生命科学概论-chap5第五章 生态系

第五章生态系
生态学是一门讨论生物间、生物与其无生命环境间如何交互作用的一门学问。

在这门学问的讨论过程中，讨论的对象不再是单一的某一种生物物种，他们如何摄食、如何完成各种生理活动等等，而是针对由这些单一生物物种所组成的生物族群，讨论各种族群间的群聚关系，以及这些群聚与其生长的环境间的交互作用。

下面我们将从生物族群开始谈起，再依序介绍生态系统中更复杂的层面，群聚及生态系统。

第一节生物族群
当我们观察地球上的生物时，我们总会发现，在同一个地区内的同种生物间总会有某种程度的交互作用，如人的社会、昆虫的组织就是其中最明显的例子。

生物学家称在同一地区中同时存在的同种生物的联合为一生物族群。

在一生物族群中的各个生物个体间，关系是相当密切的，因为他们具相同的生活习性，竞争相同的食物与栖息地，寻找配偶，养育下一代。

这些活动都让他们成为一密不可分的单位，虽然在一生物族群中生物仍以个体为单位来生活，但是整个族群的消长却关系了这种生物在整个生态系统中的存没。

所以，我们先来了解一下一族群的消长是受什么因子所影响的。

生物潜能biotic potential
在自然界中一生物族群究竟能有多大是随着该生物族群的生育率和死亡率两种速率而定。

当生育率大于死亡率时，该族群就会不断的变大，相反，则该族群就会变小。

任何一种生物族群的成长变化依科学家的研究，都是在一停滞期后呈对数式的成长，其所呈现出来的生长曲线为J型的﹝图一，a图﹞。

至于这个J型图上升的驱势如何，则决定于该生物下列的一些性质，如该生物开始生殖的年龄、平均多久生育一次、平均每次生育的数目、在该生物的一生中生育期有多长、以及在理想的生活条件下该生物的死亡率等；我们可以想见的是，当生物开始生育的年龄愈小，生育周期愈短，每次生育的数目愈多，一生中可生育的时间愈长，死亡率愈低的时候，J型图中上升的速度就会愈快。

这也就是为什么老鼠的族群永远比人的族群要大的原因。

这种在最适合的生长条件下一生物族群成长的最大速率就是生物学家所谓的生物潜能。

故生物潜能愈大一生物族群的成长越快，依据这种说法，J型图的上升是几近以垂直线上升的。

这种族群成长是永无止境的吗？如果我们长期观察自然界中任何一个生物族群的变化，我们
会发现，生物族群的成长不会是没完没了的﹝图一，b、c图﹞，还会随着环境的条件而发生变化，为何会如此呢？
(a)：细菌总数与时间关系图
（b）:族群个体数与时间关系图
（c）：野兔族群与山猫族群消长图
图一：族群增殖图
环境的抗力
环境是生物族群无限制成长的限制因子，Why？我们前面介绍过，每一种生物都有他们特有的生活习性与栖息地，这句话中所包涵的意义就有，同种生物对食物及对其特有的生存空间的竞争，所以对任何一个空间而言，它对每一种生物物种都有一定的乘载容量(carrying capacity)，当该生物族群的个体数目超过其乘载容量时，这种生物直接面临的危机就是食物的短缺及生存空间的缺乏；除此之外，还有什
么环境因子会影响一生物族群的大小呢？我们可将环境中对一生物族群的限制因子依其性质分成两大类，一为非生物性的限制因子，如气候、温度、光线、水份、养份等等；另一大类的限制因子则为生物性的，如其它生物的活动、该生物物种的猎食者（图一，c图）、寄生者、病害、及不同种的竞争者等等。

另一种的看法则可以将这些限制因子分为依生物密度而定的因子和与生物密度无关的因子两大类，前者如食物、生长空间、病害、猎食者等；后者则如气候、其它生物的活动等。

在这些限制因子中影响力最大的则首推气候，如果气候的变化大到使生物无法生存，那么生物族群只有消失一途，这就是现代科学家用来猜测解释恐龙为何会在地球上全部消失的原因之一；现代人类活动﹝杀虫剂的使用及工业所造成的污染﹞对其他生物族群所造成的影响，事实上已经直逼气候的效应，现今每年绝灭物种的总数早已超过过去数百年物种绝灭的总数，这种惊人的效果对我们人类族群而言又会是一种怎么样的影响呢？
第二节生物群聚
生物之间的交互作用其实并不只限于同种的生物之间，就诚如上一节中所说明的，一生物族群的大小就会受到其它不同种生物的影响，其它种的生物可能是这种生物的食物来源，也可能是这种生物的掠夺者、寄生者或是病害的来源，但不管这些生物是些什么，不同种的生物之间的交互作用实是密不可分的。

