CHAPTER 生態系的組成 生物與環境的交互作用 -1-2 -3-4 活動 -1 族群大小的估算演練 生物間的交互作用能量的流動和物質的循環認識生態系
129 小丑魚悠游地穿梭在海葵間, 一點也不畏懼海葵的輕撫可能瞬間變成致命的毒刺, 而海葵似乎也不在意小丑魚在身邊來來去去, 為什麼海葵和小丑魚可以和平共處, 一起生活呢? 難道牠們彼此之間有什麼秘密的協議嗎? 聰明如你, 趕快想一想為什麼吧!
130 國中自然與生活科技 ( 二 ) 1 生態系的組成 Warm Up 步美和家人一起去環遊世界 分別發現了圖 -1 的兩種生物 仔細觀察後 步美感到疑惑 這兩種生物雖然相似 可是 好像又有點兒不一樣 你能幫她 指出這兩種生物的差異嗎 想一想 這些差異和牠們生存的環境是否有關呢 A 生活在北極環境的北極狐 B 生活在沙漠環境的耳郭郭狐 圖 -1 生活在地球上不同棲地的生物 仔細觀察地球上各種不同的自然環境 或是推演 過去生物的演化歷史 不難發現 生物和其生活的環 境息息相關 生物無法脫離環境而獨立生活 環境也 會受到生物的影響而發生改變 因此 不同的環境可 山紅頭 能孕育出各具特色的生物 各種不同的生物也生存在 風貌各異的環境中 圖 -1 臺灣水韭 泥鰍 七星山穀精草
131 互作用 10 第 章1 從族群到生態系生物學家將同一時間裡, 生活在同一棲地的所有族群同種生物合稱為族群, 例如陽明山夢幻湖邊所有的面天樹蛙就可以構成一個族群 同時期生活在同一空間中的各種族群, 合稱為群集 ( 群落 ) 例如面天樹蛙 山紅頭 泥鰍 水黽黽和臺灣水韭等族群, 共同構成陽明山夢幻湖的群集 面天樹蛙特定區域內的所有生物和其賴以生存的自然環境群集, 則合稱為生態系, 例如陽明山國家公園內的夢幻湖即可稱為一個生態系 ( 圖 -2) 因此, 生態系的組山紅頭成包含生物因子和環境因子兩部分, 其中環境因子是指日光 溫度 雨量和風等非生物因素 面天樹蛙泥鰍水黽 圖 -2 陽明山國家公園內的夢幻湖和棲息其中的各種生物 生態系 臺灣水韭 生物與環境的交面天樹蛙 七星鱧 水黽
132 國中自然與生活科技 ( 二 ) 1 清除者 以生物死亡後的遺體碎片為食的生物, 稱為 清除者, 屬於消費者的一種, 例如 : 禿鷹 馬陸等 禿鷹 馬陸 2 生態系中的生物組成 生態學家依據生物獲取養分的方式, 將生態系中 的各種生物區分為生產者 消費者和分解者三大類 ( 圖 -3) 生產者是指能夠自行製造大部分所需養分的生 物, 例如 : 藍綠菌 藻類和植物等, 這類生物可進行 光合作用, 合成葡萄糖 1 消費者 ( 包含清除者在內 ) 與生產者不同, 必 須攝食其他生物並加以消化 吸收才能獲得大部分所 需的養分, 例如 : 鳥類 哺乳類等 分解者則通常以分解生物的遺骸或排泄物做為養 分的來源, 並能將養分進一步分解成更小的分子, 釋 回自然環境中, 例如 : 腐生細菌 原生菌類和腐生真 菌等 10 圖 -3 生態系中的生物組成 黃山雀 ( 消費者 ) 赤腹松鼠 ( 消費者 ) 綠色植物 ( 生產者 ) 臺灣獼猴 ( 消費者 ) 蕈類 ( 分解者 )
133 互作用 10 3 影響族群大小的因素生態學家想要探討生態的相關課題時, 通常由族群著手 調查生物族群的大小並不容易, 當族群內的個體數目非常龐大, 或是個體會在環境中四處移動時, 要準確地估計, 就十分困難, 例如大武山中的小紫斑蝶族群 ( 圖 -4) 因此, 必須利用各種估算的方法以求得近似的數值 ( 例如活動 -1 所探討的捉放法 ) 此外, 生態學家還會考慮時間和空間因素, 以了解族群大小的變動情形 例如只調查某日臺灣狐蝠的族群數量, 並無法得知其在環境中面臨的問題, 但是, 若觀察近幾年來族群的數量和分布範圍的變化, 就可以了解臺灣狐蝠極需要被保護, 以及適當棲地復育的事實 ( 圖 -) 2 第 章2 臺灣狐蝠臺灣狐蝠是臺灣目前體型最大的蝙蝠, 雙翼展開可長達 1 公尺, 由於倒掛時臉形似狐, 故得名 狐蝠 過去, 綠島是臺灣狐蝠的重要棲地, 曾廣泛分布島上, 後因人為大量捕捉而使得數量急遽下降, 一度被視為已在野外絕跡 所幸近十年來, 在綠島及龜山島仍發現有數十隻的個體存在, 雖然族群大小迷你, 易受天災或人為干擾而消失, 但若積極進行保育, 仍有機會再見到牠活躍的身影 生物與環境的交圖 - 臺灣狐蝠 圖 -4 每年會定期遷移的小紫斑蝶
