什么是“食物网长度”？海洋与湿地·小百科

摘要：我们通常会听到“食物链”这个词，但“食物网”则更为复杂，它描述了多个食物链之间的相互交织。前者是线性的；后者是立体的。在生态系统中，每个生物都有自己的角色，而这些角色通过食物网连接在一起。

“食物网”是多个食物链之间的相互交织。

本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：

作者 | 王海诗（Amphitrite Wong）

本文约4100字，阅读约9分钟

“食物网”是自然界中一个非常重要的概念，它展示了不同物种是如何通过捕食、被捕食等方式相互联系、相互依存的。

我们通常会听到“食物链”这个词，但“食物网”则更为复杂，它描述了多个食物链之间的相互交织。前者是线性的；后者是立体的。在生态系统中，每个生物都有自己的角色，而这些角色通过食物网连接在一起。

©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

食物网

食物网是自然界中各种食物链的相互连接，它就像是一个“谁吃谁”的关系图，清晰地展示了生态系统中的能量流动。我们可以把食物网看作是一个生态大网，每个生物都在其中扮演着不同的角色。根据生态学的分类，生物可以分为两大类：自养生物和异养生物。自养生物，比如植物，能通过阳光制造自己的食物；而异养生物，比如动物和人类，则是通过吃其他生物来获取能量。这样来看，食物网不仅仅是“谁吃谁”的简单关系，它也能帮助我们了解自然界中的能量是如何流动的。

在这个网中，不同的生物通过“食物链”互相联系。食物链就是从生产者（例如植物）开始，通过一系列的吃与被吃的过程，最终形成一个环环相扣的网络。比如，植物被草食性动物吃掉，草食性动物又会被肉食性动物吃掉，而这些肉食性动物可能又是顶级捕食者，像猛禽或大鲨鱼。食物链就是这样一条从底到顶的线性喂养路径，基本上是每个物种都按顺序依次吃掉另一个物种。食物网则是多个食物链的交织和连接，能够更加全面地展示生态系统中的食物关系。

这个概念最早是由英国生态学家查尔斯·艾尔顿在1927年提出的。艾尔顿在他的书《动物生态学》中详细描述了食物链和食物循环的关系。后来，随着生态学的发展，食物网的概念逐渐取代了食物循环。事实上，食物网的构成非常复杂，我们每个人在日常生活中看到的食物链只是这个庞大系统的一部分。在一个完整的食物网中，除了捕食关系，还包括了分解者的作用。分解者，比如土壤中的细菌和虫子，负责分解动植物的尸体，将它们转化为养分，供新的植物使用。没有这些分解者，整个生态系统就无法正常运转。

食物网的结构有一个特别重要的特征，就是它能帮助我们理解不同生物在生态系统中的位置和作用。生态学家把食物网中的不同生物分成几个层级，从底层的植物和分解者，到中间的草食性动物、肉食性动物，最后到顶级捕食者。这个层级被称为“营养层级”，每一层的生物都通过捕食、被捕食等方式维持着食物网的平衡。在这个过程中，能量是单向流动的，也就是说，能量是从植物开始，经过草食性动物，再到肉食性动物，最后流向顶级捕食者。而营养物质则是循环流动的，植物提供养分，分解者又把这些养分返回到土壤，继续滋养植物。

有意思的是，食物网并不是简单的线性关系，而是非常复杂的。它涉及到不同物种之间的多重关系。比如，有些动物是杂食性动物，既吃植物也吃动物，这样就会形成多个食物链的交叉点。随着研究的深入，生态学家发现，食物网的结构不仅仅反映了物种之间的捕食关系，还能揭示生态系统中的一些规律。比如，科学家们通过分析食物网的拓扑结构，发现食物网的结构在不同的生态系统中具有某些相似的模式，这些规律甚至可以通过数学模型来预测和分析。

瓢虫吃蚜虫。摄影：刘茂胜（绿会BCON专家）

食物网长度

食物网的一个重要指标就是它的“长度”，即从最底层的生产者到最高层的捕食者之间的层级数。简而言之，食物网的长度就是从基础生产者（如植物或浮游植物）到食物链顶端的捕食者之间的“阶梯”数量。

在自然界中，食物网的长度通常决定了生态系统的复杂性、和稳定性。

生态系统中物种数量多、食物链复杂的地方，食物网通常也较长；而在生态系统中物种数量较少，食物链较简单的地方，食物网的长度则较短。

食物网的长度不仅反映了生态系统的生物多样性，还影响了能量和物质在生态系统中的流动速度和流动方式——食物网越长，意味着能量流动的过程越复杂，物种间的相互作用也更为多样。这种复杂的关系能够增强生态系统的稳定性，使其在面对外部环境变化时有更强的适应能力。相反，食物网较短的生态系统能量流动较为迅速，但，也容易受到外界环境的变化影响。

一个水域食物网的例子。底部的红框内可以看到细菌，细菌（以及其他分解者，如蚯蚓）在生态系统中分解并回收养分，这一过程通过浅蓝色箭头表示。没有细菌，食物网中的其他生物将无法生存，因为没有足够的养分供食物链上层的动物使用。深橙色箭头表示食物网中不同动物之间的捕食关系。例如，龙虾可能会被人类捕食。深蓝色箭头则代表一个完整的食物链，始于水蚤食用藻类，然后被小鱼捕食，小鱼被大鱼捕食，最终大鱼成为蓝鹭的猎物。作者：Kestin Schulz, Mariya W. Smit, Lydie Herfort and Holly M. Simon.

