一、食物鏈與食物網

依據生物間彼此的食性關係,將生物與生物串連起來,就會形成一條「食物鏈」。而將同一生態系中多條的食物鏈串連起來,就形成複雜的「食物網」,如下圖所示:

This is an images

圖片來源:國立編譯館

在此食物網中同時具有生產者、消費者及分解者,各種生物均具有其重要的角色,若某種生物消失,一定會對此食物網中其他生物造成影響。
若生態系中的生物種類越多,食物網就越複雜,以上圖為例,若松鼠消失,對狐、梟和雲豹而言減少了一個食物來源,但這些生物族群並不會滅絕,因為狐、梟和雲豹還有替代的食物可吃。所以當食物網越複雜的時候,環境的變動造成生物間的影響幅度將會縮小,使生態系具有較高的彈性與恢復力,使得生態系較為穩定。

 

二、能量的流動與能量金字塔

具有生命的生物體若要維持其身體細胞的運作,就必須要獲得養分來產生能量供細胞使用,以維持生命現象的運作。
以整個地球而言,最初始的能量來源就是陽光,太陽光中所具有的能量,必需透過具有葉綠素的生物進行光合作用,才能將太陽能轉變成葡萄糖等養分中的化學能,如此一來能量就能進入生命世界,供生物利用了。
光合作用的反應式如下所示:

This is an images

當綠色植物行光合作用後,會製造出葡萄糖等養分,而藉由食物網的傳遞,可將養分傳遞給其他消費者與分解者。

在生物體中,只有少部分的養分(10%)是用來製造構成生物體的物質,而絕大多數的養分(90%)則會經由生物的呼吸作用而將養分分解釋放能量,供給細胞維持生命現象所需的能量來源,這些能量讓細胞消耗之後會轉變成熱能而散失,因此真正留在生物體內的能量,可以再傳遞給上層消費者的能量並不多(大約只有10% 左右)

This is an images

而將能量透過食物鏈傳遞後,可以發現生產者所具有的總能量最多,依序遞減傳遞給上層消費者,只有約10% 左右的能量會向上傳遞,其餘90% 的能量則形成熱能散失,所以將生物依照總能量的多寡排列,會形成一個塔形,稱為能量金字塔
不論食物網如何複雜,能量流動的方向都是單方向,由底層的生產者向高階的消費者流動,而每一階層的能量都只有一小部分向上傳遞。

 

三、碳的循環過程

碳元素是構成生物體的主要物質,舉凡醣類、蛋白質與脂質均需要碳元素才能形成,由此可見碳元素的重要性。而碳元素主要以二氧化碳的型式存在於大氣中,生物體要如何獲得大氣中碳的來源呢?以下將作詳細的探討

1.碳元素的固定(固碳作用)

(1)具有葉綠素可行光合作用的生物(綠色植物、藻類與藍綠菌),藉由光合作用的過程將二氧化碳轉變成醣類或其他養分儲存於體內。
This is an images
而這些醣類等其他養分,再經過消費者的攝食,進入動物體內。

(2)大氣中的二氧化碳也會自然地溶解於水中。

(3)古代生物的遺體經長時間高溫高壓作用下,慢慢形成化石燃料(植物遺體形成煤炭、動物遺體形成石油)

2.碳元素的釋放(脫碳作用)

(1)只要是生物,無論是生產者、消費者及分解者,都必須進行呼吸作用,將養分分解產生能量供細胞使用,並同時釋放出二氧化碳。
This is an images

(2)燃燒化石燃料,產生熱能,並釋放出二氧化碳。

(3)分解者對生物遺體進行分解作用,同時也會釋放出二氧化碳。而大氣中的碳元素即是藉由固碳作用與脫碳作用,不斷地在自然界與生物界中循環利用。

3.溫室效應

由於人類大量使用煤和石油,造成大氣中二氧化碳濃度越來越高,使得地球溫室效應更加惡化。最直接的影響是南北極冰層融化,造成海平面上升,導致生物與人類的棲息地遭到海水淹沒,除此之外,氣候會更加異常,颱風的強度更強,可能造成更多危害。

 

四、氮的循環過程

氮元素是組成蛋白質及DNA的重要元素,由此可見氮元素的重要性。而氮元素主要以氮氣的型式存在於大氣中,約大氣含量的78% ,這些氮氣非常穩定,動物及植物均沒辦法直接利用氮氣,那麼生物體要如何獲得大氣中氮的來源呢?以下將作詳細的探討。

1.氮元素的固定(固氮作用)

(1)閃電作用使得大氣中的氮氣與氧氣結合形成氮化物。

(2)土壤中的「固氮細菌」將氮氣或氮化物轉化成植物可以直接利用的含氮物質。

(3)土壤中的含氮物質被植物吸收後,經由食物鏈傳遞到消費者身上。

(4)生物的遺體及排泄物,經過微生物分解,再度形成土壤中的含氮物質,重新被利用。

2.氮元素的釋放(脫氮作用)

(1)生物的遺體及排泄物,被微生物直接分解形成氮氣排出。

(2)土壤中的含氮物質被「脫氮細菌」分解,形成氮氣釋放到大氣中。

 

創用CC標示:
CC