講義之五-東吳微生物學系.doc

第五章 生態系 生態學是一門討論生物間、生物與其無生命環境間如何交互作用的一門學問。在這門學問的討論過程中，討論的對象不再是單一的某一種生物物種，他們如何攝食、如何完成各種生理活動等等，而是針對由這些單一生物物種所組成的生物族群，討論各種族群間的群聚關係，以及這些群聚與其生長的環境間的交互作用。下面我們將從生物族群開始談起，再依序介紹生態系統中更複雜的層面，群聚及生態系統。 第一節 生物族群 當我們觀察地球上的生物時，我們總會發現，在同一個地區內的同種生物間總會有某種程度的交互作用，如人的社會、昆蟲的組織就是其中最明顯的例子。生物學家稱在同一地區中同時存在的同種生物的聯合為一生物族群。在一生物族群中的各個生物個體間，關係是相當密切的，因為他們具相同的生活習性，競爭相同的食物與棲息地，尋找配偶，養育下??代。這些活動都讓他們成為一密不可分的單位，雖然在一生物族群中生物仍以個體為單位來生活，但是整個族群的消長卻關係了這種生物在整個生態系統中的存沒。所以，我們先來瞭解一下一族群的消長是受什麼因子所影響的。 生物潛能biotic potential 在自然界中一生物族群究竟能有多大是隨著該生物族群的生育率和死亡率兩種速率而定。當生育率大於死亡率時，該族群就會不斷的變大，相反，則該族群就會變小。任何一種生物族群的成長變化依科學家的研究，都是在一停滯期後呈對數式的成長，其所呈現出來的生長曲線為 J型的﹝圖一，a圖﹞。至於這個 J型圖上升的驅勢如何，則決定於該生物下列的一些性質，如該生物開始生殖的年齡、平均多久生育一次、平均每次生育的數目、在該生物的一生中生育期有多長、以及在理想的生活條件下該生物的死亡率等；我們可以想見的是，當生物開始生育的年齡愈小，生育週期愈短，每次生育的數目愈多，一生中可生育的時間愈長，死亡率愈低的時候， J型圖中上升的速度就會愈快。這也就是為什麼老鼠的族群永遠比人的族群要大的原因。這種在最適合的生長條件下一生物族群成長的最大速率就是生物學家所謂的生物潛能。故生物潛能愈大一生物族群的成長越快，依據這種說法，J型圖的上升是幾近以垂直線上升的。這種族群成長是永無止境的嗎？如果我們長期觀察自然界中任何一個生物族群的變化，我們會發現，生物族群的成長不會是沒完沒了的﹝圖一，b、c圖﹞，還會隨著環境的條件而發生變化，為何會如此呢？ (a)：細菌總數與時間關係圖 （b）:族群個體數與時間關係圖 （c）：野兔族群與山貓族群消長圖 圖一：族群增殖圖 環境的抗力 環境是生物族群無限制成長的限制因子， Why？我們前面介紹過，每一種生物都有他們特有的生活習性與棲息地，這句話中所包涵的意義就有，同種生物對食物及對其特有的生存空間的競爭，所以對任何一個空間而言，它對每一種生物物種都有一定的乘載容量 (carrying capacity)，當該生物族群的個體數目超過其乘載容量時，這種生物直接面臨的危機就是食物的短缺及生存空間的缺乏；除此之外，還有什麼環境因子會影響一生物族群的大小呢？我們可將環境中對一生物族群的限制因子依其性質分成兩大類，一為非生物性的限制因子，如氣候、溫度、光線、水份、養份等等；另一大類的限制因子則為生物性的，如其他生物的活動、該生物物種的獵食者（圖一，c圖）、寄生者、病害、及不同種的競爭者等等。另一種的看法則可以將這些限制因子分為依生物密度而定的因子和與生物密度無關的因子兩大類，前者如食物、生長空間、病害、獵食者等；後者則如氣候、其他生物的活動等。 在這些限制因子中影響力最大的則首推氣候，如果氣候的變化大到使生物無法生存，那麼生物族群只有消失一途，這就是現代科學家用來猜測解釋恐龍為何會在地球上全部消失的原因之一；現代人類活動﹝殺蟲劑的使用及工業所造成的污染﹞對其他生物族群所造成的影響，事實上已經直逼氣候的效應，現今每年絕滅物種的總數早已超過過去數百年物種絕滅的總數，這種驚人的效果對我們人類族群而言又會是一種怎麼樣的影響呢？ 第二節 生物群聚 生物之間的交互作用其實並不只限於同種的生物之間，就誠如上一節中所說明的，一生物族群的大小就會受到其他不同種生物的影響，其他種的生物可能是這種生物的食物來源，也可能是這種生物的掠奪者、寄生者或是病害的來源，但不管這些生物是些什麼，不同種的生物之間的交互作用實是密不可分的。這種生活在同一時期、同一空間環境中關係密切的不同種生物團我們稱之為群聚。如果我們詳細的觀察這些生物之間的關係，我們