养级 | 1=生产者，2=初级消费者，3=次级消费者，4=三级消费者 | 从生产者开始计数营养级，不要从消费者开始 |

## 下一步

在你掌握了能量流动、食物链、食物网与生态金字塔的相关内容后，就可以继续学习CIE IGCSE生物0610「生物及其环境」单元的下一个核心知识点：物质循环与人类活动对生态系统的影响。练习根据给定的生物列表构建食物网、计算能量传递效率（拓展卷要求）、解读金字塔图表来完成考试风格的题目，这些都是核心卷和拓展卷中分值较高的高频考点。请确保你能清晰解释营养级之间能量损耗的原因，以便在拓展问答题中拿到全部分数。

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