134 國中自然與生活科技 ( 二 ) 出生 死亡 遷入和遷出 ( 圖 -6) 等因素會影響族群的大小 當族群中出生與遷入的個體總數比死亡與遷出的個體總數多時, 族群會增大 ; 反之, 若出生與遷入的個體總數較少, 而死亡與遷出的個體總數 A 幼鳥的出生可以增加個體數 較多, 族群就會變小 仔細思考一下, 在自然環境中, 若一個族群不斷地增大, 會帶來什麼後果? 不難想像, 食物 空間和飲水等自然資源必定不足 因此, 族群不可能無限制地增大 生態學家將一個生態系所能供養的單一族群的最大數量, 稱為該地區對此種生物的負荷量 10 課後活動到圖書館或網路上查詢資料, 比較灰熊 黑熊和狗熊的體型大小, 並思考這些生物的體型和牠們在地表分布的區域是否有關? 族群的個體數量 出生 + 遷入 > 死亡 + 遷出出生 + 遷入 < 死亡 + 遷出出生 + 遷入 = 死亡 + 遷出達到 族群平衡 B 魚被捕食會使個體數減少 D 時間 乳牛 D 各因素與族群大小關係圖 C 魚的遷移會造成個體數量改變 圖 -6 決定族群大小的因素
13 第 族群大小的估算演練 利用樣區法和捉放法來模擬如何估算族群 的大小 器 材 以組為單位 腳環 燒杯 1000 ml 或小盆 1 個 花豆 1 2 燒杯 約 00 顆 油性黑色簽字筆 1 支 B4 厚紙板 小皿子 捉放法 捕捉鳥類標記 釋放 再捕捉估計鳥類族群大小 步驟 一 樣區法 1 2 12 個區域 4 個取樣區域 棋盤上的花豆總數 取樣區內的花豆總數 將繪有 12 個等大方格的 B4 厚紙板固定於 棋盤上 並把花豆平均散置於厚紙板上 任 選 4 個區域 計算每一個區域內的花豆數量 利用上列數學式估算棋盤上的花豆總數量 做紀錄並和實際的花豆總數比較 是否接近 實際數值 二 捉放法 1 2 1000mL 800 600 400 200 從燒杯中取出 0 顆花豆 以油性黑色簽字 筆在其中一面畫記 將有畫記的 0 顆花豆放回杯中 並與杯內 花豆充分混合 生物與環境的交互作用 目的 章 活動 1
136 國中自然與生活科技 ( 二 ) 3 4 1000mL 800 0 有記號的花豆數 = 燒杯中的花豆總數取樣的花豆總數 600 400 200 隨手抓取一把豆子, 計算取樣的花豆總數及有 記號的花豆數目 利用上列數學式估算燒杯中花豆總數量, 並做紀錄 6 1000mL 800 600 400 200 1000mL 800 600 400 200 將取出的豆子放回燒杯中, 重複取樣 2 ~ 4 次, 依據步驟 4 的數學式分別估計燒杯中的花豆總數, 並將這些估計結果平均 將燒杯中所有的豆子取出, 一顆顆計算花豆的實際總數 將每一次估計值 平均值和花豆實際總數做比較, 判斷何者較接近花豆的實際總數 問題與討論 1. 步驟二中, 估算愈多次, 所得的平均值是否會比較接近實際的花豆總數目? 為什麼? 2. 步驟二中, 若一開始做記號的花豆數目不是 0 顆, 而是 顆, 你認為對估計值的準確度會不會有影響? 為什麼? 3. 做記號的花豆和所有的花豆若能充分混合, 每次取出的花豆數目多寡對估計值的準確度會不會有影響? 4. 在野外估計動物和植物的族群數目大小時, 適合利用何種方式估算? 為什麼? 各小組可自上述問題中各選 1 題, 參與全班討論
