生 態 系

生態系的組成 能量的流轉 物質循環 生態平衡

碳循環

氮循環

光合作用

呼吸作用

固氮作用

脫氮作用

硝化作用

氨化作用

生物與環境之間的交互作用

動態平衡

平衡的破壞

10%定律

生態塔

能量塔

數目塔

生物量塔

非生物因子

生物因子

水太陽輻射能

溫度大氣土壤

生產者

消費者

分解者

生態系的定義生態系的定義

生物群集 ( 生物因子 ) ＋環境 ( 非生物因子 )

生態系小至生態球，大至整個生物圈 開放式系統，能量和養分常流入與流出生態系 能量流轉、物質循環的現象 生態系與生態系之間的連續性，並無明顯界線 1. 空間：河口為河川與海洋生態系的交會區 2. 時間：群集的消長

◎ 生態球 -NASA 模擬地球的微型生態系統

包含 :生產者消費者分解者 ?

壹、生態系的組成

一 . 非生物因子 ( 一 ) 太陽輻射能 1. 能量供應： (1) 地球上的能量幾乎都源自於太陽輻射能 (2) 光合作用可行光合作用的生物 ? 2. 太陽照射影響溫度變化 3. 光照影響生物的分布→ 水深超過 100 公尺的水域，藻類會急遽減少

( 二 ) 水 1. 生物體含量最多的成分： 無論是水生或陸生生物皆需維持體內水分與 體液濃度的平衡 2. 降水量常是陸地生物分布的重要限制因子 (1) 植物葉表的角質層 (2) 昆蟲的外骨骼 (3) 爬蟲類的鱗片 3. 酸鹼度及各種離子濃度也會影響生物多樣性

以防止水分散失

( 三 ) 溫度 1. 溫度影響酵素活性： (1) 因為細胞內催化生化反應的酵素，只能在 特定的範圍內作用，所以大部分的生物只 能在特定的溫度範圍內生存 (2) 存活於極端高溫或低溫的 生物，必定有特別的適應能力2. 溫度影響生物的生長及習性： ex 季節性遷徙、冬眠等行為

( 四 ) 大氣 1. 組成： 約有 78 ％的氮、 21 ％的氧，以及少量的 二氧化碳、水蒸氣等 2. 風： (1) 由於太陽輻射能、地球自轉及地球表面的 摩擦作用，使得大氣因溫度不同或氣壓的 改變而形成風 (2) 影響生物散布及植物傳粉的重要因子

( 五 ) 土壤

1. 組成：

(1) 由岩石風化的碎屑和生物遺體分解而成的

腐植質所構成

(2) 並含有水分、空氣、礦物質和微生物等2. 對生物的影響： (1) 土壤是許多生物生長和動物棲息的場所 (2) 土壤的酸鹼度、鹽度、含水量和結構等， 會影響生活其中的生物種類： A. 蟻獅須在沙質土壤中生活 B. 具呼吸根且耐鹽的海茄苳分布在河口的 泥灘地

蟻獅在沙質土壤中築穴，捕捉獵物

◎ 非生物因子－土壤

海茄苳的呼吸根（箭頭所示）冒出泥灘地

知識補給站 - 2※ 環境容忍度 (environmental tolerance)

1. 指該種生物對其環境因子的忍受範圍。2. 每一項環境因子過多或過少、過高或過低時 ，都會成為該種生物分布的限制因子。3. 生物對環境因子的容忍度範圍愈廣， 其分布 的區域也愈大，而生物對於環境因子的容忍 度範圍愈狹窄，其分布區域也愈小。

( 二 ) 生物因子： 1. 生態地位 ( 生態棲位 ) (ecological niche) ： (1) 定義： 不同的物種在生態系中都有特定的功能 角色，並占有特定的棲所 (2) 意義： A. 獨特性 B. 難以取代性 C. 生態地位越接近的兩種生物，競爭性越大

