生態系 生態系的觀念 生物與其周圍的其他生物環境及非生物環境是密不可分的。生物仰賴空氣、日光、水及營養物質而生存，且又與其他生物間亦彼此相互依賴、競爭、影響。生物與環境因子間雖關係如此交錯複雜，但卻又有一定的互動準則可循，形成具有規律性的系統。在此系統中因有物質與能量間不斷的轉化、轉移或置換，因此形成了一個動態平衡的體系，此體系可稱之為「生態系」。簡單的說，生態系是自然界中，各種生物（生產者、消費者、分解者）和周圍環境所組成的系統。

Presentation on theme: "生態系 生態系的觀念 生物與其周圍的其他生物環境及非生物環境是密不可分的。生物仰賴空氣、日光、水及營養物質而生存，且又與其他生物間亦彼此相互依賴、競爭、影響。生物與環境因子間雖關係如此交錯複雜，但卻又有一定的互動準則可循，形成具有規律性的系統。在此系統中因有物質與能量間不斷的轉化、轉移或置換，因此形成了一個動態平衡的體系，此體系可稱之為「生態系」。簡單的說，生態系是自然界中，各種生物（生產者、消費者、分解者）和周圍環境所組成的系統。"— Presentation transcript:

1 生態系 生態系的觀念 生物與其周圍的其他生物環境及非生物環境是密不可分的。生物仰賴空氣、日光、水及營養物質而生存，且又與其他生物間亦彼此相互依賴、競爭、影響。生物與環境因子間雖關係如此交錯複雜，但卻又有一定的互動準則可循，形成具有規律性的系統。在此系統中因有物質與能量間不斷的轉化、轉移或置換，因此形成了一個動態平衡的體系，此體系可稱之為「生態系」。簡單的說，生態系是自然界中，各種生物（生產者、消費者、分解者）和周圍環境所組成的系統。

2 生態學 生態學(Ecology)是探討生物與環境因子相互間關係的學問。在生態系中，植物、動物、微生物、土壤礦物質、太陽、水、空氣等均個個扮演極重要的角色。圖1(p73)所示即說明了生態系的組成及其間相互依賴的重要關聯。 生態學是研究生態系的組成及研究生態系的功能（在瞭解元素如何在生物間轉換、能量在生物間如何傳遞及瞭解這些生物為何會同時出現在同一空間環境中）

3 生態系組成：生物部分（生命系統）及非生物（物理環境）
生物：包括生產者、消費者、分解者 生產者：主要由光合作用植物（綠色植物及光合微生物）及化學自營植物（化學自營性細菌）所組成，生產者主要功能有製造養分（行光合作用、將太陽能轉換成化學能，儲存於葡萄糖中）及釋出氧氣。 消費者：依其食性可分成草食性（一級消費者）、肉食性動物（二級或二級以上消費者）及寄生性生物。 分解者：將動植物屍體及其排泄物分解成可溶性有機物質、甚至無機物，如細菌、真菌。 清除者：攝食動植物屍體，如禿鷹、馬陸。

4 食物鏈、食物網 食物鏈：在生態系中，藉食性關係而串聯起來的一組生物，如稻米、蚱蜢、雉雞、人，食物鏈成單向線狀。
食物網：在生態系中，許多單向的食物鏈，互相交錯成網狀的構造，這後把整個生態系的群集網羅在一起，稱為食物網。 食物鏈通常有以下四類： 1. 捕食性食物鏈：又稱為牧食性食物鏈，是以植物為基礎。其構成形式為植物 --> 草食性動物 --> 肉食性動物 2. 碎食性食物鏈：以高等植物之枯枝落葉為基礎，植物碎屑經細菌和真菌作用，再加入微小藻類，被碎食生物所利用。其構成形式為碎食物-->碎食生物-->小肉食性生物-->大肉食性生物

5 寄生性食物鏈：以大動物為基礎，由小動物寄生在大動物身上所構成。如哺乳類-->跳蚤-->原生動物-->細菌-->病毒
腐生性食物鏈：以腐爛的動植物屍體為基礎。腐爛的動植物屍體被土壤或水中的微生物分解。

6 非生物部分（物理環境） 媒質：水、空氣、土壤 基底：岩石、砂、礫、泥土 氣候因子 電磁場 太陽能
物質代謝材料：二氧化碳、鹽類、水、營養、氧氣

7 生態系統的結構 型態結構：包括生物種類、族群數量、種的空間配置、時間變化等。在一定地區與範圍的空間，具有特定的生物種類、族群數量與族群空間結構。例如：高山草原生態系等。 營養結構：生態系統中各組成部分間之營養關係構成其營養結構。如生產者行光合作用，將太陽能轉化為化學能，屬自營性生活，進行初級生產或第一性生產，草食性動物為一級消費者，肉食性動物為第二級消費者，依此類推。分解者把複雜的動植物殘體分解成簡單的化合物。不同等級的消費者從不同的生物中得到食物，就形成了「營養級」。