137 第 章 2 生物間的交互作用 生物與環境的交互作用 Warm Up 光彥 假如地球上只剩下一隻生物 會怎麼樣 步美 哈 沒有同伴的話 牠一定覺得很無聊 光彥 那 如果你就是牠 沒東西吃 你可以活多久啊 想一想 如果你是步美 你會怎麼回答呢 1 生物間的互動關係 對大多數的生物而言 想要在地球上存活下來 通常會與其他的生物發生互動 為了獲得養分而存活 一個生物體以其他生物體 掠食者 獵物 為食 稱為攝食 例如 鳥吃魚 牛吃草等 而掠食 就是一種常見的攝食行為 通常只發生在兩種動物之 間 在掠食的關係中 獲得食物而存活者 通常稱為 掠食者 而被捕食者則稱為獵物 例如 蛇吞食老鼠 螳螂捕食昆蟲 圖 -7 等 10 當生活在同一區域的物種為了生存 繁衍後代 圖 -7 螳螂捕食昆蟲 而爭奪食物 陽光 配偶和水等有限的環境資源時 稱為競爭 競爭可能發生在同種個體之間 也可能發 生在不同物種之間 圖 -8-9 圖 -8 兩頭公角羚正在爭奪 和母角羚交配的機會 圖 -9 獅子與鬣狗爭奪食物
138 國中自然與生活科技 ( 二 ) 兩種生物生活在一起時, 若只有一方的生物獲益, 而另一方卻無利也無害, 稱為片利共生, 例如 : 鳥巢蕨 ( 山蘇 ) 附生在大樹的樹幹上 ( 圖 -10) 若雙方都能夠獲得好處, 則稱為互利共生, 例如 : 榕果小蜂幫助榕樹傳粉, 榕樹果實則提供榕果小蜂養分 ( 圖 -11) 當一方受益, 另一方卻受害時, 稱為寄生, 例如 : 菟絲子 ( 寄生者 ) 寄生在大樹上, 最終可能導致樹木 ( 寄主 ) 死亡 ( 圖 -12) 此外, 中藥材中的冬蟲夏草則是真菌寄生在昆蟲的幼體內, 在冬季時導致蟲體死亡, 之後, 菌絲會繼續生長並突破蟲體, 到夏季時長出像草般的構造 ( 圖 -13), 也是典型的寄生現象 10 圖 -10 片利共生 : 山蘇附在大樹上生長 圖 -11 互利共生 : 榕樹的果實與榕果小蜂 圖 -12 寄生 : 被菟絲子寄生的樹木 圖 -13 寄生 : 冬蟲夏草
139 互作用 10 第Warm Up 章週日清晨, 元太和媽媽一起到菜市場買菜 元太 : 這把菠菜好漂亮喔! 沒有蟲咬, 買這個 媽媽 : 不行啦! 那個可能灑了很多農藥, 才沒有蟲敢吃 怎麼辦? 農夫為了讓菜的外表漂亮好賣, 經常噴灑大量的農藥, 然而吃起來並不安全 有沒有兩全其美的辦法呢? 2 生物防治 3 吃 ( 用 ) 得健康又安心, 是每個人都想要過的生生物防治 生物防治 是一種將活 近年來, 科學家們也不斷地努力, 利用各種生物生物作為工具, 來防治病蟲害的方法 生物防之間的互動關係, 來達到防治病蟲害的目的, 我們稱治最大的優點就是可以 3 為生物防治 降低化學藥劑的使用, 避免藥物殘留, 也比較利用蓋斑鬥魚捕食孑孓的特性, 在居家周圍的水不會產生抗藥性 塘養殖蓋斑鬥魚, 可以有效減少病媒蚊的繁殖, 防治 登革熱, 改善水質生態和環境衛生 ( 圖 -14) 將鴨子養在稻田中, 鴨子會啄食雜草和害蟲, 並 在水稻之間穿梭踩踏和划水, 使水體混濁, 減低陽光 的穿透, 讓雜草難以生長, 鴨子的糞便也可以成為良 好的天然肥料 如此一來, 種出來的稻米不僅農藥殘 留量低, 放養的鴨子也可增加農夫的收入 ( 圖 -1) 3µm 生物與環境的交圖 -14 在水塘養殖蓋斑鬥魚, 可減少病媒蚊的孳生 圖 -1 稻鴨可以去除雜草和害蟲, 使水稻長得更好
140 國中自然與生活科技 ( 二 ) 4 食物鏈中 的意義 代表養分的傳遞方向 例如臺灣稻蝗吃水稻時, 水稻所含的養分會轉移到臺灣稻蝗身上, 以 水稻 臺灣稻蝗 來表示 3 食物鏈和食物網 在生態系中, 一種生物除了以其他種生物為食之 外, 也可能成為別種生物的掠食目標 若依據 吃 和 被吃 的規則, 可以將生產者和消費者排成單 向而鏈狀的食性關係, 稱為食物鏈 例如臺灣稻蝗 以水稻為食, 而斯文豪氏攀蜥會捕食臺灣稻蝗, 鳳 頭蒼鷹又以斯文豪氏攀蜥為食, 形成 水稻 臺灣 4 稻蝗 斯文豪氏攀蜥 鳳頭蒼鷹 的食物鏈 ( 圖 -16) 在食物鏈中, 以生產者為食的消費者稱為初級消 費者, 例如臺灣稻蝗 當臺灣稻蝗被斯文豪氏攀蜥捕食 時, 我們稱斯文豪氏攀蜥為二級消費者, 而斯文豪氏攀 蜥被鳳頭蒼鷹捕食, 故鳳頭蒼鷹被稱為三級消費者 10 水稻 臺灣稻蝗 圖 -16 食物鏈 斯文豪氏攀蜥 鳳頭蒼鷹
