本文探讨生态系统的组成、能量流动与物质循环，包括生物因子与非生物因子的相互作用，以及生态平衡的概念。生态系统通过碳循环和氮循环等物质循环维持动态平衡，并且包含生产者、消费者和分解者等不同角色。能量在食物链中的传递受限于10%的规则，导致生态塔的层级结构。

1. 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

2. 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

3. ◎ 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 ?

4. 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

5. ( 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

6. ( 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

7. ( 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

8. ( 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

9. 蟻獅在沙質土壤中築穴，捕捉獵物

10. ◎ 非生物因子－土壤 海茄苳的呼吸根（箭頭所示）冒出泥灘地

11. 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。

12. ( 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

13. 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。

14. ( 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)

15. ( 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

16. ( 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

17. ( 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

18. ( 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

19. ( 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

20. ( 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

21. ( 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

22. 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 ?

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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

28. 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

29. 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 ?

30. 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 」

31. 整理：生態塔

32.  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（ NH 4 + ）和硝酸鹽（ NO 3 - ) 物 質 循 環

33. 碳循環

34. 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。

35. ( 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 (N 2 ) ， 約占空氣成分的 78 ％ 3. 一般動物和植物都無法直接利用 N 2

36. 好氧菌 厭氧菌 可被植物吸收的 氮元素形式 : NH 4 + 、 NO 3 - 溶於水

37. ( 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 (NH 3 ) (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

38. 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

39. 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

40. ◎ 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

41. ( 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

42. ※ 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。