8 生態系統的有機化現象 生態系統具有發育、繁殖、生長及衰亡等生物有機體之現象。依時間特徵可分成：初期、成長期及成熟期。如水塘最後可能演替成為森林。 生態系統有代謝機能的特性。生態系統的代謝現象是經由生產者、消費者及分解者三個不同營養系統之生物類群所構成。 生態系統也具有自動調節功能，使其適應正常及異常環境變化的能力。 為維持有機化現象，生態系統包含三個生命的基本系統： 1. 交流系統：執行生態系統之物質循環與能量流動 2. 適應系統：生態系統對外界環境產生選擇性反應 3. 回饋系統：維持生態系統的相對均衡狀態

9 生態系統之物質循環 生物地化循環：自然界的各種化學元素，被植物吸收而從環境進入生物界，並沿著生物之間的營養結構關係而流轉，後來又以排泄物及屍體的分解而回到環境中，如此週而復始，循環不息。 庫：這些元素，若在生物與非生物成分中滯留，稱為庫。庫分成（1）貯存庫：指容量大、滯留時間長，流轉速度慢之庫，多屬非生物成分。（2）交換庫：容量小、滯留時間短，流轉速度快之庫，多屬生物成分。這些元素在庫與庫之間轉移，稱為物質循環

10 物質循環類型 物質循環分成三大類型：水循環、氣相循環及沉積循環。 水循環
水是自然界物質循環的推動力。地球水的總體積約為15億立方公尺，其中海水佔97％，淡水3％，而這其中3/4存於兩極的冰層中。地球水循環過程如下：地面水蒸散-->水蒸氣-->降雨-->地面水--> 氣相循環：主要有碳循環、氮循環、氧循環 碳循環：碳是構成生物體之主要成分。在自然環境中，碳以二氧化碳存於大氣中，以重碳酸鹽存於水中，而以固態碳或化石燃料沉積於地殼。

11 碳循環由綠色植物行光合作用固定大氣中的二氧化碳開始，植物以碳水化合物形式存於植物體內，植物行呼吸作用釋出二氧化碳，重回大氣中。此外，動植物屍體及排泄物經氧化分解而排放出二氧化碳回大自然。非生物性循環，則如化石燃料的燃燒、火災、火山活動等進行碳循環。 因人為活動的增加，造成大氣中二氧化碳濃度顯著的增加，因而引發溫室效應的增強。循環圖如下:

12 碳循環圖

13 氮循環 氮是構成蛋白質基本物質。植物利用固氮機制利用大氣中的氮，固氮作用有兩途徑，一是通過閃電等高能固氮形成氨和硝酸鹽，另一是由根瘤菌、藍綠藻等微生物生物固氮作用形成氨，供植物利用。氮循環由固氮作用開始，植物自氮及硝酸鹽吸收氮素，合成蛋白質。而後被消費者所利用，將植物蛋白質分解為胺基酸，經消化作用分解為氨、尿素、尿酸排入土壤中，動植物屍體經分解者（腐生菌）分解後，釋出氨、二氧化碳等進入土壤中，再為植物根部所吸收。若溶於水中則成為銨鹽，經脫硝作用釋出N2於大氣中。

14 氮循環

15 氧循環 氧的呈現狀態以氣態氧分子或氣態二氧化碳及水所組成。氧的循環從植物行光合作用將二氧化碳及水化合產生有機碳水化合物即氧。氧再藉動植物的呼吸作用，或體內其他氧化作用在轉變成為二氧化碳和水。循環圖如下：

16 能量循環 在生態系中最重要的概念之一乃是能量在體系內的流動現象。能量流動過程：任何生態系，其能量有必依賴太陽提供，隨後，植物藉光合作用把太陽之輻射能經過二氧化碳與水的結合而轉化為化學能，這份化學能則開始在食物鏈裏傳遞，最終，動植物之殘體被腐化分解，將其中營養鹽重再釋回土壤，構成物質上的循環與能量的流動。 能量塔：在能量轉移過程中，由於部分能量用於消化、呼吸和運動，並有一部份的能量會形成熱能消失，故能量愈來愈少，因此能量在食物鏈中，變成金字塔的形式，稱為能量塔或能量錐體。 1/10定律：於能量塔中，每一階層從前者所獲得的能量約為前者所含能量之1/10，剩餘的9/10以熱能形式消失。

17 能量塔特點 能量可以轉變，但不能創造，於轉變過程中即有熱能損失。 能量的流動是單方向性的，不能循環利用。
食物鏈只限4或5食階，最多不超過6個，因能量依次傳遞至第5食階時，能量已所剩無幾了。 能量的流向是開放式的，而非閉鎖式的。 食物塔 於食物鏈中，生產者的數目或生物量最多，各級消費者的數目或生物量依次遞減，其關係如金字塔般稱為食物塔。於食物塔中，生產者的數目及生物量最多，位於塔的底層，初級消費者位於第二階，最高級消費者位於塔頂，愈近塔頂，其數目及生物量愈少。 能量塔以生物數目表示者稱為數塔，以生物量表示者稱為生物量塔。