这种生活在同一时期、同一空间环境中关系密切的不同种生物团我们称之为群聚。

如果我们详细的观察这些生物之间的关系，我们会发现，他们之间的交互作用不外乎就是竞争相同的资源、相互猎食、和互蒙其利这三种状况。

当然这些交互作用的结果就可以决定一生物族群的大小与存续。

我们可以用一个日常可见的例子来说明这种关系，如果我们在春天的时节观察一株玫瑰花，初春时，玫瑰开始发芽，一小段时间后，芽虫开始在这些初生的嫩芽上出现，吸食树汁并开始生长繁殖，再一段时间后，蚂蚁来了，跟在芽虫后面，收集它们排泄出来甜甜的分泌物当成食物，蚂蚁并且开始搬运芽虫到玫瑰花枝芽的不同部分，并且负起照顾芽虫的工作﹝放牧﹞，由于芽虫在食物供应无缺与蚂蚁的细心照顾下，芽虫族群的数目一天比一天多，蚂蚁的族群当然也因为食物的供应无缺而更欣欣向荣了，但有一天来了一群不述之客─瓢虫，他们在玫瑰花上四处漫游捕食芽虫，由于芽虫已经繁殖了一段不短的时间，所以这新来的
瓢虫在大快朵颐的同时也开始他们的虫生大事，繁殖小瓢虫；但在一段时间之后，由于瓢虫数目的增加，芽虫数目锐减，瓢虫在饥饿之余只好飞到别的树上找寻新的食物来源，芽虫又在没有猎食者的状态下，暂时获得生息，在玫瑰花继续发出的新芽上生活，繁殖小芽虫，蚂蚁又来了，照顾芽虫并获取食物，故事就这样一再的重复发生直到有一天，夏天到了，玫瑰花的主人忘记浇花，花枯了，芽虫饿死了，蚂蚁走了，故事结束了。

在这些生物间你能不能告诉我，谁与谁互利共生，谁又吃了谁，他们相互竞争了什么！当我们把视野再放大一点时，我们会发现芽虫不单单是瓢虫的食物，他们也是一种掠夺者，他们与其它的以树汁为生的生物相互竞争玫瑰花（以为食物）与生活的空间，蚂蚁与瓢虫又何尝不是如此。

所以当我们放眼到我们整个生存空间时，我们又可以看到多少的相互竞争，多少的互蒙其利与相互猎食呢！不同种的生物就这样的结合成一相互依赖的生物群聚，而这生物群聚最终又必须与其生活的环境取得密切的连系，就如上面讲的故事，玫瑰花最终必须由它生活的无生物环境中获得阳光、水份、其它的无机养份及二氧化碳，这种生物群聚与其生存环境的联系就组成了生态系统。

下面就让我们看一看地球上的生态系统吧！
第三节生态系
地球上的生态系依其所处物理环境的不同可分成下列九种，海洋生态系、大陆棚生态系、河口生态系、热带雨林生态系、草原生态系、针叶林生态系、冻原生态系、温带林生态系、沙漠生态系；虽然这些不同的生态系统各自为家各成体系，但最后又因大气、洋流、与生物的流动与迁移等连成了完整的地球生态系。

在这些生态系统中，生物与生物、生物与其环境间的交互作用其实只包括两件大事，一为能量的流转，另一为物质的循环。

能量的流转
在任何一种生态系统中，如果我们以能量的眼光来检视其组成时，我们会发现其中的组成生物在生态系能量的转移过程中只扮演下列数种角色，生产者、消费者与分解者。

生产者是整个生态系中捕捉环境能量的生物，不论是上述生态系中的何种生态系，生产者都是为可行光合作用的生物，虽然其种类可能依生态系物理条件而有所不同，但仍不外为蓝绿藻、植物性的原生生物或是植物。

当行光合作用的生物在一生态系中的数目愈多时，这个生态系所能捕获的能量总量就愈高，这生态系的生产力也就愈大，所能支持的生物数目就越多。

生态。