10% 法則是什麼?
在一條食物鏈裡,能量從生產者(會行光合作用的植物、藻類)開始,往上經過初級消費者、次級消費者、三級消費者……一階一階傳遞。生態學上有一個常用的估算:每往上一個營養階,能量大約只剩下前一階的 10%。課本把它叫做「10% 法則」,也叫做百分之十定律或能量遞減。寫成式子就是 ,其中 是第 n 個營養階的能量。
換句話說,如果生產者累積了 10000 單位的能量,初級消費者身上大約只留得住 1000 單位,次級消費者剩 100 單位,三級消費者剩 10 單位,四級消費者只剩 1 單位。愈往上,可用的能量愈少。上面的計算機就是把這個乘 0.1 的過程逐階列出來,讓你一眼看清能量怎麼縮水。
剩下的 90% 去哪了?
能量並沒有憑空消失,而是在傳遞過程中被消耗或流失掉了。生物活著要呼吸作用,把大部分能量轉成維持體溫、活動、代謝的熱量散掉;有些食物根本沒被吃掉,或吃了卻消化不了,隨排遺離開身體;生物死亡後的能量則進入分解者的系統。真正能被上一階「吃進去又長成身體、傳給下一階」的,平均下來大約只有十分之一。10% 只是方便計算的概數,真實比例會因生物種類、環境而在幾個百分點到二十幾個百分點間變動,考試通常直接用 10% 來估。
能量金字塔:為什麼一定是上窄下寬
把每個營養階的能量畫成一層一層的方塊,下面寬、上面窄,就是能量金字塔。因為能量只會愈往上愈少,金字塔絕不會倒過來變成頭重腳輕。這也回答了一個常考問題:食物鏈為什麼通常不超過五階?因為能量每階打一折,到第四、第五階時所剩無幾,已經養不起數量夠多的更高階生物。頂端的掠食者需要吃掉大量下層生物才活得下去,當能量少到撐不起一個穩定族群,食物鏈自然就到頂了。
常見易錯點
- 把 10% 記成「減少 10%」。10% 法則是只剩 10%(乘 0.1),不是少掉 10%(那樣會剩 90%)。
- 階數算錯。生產者是第一階,初級消費者是第二階,往上乘的次數等於「階數減一」。
- 以為能量會消失。能量守恆,流失的部分是變成熱、排遺或進入分解者,不是不見了。
- 把 10% 當成鐵律。真實比例會浮動,10% 只是課本用來估算的近似值。
範例詳解
初級消費者 ;次級消費者 ;三級消費者 。第四營養階只剩 10 單位,是生產者的千分之一。
。初級消費者身上大約留得住 800 單位能量,其餘 7200 單位在呼吸、排遺等過程中流失。
第五階到第一階要往回乘 4 次 10 倍:。也就是生產者至少要有 10000 單位,第五階才勉強分到 1 單位。這正說明高階生物為什麼那麼稀少。
常見問題
食物鏈為什麼通常不超過五階?
因為能量每往上一階大約只剩 10%,到第四、五階時能量已經所剩無幾,養不起數量足夠的高階生物。頂端掠食者要吃掉大量下層生物才能活,當能量少到撐不起穩定族群,食物鏈就到頂了,所以自然界的食物鏈多半在三到五階之間。
10% 法則的另外 90% 跑去哪裡?
沒有消失,而是流失掉了。大部分能量在呼吸作用中變成熱散掉,維持體溫與活動;有些食物沒被吃掉或消化不完,隨排遺排出;生物死亡後的能量則被分解者利用。能量守恆,只是不再往食物鏈上一階傳。
10% 是固定不變的嗎?
不是。10% 只是課本用來估算的概數,真實的能量傳遞效率會因生物種類和環境而不同,可能低到幾個百分點、也可能高到二十幾個百分點。國中考試通常直接用 10% 計算,方便比較各營養階的能量。
生產者是第幾階?初級消費者呢?
生產者是第一營養階,初級消費者(吃植物的草食動物)是第二營養階,次級消費者是第三階,往上依此類推。要從生產者算到第 n 階,就乘 0.1 共「n 減 1」次。
能量金字塔為什麼不會倒過來?
因為能量只會愈往上愈少,上一營養階通常比下一營養階少,下一營養階約為前一階的十分之一,畫成圖會下寬上窄。這和有時候數量金字塔可能出現例外不同,用能量來看,金字塔不會頭重腳輕。
※ 本工具為學習輔助用途,10% 法則為國中生物課程常見的估算方式,實際能量傳遞效率會依生物與環境而變動。作業與考試請以老師教學與課本為準。