18 生態系之能量利用及評估 能量 大地上的生物都是直接或間接地依賴太陽的能量而生存。太陽輻射能經綠色植物行光合作用後轉變成化學能，再為其他生物利用轉化成熱能。因此，能量的流程，運轉及效率或轉化成生產之乾物質成為生態系中最重要的一個程序。太陽是能量的重心，它是一熱核子(thermonuclear)，它能發揮極高的能量，溫度高得可使氫氣轉變成氦(He)，轉變時以電磁波形式放出能量。這個能包括短波的x-ray及γ-ray及長波的放射線。太陽能中約有99%的能量的波長介於2OOnm~40Onm，而可視光的波長是介380nm~770nm間。

19 粗估之，大約有五千萬分之一的太陽能被地球所吸收，而此能量以等速運轉射入地球。地球上單位面積接受太陽能量的速率大約是2g．cal/cm2/min，故地表每年所接受太陽能的總量可達l3xlO23～2g．cal。唯地球表面凹凸不平，且受緯度的影響，地球上各地所接受的太陽能量自然不等。 根據德國氣象學家Dr.RudolfGeiger指出，如果將進入地球大氣層的太陽入射能視為100%時，約有42%入射能被折返(其中33%被雲折返，9%被塵埃折返)，10%入射能被臭氧層吸收，如此算來，只剩48%的太陽入射能實際到達地面。達到地面的入射能又有4%被光滑岩石表面折回，故生物能利用之太陽入射能量僅44%而已。

20 此入射能被植物利用以進行光合作用，其「光合成效率」或稱「太陽能利用率」(簡稱Eu)，均隨植物種類而異，有的植物光合成效率高，如玉蜀黍(Eu-1.4%)。概言之，植物利用太陽能之效率尚不及2%，絕大部分的太陽能仍留存於生態系中。被地殼圈所吸收的放射能可以多方面放射出來，尤其是紅外光以電磁波放射出來，其中一部分又被地面吸收，另一部分再放射回去。太陽的直接輻射能及間接的紅外光輻射能使大地溫暖，土壤、水分及植物保持一定的熱度。若無此輻射能之維持，地球為之冰冷，生物也將絕跡。

21 自營生物之能量固定 所謂自營生物即生物本身可以直接利用太陽能以製造能量的生物，如綠色植物可以利用太陽輻射能以進行光合作用製造醣類。光合作用之簡單方程式如下:

22 基礎生產力之測定 一、收割法： 在一個較大面積的土地上，測定基礎生產力的最簡單方法即產旦收割法。在一定的面積，一定的時間內，植物生產量謂之，其單位以kg/ha/yr，或g/m2/day。一般的生物量(biomass)即一定時間，一定面積內之所有生物量之總合。 二、二氧化碳之同化作用 (CO2 assimilation) 一些體積較小的植物如水稻或作物，為求其精確之太陽能利用率，可以紅外光氣體分析儀(Infrared gas analyzer)來測定CO2之光合成效率。

23 三、氧氣釋放法 在水生生態系中，紅外光氣體分析儀無法用來測出水生植物之生產力，但以測氧計可以測得植物之呼吸作用。 四、放射性同位素法 在光合作用過程中，二氧化碳是主要的合成基質，因此對一些很難以收割法來測出生產力的水域植生，常以放射性同位素14C標定之NaH14CO3來測定。NaH14CO3在酸性溶液存在時很容易水解釋出14CO2，此隨即與Ribulose-l,5-diphosphate合成三碳醣(3-phosphoglyceric acid)以進行Calvin-Bensan cycle以製造醣類。

24 五、其他方法 因為光合作用的結果，植物中含葉綠素的量與植物之生產量成正相關關係，因此測量在單位時間內植物體中葉綠素增加的含量亦可得其生產量。葉綠素的含量可以一般光譜儀測之。另外方法是因呼吸作用的過程中放出CO2，在水域環境中CO2的增加會使水域中之pH值下降，故測pH值之變化可間接得到水域中植物之生產力。然而，因近年來空氣中CO2量逐漸升高，或酸雨之形成使水域中的酸鹼度改變甚大，因此以pH法來測估植物生產力就不夠精確了。

25 全球基礎生產力比較 1960年至1970年間國際生物計畫評估及比較各地農作物及植被的太陽能利用率，而獲得如下的結論:農作物>森林植物>草原植物>水生浮游性植物;實際上能量利用率至今所知尚未有超過1.6%者，理論上雖可達3%，但因吾人測之可見光譜是介於380nm~770nm間，尤其是在水域系統中，其入射光能量因水深度而降低，故光合能力無法接近理論值。又綜合上述，水生植物消耗於呼吸作用者僅佔總生產力之15~24%，農作物為25%，森林為50~60%，而熱帶雨林則為70%。相對地，越靠近熱帶地區的植物，其能量利用率越低，而用於呼吸作用者卻達70%以上。這乃由於熱帶地區，溫度太高，熱量消耗太大，當然呼吸作用是唯一提供熱能消耗的重要機制之一。

26 全球各地能量利用率亦因地區而異，沙漠地區之生產力為400200 kcal/m2/yr，湖沼中之浮游生物為800 ~ 2400 kcal/m2/yr，淡水闊型植物為 2,400~6,800 kcal/m2/yr，鹹水者為l1,600~14,600kcal/m2/yr，溫帶落葉林為4,800kcal/m2/yr，溫帶針葉林者為11,200，熱帶雨林者為20,000，農業地區之一年生植物為8,800，多年生者為12,000，而沼澤地區者為12,000~30,000kcal/m2/y「(Kromondy,1976)。

