1、第六章第六章 生物與環境生物與環境第二節第二節 生態系生態系 個體個體 族群族群 群集群集 生態系生態系 生物圈生物圈生生 態態 系系定義定義：在一特定地區，由生物生物(群集群集)與環境環境 所組成的一個交互作用交互作用的系統1.生物環境生物環境：生產者、消費者、分解者、清除者2.物理環境：物理環境：日光、溫度、濕度、壓力 化學環境：化學環境：酸鹼度、溶氧量、鹽度、營養物3.交互作用交互作用：生物與生物之間，生物與環境之間 (1)池塘內的水中生物產生的排泄物影響水質。(2)水中的溶氧、酸鹼度等會影響水中生物的種 類和數量；溫度則會影響酵素的活性。(3)生物之間有掠食、寄生、共生、競爭等關係生態
2、系生態系 與與 生態學生態學1.生態系可大可小，可簡單或複雜，可自然形 成亦可人工營造，但必須能維持動態平衡動態平衡。2.生態學研究生態系的功能：生態系的功能：(1)生物間的互動關係生物間的互動關係 (2)能量的流轉能量的流轉 (3)物質的循環物質的循環 天然的生態系天然的生態系-池塘池塘物化因子：空氣、水、底泥、水中無機物生物因子：生產者生產者-浮游藻類、水生植物 消費者消費者-蛙(蝌蚪)、蜻蜓、水黽 分解者分解者-水中及泥土中的微生物人造的迷你生態系人造的迷你生態系-生態球生態球無機環境-光能、水、氧氣、二氧化碳等生產者生產者-藻類藻類，消費者消費者-小蝦小蝦，分解者分解者-細菌細菌生態系
3、中的生物因子生態系中的生物因子依據能量及養分的來源能量及養分的來源區分：1.生產者生產者-能自行產生養分能自行產生養分(自營自營)並作為其他生物的食物來源 (1)光合自營光合自營-利用陽光行光合作用光合作用合成養分養分 如：植物、藻類、藍綠菌、光合細菌 (2)化學自營化學自營-以無機物的化學反應化學反應獲得能量能量 如：化合細菌(硝化菌、硫化菌)2.消費者消費者-攝食攝食其他生物獲得能量、養分(異營異營)(清除者清除者-以動植物遺體為食以動植物遺體為食)3.分解者分解者-分解有機物分解有機物獲得能量、養分(異營異營)消費者消費者1.攝食其他生物以獲得能量 如：動物、寄生細菌、寄生植物2.類型：
4、初級初級(一級一級)消費者消費者-以生產者為食物 次級次級(二級二級)消費者消費者-以初級消費者為食物 三級消費者三級消費者-以次級消費者為食物 依此類推清除者清除者（亦可視為腐食性腐食性消費者)生態功能-以動植物的屍體、排出物為食 清除大屍塊清除大屍塊，留下小碎片，以利細菌、黴菌進行分解作用 (清除者無法無法使有機物無機物)實例：禿鷹-攝食動物屍體 馬陸-攝食枯枝殘葉 糞金龜-攝食動物糞便分解者分解者1.分泌酵素分泌酵素至體外，分解動物排泄物、排遺 或分解動植物遺骸維生2.如：腐生細菌、菌物(真菌)毒傘毒傘水玉黴水玉黴生命世界與自然環境的橋樑生命世界與自然環境的橋樑-生產者生產者與與分解者分
5、解者 生產者生產者分解者分解者 有機物有機物（生命世界）（生命世界）無機物無機物（自然環境）（自然環境）生產者、消費者、清除者、分解者在環境中的功能：生產者、消費者、清除者、分解者在環境中的功能：1.能量的流轉能量的流轉 (在不同的營養階層及環境間流動在不同的營養階層及環境間流動)2.物質的循環物質的循環 (在生物體與環境間循環在生物體與環境間循環)食物鏈食物鏈 以被食者與掠食者的關係，依序單向排列成鏈狀食物網食物網1.由多條食物鏈構成複雜的網狀食性關係。2.食物網越複雜，生態系越穩定食物網越複雜，生態系越穩定。食物鏈中的能量流轉食物鏈中的能量流轉1.生物所需的能量在食物鏈中單向流動單向流動。
6、2.能量在營養階層營養階層間的轉換效率約轉換效率約10%。水稻水稻 蝗蟲蝗蟲 麻雀麻雀 蒼鷹蒼鷹蝗蟲攝取水稻1000卡的能量後，僅有100卡儲存 在蝗蟲體內(大部分能量用於作功、代謝、熱能大部分能量用於作功、代謝、熱能)麻雀捕食蝗蟲(100卡)，僅有10卡儲存在麻雀體內蒼鷹捕食麻雀(10卡)，僅有1卡儲存在蒼鷹體內每經過一個營養階層營養階層，都會有許多能量用在生理代謝，或以熱能熱能形式散失在環境中。10%定律定律為何能量轉換效率低？為何能量轉換效率低？生態塔生態塔-能量塔、生物數塔、生物量塔能量塔、生物數塔、生物量塔1.生態系中各營養階層營養階層的關係，以塔狀表示2.塔底為生產者塔底為生產者，
