“能量逐级递减”这句话背下来只要五秒，但很难有真切的感受。这个活动用一堆米粒把抽象的百分比摆成看得见的体积差，学生会直观地明白为什么老虎那么少、为什么食物链一般不超过四五级。

不需要任何试剂和加热，一小时内就能完成，适合作为生态系统单元的入门活动。

安全提醒（先读这一段）

  • 米粒属于小颗粒物，务必远离三岁以下幼儿和宠物，防止误吞或吸入。
  • 用过的米粒不要再食用，请单独收在袋子里留作教具重复使用。
  • 活动结束后清扫地面散落的米粒，避免踩滑。
  • 这个活动本身没有危险，可以独立完成。

材料与器材

  • 大米约 1500 粒（大概两小碗，也可用绿豆、小纸片或彩色珠子代替）；
  • 小碟子或纸杯 5 个，贴标签“第一级～第五级”；
  • 大张白纸或硬纸板 1 张（画金字塔底图）、彩笔、尺子；
  • 镊子或小勺（数米粒用）、计算器；
  • 记录表格和笔。

第一步：摆出一条食物链

  1. 在白纸上从下到上画五层的阶梯，写好一条食物链的各个环节，例如：草 → 蚱蜢 → 青蛙 → 蛇 → 鹰。
  2. 数出 1000 粒米放进第一级的碟子，它代表草（生产者）通过光合作用固定的全部能量。数米技巧：先精确数出 100 粒，用它作为参照堆出其余 9 堆，比一粒粒数快得多。
  3. 按 10% 的传递效率，从第一级取出 100 粒放进第二级碟子（蚱蜢）。剩下的 900 粒留在原地不要收走，它们代表“没能传到下一级的能量”。
  4. 再从第二级的 100 粒里取 10 粒放进第三级（青蛙）。
  5. 从第三级的 10 粒里取 1 粒放进第四级（蛇）。
  6. 到第五级（鹰），按 10% 只剩 0.1 粒。会发现连一粒米都摆不出来了。
留下“没传上去”的那 900 粒非常重要。学生普遍以为能量“消失了”，其实它去了三个地方：大部分通过呼吸作用变成热量散失掉，一部分随粪便和遗体流向分解者，还有一部分留在没被吃掉的个体里。把这三堆分开摆，比任何文字解释都清楚。

第二步：换效率再摆一次

课本给的传递效率是 10%～20%。刚才用的是下限，现在用上限 20% 再摆一遍：

  • 第一级 1000 粒 → 第二级 200 → 第三级 40 → 第四级 8 → 第五级 1.6 粒。

把两组结果并排写下来对比：

  • 10% 效率：1000 → 100 → 10 → 1 → 0.1
  • 20% 效率：1000 → 200 → 40 → 8 → 1.6

结论：即便效率翻倍，到第五级也只剩下不到两粒米。递减是指数式的，不是一点点减少。这才是食物链长不下去的根本原因。

互动小实验 · 拖动滑块改效率

能量沿食物链逐级递减。

100,000 kJ
10%
摆完米粒再来这里对一遍：把效率从 10% 拉到 20%，看第四、第五级的数字变化。完整讲解见能量流动模拟详解。

现象记录

  • 金字塔下宽上窄，层与层之间的差距极其悬殊；
  • 第一级和第二级之间，被“留下”的米粒占了九成；
  • 10% 效率下，第五级凑不出一粒米；
  • 效率提到 20%，第五级也只有 1～2 粒；
  • 米粒只能从下往上单向传递，没有任何一粒会从上往下回流。

原理解释

生态系统里的能量最初全部来自太阳。绿色植物（生产者）通过光合作用把光能转变成有机物中的化学能，这是能量进入生态系统的唯一入口，所以任何食物链都必须从生产者开始。

食物链中每一个环节叫做一个营养级：生产者是第一营养级，植食性动物是第二营养级，以此类推。能量沿着食物链传递时有两条铁律：

  • 单向流动：只能沿食物链从低营养级流向高营养级，不能逆向、不能循环。这一点和物质循环（碳、氮、水都能循环利用）正好相反，是最容易混的考点。
  • 逐级递减：传到下一营养级的能量只有约 10%～20%。

那损失的 80%～90% 到哪里去了？三个去向，就是摆在原地的那 900 粒米：

  1. 呼吸作用消耗（占绝大部分）：生物自身活动要能量，这部分最终以热能形式散失到环境中，而热能无法被重新利用，这是能量不能循环的根本原因；
  2. 流向分解者：粪便、遗体、残枝落叶中的能量被细菌真菌分解利用；
  3. 未被利用：没有被下一营养级吃掉的那部分个体。

由此推出几个能直接解释现实的结论：

  • 食物链一般只有四五级。再往上，可获得的能量已不足以维持一个种群的生存。
  • 高营养级生物数量少、个体大、分布广。一只鹰需要很大的领地，因为它背后要支撑起庞大的下层。
  • 多吃植物性食物更“省能量”。同样一片土地，直接吃粮食能养活的人远多于先用粮食养家畜再吃肉。
  • 营养级越高，富集的污染物越多（生物富集）。农药和重金属难以分解，会随食物链层层积累，所以顶级捕食者体内浓度最高。

顺便厘清食物链的写法规范：箭头指向捕食者（表示能量流动方向），起点必须是生产者，分解者不写进食物链，而且写的是“吃与被吃”的关系，不包括非生物因素。这几条几乎是填空题的标准答案。

给老师和家长的组织建议

  • 课时与分组：25 分钟，四人一组；米粒可用小豆替代。
  • 动手前先说清楚：米粒勿入口鼻，低龄慎用。

最容易被跳过的一步。让学生亲手数出第五级只剩 0.1 粒，比讲十遍都管用。摆完后追问「那消失的 90% 去哪了」，引出呼吸作用散失是关键。

怎么判断真的懂了。能用米粒比例解释食物链为何不超过四五级，并区分能量单向流动与物质循环，即达标。

拓展一下

  • 摆一张食物网：找出草原上多条食物链（草→兔→鹰、草→鼠→蛇→鹰……），用毛线把重叠的环节连起来，学生会看到它们交织成食物网。试着抽掉其中一环，讨论会发生什么。这就是生态系统稳定性。
  • 算一算需要多少草：如果一只鹰一年需要 20000 kJ 能量，按 10% 效率往下推，第一级的草需要固定多少能量？动手算完，对“生态足迹”会有全新的体会。
  • 做一个生态瓶：透明瓶里放水、水草、几只小螺，密封后放在有光处观察两周，记录生物存活情况，理解生产者、消费者、分解者缺一不可。
  • 连到光合作用：金字塔最底层的能量是怎么来的？线索在绿叶在光下制造淀粉那个实验里：那片变蓝的叶子，就是整条食物链的能量起点。

当学生能用米粒的比例解释“为什么没有第六级”“为什么老虎比兔子少”，并说清能量单向流动和物质循环的区别，生态系统这一节的核心就掌握了。