27 種群與群落 任何生物的族群，其個體很難於自然界單獨生存，必須有一定數量的種群結合才能適應環境因素的變化。 種群的概念與生物種內的關係
種群是指在特定時間裡生活在同一地區由同種生物組成的群體。所以，一個池塘邊的蘆葦是一個種群。動物的情形也相同，例如在低山帶的所有蜜蜂也是一個種群。 種群可以只包括一種生物，稱之單種性種群或單種種群;也可以包括多種生物，稱為多種性種群或混合種群。一般生活在自然界的種群，稱之自然種群(如蘆葦、水蚤);而在實驗室中的種群，稱為實驗種群(如酵母菌、草履蟲)。

28 種群的起源 同種生物聚成群體的原因主要有三種:首先是基於生殖的需求;其次是被動的輸送;再來是主動的運動。
1.基於生殖的需求:無論是有性生殖或無性生殖，其結果所造成之後代均足以構成種群。例如.行胎生的紅樹林或水筆仔種群。 2.被動的輸送:自然界的媒介如風力、潮水、重力、溪流、動物等所造成的被動輸送，常將種群集中。 3.主動運動:由於生物群體對環境中無生命物質的定向反應及對於同類或異類生物間之吸引力使個體聚為群體。例如生物的趨光性、繁殖活動、採食活動等因素皆是生物主動運動至同一區域之原因。

29 種群的結構 生物種群的結構，一般包括年齡結構和性別比例二個要素。結構之比例對種群之動態發展有重要作用。例如將種群內各年齡段分成生殖前期、生殖期及生殖後期三類，將各段的個體數繪成曲線圖，即可形成年齡金字塔，年齡金字塔可分成三類型： 1增長種群:表有許多幼年個體，出生率大於死亡率，種群延續增大。 2穩定種群:出生率大致等於死亡率 種群的大小趨於穩定。 3衰退種群;大多數個體已經過了生 殖年齡，種群之大小趨向減少。

30 性別比例結構，亦可分成三類 1.雌雄相當:族群中貝有生殖能力之雌雄性別比例相當，一般高等動物的族群生長方式，如人。 2.雌多於雄：為避免太多雄性相聚時，會有競爭打鬥現象，如鳥類。 3.雄多於雌：適於營社會生活的昆蟲族群，如螞蟻。 種群的生長與調節 種群的密度隨時間的增長而增加，但受到食物、空間等環境因素的影響，會影響其出生率與死亡率，從而降低增長率，一直到停止生長。環境所能允許的種群最大數量值稱為負載能力。種群的調節則起因於種群密度的外因（如食物供給、天氣、疾病與天敵等）或內因（如行為、生理狀況等）。

31 生物種間關係 關係 甲生物 乙生物 範例 互利共生 獲利 獲利 根瘤菌和豆科植物（義務性） 螞蟻和蚜蟲（非義務性）
關係 甲生物 乙生物 範例 互利共生 獲利 獲利 根瘤菌和豆科植物（義務性） 螞蟻和蚜蟲（非義務性） 片利共生 獲利 無影響 著生植物和大樹（長期接觸） 鳥槽於大樹（非長期接觸） 互容 無影響 無影響 樹上不同食性動物 抗生 無影響 受害 渦鞭毛藻對魚類 寄生 獲利 受害 蛔蟲寄生人類 捕食 獲利 受害 老鷹抓小雞 剝削 獲利 受害 杜鵑鳥將卵寄生於他鳥槽中 競爭 優勝劣敗 適者生存 同種生物間之競爭食物、配 偶等

32 群落的概念 群落是指在一定時間裡，生活在同一地區的各種生物種群，相互結合所形成的一種結構單元，其彼此間可相互聯繫、相互制約。簡單的說，棲息於一天然區域內的生物，能相互調節而造成的群體，稱為生物群落。 例如在一池塘中除了水蚤種群外，還有各種魚類及其它浮游動植物。而水蚤以藻類為食，其本身又成為魚類的良好餌料，水生植物行光合作用釋放氧氣於水中供其他動植物利用，分解者分解生物屍體及排放廢物，而這些不同的種群，就構成了一個群落。

33 群落的形成 任何一個生物群落的形成，需經過一段很長的時間，在此時段中，任何一種生物的生存與繁衍，有賴於整個生物群落的穩定。生物群落之演化形成之趨勢，是要增加生物成員間之協調及共存，而使得整個生物群落獲得較大的穩定性。 生物群落的組成及結構 生物群落的組成基於食物鏈的關係可分成生產者、消費者及分解者。生物群落的要素劃可分成（1）分類部份群落（植物及動物）（2）機能部份群落（生產者、消費者、分解者）及（3）結構部份群落（空間、季節等）。而三種部份群落又可再細分，一直到該生物群落中單值種的集合(種群)。