让我们通过一些具体的例子，来更好地理解食物网的长度、以及它如何影响生态系统的稳定性。

以北极海域为例，这里的食物网长度通常在4~5个营养级之间。在北极，基础生产者是浮游植物，它们通过光合作用将太阳能转化为化学能，成为其他生物的食物。浮游动物（如桡足类）食用这些浮游植物，而这些浮游动物又是北极鱼类的食物，接着是捕食这些鱼类的海鸟、海豹和鲸鱼等大型捕食者。由于北极海域的生物种类较为单一，这里的食物网较短，也使得它对环境变化非常敏感。特别是在气候变暖的背景下，浮游植物和浮游动物之间的关系可能会发生变化，进而影响整个生态系统。

海洋中的食物网。图源：国际捕鲸委员会(IWC)

与北极相比，加利福尼亚海域的食物网则要复杂得多，通常有5~6个营养级。这个地区的食物网更加丰富，能够支撑多样的生物种群。浮游植物是食物网的基础，而浮游动物、小型鱼类（如鲱鱼）和更大的鱼类（如金枪鱼、鲨鱼）依次组成了食物链的不同层级。最终，海鸟和鲸鱼等大型捕食者位于食物网的顶端。加利福尼亚海域的食物网之所以较长，是因为，这里的生物种类丰富、食物链环节多，能量流动层层递进，生态系统在面对外部干扰时表现出更强的适应力。这个复杂的食物网也有助于保持生态平衡，一旦某个物种减少，其他物种可以通过不同的捕食和食物关系来维持生态系统的稳定。

热带珊瑚礁是另一个例子，这里的食物网长度通常为4~5个营养级。珊瑚礁生态系统的基础生产者是海藻和珊瑚，它们通过光合作用获取能量。食草性的鱼类和其他无脊椎动物（如海胆、海星等）食用这些植物，而它们又成为较大鱼类的食物，如石斑鱼、鲷鱼等。再往上，是捕食这些鱼类的鲨鱼、海鸟等顶级捕食者。珊瑚礁的食物网虽然较短一点，但它的复杂性使得生态系统在多样性和稳定性上表现出色。不过，由于这些生物之间存在着紧密的食物链关系，一旦某个环节出现问题，可能会对整个生态系统造成较大的影响，甚至导致整个食物网的崩溃。

跟这些海洋生态系统相比，非洲草原的食物网相对较短，一般只有4~5个营养级。草原的基础生产者是草和其他草本植物，草食性动物（如斑马、羚羊）以这些植物为食，而这些食草动物，又被捕食性动物（如狮子、猎豹）捕食。由于草原生态系统中的食物链较为简单、能量流动较为直接，因此，草原生态系统的响应也较为灵活。草原食物网的这种简化使得能量转化和物质循环更加高效，同时也能应对草原生态系统中的环境变化。

生态系统中的营养级与食物网。a是营养金字塔，形象地展示了生态系统中能量流动和生物量分布的规律。b是食物网，更真实地反映了生态系统中生物之间复杂的食物关系。作者：Thompsma

在亚马逊雨林中，食物网的长度通常为5~6个营养级。这里的食物链极为复杂，从地面到森林的顶端，每一层都充满了不同的生物。生产者是各种植物，它们通过光合作用制造能量。食草动物（如猴子、鸟类、昆虫等）以植物为食，而捕食它们的肉食性动物（如蛇、美洲豹等）占据了更高的营养级。由于亚马逊雨林拥有极为丰富的物种和层次复杂的食物网，这里的生态系统展现了极高的稳定性。但是这种复杂性也带来了脆弱性。如果某个物种的数量急剧下降，可能会影响到整个食物网的平衡，甚至导致生态系统的崩溃。

淡水湖泊的食物网则通常较为简单一点，通常只有3~4个营养级。湖泊的基础生产者是水中的植物和浮游植物，它们是浮游动物（如水蚤）的食物。这些浮游动物又被小型鱼类食用，而更大的鱼类则捕食这些小鱼。湖泊的食物网较短，能量流动较为直接，但这种简化的食物网也让湖泊生态系统更容易受到污染和生态失衡的影响。

南极海域的食物网就像一张精细的网，南极大磷虾在其中就像是那个不可或缺的“中流砥柱”。虽然南极大磷虾个头不大，但它们却在这个生态圈中扮演着举足轻重的角色。虽然它们体型微小，却为整个食物链提供了源源不断的能量。它们以浮游植物为食，而这些浮游植物在阳光下“吸金吐银”，吸收二氧化碳，释放氧气，为海洋生物提供了生命所需的能量。可以说，南极大磷虾就像是大海中的“小马驹”，带着这些浮游植物的“黄金能量”，在食物链的低层默默奉献，转化为更高级海洋动物的美餐。它们不仅是“低级消费者”，还肩负着“初级消费者”的重任，为许多海洋动物提供养分，像是一些大鱼、海鸟、企鹅，甚至鲸鱼等大型海洋哺乳动物，都把南极大磷虾当做了口中的美味。上面是远洋渔业国家观察员采集的南极磷虾样品，陈设于上海海洋大学内。图源：Linda ©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）