环境科学与生态学.doc

環境科學與生態學 第一節 生態學的內涵 生態學 (ecology) 指的是「研究地球上各種生物族群的大小與其在地球上的分佈情形，及發生在同種生物族群之中以及不同生物族群之間，由於生存所需而導致的各項自然資源的競爭所形成的互相對抗或合作的關係，以及所有生物與其棲身所在的無生命自然環境之間的相互作用和彼此影響的科學。」 例如，探討為何某些植物或動物種類僅存在地球上具有特定條件的棲息地(habitat) ，像是觀察、分析存活在台東紅葉村自然保護區內的台灣蘇鐵林或是宜蘭礁溪自然保護區台灣油衫中國盆地周邊的山區一帶ydrosphere) 、陸界 (lithosphere) 和大氣層 (atmosphere) ，也就是空氣、陸地、地表岩石和水等介質。 生物圈有幾項特點： 強調養分元素的再循環利用。 生物圈裏充滿了多數生物的必要組成元素，碳、氫、氧、氮、磷、硫、鈣、鉀、鈉等是不斷地以礦物質和有機質兩種不同的組成方式在生態系統中循環流動，新世代的生命才有足夠的養分可以利用。 生態系統的運作需要能量。 地球生態系統的最終能量來源則是來自太陽的太陽幅射能。部分可以進行光合作用 (photosynthesis) 的生物利用水和空氣中的二氧化碳將太陽幅射能轉換為化學能，形成碳水化合物並釋出氧氣，而碳水化合物正是生態系統中食物鏈的能源，也就是促進生態系統運作的推動力。而生物體細胞的呼吸作用 (respiration) 則進行光合作用的逆反應，將含有能量的物質分解還原為水和二氧化碳並釋出能量以供應生物之所需。 水分子串聯了水界、陸界和大氣層。 水是所有生物生存的必要物質，因此所有生物圈都有水的存在。生物圈中的海洋是水分子的主要儲存庫，透過蒸發作用(Evaporation)和蒸散作用(transpiration) 在生物圈中循環，提供陸地的淡水來源並形成暖氣流以進行調節氣候的功能。 在進行生態學研究時，依照生物組織由簡而繁的複雜程度，地球上的生物基本活動組成單位可以分為下列的層級： 種 (species)： 地球上所有具不同外觀或相異內部遺傳組成的生命有機體 (organism) ，稱為一個獨立生物種，簡稱為種。在自然環境下，被稱為獨立生物種的生命體必須能夠，而且只會與同一族群內的其他相同生命體相互交配來繁衍後代。例如，馬和驢雖外表類似，但是在野生狀態下，仍屬各自活動、是可以自行繁衍後代的兩種不同動物。而儘管在人為操縱下，具有64條染色體Equus caballus) ，62條染色體Equus asinus) 這兩種在分類學上屬於血緣相近的同一屬 (genus) 動物，可以相互交配而生出騾，但是騾卻無法自行獨立繁殖後代，所以就生物學觀點而言，騾無法算是一種“獨立生物種”的動物。 族群 (population)： 在特定時空環境下，某一獨立生物種的所有個體 (individual) 的集合體，不論是植物或動物，就稱為一個族群。例如，目前存在苗栗三義火炎山保護區的馬尾松純林，或是存在中國陜西南部的佛坪自然保護區內的熊貓，這兩種生物在其各自的獨特生長區域中的所有同種個體的集合，都被稱為是生態學中的一個族群。很重要的是，生物族群內的所有同種個體其內外組成並非都是完全相同的 (identical) ，也就是說，號稱同種的許多個體之間，除了外表不盡相同之外，更是或多或少都會有內部遺傳組成上的差異 (genetic variation) 。至於不同的族群之間，可想而知，必然具有更大的內外組成差異。 (3) 群落 (community)： 在特定的時間和空間下，所有不同生物族群的集合體，也就是指棲息或居住在同一個地域內所有的植物、動物以及其他的生物種類，例如微生物。在這個生態的結構層次要注意的是，除了各種生物族群之外，還包含了發生在相同物種 (species) 之中以及不同物種間彼此的相互作用 (interaction) 關係，也就是各物種在追求生存的過程中對各項共有的自然環境資源所形成的競爭或合作的關係，例如，水源、食物以及居住、躲藏、活動的空間等的爭奪以及不同物種之間的共生 (symbiotic) 情節。此類的物種生存競爭行為，當然會導致幾家歡樂幾家愁的結果，也無可避免地會造成部份個別生物個體的死亡，然而，就物種的族群組成層次而言，適度地發生部份個體的死亡，正是汰弱留強的一種自然淘汰 (natural selection) ，對整體族群的永續發展具有一定的正面意義。 此外，生物雜異度 (biodiversity) 也是這個生態層次所必須考慮的重要概念；一般而言，物種雜異度越高的群落，其生態結構越趨複雜也具有較高的群落穩定性，此結論可由觀察自然群落中，存在於不同族群間的食物鏈 (food chain) 所形成的縱橫交叉的食物網 (food