腦力激盪 - 1

海茄苳和水筆仔都生長在河口，它們的生態地位是否相同？海茄苳和水筆仔雖都能生活在含鹽的河口沼澤地，但耐寒性則以水筆仔較佳，分布於臺灣北部，且水筆仔有胎生苗，而海茄苳則無。兩者生態地位雖有差異，但兩者皆有呼吸根。呼吸根是「氣生根」的一種，是生長在空氣中的一種變態根，沒有根毛和根冠，不能吸收養分，但能有呼吸的作用。

( 二 ) 生物因子

1.依物種在生態系中扮演的功能角色可分為：

(1) 生產者 (producers)

(2) 消費者 (consumers)

(3) 分解者 (decomposers)

( 二 ) 生物因子

2.依據物種在環境中能量取得的方式可分為：

(1) 自營性生物 (autotrophs)

A. 定義：

自營性生物能將無機物合成有機物

B. 生態地位：

在生態系中扮演生產者的角色

( 二 ) 生物因子

C. 種類： (A) 光合自營生物：利用太陽輻射能作為能量，以

二氧化碳為碳源進行光合作用 ex. 大部分綠色植物、藻類、藍細菌、光合

菌…

(B) 化學自營生物：將無機物分子如銨鹽或硫化氫等氧化而獲得能量

ex.亞硝化細菌、硫化菌等

( 二 ) 生物因子

(2) 異營性生物 (heterotrophs)

A. 定義：

只能從有機化合物中獲取能量

B. 生態地位：

消費者和分解者

( 二 ) 生物因子

(A) 消費者 a. 定義：以其他生物為食 b.依食物鏈區分： (a) 初級消費者：直接以植物為食的動物 →如牛、鹿、蝗蟲等 (b) 次級消費者：以初級消費者為食的動物 (c) 三級消費者：以次級消費者為食的動物 (d)依序甚至可達四級以上的消費者

( 二 ) 生物因子c.依食性區分： (a) 草食性生物：初級消費者 (b) 肉食性生物：次級、三級、四級消費者 (c) 雜食性生物：攝食生產者和消費者 (d) 清除者： Ⅰ 有些動物專門以生物遺骸為食 →如禿鷹、白蟻等 Ⅱ有些以有機碎屑為食，將大塊有機物碎裂 為小塊的有機物 →如螃蟹和蚯蚓等

( 二 ) 生物因子

(B) 分解者 a. 定義： 能分泌酵素將有機物分解為無機物， 從中獲取能量與物質 b. 生物： 大部分的細菌和菌物

( 二 ) 生物因子4. 生物之間的關係： (1) 食物鏈 (food chain) ： A. 定義： 生態系中，掠食者與獵物間的食性關係 構成了食物鏈 B.例子： 草→蝗蟲→蛙→蛇

食物網

共幾條食物鏈 ?

若鳳蝶幼蟲消失了，對整個生態系有何影響 ?

想一想

• 魯賓遜漂流至一荒島，若他隨身攜帶一袋穀粒和一隻母雞，請問他要如何選擇才可以活最久？

(A)先吃穀粒， 再吃雞 (B)先吃雞，再吃穀粒 (C) 用穀粒餵雞，再吃雞生的蛋 (D) 用穀粒餵雞，再吃雞

貳、能量的流轉

一 . 能量流轉 ( 一 ) 傳遞過程 1. 生產者利用光合作用將光能轉變成化學能 2.初級消費者攝食生產者時，生產者體內的 部分能量便會傳遞至初級消費者體內 3.當初級消費者被攝食時，部分能量再次被 傳遞

10 ％定律 1. 在食物鏈中，許多能量會在轉移過程中以 熱能的形式散失，故能量的傳遞率很低 2. 由一營養階層轉移至另一營養階層僅約 10％ 3.食物鏈很少包括六層以上的營養階層