141 互作用 10 想一想, 你每天都吃些什麼樣的食物? 每餐的食物是否只有一種? 由於同一種生產者常可被許多不同的消費者攝食, 而同一個消費者往往也有不同的食物來源, 因此, 生態系中眾多的食物鏈會彼此相連, 形成食物網 ( 圖 -17) 當一個生態系的物種愈多, 食物網就愈複雜, 生態系往往就愈容易維持平衡 例如圖 -17 中, 鳳頭蒼鷹可捕食斯文豪氏攀蜥 水蛇和澤蛙, 因此, 若斯 文豪氏攀蜥數量減少, 鳳頭蒼鷹仍有其他食物來源就 較不易受到嚴重影響 第 章圖 -17 食物網鳳頭蒼鷹 水蛇 生物與環境的交斯文豪氏攀蜥 澤蛙 臺灣稻蝗 螽斯 水稻
142 國中自然與生活科技 ( 二 ) 3 能量的流動和物質的循環 Warm Up 老師帶著全班同學參觀牧場, 看到牛兒們在和煦的陽光下悠閒地吃著草, 工人辛勤地擠著牛奶 元太不禁想 : 也許, 我清晨喝的牛奶就是從這兒來的呢! 傍晚, 活動結束後, 元太用力地騎著腳踏車, 邁向回家的旅程 想一想, 讓腳踏車能夠移動的關鍵是什麼? 這和元太從牛奶中獲得的物質有關嗎? 1 環境中的能量流動 如果世界上沒有 電, 我們的生活會變得如何? 可以想見, 燈泡再也無法讓夜晚明亮起來, 冷氣機也無法讓我們感覺涼爽 同樣地, 生物體也必須憑藉能量, 才能表現生長 發育和運動等生命現象 這些能量是從哪兒來的? 綠色植物進行光合作用時, 會將太陽能轉變並儲存於葡萄糖中, 呼吸作用則可以將這些能量由葡萄糖中釋放出來 ( 請見第一冊第 6-2 節 ) 隨著 吃 與 被吃 的食性關係, 養分中的能量就可以透過食物鏈在生物間傳遞 10
143 互作用 10 生物體所獲得的養分中, 大部分會被轉換為能 量, 供生物體使用, 或形成熱能由生物體散失, 只有 少部分可以被轉變為生物體的構造或被儲存起來 因 此, 在食物鏈中, 愈高級的消費者所能獲得的總能量 愈少 以 -2 節所舉的食物鏈為例, 臺灣稻蝗所獲得的 能量必定比水稻少, 而斯文豪氏攀蜥所獲得的總能量 則會少於臺灣稻蝗 將這些生物體所獲得的總能量按 食物鏈的順序排列, 就會成為一個金字塔狀的圖形, 此稱為能量金字塔 ( 圖 -18) 第 章 能量的傳遞海龜產卵能量在生物間轉移的效率並不高, 一般而言, 食物中所含的能量僅約 10% 可傳遞給另一階層的生物 因此在一個穩定的生態系中, 愈高級的消費者, 群體內的能量總和愈小 生物與環境的交頭腦體操食物鏈甲 : 水稻 人 食物鏈乙 : 水稻 豬 人 若水稻的量相等時, 就能量利用的觀點而言, 哪一條食物鏈所能養活的人較多? 你的理由是什麼呢? 能量傳遞 鳳頭蒼鷹 0.1% 斯文豪氏攀蜥 1% 臺灣稻蝗 10% 水稻 100% 圖 -18 能量金字塔
凝結降水144 國中自然與生活科技 ( 二 ) 圖 -19 水循環 2 環境中的物質循環在 -3 節的 Warm Up 中, 元太喝下牛奶後, 牛奶中的養分就被元太吸收, 經過呼吸作用產生能量, 讓他能騎著腳踏車回家, 所產生的二氧化碳則藉由呼吸運動排出體外 組成生命的基本物質, 例如水 碳和氮等就是依循著生物的食性關係, 在個體之間傳遞, 而且在環境與生物間流轉循環 想一想, 當你扭開水龍頭時, 流出來的水是從哪兒來的? 自然界中的水會以固態 液態和氣態三種狀態存在, 藉著蒸發 凝結和降水的過程在大氣 海洋和陸地之間不斷地循環轉換, 稱為水循環 ( 圖 -19) 當水在環境中循環時, 有時候會被生物體吸收或飲用, 再藉著蒸散 呼吸和排泄等作用離開生物體, 回到環境中 因此, 由學校水龍頭流出的水也許就曾經在阿里山的神木體內旅行過呢! 10 1 大氣中的水 ( 雲霧 ) 蒸散 呼吸 降水凝結 呼吸 地表逕流 水蒸氣 凝結蒸發排尿 飲水 吸收 地下水
