科學·前沿：全球數據重新檢驗生態學“1/10定律”

導語

能量沿食物鏈每傳遞一級僅留存約10%，是生態學領域傳播最廣的經典經驗法則之一。自1942年生態學家Lindeman基于淡水湖泊食物網研究提出該規律以來，“1/10定律” 被寫入全球絕大多數生態學教材，成為支撐生態系統模型構建、漁業資源承載力評估、頂級捕食者保護策略制定乃至農牧業生產效率測算的核心基礎參數。然而八十余年間，學界始終缺乏覆蓋全球所有主要生態系統類型的大規模實證檢驗，這一經驗法則的真實普適性、跨系統分異規律與內在驅動機制長期懸而未決。2026年7月3日發表于《Science Advances》的研究成果，通過覆蓋全球 122 項實測研究的元分析，首次系統量化了海洋、淡水、陸地三大類生態系統的營養級傳遞效率，全面修正了沿用數十年的經典認知。

關鍵詞：營養級傳遞效率（Trophic Transfer Efficiency, TTE），1/10定律，元分析（Meta-analysis），食物網能量流動，生態化學計量學，全球變化生態學

王璇丨作者

趙思怡丨審校

論文題目：Global synthesis reveals systematic variation in trophic transfer efficiency across and within ecosystems 論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg4002 發表時間：2026年7月3日 論文來源：Science Advances

一個沿用了半個世紀的生態學規律，

被全球數據重新檢驗

1942年，生態學家林德曼（Raymond Lindeman）在研究湖泊生態系統時提出營養級動態理論，發現能量從一個營養級傳遞到下一個營養級時，大約只有10%能夠被保留下來，這一經驗規律后來被概括為“1/10定律”，并長期用于解釋食物鏈長度、營養級金字塔以及生態系統模型。

然而，10%并不是一個嚴格的自然常數。能量沿食物鏈傳遞需要經歷攝食、同化和生產等多個過程：消費者攝入的資源只有部分能夠被吸收，而吸收后的能量又有大量用于呼吸和代謝，最終只有少量轉化為新的生物量。因此，資源質量、消費者生理特征以及環境條件都可能改變能量傳遞效率。

過去幾十年，生態學研究大量依賴模型估算TTE，但全球尺度的實測數據一直不足。不同生態系統之間是否存在系統性差異？溫度和生物特征如何影響能量傳遞？1/10定律究竟是否適用于全球生態系統？這些問題一直缺少統一答案。這項研究整合了全球生態系統數據，對這一經典規律進行重新評估。

全球數據揭示，

真實能量傳遞效率遠低于10%

為了重新測量生態系統中的能量流動，研究團隊開展了一項全球尺度綜合分析。研究者從已有生態學研究中篩選出122項實證研究，共獲得2052組TTE數據，覆蓋海洋、淡水和陸地生態系統。研究同時分析了兩類傳遞效率：能量傳遞效率（energy transfer efficiency, TTEe）和營養元素傳遞效率（nutrient transfer efficiency, TTEn）。前者描述碳基生物量如何沿食物鏈傳遞，后者關注氮、磷等元素的循環。

圖1. 展示營養級n-1與n之間能量/營養物質傳遞過程效率及潛在驅動因素的概念示意圖。

研究結果給出了一個明確答案：全球生態系統中的TTEe并不是10%左右，而明顯低于這一經典估計。全球TTEe的平均值僅為5.92%，顯著低于10%的傳統假設。而TTEn的平均值為11.13%，與10%較為接近。這一差異說明，“1/10定律”對于描述營養元素循環可能仍具有一定參考價值，但對于真實能量流動存在系統性高估。

研究進一步發現，過去依賴模型得到的結果也存在偏差。以 Ecopath 等生態系統模型為例，其估計的全球平均TTEe約為10.49%，明顯高于實測數據。這意味著，如果繼續采用固定10%的參數，可能會高估生態系統能夠支持的高營養級消費者數量。

海洋、淡水和陸地生態系統為何差異巨大

研究發現，不同生態系統之間存在明顯的TTEe梯度。海洋生態系統的平均TTEe最高，為8.13%，淡水生態系統為5.53%，陸地生態系統最低，僅為1.52%。這種差異首先來自生產者資源質量的不同。

圖2. 能量傳遞效率（TTE(e)）和養分傳遞效率（TTE(n)）的頻度分布。

海洋生態系統以結構簡單、難消化組分少的浮游植物為基礎生產者，能量更易高效進入食物鏈。陸地植物為支撐軀體、抵御捕食，富含纖維素、木質素等難分解物質，植食動物攝入的大量生物量無法轉化為自身組織，多在消化代謝中損耗，因此陸地TTE?顯著更低。淡水生態系統中，升溫會加快生物代謝速率，使更多能量消耗于呼吸、更少用于生長繁殖，TTE?隨溫度升高明顯下降。除此之外，消費者自身特征也有顯著影響：取食動物資源的類群因食物營養匹配度更高，傳遞效率優于植食者。恒溫動物因體溫調節的高昂能耗，TTE?普遍低于變溫動物。這些規律共同說明，TTE并非固定常數，而是由資源品質、消費者生理特性與環境條件共同決定。

重新理解食物鏈中的能量流動

這項研究通過全球尺度實測數據，重新審視了沿用了近80年的“1/10定律”。生態系統中不存在一個普適的TTE常數，能量如何沿食物鏈傳遞，取決于生態系統類型、生物特征以及環境條件。在全球變化背景下，溫度升高、資源變化以及生態系統結構改變，都可能進一步影響食物網中的能量流動。因此，未來生態模型需要從固定參數假設轉向更加動態的效率描述。食物鏈中的能量傳遞并不是簡單的“1/10定律”，而是一種由生物與環境共同塑造的復雜生態過程。

論文作者：

理論生態學讀書會

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