34 生物群落的結構 生物群落有簡單及複雜之分，簡單者如荒漠植被，最複雜者如熱帶雨林。群落結構依其組成份子分成優勢的顯要份子及一般的從屬份子。顯要份子又稱為優勢種，能抵抗外在環境的不利因子，同時能轉變能量，使自己成為食物之主要來源。從屬份子又稱為依賴份子，生長於顯要份子之下方。 生物群落的分層 生物群落的結構若表現在垂直分佈的變化，稱之為分層現象，如森林群落依次可分成：地下層、地面層、草本植物層、灌木層及喬木層。

35 生物群落的演替 在一個區域內，原有的生物群落，經過一定的發展時期和環境因素的改變，而由另一新的群落所取代，稱為群落演替或生態消長。如地衣-->蘚苔-->草本-->灌木-->喬木-->森林群落的發展有其規律性，其原則如下： 1. 群落的演替有一定次序的改變過程及方向，其結果是可預期。 2. 演替是因群落改變物理環境所造成的。 3. 其最終目的是建立一最穩定的生物群落。 群落演替過程，基本上可區分成先鋒時期、過渡時期、顛峰時期。如上之消長過程，一旦森林形成，如長年外觀上少有顯著變化，此穩定群落稱為顛峰群落或極相。

36 生態平衡的觀念 當在一生態系中其能量與物質的輸入與輸出當維持恆常狀態時可謂之「生態平衡。為維持生態系的平衡，如下要件是必須的:
一、能量及資源必須得以在系統中有效流動及充分循環 生態系中的能源係來自太陽能及地球中的能礦如化石燃料等。太陽能似乎可以源源不斷的供應，但地球中的能礦卻可與時耗盡。再生性的能源，如森林、水力等，經營得當則可生生不息，否則將造成生態惡果。 二、環境載荷量(Carrying capacity)不能超限 在一空間內所能承受的量謂之載荷量。由於地球的資源及空間有限，人類不能漫無止境，為所欲為的取用資源。

37 因此，人口數必須有其極限所在，否則地球中再生性資源也不及滿足人口的成長需求，更何況非再生資源。
三、生物歧異度或生物多樣性(Biodiversity)應予保持 在一棲地內，不同生物變化的度量謂之「生物歧異度」。由於生態系中每一種物種都扮演不同的功能與角色，生物若其歧異度大則比較可以適應未來環境變遷所帶來的衝理。不同的變種可以適應不同的環境，當逆境來臨時，生物較能適應下來。不同種之間亦較能互相牽制，也會因相剋或掠取而互相消長以達成最終的共同互利，進而維持族群間數量與品質問的平衡。 所以生態平衡是一種極穩定狀態的生態系統，在平衡條件下，有機體數目最大、生物量最大、生產力也最大，種群比例適宜。

38 造成生態失衡的原因 一個生態系的平衡乃是能量與物質隨時空而變化，其輸入及輸出達到動態平衡。然而，當此生態系受到人為或自然的衝擊，肇致該系統中能量與物質輸入及輸出的失衡此謂之「生態失衡」。舉例言之，一個湖泊可謂一生態系。湖泊中的浮游性植物及藻類，利用陽光及上流所帶來的營養鹽製造醣類，並成為小蝦的食物。小蝦子的生長提供了小魚的食物，然後小魚給大魚吃掉，大魚再被肉食性動物捕食。由浮游植物之行光合作用到大魚的成長，期間能量轉化多次，若它們之間之消長速率一定，則此湖泊之生態系穩定平衡(homeostasis)。

39 然而，當湖泊上游的居民濫墾樹木，或濫倒垃圾，甚至養豬或家禽，使上游的穢物漸漸注入湖泊，該湖得到過多的營養監，游浮性生物或藻類乃大量繁殖而形成藻華。當藻華形成後，湖泊中的氧氣漸稀，且藻類自己分泌的有毒代謝物質，如渦鞭毛藻產生的毒素(Saxitoxin，譯為渦鞭毛藻毒質)，便累積於湖泊中，當其濃度達到某一程度時，藻類植物便迅速死亡。藻類植物死了，蝦子也因而告終，其他的生物也相繼而亡，則此湖之生產力不復存在，變成死湖。這即是一個湖泊生態系由平衡到失衡的淺例。

40 一、人口問題 近半世紀來，由於人類醫藥衛生的進步，人口出生率增加及死亡率降低，再加上大型戰爭的減少及人類壽命的增長，促使人口成等比級數的增加。在公元1600年時，世界人口僅約5億人口，到了1850年增至10億，1900年時，人口增至15億左右，195O年約24億，1986年已突破50億。照此增殖率，則世界人口在2000年時可能達到80億。若人口增殖率不加以控制，則世界人口在公元2100年時則勢必達到150億。人口遽增當更將爭奪有限之資、能源，加速生態失衡現象。

41 二、資源過度開發與利用 三、汙染物質的增加
雖然太陽能取之不盡用之不竭，使依賴太陽能製造食物的綠色植物生生不息，然而當消費者多過生產者時，此再生性資源就呈衰退，原因乃在於過度消費所致。過去人類只求溫飽，現今的人類還進一步講求物質生活。根據專家的統計，美國人每天所浪費生活的食物即足可供印度人數月的糧食。 三、汙染物質的增加 隨著人類科技的發展及工業的突飛猛進，人類製造了比以往更多的汙染物質充塞於環境，使我們的環境品質也日趨下降。在農業上，由於大量地使用良農藥，雖可減少農業病害，