想一想

• 魯賓遜漂流至一荒島，若他隨身攜帶一袋穀粒和一隻母雞，請問他要如何選擇才可以活最久？

(A)先吃穀粒， 再吃雞 (B)先吃雞，再吃穀粒 (C) 用穀粒餵雞，再吃雞生的蛋 (D) 用穀粒餵雞，再吃雞

貳、能量的流轉( 二 ) 生態塔的形式 1. 能量塔 (energy pyramid) ： (1) 定義： 以營養階層固定的能量所繪製的圖稱為 能量塔

2. 生物量塔 (biomass pyramid) ： (1) 定義： 依每一營養階層的生物質量總和繪製而成生物量 : 特定區域 ( 單位面積 / 體積 ) ，生物的總質量( 乾重 )

(2) 形狀： A. 在一般的情況下具有較大的基層， (呈金字塔 ) 通常營養階層越高階，生物量愈少

B. 有時會有倒置情形，形成「倒金字塔型」：

如一個小池塘中，初級生產者是由快速生長

繁殖的浮游性藻類及植物所組成，供養的初

級消費者為生長較慢的浮游性動物，但因其

體型較大，使得累積的生物質量也較大

有無倒置的生物量塔 ?

3. 數目塔 ( 數塔； pyramid of numbers) ： (1) 定義： 依每一營養階層的生物個體數目繪製而成 (2) 形狀： 依據生物個體數目所繪製而成的數目塔，有

時會「上下顛倒」，形成「倒金字塔型」

整理：生態塔

碳循環 1. 醣類、蛋白質、脂質和核酸等均含有 碳，在大氣中則以二氧化碳為主 氮循環 1. 組成蛋白質與核酸的重要元素 2. 植物可以吸收的氮元素形式主要為銨 鹽（ NH4

+）和硝酸鹽（ NO3-)

物 質 循 環物 質 循 環

碳循環

在水域生態系之食物網中， 碳以碳酸鈣等形式構成貝 殼、珊瑚骨骼等堅硬部分。 這些生物死後並沉入水中， 漸漸成為沉澱物，甚至達數 百萬年之久，直到海洋底層 經由地質力量隆起成為陸地 岩石，如石灰岩

高雄 柴山地區隆起的珊瑚礁石灰岩。

( 二 ) 氮循環 ( 一 ) 氮的重要性： 生物體內是組成蛋白質與核酸的重要元素 ( 二 )儲存： 1. 大氣是氮元素最主要的儲存庫 2. 在大氣中的氮元素主要為氮氣 (N2) ， 約占空氣成分的 78 ％ 3. 一般動物和植物都無法直接利用 N2

好氧菌

厭氧菌

可被植物吸收的氮元素形式 : NH4

+、 NO3

-溶於水

( 二 ) 氮循環2. 固氮作用 (nitrogen fixation)

大氣中的氮氣經固氮細菌合成氨 (NH3)

(1) 根瘤菌是一類固氮細菌，與豆科植物共生 而形成根瘤 (2) 土壤與水域裡還有其他 細菌及藍細菌也能行 固氮作用

肆、生態平衡生態平衡： ( 一 )當生態系中的群集成為顛峰群集時，生態 系的能量流轉及物質循環亦呈穩定狀態， 此時生態系處於「生態平衡」 ( 二 )此一平衡狀態為「動態平衡」 ( 三 ) 一般而言，生態系的生物多樣性愈大且食 物網愈複雜，則此一生態系愈不易因干擾 而喪失穩定性

生物的活動也會改變環境的狀況：

( 一 ) 岩石上的地衣會分泌物質使岩石崩解

( 二 ) 生物的光合作用影響大氣組成

( 三 )蚯蚓可鬆動土壤等

◎ 生態平衡 -掠食者與獵物

獵物（雪兔）與掠食者（山貓）的數目變動情形

( 四 ) 有時一生態系受到干擾仍能維持原生物組 成與功能；有時受到干擾，此生態系短期 會改變結構與組成，但假以時日能回復到 原先的狀態。( 五 )當環境變動大於生態系自我調節能力時， 平衡狀態就會被破壞，然後此生態系會尋 求新的平衡或徹底瓦解

※ 破壞生態平衡的因素

1. 自然因素 ︰

火山爆發、颱風、水災、旱災、森林大火。

2. 人為因素︰

濫墾伐、過度捕殺、汙染、人為飼養栽植、

沙漠化、引進外來種。