7、塔頂為最高級消費者塔頂為最高級消費者 底層往往生物量最多，總能量最高底層往往生物量最多，總能量最高生態塔的三種類型生態塔的三種類型 生物數塔生物數塔 生物量塔生物量塔 能量塔能量塔1.能量來自太陽能，在生物體中能轉換轉換為不同 型式的能量。但熱能會散失，不能循環利用熱能會散失，不能循環利用2.營養階層越多，頂層生物所能利用的能源越少 ，故通常生態系只會有34個營養階層可能倒置的生態塔可能倒置的生態塔-生物量塔生物量塔 與與 數塔數塔1.生物量塔生物量塔：池塘中的浮游植物浮游植物-質量小，但生長繁殖快速生長繁殖快速 初級消費者浮游動物浮游動物-生長緩慢，但質量大2.生物數塔生物數塔：1 棵樹可供
8、養許多昆蟲 1 隻鳥身上可能有許多寄生蟲想想看：以能量的觀點，若要養活較多想想看：以能量的觀點，若要養活較多 的人口，應該吃素或吃肉？的人口，應該吃素或吃肉？元素循環的基本模式元素循環的基本模式無機環境（空氣、水、泥土、礦物）生物體內 合成合成各種成分(醣類、蛋白質)生物體死亡 分解分解作用形成簡單的元素或化合物元素回歸自然環境碳的循環碳的循環(CHO循環循環)1.自然環境中的碳自然環境中的碳：(1)空氣中的二氧化碳 (2)水域與地層中的碳酸鹽2.生物體中的碳生物體中的碳：(1)生物體的重要成分，構成醣類、蛋白質、脂肪、核酸等有機分子 (2)以碳酸鈣形式形成貝類、珊瑚的硬殼碳循環的過程碳循環的
9、過程1.光合作用光合作用：生產者以二氧化碳和水為原料合成醣類2.動物攝食動物攝食：由食物鏈進入各營養階層的消費者3.呼吸作用呼吸作用：動植物、微生物釋出二氧化碳到大氣中4.分解作用分解作用：細菌、真菌分解動植物排泄物、遺體5.物質燃燒物質燃燒：火山爆發、森林大火、垃圾焚化爐 近150年來大氣中的二氧化碳增加30%6.地質作用地質作用：沈積在地層中的碳酸鹽及貝類、珊瑚殘 骸經地殼變動而隆起，經風化作用而被 植物吸收利用氮的循環氮的循環1.自然環境中的氮 (1)大氣大氣中的氮氣占78%(2)土壤中的含氮化合物2.生物體中的氮-構成蛋白質、核酸3.植物無法利用大氣中的氮氣植物無法利用大氣中的氮氣，只
10、能吸收土壤 中的硝酸鹽硝酸鹽(NO3)、銨鹽銨鹽(NH4)4.土壤淹水缺氧時的硝酸鹽很快被厭氧細菌 分解成氮氣(脫氮作用)氮循環的過程氮循環的過程1.固氮作用固氮作用：N2 NH3 自然生成-在大氣中經閃電閃電催化形成 生物合成-根瘤菌根瘤菌及某些藍綠菌藍綠菌的作用2.硝化作用硝化作用：NH4 NO2 NO3 (銨鹽銨鹽)(亞硝酸鹽亞硝酸鹽)(硝酸鹽硝酸鹽)閃電的作用或亞硝化細菌、硝化細菌的作用(有氧有氧時)3.氨化作用氨化作用：蛋白質 NH3 由腐生細菌、真菌分解動植物組織或生理代謝產生4.脫氮作用脫氮作用：NO3 N2 (微生物在缺氧缺氧環境下進行)5.植物吸收：吸收土壤中的硝酸鹽、銨鹽，
11、合成蛋白質6.動物攝食：藉由攝取食物獲得蛋白質脫氮作用脫氮作用（缺氧環境缺氧環境）固氮作用固氮作用硝化作用（有氧環境）硝化作用（有氧環境）氨化作用氨化作用氮的循環氮的循環動動腦：動動腦：農民為何時常翻耕田裏的表土？與氮循環有何關聯？1.翻土能使土壤鬆軟，增加土壤中的空氣(O2)2.硝化細菌硝化細菌在有氧有氧的環境下才能將銨鹽轉變 為硝酸鹽，供植物吸收利用3.避免缺氧缺氧環境下脫氮細菌脫氮細菌的作用生態系的動態平衡生態系的動態平衡1.發展成熟的生態系中，物質物質與能量能量的輸入、輸出大致相等，環境能維持穩定。2.生態系的平衡是屬於動態平衡動態平衡-即使環境、氣候、生物數量每年會有波動，生態系能自我調節自我調節，使環境回復到穩定狀態3.生態系越複雜（生物多樣性越高），環境的 穩定性越高（受干擾後的恢復力越強）。受破壞的生態系受破壞的生態系-平衡狀態瓦解平衡狀態瓦解1.超限利用超限利用-對環境資源的利用超越環境負荷量 例如：過漁過漁-造成海洋資源枯竭 大規模砍伐森林砍伐森林-氣體平衡失調2.加入過多物質物質-例如：廢棄物進入河川、湖泊-污染、優養化 引進外來種-原本平衡的食物網受破壞3.加入過多的能量能量-例如：高溫的廢水造成珊瑚白化、死亡受破壞後受破壞後的生態系可能需要數十年才能重新建 立平衡狀態，且和原來的生態環境大不相同
