生態系
進階生態系由生物群落和非生物因子組成，能量經食物鏈單向流動、每級約只有一成傳給下一級，營養級愈高能量愈少；碳和氮等物質則循環不息，生物間捕食、競爭與共生的關係織成互相依賴的食物網。
- 生態學層次：物種→種群→群落→生態系→生物群系→生物圈；生態系＝生物群落＋非生物因子。
- 食物鏈每一環是一個營養級，箭頭示能量流向；多條食物鏈織成食物網，物種互相依賴。
- 能量流動單向、每級約傳一成：排遺流失加呼吸熱散失，錐體逐層收窄，熱能不能循環再用。
文體小知識：科學知識說明文——由組織層次到食物網，講解生態系的成分、能量單向遞減流動與碳氮循環，並分析捕食、競爭、共生等生物間關係與生態演替。
§課文原文 Passage
1生態學以層次組織研究自然：同種生物的個體組成種群，不同種群在同一環境聚成群落，群落與非生物因子相互作用便構成生態系，最大的層次是生物圈。香港常見的生態系包括淡水河流、岩岸、紅樹林、草地和林地，各有獨特的生物組合與環境條件，是本地生態研習的好素材。
2生態系的成分分兩大類：非生物因子如光強度、溫度、水分、含氧量和酸鹼度，影響生物的分佈與多度；生物群落則按營養角色分為生產者（綠色植物和藻類，把光能轉成化學能）、消費者（動物，以其他生物為食）和分解者（細菌和真菌，把屍體和排遺分解成無機物歸還環境），三者缺一不可。
3生物間的攝食關係連成食物鏈，多條食物鏈交織成食物網。每一環節是一個營養級：生產者是第一營養級，草食動物第二，肉食動物再往上。能量沿食物鏈單向流動，每經一級都大量散失，只有約一成傳給下一級，所以能量錐體逐層遞減，頂級捕食者的數量和生物量都很有限，數量錐體和生物量錐體亦常呈同樣形態。
4能量遞減的原因有三：部分生物未被下一級捕食或食物未被消化，能量隨排遺流失；攝入的能量不少在呼吸作用中以熱能形式散失；餘下才用於生長，能被下一級利用。熱能散失後不能循環再用，所以生態系必須不斷輸入光能才能運轉。物質則與能量不同：碳、氮等元素經光合作用、呼吸作用、分解作用和燃燒，在生物與環境間循環不息。
5食物網內的物種互相依賴，移除一個物種可能引起連鎖反應：獵物爆增、競爭者擴張或上級捕食者斷糧。生態演替則描述群落隨時間的定向變化：在從未有生物的原地開始的屬原生演替，在受干擾後有殘餘土壤處開始的屬次生演替，最終發展至相對穩定的頂級群落。掌握這些規律，是保育與環境管理的基礎。
1重點摘要 Summary
生態系由生物群落和非生物因子組成，能量經食物鏈單向流動、每級約只有一成傳給下一級，營養級愈高能量愈少；碳和氮等物質則循環不息，生物間捕食、競爭與共生的關係織成互相依賴的食物網。
2生字卡 Vocabulary
在一定時間和空間內，同種生物個體的總和。
同一環境內所有種群的集合，彼此以各種關係相互作用。
生物群落與其非生物環境相互作用的系統，是生態學研究的基本單位。
生物或種群棲息的自然環境，內含特定的非生物條件。
能以光合作用把光能轉成化學能的自養生物，如綠色植物和藻類，是食物鏈的起點。
以其他生物為食的異養生物，包括草食性和肉食性動物。
把屍體和排遺分解成無機物的生物，主要是細菌和真菌，讓物質重歸環境循環。
食物鏈上生物所佔的營養位置：生產者第一級，草食動物第二級，其上為各級肉食動物。
多條食物鏈互相交織而成的攝食關係網，反映物種間的互相依賴。
群落隨時間定向變化的過程，由先鋒物種開始，最終達至穩定的頂級群落。
3逐步講解 Steps
- 第一步：組織層次與本地生態系生態學按層次由小到大研究自然：物種→種群→群落→生態系→生物群系→生物圈。種群是同種個體的總和，群落把不同種群聚在一起，群落加非生物環境便是生態系。香港的五類常見生態系——淡水河流、岩岸、紅樹林、草地和林地——各有代表性物種。舉個例子：紅樹林位於河口鹹淡水交界，鹽度多變、泥土缺氧，紅樹以支柱根和排出鹽分的特殊構造立足，正是生物配合非生物因子的示範。
- 第二步：非生物因子與三類生物角色非生物因子包括光強度、溫度、水分、含氧量、酸鹼度和鹽度，它們決定生物在哪裏可以生存和數量多寡。生物群落按營養角色分三類：生產者自製養分，是能量進入生態系的入口；消費者直接或間接以生產者為食；分解者把屍體和排遺分解成無機物，讓生產者重新利用。舉個例子：溪流上游水急、含氧量高，適合需氧量高的水生昆蟲幼蟲；下游水流緩、含氧量低，生物組合隨之改變，可見非生物因子如何塑造群落。