14 互作用 10 碳是構成生物體的重要元素之一, 例如醣類 蛋 白質和脂質等物質都含有碳的成分 大氣中的碳元素通常以二氧化碳的方式存在 藉 由生產者進行光合作用, 二氧化碳中的碳元素會轉變 為醣類, 並透過食物網傳遞給其他生物體 這些養分 經由生物體的呼吸作用 分解者的分解作用或是物質 的燃燒等途徑, 又會產生二氧化碳, 釋放到大氣中 此外, 某些長期埋在地底的古生物遺骸若受到特 殊的地質作用, 也可能形成煤炭 石油和天然氣等化 石燃料, 經由燃燒作用而產生二氧化碳, 回歸自然 界, 成為碳循環 ( 圖 -20) 的一部分 工廠 燃燒 人類使 第 章用分解者 圖 -20 碳循環 大氣中的二氧化碳 光合 作用 呼吸 呼吸 呼吸 攝食掠食生產者消費者 消費者 遺體 排泄物 分解 呼吸 化石燃料 生物與環境的交
146 國中自然與生活科技 ( 二 ) 氮也是構成生物體相當重要的一種元素 可以形 成蛋白質類的養分 大氣中約含有 78 的氮氣 但 是 植物和動物卻無法直接從大氣中攝取氮元素來利 用 對於生物而言 這可真是個大麻煩 該怎麼辦 生物無法直接利用空氣中的氮氣 但是 透過閃 根瘤 電或微生物的作用 例如 有些藍綠菌和豆類根部中 的根瘤菌 圖 -21 可以將氮氣轉變成含氮的養分 植物自土壤中吸收含氮養分而獲得氮元素 用來合成 蛋白質類的養分 並經由食物網傳遞給其他生物體 最後 藉由分解者將生物遺體或動物體排泄的含 氮廢物分解 以及其他微生物的作用 氮元素又能重回 2.µm 到環境中 供生物體再利用 形成氮循環 圖 -22 根瘤放大圖 圖 -21 豆類植物的根瘤 頭腦體操 農夫常在播種新一季的稻作之前 先種植豆類植物 如花生 又稱綠肥 採收後 直接以豆類植株做為肥 料 認為土壤會變得比較肥沃 讓新一期的稻作長得更 好 請問 這種作法是否有效 原理是什麼呢 圖 -22 氮循環 大氣中的氮氣 閃電 攝食 生產者 消費者 掠食 消費者 遺體 排泄物 合成 微生物 吸收 分解 含氮物質 分解 分解者 10
147 第 章 4 認識生態系 Warm Up 步美在百科全書上看見圖 -24 中的生態系後 好奇心大漲 想要親自到這 些環境中觀察 爸爸告訴步美 如果你可以說出這些生態系分布在地表的何處 我就答應安排一次深度旅遊 讓你探險個過癮 想一想 如果給你一個地球儀 你可以指出這兩種生態系可能的分布地區嗎 地球上的生物體種類眾多 形態功能各異 也各 有其適合生存的環境 因此 生物和其棲息的環境息 息相關 不同的環境可能具有不同種類的生物體 若將地球的表面攤平 可以發現陸地 約 占 地 球 表 面 積 的 29 其 餘 有 水 覆 蓋 的 區 域 約 占 71 圖 -23 因 此 可 以將地球上的生態系大致分為陸域生態系 和水域生態系兩大類 圖 -24 圖 -23 地表的水陸分布 圖 -24 陸域生態系和水域生態系 陸域 水域 生物與環境的交互作用
148 國中自然與生活科技 ( 二 ) 1 陸域生態系 陸域環境受到雨量 氣溫和光照時間等氣候因素的影響, 生物的分布會有所差異, 使得陸地上形成了森林 草原和沙漠等三大類 地球上年雨量超過 70 公厘, 就可能形成森林生態系 由於雨量和氣溫可能隨著海拔和緯度的增加而降低, 樹木種類也有所不同 低海拔或低緯度地區是以葉面較寬大 終年常綠的闊葉林為主, 例如 : 相思樹 樟樹和榕樹等 中海 圖 -2 各種森林生態系 ( 未依實際比例表示 ) 馬來犀鳥 闊葉林 ( 熱帶雨林 ) 紅毛猩猩 蘇門答臘犀牛 飛蛙
149 互作用 第 章拔或中緯度地區則多為楓樹 橡樹等, 葉子會在秋冬變黃或變紅掉落, 春夏再長出新葉, 形成落葉林 6 熱帶雨林熱帶雨林的年雨量大至於高海拔或高緯度地區由於較為寒冷少雨, 大多是於 2,000 公厘, 是陸域由松 杉和柏等構成的針葉林 ( 圖 -2) 環境中物種最豐富的地區 林木高大且枝葉茂森林生態系內的物種十分豐富, 昆蟲 鳥類和盛, 其中的動物經常利 6 哺乳類等都是常見的消費者 例如 : 熱帶雨林 ( 一用聲音進行溝通 由於氣候溼熱, 許多生物都種闊葉林 ) 中, 蘭花 蕨類經常附著在樹幹上生長, 在夜間活動, 因此, 熱以獲得有限的陽光, 而動物則形態多變 色彩鮮豔, 帶雨林的夜晚並非寂靜無聲, 反而是十分吵雜還有多種蕈類和蘚苔植物在森林的底層生長 熱鬧的 落葉林針葉林北美馴鹿美洲鹿 生物與環境的交灰熊 浣熊 白足鼠