42 增加作物生產力，但卻使農田環境日漸惡化，甚至使土壤理化性質完全改變，良田成為廢耕地。近年來，台灣桃園的大潭村及林口附近農地已不能種植作物。其附近工廠排放的廢氣及廢水中含大量的汙染物質，不但農作物不能再生，甚至當地居民也得了痛痛症。這與1950年代日本的水候症所造成的結果相似。環境汙染連帶地影響生態因子的變化，繼之造成生態的後果及導致生態的失衡。

43 破壞生態平衡的後果 森林破壞、損失成災 圍湖造田、災害連連 二氧化碳失衡、地球溫暖化 氟氯烷污染、臭氧層破洞 人口爆炸、釀成大禍
物種滅絕、生態失衡 除以上外，由於生態失衡所造成後果，使全球氣候變化、海水倒灌、地層下陷、沙漠化擴增、沿岸鹽化、土壤酸化、森林潰敗及動植物滅絕，這些都是全球生態系變遷的事實，這其中人類經濟活動所造成的衝擊仍是全球變遷中最重要的癥結。

44 世界主要生態系 整個地球上的生態圈可以分成陸域生態系與水域生態系兩大類型，陸域生態系包括了沙漠、草原、森林、凍原極地生態系，水域生態系則含湖泊、水塘、濕地、沼澤、溪流、海洋生態系。生態系是生物與環境的共同組合體，生物不能離開它們棲息環境而獨自生活，也就是說每一生態系都有各自的一群生物與特有的環境條件，生態系的植物組成或植物群落所固定的太陽光能維生。

45 生態系並非是一成不變的，生物群落是動態的，是具有更替性的。在一特定地區的環境下，時間軌跡上的每一個斷面，其組成的植物群落都不相同，例如原有森林經大火摧毀或冰河侵襲或人為破壞後當先形成草原，而後向陽的灌木、喬木率先竄出，經過數年初次形成森林，隨著時間消逝，森林的種類與組成也呈現變化，最後達到安定狀態，稱為「極相林」，但任何一個極相林也可能因時間、環境、人類有意無意的干擾等而再作改變，所以眼前的生物社會其實都只是動態平衡過程中的一個切面而已。

46 影響生態系發展的因素 影響生態系發展的主要因素是長期的氣候條件，某一特定地區的氣候是許多環境因子交互作用的結果，其中以溫度和降雨量為重要，溫度在一年中的季節變化與降雨量在一年中的量與季節分布，都會對生物生長產生決定性的影響。 一個地區的平均溫度取決於與太陽之間的距離、照射角度、面積，與該地區所承受的單位輻射能，例如緯度越高距離赤道越遠，所承受的太陽能愈少溫度也愈低。此外局部地區的氣流、風、洋流、地形等，也會影響當地的氣候，此亦即地球氣候帶並不一定隨著緯度而呈帶狀變化的原因。

47 陸域生態系 一、沙漠 年蒸散量大，且年降雨量不超過250公釐的地區即稱為沙漠。由於水份缺乏，植被低矮稀疏且呈零星分佈，主要為旱生的灌木或半灌木。在不同緯度因不同的年均溫，可區分為熱帶、溫帶及寒帶、半寒帶沙漠。熱帶沙漠如撤哈拉南部地區，約佔世界沙漠地區的1/5，植物稀少，地表石塊或砂粒經常被大風吹移;溫帶沙漠分佈於中國西北如準葛爾盆地荒漠，夏季白天氣溫高而冬季冷涼;寒帶沙漠如戈壁沙漠，冬季寒冷而夏季溫暖或炎熱。沙漠地區地表的空氣由於所含水汽少，並不是一個好的絕緣體，地面所散發的熱迅速消失於大氣，因此沙漠地區入夜之後總是寒冷的。

48 沙漠植物通常呈散生狀，可避免彼此競爭水份;有的植物根系特別發達，能深入地底的地下水層;有些是以散佈面積廣大的根菜，快速吸收雨季所帶來的水份;有的葉具蠟質避免水份蒸散;仙人掌植物則以肉質化的莖貯存水份。沙漠動物亦能演化出適應生存該牠的結構與機制，能貯存水份於體中，或是減少水的消耗，例如昆蟲與爬蟲類的反都較厚，以避免水份蒸發; 動物晝伏夜出以避高熱;有些甚至會在乾旱季節產生休眠的現象;更有一些動物利用需水量較低的代謝途徑，祇靠食物中少量的水份即能維生。 由於沙漠地區水份缺乏，植物生長環境惡劣，生長速度緩慢，種歧異度也低，所以沙漠地區的生態環境相當脆弱，一旦被破壞則需上百年時間才會逐漸恢復。

