科学·前沿：全球数据重新检验生态学“1/10定律”

导语

能量沿食物链每传递一级仅留存约10%，是生态学领域传播最广的经典经验法则之一。自1942年生态学家Lindeman基于淡水湖泊食物网研究提出该规律以来，“1/10定律” 被写入全球绝大多数生态学教材，成为支撑生态系统模型构建、渔业资源承载力评估、顶级捕食者保护策略制定乃至农牧业生产效率测算的核心基础参数。然而八十余年间，学界始终缺乏覆盖全球所有主要生态系统类型的大规模实证检验，这一经验法则的真实普适性、跨系统分异规律与内在驱动机制长期悬而未决。2026年7月3日发表于《Science Advances》的研究成果，通过覆盖全球 122 项实测研究的元分析，首次系统量化了海洋、淡水、陆地三大类生态系统的营养级传递效率，全面修正了沿用数十年的经典认知。

关键词：营养级传递效率（Trophic Transfer Efficiency, TTE），1/10定律，元分析（Meta-analysis），食物网能量流动，生态化学计量学，全球变化生态学

王璇丨作者

赵思怡丨审校

论文题目：Global synthesis reveals systematic variation in trophic transfer efficiency across and within ecosystems 论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg4002 发表时间：2026年7月3日 论文来源：Science Advances

一个沿用了半个世纪的生态学规律，

被全球数据重新检验

1942年，生态学家林德曼（Raymond Lindeman）在研究湖泊生态系统时提出营养级动态理论，发现能量从一个营养级传递到下一个营养级时，大约只有10%能够被保留下来，这一经验规律后来被概括为“1/10定律”，并长期用于解释食物链长度、营养级金字塔以及生态系统模型。

然而，10%并不是一个严格的自然常数。能量沿食物链传递需要经历摄食、同化和生产等多个过程：消费者摄入的资源只有部分能够被吸收，而吸收后的能量又有大量用于呼吸和代谢，最终只有少量转化为新的生物量。因此，资源质量、消费者生理特征以及环境条件都可能改变能量传递效率。

过去几十年，生态学研究大量依赖模型估算TTE，但全球尺度的实测数据一直不足。不同生态系统之间是否存在系统性差异？温度和生物特征如何影响能量传递？1/10定律究竟是否适用于全球生态系统？这些问题一直缺少统一答案。这项研究整合了全球生态系统数据，对这一经典规律进行重新评估。

全球数据揭示，

真实能量传递效率远低于10%

为了重新测量生态系统中的能量流动，研究团队开展了一项全球尺度综合分析。研究者从已有生态学研究中筛选出122项实证研究，共获得2052组TTE数据，覆盖海洋、淡水和陆地生态系统。研究同时分析了两类传递效率：能量传递效率（energy transfer efficiency, TTEe）和营养元素传递效率（nutrient transfer efficiency, TTEn）。前者描述碳基生物量如何沿食物链传递，后者关注氮、磷等元素的循环。

图1. 展示营养级n-1与n之间能量/营养物质传递过程效率及潜在驱动因素的概念示意图。

研究结果给出了一个明确答案：全球生态系统中的TTEe并不是10%左右，而明显低于这一经典估计。全球TTEe的平均值仅为5.92%，显著低于10%的传统假设。而TTEn的平均值为11.13%，与10%较为接近。这一差异说明，“1/10定律”对于描述营养元素循环可能仍具有一定参考价值，但对于真实能量流动存在系统性高估。

研究进一步发现，过去依赖模型得到的结果也存在偏差。以 Ecopath 等生态系统模型为例，其估计的全球平均TTEe约为10.49%，明显高于实测数据。这意味着，如果继续采用固定10%的参数，可能会高估生态系统能够支持的高营养级消费者数量。

海洋、淡水和陆地生态系统为何差异巨大

研究发现，不同生态系统之间存在明显的TTEe梯度。海洋生态系统的平均TTEe最高，为8.13%，淡水生态系统为5.53%，陆地生态系统最低，仅为1.52%。这种差异首先来自生产者资源质量的不同。

图2. 能量传递效率（TTE(e)）和养分传递效率（TTE(n)）的频度分布。

海洋生态系统以结构简单、难消化组分少的浮游植物为基础生产者，能量更易高效进入食物链。陆地植物为支撑躯体、抵御捕食，富含纤维素、木质素等难分解物质，植食动物摄入的大量生物量无法转化为自身组织，多在消化代谢中损耗，因此陆地TTEₑ显著更低。淡水生态系统中，升温会加快生物代谢速率，使更多能量消耗于呼吸、更少用于生长繁殖，TTEₑ随温度升高明显下降。除此之外，消费者自身特征也有显著影响：取食动物资源的类群因食物营养匹配度更高，传递效率优于植食者。恒温动物因体温调节的高昂能耗，TTEₑ普遍低于变温动物。这些规律共同说明，TTE并非固定常数，而是由资源品质、消费者生理特性与环境条件共同决定。

重新理解食物链中的能量流动

这项研究通过全球尺度实测数据，重新审视了沿用了近80年的“1/10定律”。生态系统中不存在一个普适的TTE常数，能量如何沿食物链传递，取决于生态系统类型、生物特征以及环境条件。在全球变化背景下，温度升高、资源变化以及生态系统结构改变，都可能进一步影响食物网中的能量流动。因此，未来生态模型需要从固定参数假设转向更加动态的效率描述。食物链中的能量传递并不是简单的“1/10定律”，而是一种由生物与环境共同塑造的复杂生态过程。

论文作者：

理论生态学读书会

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