10 國中自然與生活科技 ( 二 ) 7 草原生態系的年雨量草原生態系的年雨量大致介於 20 公厘 ~ 70 公厘之間, 通常以 00 公厘為分界, 區分為乾草原和溼草原兩種 草原生態系的年雨量通常介於 20 公厘 ~ 70 公 7 厘之間, 故常分布在內陸地區, 且夏季炎熱 冬季 寒冷 生產者以草本植物為主, 多以根或種子休眠的 方式來度過乾旱的時期, 也會有矮小的灌木叢 典型的草原生態系視野遼闊, 消費者包括各種肉 食性動物和草食性動物 以非洲草原為例, 肉食性動 物, 如獅子 獵豹等, 通常行動敏捷 ; 草食性動物避 敵的方式有兩種 : 長頸鹿 野牛和斑馬等大型動物可 藉由快速奔跑來避免被掠食, 而穴兔 土撥鼠等小型 動物則以穴居的方式降低被掠食的危險 ( 圖 -26) 10 禿鷹 圖 -26 草原生態系 長頸鹿 大象 獅子 土撥鼠
11 互作用 沙漠生態系的氣候乾旱, 年雨量經常少於 20 公厘, 晝夜溫差很大 沙漠地區的生產者以耐乾旱的植物為主, 例如 : 仙人掌, 其葉退化為針狀, 莖肥厚以儲存水分, 根系分布淺而廣, 具有很強的吸水能力 消費者則各具備適應的特徵, 例如 : 節肢動物 爬蟲類的體表分別具有外骨骼和鱗片, 可防水分散失 ; 跳鼠 駱駝則會減少排尿 ( 圖 -27) 圖 -27 沙漠生態系駱駝仙人掌長耳跳鼠 蜥蜴第 章生物與環境的交蠍子
12 國中自然與生活科技 ( 二 ) 2 水域生態系 水域生態系依據所含的鹽量多寡, 可分為淡水生態系 河口生態系和海洋生態系等三大類 淡水生態系包含流動水域和靜止水域兩大類 溪流生態系屬於流動水域, 生產者主要有藻類及水生植物 上游區由於水流的速度較快, 浮游藻類容易被沖走, 消費者的食物來源以兩岸的枯枝落葉為主 昆蟲 蝦蟹類 螺貝類 魚類和蛙類等都是溪流生態系常見的消費者 ( 圖 -28), 隨著不同區域的環境差異, 分布和數量也有所變化 例如 : 溪流下游通常流速較慢, 泥沙容易淤積, 含氧量較低, 汙染較為嚴重, 故生物的種類和數量較少 10 翠鳥 圖 -28 溪流生態系 網蚊 拉都希氏赤蛙 高山 魚
13 互作用 10 靜止水域包含湖泊生態系和池塘生態系 湖泊生態系的規模通常較大, 水域較深, 湖底經常有不透光的區域, 生產者以浮游藻類為主, 如矽藻 綠藻等, 而大型的水生植物則多靠近岸邊 魚類 節肢動物 軟體動物和兩生類等為此生態系較常見的消費者 池塘生態系則通常規模較小, 水域較淺且光線充足, 生產者除了浮游藻類外, 也常出現大型水生植物, 例如 : 睡蓮 香蒲和慈菇等 消費者則和湖泊生 態系類似, 且常有水鳥棲息, 例如 : 鷺鷥 白腹秧雞 和水雉等 ( 圖 -29) 圖 -29 池塘生態系菱角金花蟲長尾水雉 慈菇第 章生物與環境的交水蠆蠆 金線蛙
14 國中自然與生活科技 ( 二 ) 河口生態系 ( 圖 -30) 位於海洋和河流的交接處, 土質長期潮溼 缺氧, 河川上游夾帶的泥沙和有機物質容易在此處沉積, 故養分含量豐富, 但也容易累積汙染 受到河川流量及海水潮汐的影響, 河口的含鹽量和水溫變化很大, 因此生產者和消費者也多有特殊的適應方式 圖 -30 河口生態系 A 關渡溼地 大白鷺 水筆仔 大彈塗魚 孔雀蛤 網紋招潮蟹
1 互作用 第 章河口生態系的生產者種類少, 但通常數量龐大, 8 主要為浮游藻類 草本植物 ( 如蘆葦 ) 及紅樹林植物 8 紅樹林生態系等 P160 紅樹林泛指生長在熱, 植物枝葉通常先被分解者分解為碎屑後, 帶 亞熱帶地區大型河才可被軟體動物 節肢動物 魚類等生物攝食 由於口的樹林 臺灣的紅樹林植物包含水筆仔 五此區域生物種類眾多, 食物網較複雜, 成為渡冬候鳥梨跤和海茄苳等 的重要棲息地 例如 : 每年秋冬, 許多黑面琵鷺會由由於紅樹林植物通常具有支持根 氣根或呼吸東北亞等地遷移至臺南七股曾文溪的溼地渡冬, 成根, 是海邊固堤 防風為當地特殊的景觀 和水土保持的優良樹種 B 七股溼地海茄苳黑面琵鷺和尚蟹角眼沙蟹 生物與環境的交