49 二、草原 草原地區年雨量（25～45cm）較沙漠多，但是仍不足以形成森林。和沙漠生態系一樣，隨著緯度的不同，溫度、雨量的差異，可分成熱帶大草原（熱帶疏林）、溫帶草原及寒原。全球草原面積約30萬公頃，佔陸地面積之24％，是重要之農、牧場所。 位於熱帶的草原又稱為疏林，年均溫高，年雨量雖高，但冬、夏季有明顯乾季，主要分佈於赤道熱帶雨林兩側至南北迴歸線之間，非洲地勢平坦的Serengeti大草原（撒哈拉沙漠和剛果熱帶雨林間）即屬之。此區動物多，會隨水及食物而有有季節性遷移。

50 溫帶草原。有些地區雨量較多形成高草原，雨量較少的地區則為低草原，草原上零散分佈著落葉性的灌木或喬木，在乾旱季節以落葉的方式避免水份散失，草原截留每年有限的雨量，使水份不致瞬間流失，並提供了局部地區湧泉及溪流的水源，草原方可保護表層土壤，避免表土因強風驟雨約的吹襲沖刷而流失。此外草原與生長其上疏生的灌木、樹木及草原下的土地，可提供給各種野生動物做為食物及棲地。這些地區風力一般都很強勁，水份的蒸散很快速，但只要土地不被耕作翻土，表層土壤應可被草原如網狀的根部所保護。不過由於溫帶草原土壤肥沃，目前已成為世界糧食主要產地，因耕作的關係，土壤流失頗為嚴重。

51 寒原通常出現在極地，又稱為極地草原或冰原，位於極地冰原面向赤道的一方，區內終年寒冷，冰風長年吹襲，土地為冰雪所覆蓋，冬天夜長，平均年雨量低且通常以雪的形式降下。寒原地下為永凍層，終年結冰。夏天僅6~8週長，由於受到陽光較長時間照射，表土層的冰溶化為水，但因其下的永凍層並不溶解，溶水無法下滲，於是形成所謂的濕原，地表四處散佈著湖泊及沼澤，其間蚊蟲滋生，為由南方遷移至此結巢產卵的水鳥提供豐富的食物。寒原主要是由厚、具有彈性的墊狀植被所覆蓋，主要的植物有地衣、苔蘚、莎草、禾草及矮灌木等。由於溫度嚴寒，植物死亡後分解速度緩慢，因此能提供植物生長所需，含腐植質的土壤層淺薄，植物生長速度也極為緩慢，致使寒原一旦遭受破壞，也往往需數百年時間才能逐漸恢復。

52 三、森林 森林在自然生態系中結構最複雜，在路生生態系中生物量也最大。依照森林的外形，森林生態系可區分成北方針葉林、溫帶落葉林、硬葉林、熱帶季雨林、熱帶雨林…等，每一類型隨著環境因素的差異，優勢種類不同，仍可再區分成許多不同的森林型。 (一)雨林 熱帶雨林主要分佈在赤道附近，該地區氣候溫暖，長年溫差小、降雨量大，終年潮濕，主要優勢植物為常綠樹種。一個成熟的雨林其單位面積的生物歧異度往往比其他的陸域生態系高，各式各樣的動植物主要棲息生長具有層次分化（依次為喬木層、亞喬木層、矮林層、臨床層）的生態棲位中。

53 雨林與其他陸域生態系的最大差異在氣候恆常，主要限制該地植物生長的因子是土壤中的養分，由於雨林的物種經過長期演化而發展出獨特的生存策略，例如逃避掠食者與擴張族群的策略:有些蝴蝶具有毒蛇的花紋使掠食者不敢捕食;成熟的花散發出如腐肉般惡臭以吸引蠅類傳粉……等，這些都顯示雨林生物間的關係密不可分，彼此環環相扣相互依存。因此雨林生態系相當脆弱，在自然狀態下雖能自我調節生生不息，但是若遭遇外來壓力，例如砍伐、開墾或放牧，森林將逐漸形成草原，甚至惡化成沙漠。 雨林生態系脆弱的原因是主要的營養元素均貯存在植被當中，而不是如其他陸域生態系是貯存於表層土壤，一旦植被消失，土壤中殘存的營養元素在種植數年作物之後即消失怠盡，除非施加大量化學肥料，不然就只有廢耕一途。

54 森林被砍伐後，熱帶地區常有的驟雨迅速沖刷土層，因此大面積森林消失後通常無法恢復舊觀。地球上獨一無二、珍貴的熱帶雨林，在木材工業，開礦，農牧等壓力下不斷地被剷除，生態學者估計，如照目前的砍伐速度，50年後只有極少數小面積的熱帶雨林能夠倖存，而與熱帶雨林息息相關的數十萬種生物將消失不見。 (二)季雨林 有些熱帶地區，雨量較少，並有明顯的乾季，熱帶雨林則轉變為熱帶季風林，或稱季雨林，其喬木常具有落葉的現象，有些地區的森林喬木密度會變得較稀疏，樹冠較平展;有些森林則呈現矮化現象，其中不乏有刺植物。台灣南部地區即屬季雨林的範疇，而以恆春半島具代表性。

