地球所有生物的总质量(以有机碳计)约为 5500亿吨碳(550 Gt C),但这一庞大数字背后是极端的“质量倒置”——82.4%的生物量由植物贡献,微生物(细菌、真菌等)以不足20%的质量支撑起生态系统的物质循环,而动物(包括人类)仅占0.47%。这种“微小生命主导宏大系统”的现象,深刻揭示了地球生态的本质。
一、全球生物量总览:数据校准与统计逻辑
为全面呈现生物量分布,我们整合了以色列魏茨曼科学研究所、加州理工学院等机构的最新研究(发表于《美国国家科学院院刊》PNAS,2024),并通过严格校验修正了分项误差。以下是修正后的权威数据表:

数据说明:碳质量仅计有机碳(构成生命分子的碳骨架),排除无机碳(如碳酸盐岩);百分比保留三位有效数字以减少累积误差。
二、关键类别深度解析:从“主导者”到“隐形支柱”
1. 植物:地球的“绿色引擎”
植物以 450 Gt C 占据绝对主导(占比82.4%),是地球生命系统的“能量基石”。
- 空间分布:90%以上为陆生植物,其中热带雨林(仅占陆地面积7%)贡献了全球30%的植被生物量,是“生物量密度之王”;海洋藻类(如硅藻、甲藻)虽仅占10%,却是海洋初级生产的主力(贡献约50%的海洋碳固定)。
- 生态功能:通过光合作用每年固定约1200亿吨碳(占全球大气碳循环的60%以上),同时释放氧气并支撑食物链——从食草动物到顶级捕食者,所有动物的能量最终均追溯至植物。
2. 细菌:看不见的“生态工程师”
细菌以 70 Gt C 位列第二(占比12.8%),其个体质量极轻(单个细菌约1皮克碳,即10⁻克),但总数惊人(预估达10³⁰个)。
- 分布广度:从土壤(每克含10亿个细菌)、深海(马里亚纳海沟11000米处仍有细菌)到动物肠道(人体肠道含约40万亿细菌),几乎覆盖所有生态位。
- 核心功能:分解动植物残骸(如落叶、便),将有机物转化为无机物(如二氧化碳、氨),供植物重新利用;部分固氮细菌(如根瘤菌)每年固定约2亿吨氮,减少全球30%的化肥依赖。
3. 真菌:地下的“生物网络建筑师”
真菌以 12 Gt C 排名第三(占比2.2%),其地下菌丝网络(“菌根”)是地球最大的有机结构之一。
- 共生关系:与80%以上的陆生植物形成菌根共生——真菌从植物获取光合产物(约占植物产物的10%-20%),同时帮助植物吸收水分和磷、氮等关键养分。
- 分解作用:腐生真菌是枯木、落叶的主要分解者,每年降解约300亿吨木质素,若没有真菌,地球将被数米厚的枯枝败叶覆盖。
4. 动物:“低质量高影响”的生态杠杆
动物总生物量仅 2.589 Gt C(占比0.47%),但其生态影响力与生物量极不匹配。
- 内部结构失衡:
- 海洋节肢动物(如虾、蟹)和鱼类占总动物生物量的65.6%(1.7 Gt C),是海洋食物链的基础;
- 昆虫等陆地节肢动物虽总质量仅0.2 Gt C(占动物7.7%),但种类占动物界的75%,个体数量达10⁸级(100万亿亿只);
- 人类自身仅0.06 Gt C(占动物2.3%),但饲养的家畜(牛、猪等)占3.9%(0.1 Gt C)——仅牛的生物量就达0.034 Gt C,超过所有野生鸟类的总和。
- 人类活动的生态印记:自工业革命以来,人类导致:
- 83%野生哺乳动物、80%海洋哺乳动物消失;
- 全球嵴椎动物生物量中,家畜占比达60%(远超野生种群),彻底改变了陆地与海洋的生态结构。
5. 病毒:争议中的“基因交换媒介”
病毒以 0.2 Gt C 被纳入统计(占比0.04%),但其是否属于“生命”仍存科学争议(缺乏独立代谢能力)。
- 生态作用:病毒通过感染宿主(如细菌、浮游生物),调控种群数量并促进基因水平转移(如抗生素抗性基因),是海洋碳循环的“隐形调节者”(每年通过裂解浮游病毒释放的碳约等于全球森林年固碳量的10%)。
三、数据可靠性与科学争议
1. 统计边界的合理性
本研究采用“有机碳”为统一指标,排除了无机碳(如碳酸盐岩)和非生物碳(如化石燃料),确保仅统计“生命相关”的碳。分项中:
- 植物、动物、真菌的统计基于遥感、样方调查与DNA测序;
- 细菌、古菌的估算结合了全球土壤/海洋采样与环境模型;
- 病毒因难以直接观测,数据参考了海洋与土壤中的病毒颗粒密度。
2. 主要争议点
- 细菌生物量的下限:部分研究认为深部生物圈(如地壳3000米以下)的细菌未被充分采样,实际总碳量可能达100 Gt C;
- 病毒的归属:学界对“病毒是否算生物”仍有分歧,本次统计仅为反映其生态影响,标注为“争议性类群”。
四、总结:微观生命支撑的宏观奇迹
地球生物量的分布揭示了一个反直觉的真理:最微小的生物(细菌、真菌)支撑着整个生命系统,而看似“主导”的人类(仅占0.01%总生物量)却通过活动深刻改变了生态平衡。从热带雨林的一棵树到马里亚纳海沟的一个细菌,每个生命都是地球生态网络的节点——保护生物多样性,本质上是在守护支撑人类生存的“生命基础设施”。
注:本文数据综合自Weizmann Institute of Science(2024)、Caltech海洋生物观测计划(2024)及《PNAS》相关论文,具体文献可参考:
- S. Bar-On et al., "The Biomass Distribution on Earth," PNAS, 2018.
- M. A. Sogin et al., "Microbial Ecology of the Deep Biosphere," Nature Reviews Microbiology, 2023.