透光區深海區海豚 16 國中自然與生活科技 ( 二 ) 大陸棚 淺海區大洋區潮間帶 圖 -31 海洋分區圖 深海 海洋生態系的範圍廣大, 與陸地相連, 海底深度 200 公尺以內的區域稱為淺海區, 超過 200 公尺則稱為大洋區 ( 圖 -31) 淺海區包括漲 退潮之間的潮間帶和大陸棚 此區陽光充足, 生產者包含浮游藻類和固著性的大型藻類, 例如 : 紫菜 石花菜和昆布等 消費者則種類繁多, 包含刺絲胞動物 軟體動物 節肢動物 棘皮動物和魚類等生物 ( 圖 -32) 10 圖 -32 淺海區的物種豐富 獅子魚 海蛞蝓
17 第 章臺灣四面環海, 淺海區的資源豐富, 因此, 養殖生物漁業和近海漁業十分發達 與環境的交互作用海藻 藤壺 海兔 海龜 珊瑚 硨磲貝
18 國中自然與生活科技 ( 二 ) 大洋區的水域較深, 依光線的有無, 可分為透光區和深海區 透光區位於大洋區上層, 生產者以浮游藻類為主 消費者則包括各種魚類 小型節肢動物 水母和烏賊等 ; 大型的鯨豚和鯊魚也經常在此區域活動 深海區由於光線難以到達, 沒有綠色生產者存在, 但是, 仍有不少以生物屍體碎片為食的動物生 存, 例如 : 具有發光器的魚類 ( 圖 -33) P160 圖 -33 大洋區常見的各種生物 鯨鯊 水母 魚
生物與環境的交互作用19 第 章頭腦體操 1. 淺海區的漁業資源一般都較大洋區豐富, 想一想, 此種現象可能和哪些因素有關係? 2. 有人認為將河口地區的紅樹林砍除 填平溼地, 開發那些土地後可以獲得很大的利益, 這種看法正確嗎? 你的理由是什麼? 虎鯨 翻車魚 磷蝦 盲蝦
160 植物也有胎生的嗎? 胎生植物 水筆仔一般常見的植物果實成熟後自然掉落, 內部的種子會在合適的環境中萌發生長 若果實成熟後並不直接掉落, 繼續留在樹上攝取母株的養分, 直到發育為小樹苗 ( 即胎生苗 ), 有了莖葉後才落在土裡生長, 成為新的植株, 稱為 胎生植物, 例如水筆仔 ( 如右圖 ) 和五梨跤等 利用胎生苗的方式繁殖可以協助植物種子度過惡劣的環境, 存活下來並繼續繁衍 課本 P1 水筆仔的胎生苗成筆狀 海底熱泉生態系 生命起源的探索 課本 P18 海底熱泉生態系位於深海區, 最早在 1977 年被發現, 通常是海底火山噴發後形成的 ( 如下圖 ) 由於熱泉周圍的海水溫度很高, 原本認為可能沒有生物存在, 沒想到此區域不僅有許多生物可以忍耐高溫和缺氧的環境, 也能夠利用噴泉的化學物質合成養分, 形成一個相當壯觀的生態系 由於海底熱泉生態系的環境條件與地球形成初期可能十分相近, 因此, 探討此生態系的運作機制將有助於了解生命起源的奧祕 鬚腕蟲 火山噴口 海底熱泉生態系
重點整理 161 1. -1 生態系的組成 2. 依據生物獲取養分的方式, 將生態系中的 各種生物區分為生產者 消費者和分解者三大類 3. 科學家在野外調查族群大小時, 常利用捉放法等估算的方法, 估算族群大小的近似值 標記生物總數總生物數 = 捕獲有標記生物個體數捕獲生物個體數 4. 族群的大小由出生 死亡 遷入和遷出四個因素決定. 一個區域所能供養的單一物種族群的最大個體數量, 稱為該地區對此物種族群的負荷量 -2 生物間的交互作用 1. 一種動物必須花費氣力去捕捉另一種動物, 並以牠作為養分的來源, 稱為掠食 2. 兩種生物共同生活在一起時, 若只有一方的生物獲益, 而另一方卻無利也無害, 稱為片利共生 ; 若雙方都能夠獲得好處, 則稱為互利共生 3. 兩種生物共同生活時, 若一方受益, 另一方卻受害時, 稱為寄生 4. 利用各種生物之間的互動關係, 來達到防治病蟲害的目的, 我們稱為生物防治. 依據 吃 和 被吃 的規則, 可以將生產者和消費者排成單向而鏈狀的食性關係, 稱為食物鏈 6. 生態系中眾多的食物鏈彼此相連, 就形成食物網 -3 能量的流動和物質的循環 1. 隨著 吃 與 被吃 的食性關係, 養分中的能量可以在食物鏈的生物間被傳遞 2. 將生物體所含的總能量按食物鏈的順序排列, 會成為一個塔狀的圖形, 稱為能量金字塔 3. 水循環 : 4. 碳循環 :. 氮循環 :