55 (三)落葉林 溫帶落葉林分佈在四季分明的地區，以礫、山核桃、槭等落葉闊葉樹為主要組成分子，植物以落葉的方式越冬。由於每年大量落葉，土壤富含有機質，因此土地非常肥沃加上許多經濟性木材也生長於此，在北美洲，僅0.1%的原生林尚保存著，其餘地區則被開墾為農場、果園等，部分被轉變成以單一樹種為主的人工林，以便取得木材或紙漿。台灣北插天山上的山毛櫸林即屬於溫帶落葉林。 (四)硬葉林 在地中海氣候區，植物為常綠性或夏季落葉性的喬木及灌木，生長季集中在春秋二季，稱為地中海型氣候植被，亦分佈於加州、非洲西南部、南美洲智利中部的海岸及澳洲南部與西南部海岸。

56 (五)北方針葉林 由於這些地區的冬天都非常溼冷，夏天既乾且熱，植物葉片呈現加厚、硬化的現象，因此稱為硬葉林。
又稱為極地森林或泰加林，主要出現在亞極地氣候區域，由於南半球並無此類森林生長的條件，因此特稱北方針葉林，同類的森林在一些溫帶或熱帶的高山上方可見到，如台灣高山海拔3000～3500公尺的冷杉林即屬之。此區冬季甚長，氣候乾燥，白天短暫，經常降雪，氣候冷涼至極端寒冷，夏天白天日照長達19小時。北方針葉林橫跨北美、亞洲、歐洲，緊靠極地寒原的南方，且幾乎形成一個帶狀，其優勢種類為常綠針葉樹，例如雪杉、冷杉、雪松、松等。

57 其葉為針形或線形，表皮為極厚的蠟質所保護，在長期乾冷的氣候下對葉內保溫及保留水份具有莫大的功能。北方針葉林種歧異度極低，主要由於冬季土壤水份凍結，能夠生存在此類環境的植物種類有限，加上林下幾全為掉落的厚層針葉所被覆，土壤偏酸性，缺乏養分，且在短暫的夏天，林下常呈現泥濘狀態，部分地區亦點綴著沼澤環境，所以能夠生長的林下植物也不多。

58 水域生態系 控制水域生態系中生物種類與數量的因子包括:水中含鹽度、陽光穿透度、水中溶氧量、植物生長所需要的養分及水溫。水域可分為海域的海洋、河口、海岸濕地，淡水的湖泊、水庫、池塘、內陸濕地及河流、溪澗。

59 一、海洋生態系 地球75%為水域所覆蓋，而水域的97%屬於海洋生態系，後者對地球上的生命具有決定性的影響力。例如:海洋是約25萬種生物的棲身之所，而它們是多種其他生物(包括人類在內)的食物。海洋亦可說是二氧化碳的巨大貯存體，對大氣溫度具有調節作用。陸域上的水最後都流入海洋，由於海洋體積龐大，能稀釋由人類製造的污染物至某一程度，使不致產生立即性的危害。海洋藉著洋流調節鄰近陸地的氣溫，或藉著海水蒸發將水汽帶入大氣形成鄰近陸域的降雨，許多地球生態系的物質循環，海洋亦扮演重要的角色。海洋本身貯許多資源，諸如鐵、砂石、磷酸鹽、石灰、鎂、石油、天然氣等。

60 海洋主要可區分為兩帶:海岸與深海，海岸地帶較溫暖，養分也較豐富，以大陸棚（深約200M）邊緣為界，佔全海洋面積10%弱，但其動植物相佔全海洋所有生物種類的90%，為海洋經濟漁業的重鎮，海岸地帶生物生產量旺盛，為海洋動物的主要食物來源。離開大陸棚邊緣往大海方向，海水深度急速加大，稱為大陸斜坡，至1800M以下稱為海盆。深海依陽光穿入深度可區分為三層，上層由於陽光照射充足，浮游藻類生產力旺盛，以其為食物的浮游動物及魚類，因此數量也很豐富，陽光穿入度到了深海中、下層逐漸降低，浮游藻類也漸少，其他生物種類也跟隨變少。 有些海岸地區海岸為陡峭的岩岸，經常為大浪所衝擊，在潮間帶的岩石池穴，亦有頗多生物棲息其間。

61 由於地形的關係，有些地區海岸會形成緩衝性沙島，有助於保護內陸、河口、瀉湖、海岸濕地等環境，以減緩颱風所帶來的巨浪、大風的衝擊，緩衝性沙丘或沙島由於其生態位置與地形的不穩定性，並不利於人類的開發利用。另一些地區海岸坡度緩和，形成海灘，是海岸地區人跡最頻繁的地區，受到人類的衝擊也最大，在自然情況下，由海岸往內陸會形成多道緩衝性沙丘，可保護內陸地區免於遭受海風及海浪的衝擊，人類在平坦海灘地區開發的結果，沙丘被移除，或構築建物在第一道沙丘之後，往往小型的颶風等天然災害就可摧毀屋舍造成莫大的損失，人類常認為是天災，可是這種天災實為人類所促成的。熱帶、亞熱帶海岸的珊瑚，由於其歧異度與複雜性，有三分之一海岸魚類棲居於此，另外尚有多種海洋生物。