- 第三步：食物鏈、營養級與食物網食物鏈以箭頭連結攝食關係，箭頭方向表示能量流動方向，由被攝食者指向攝食者。每一環是一個營養級：生產者第一級，吃植物的草食動物第二級，捕食草食動物的肉食動物第三級，如此類推；現實中食物鏈很少超過四五級，因為能量經不起多級遞減。多條食物鏈交織成食物網，令物種關係更真實。舉個例子：一條典型陸地食物鏈是草→蚱蜢→青蛙→蛇→鷹；同一片草地上蚱蜢可能被多種鳥類捕食，把這些鏈疊起來便是食物網。
- 第四步：能量流動單向遞減約一成能量沿食物鏈單向流動，每級只約一成傳給下一級，遞減的原因有三：部分生物未被捕食、部分食物未被消化，能量隨排遺流失；攝入能量有不少在呼吸作用中轉成熱能散失；餘下的才用於生長，供下一級利用。散失的熱能不能循環再用，所以生態系必須持續輸入光能。能量錐體因此逐層收窄。舉個例子：若草固定的能量為十萬千焦，理論上蚱蜢級約得一萬千焦，青蛙級約一千千焦，到鷹一級只剩約一百千焦，這解釋了頂級捕食者為何稀少。
- 第五步：碳循環與氮循環物質與能量不同，會循環不息。碳循環：二氧化碳經光合作用被生產者固定成有機物，沿食物鏈傳遞；生物經呼吸作用、分解者經分解作用、化石燃料經燃燒，都把二氧化碳釋回大氣。氮循環概略：大氣氮氣經固氮作用轉成可供植物吸收的含氮物質，生物的蛋白質經屍體和排遺由分解者分解，氮再回歸土壤循環使用。舉個例子：森林大火和燃燒煤、石油都在短時間內把大量碳以二氧化碳形式釋回大氣，是碳循環受人類活動干擾的明證。
- 第六步：生物間的各種關係同一生境內的生物關係多樣：捕食是一方殺死並攝食另一方；競爭是雙方爭奪相同的資源如食物、空間和光線；偏利共棲是一方得益另一方無損；互利共生是雙方都得益；寄生是寄生者依附寄主取得養分，通常不會即時令寄主死亡。辨清關係類型，才能推斷數量變化。舉個例子：牛胃內的微生物幫牛分解纖維素、牛供給住所和養分，屬互利共生；菟絲子以吸器吸取寄主養分屬寄生；稻田內雜草與水稻爭光爭肥屬競爭。
- 第七步：演替、穩定性與保育生態演替是群落隨時間的定向變化：原生演替在從未有生物的裸地（如新形成的熔岩）開始，次生演替在受干擾但留有土壤的地方（如山火後）開始，經先鋒物種逐步更替，最終達至相對穩定的頂級群落。食物網內物種互相依賴，移除一種可引起連鎖效應。舉個例子：山火後的草地先長出草本植物，再被灌木取代，數十年後可能重返林地；若把草地食物網中的蛇移除，青蛙和鼠類數量短期內上升，對草和農作物的壓力隨之增加。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
例題：某草地生態系的食物鏈為 草→蚱蜢→青蛙→蛇，草固定的總能量為 100000 千焦。假設各營養級間的能量傳遞效率為一成，試計算理論上傳至蚱蜢、青蛙和蛇的能量，並解釋能量逐級遞減的兩個原因；再指出若移除青蛙，蚱蜢的種群數量短期內會有何變化，以及對草的影響。
- 逐級計算：草 100000 千焦，蚱蜢級得 100000 × 110 = 10000 千焦，青蛙級得 10000 × 110 = 1000 千焦，蛇級得 1000 × 110 = 100 千焦。
- 遞減原因一：部分生物未被下一級捕食，部分食物未被消化，能量以排遺形式流失。
- 遞減原因二：攝入的能量有不少在呼吸作用中轉成熱能散失，熱能不能循環再用，所以能量流動是單向的。
- 移除青蛙後，蚱蜢失去主要捕食者，短期內種群數量上升；牠們對草的攝食增加，令草的生物量下降，並進一步影響蛇的食物來源。
- 答案：傳遞效率一成下：蚱蜢約 10000 千焦、青蛙約 1000 千焦、蛇約 100 千焦。能量遞減因排遺流失與呼吸作用以熱能散失；熱能不能再用，能量流動單向。移除青蛙令蚱蜢短期內數量上升，草被過度攝食而生物量下降，蛇亦因食物減少而受影響。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1生態系的成分可分為哪兩大類？生物群落按營養角色分為哪三類？
Q2能量為何在食物鏈中逐級遞減？
Q3碳以什麼形式進入生物體？又以哪些途徑返回大氣？
Q4捕食和寄生有何分別？
Q5什麼是頂級群落？
8重點回顧 Recap
- 生態學層次：物種→種群→群落→生態系→生物群系→生物圈；生態系＝生物群落＋非生物因子。
- 食物鏈每一環是一個營養級，箭頭示能量流向；多條食物鏈織成食物網，物種互相依賴。
- 能量流動單向、每級約傳一成：排遺流失加呼吸熱散失，錐體逐層收窄，熱能不能循環再用。
- 物質循環不息：碳經光合作用固定、經呼吸分解燃燒釋放；氮經固氮進入生物、經分解回歸土壤。
- 生物間關係多樣（捕食、競爭、偏利共棲、互利共生、寄生）；演替終至頂級群落；移除食物網中一種物種會引起連鎖效應。