重點整理 -4 認識生態系 1. 地球上的生態系大致分為陸域生態系和水域生態系兩大類 : 生態系環境特色生產者消費者備註陸森林 雨量 > 70mm 雨量充沛 高大的樹木為主, 樹幹上著生許多附生植物 色彩鮮豔, 形態多變的昆蟲 鳥類和哺乳類 包含闊葉林 落葉林和針葉林 域生態系草原 雨量 20 ~ 70mm 夏季炎熱, 冬季寒冷 草本植物 肉食性動物 善奔跑的大型草食性動物和穴居的小型草食性動物 沙漠 雨量 < 20 mm 乾旱, 日夜溫差大 耐旱的植物, 例如仙人掌 昆蟲 爬蟲類 跳鼠和駱駝 水域生態系淡溪流水湖泊池塘河口 水流速度快, 含氧量高水流速度慢, 水域較深水流速度慢, 水域較淺, 陽光充足海洋和河流的接處, 土壤缺氧, 養分含量豐富, 鹽度和水溫變化大 浮游藻類浮游藻類浮游藻類和大型水生植物浮游藻類 草本植物和紅樹林植物 昆蟲 蝦貝螺蟹 魚類 蛙類 鳥類及哺乳類耐鹽度和水溫變化的軟體動物 節肢動物 魚類和鳥類 食物來源主要為兩岸的枯枝落葉岸邊有大型水生植物農民常用來種植作物或養殖魚類多為候鳥棲息地 海洋 淺海大洋 海底深度 < 200 公尺, 陽光充足海底深度 > 200 公尺, 表層透光 浮游藻類和大型藻類表層浮游藻類 刺絲胞動物 軟體動物 節肢動物 棘皮動物和魚類魚類 小型節肢動物 水母 烏賊和鯨豚 養殖漁業和近海漁業發達深海區無綠色生產者
小試身手 163 大家來找碴 ( 找出錯在哪裡 ) 1. 把一個區域所有的族群集合起來, 稱為生 態系 (P.131) 2. 乳牛和青草之間具有掠食關係 (P.137) 3. 食物鏈中, 愈高級的消費者攝食所獲得的總能量愈多 (P.143) 4. 空氣中含有豐富的氮氣, 可被所有的生物直接攝取利用 (P.146). 仙人掌屬於草本植物, 是草原生態系中的重要生產者 (P.11) 6. 河口生態系的環境惡劣, 故物種稀少, 食物網簡單 (P.14 1) 腦內大革命 ( 寫出正確答案 ) 族群大小的變化 1. 右圖為 3 個月內, 大屯山上的野 兔族群數量變化 圖 請問 : 下列 的推論何者較合理? (P.134) 訟在 0 ~ 1 個月的死亡數量可能高於出生 數量 訠野兔的天敵可能在第 1 ~ 2 個月 時數量增加 訡野兔的數量最後呈現平 衡, 表示沒有發生任何遷移 訢第 1 ~ 2 個月間, 沒有新生的野兔 生態系的組成 2. 喬巴在野外發現一種特殊的植物, 缺乏葉綠體, 無法行光合作用, 直接吸取大樹韌皮部中的養分生存 請問 : 此種植物在生態系中扮演的角色可能為下列何者?(P.132) 訟分解者訠生產者訡消費者訢清除者 生物間的互動關係 3. 生物互動關係連連看 : 請為下列的生物組 合找到正確的互動關係 (P.137 138) 老鷹 - 蛇 互利共生 小丑魚 - 海葵 寄生 蘭花 - 大樹 掠食 蛔蟲 - 人類 競爭 羚羊 - 野牛 片利共生 物質的循環 4. 下列有關物質循環的敘述, 何者正確? (P.144 ~ 146) 訟生物體藉由喝水 排尿或蒸散作用參與自然界的水循環訠大氣中的碳元素通常以一氧化碳的方式存在訡自然界中的含氮化合物只能藉由閃電作用合成訢燃燒化石燃料也可以幫助減少空氣中的碳元素 生態系. 大雄偷走小叮噹的任意門, 想要到不同的環境去旅遊, 發現所到之處樹木高大, 地上有許多耐蔭的蘚苔和蕨類, 昆蟲和鳥類也十分鮮豔多變 請問 : 下列何處可能是大雄的旅遊地點? (P.148 149) 訟非洲大草原訠撒哈拉沙漠訡墾丁國家公園訢曾文溪 6. 騙人布捕獲了一隻魚, 如下圖所示, 頭頂上具有發光器 請問 : 騙人布可能是在哪裡捉到牠的? (P.18 19) 訟池塘生態系訠溪流生態系訡河口生態系訢大洋區