歡迎來到生態系統嘅奇妙世界！

同學仔，你好呀！準備好深入探索生物科中最引人入勝嘅課題之一未呀？喺呢一章，我哋將會探討生態系統。你可以想像自己好似一個偵探咁，揭開生物之間點樣互相影響、同埋點樣同佢哋嘅環境互動嘅奧秘。了解生態系統超級重要，因為佢可以幫助我哋睇到地球生命嘅宏觀圖，以及點解我哋需要保護我哋美麗嘅地球。唔使擔心如果一開始有啲概念好大咁，我哋會將所有概念拆解成易於理解嘅部分。事不宜遲，立即開始啦！


1. 由單一生物體到整個世界

要了解生態系統，我哋首先需要知道生態學家點樣將生物世界劃分做唔同嘅層次。就好似你喺電腦整理檔案夾咁，由細到大！

組織層次

想像你正喺池塘入面睇緊一條魚。呢個就係我哋嘅起點。

  • 物種 (Species): 一群相似嘅生物體，可以互相繁殖並產生有繁殖能力嘅後代。例如，所有小丑魚都屬於一個物種。

  • 種群 (Population): 喺特定區域喺同一時間內生活嘅所有單一物種嘅成員。例如，喺一個珊瑚礁入面生活嘅所有小丑魚。

  • 群落 (Community): 喺同一區域內生活同埋互相影響嘅所有唔同物種嘅各種種群。例如，小丑魚、珊瑚、海葵同埋海龜全部喺珊瑚礁入面一齊生活。佢係成個生物部分！

  • 生態系統 (Ecosystem): 生物體（所有生物）同佢哋嘅非生物環境（好似水、陽光同岩石）互相影響而組成嘅群落。例如，成個珊瑚礁群落再加上水、陽光、溫度同埋沙粒。

  • 生物圈 (Biosphere): 地球上所有生命存在嘅部分。佢係我哋地球上所有生態系統嘅總和！
環顧香港

我哋好幸運，喺香港就有咁多唔同種類嘅生態系統！課程要求你欣賞呢種多樣性，當中包括：

  • 淡水溪流（例如：大埔滘自然護理區）
  • 石灘／岩岸（例如：鶴咀）
  • 紅樹林（例如：米埔自然保護區）
  • 草地同林地（例如：我哋嘅郊野公園）
重點提要

你可以想像佢就好似地址咁：一個物種就好似一個人。一個種群係佢屋企入面嘅一家人。一個群落係成個社區入面嘅所有家庭。一個生態系統就係社區再加上屋企、馬路同埋天氣。


2. 生態系統有啲咩？生物同非生物部分

每個生態系統都有兩大類主要組成部分，佢哋互相合作。就好似一齣舞台劇咁——有演員（生物）同埋佈景（非生物）。

非生物部分：非生物因素

非生物因素係環境中非生物嘅化學同物理部分，佢哋會影響生物體。佢哋為生命提供舞台。

  • 光照強度 (Light intensity): 影響光合作用嘅速率。通常嚟講，更多光照意味住更多植物生長。
  • 溫度 (Temperature): 影響新陳代謝反應嘅速率（例如酶嘅活性！）。大多數生物都有佢哋適合生存嘅最佳溫度範圍。
  • 水 (Water): 對所有生命都至關重要。濕度（空氣中嘅水分）同鹽度（水中嘅鹽分）等因素決定咗邊啲生物可以喺邊度生活。
  • 酸鹼度 (pH): 土壤同水嘅酸性或鹼性。佢可以影響養分嘅可利用性同埋酶嘅功能。
  • 氧氣 (Oxygen): 對需氧呼吸至關重要。水中溶解氧嘅量對水生生物嚟講非常重要。

生物群落：生物因素

生物因素係生態系統內所有嘅生物體。呢個包括由最細嘅細菌到最大嘅樹木。

棲息地 vs. 生態位：一個生物體嘅住址同職責

呢兩個術語經常俾人混淆，但佢哋其實好唔同。唔使擔心，呢度有一個簡單嘅方法去記住佢哋！

  • 棲息地 (Habitat): 呢個就係一個生物體生活嘅地方。佢係佢嘅「住址」。例如，熊貓嘅棲息地係竹林。

  • 生態位 (Niche): 呢個係一個生物體喺佢嘅生態系統入面所扮演嘅角色或「職責」。佢包括佢食啲咩、有咩生物食佢、佢嘅行為模式，同埋佢點樣影響周圍嘅環境。例如，熊貓嘅生態位包括食竹葉、散播種子，以及作為捕食者（如果有嘅話）嘅食物來源。

記憶小貼士： 棲息地係居所 (Habitat is the Home)。生態位係生計 (Niche is the Nine-to-five job)。

物種多樣性同優勢物種
  • 物種多樣性 (Species diversity): 衡量一個群落中唔同物種數量嘅指標。高多樣性通常意味住一個更健康、更穩定嘅生態系統。
  • 優勢物種 (Dominant species): 喺一個群落中數量最多或者生物量最高嘅物種。例如，松樹可能係松樹林嘅優勢物種。
重點提要

生態系統係非生物因素（好似陽光同水）同埋生物群落之間一個微妙嘅平衡。每個生物體都有佢嘅棲息地（住址）同埋生態位（職責）。


3. 生命嘅互動劇：生物之間點樣互相影響

喺任何群落入面，生物體都係不斷互相影響嘅。呢啲關係對於生態系統嘅平衡嚟講至關重要。

  • 捕食 (Predation) (+/-): 一個生物體（捕食者）追捕並殺死另一個生物體（獵物）。例子：一條蛇（+）食一隻老鼠（-）。

  • 競爭 (Competition) (-/-): 當兩個或更多生物體需要相同嘅有限資源（例如食物、水或空間）時。佢哋都受到負面影響，因為佢哋要分享資源。例子：兩隻獅子為咗爭奪獵物而打鬥。

  • 寄生 (Parasitism) (+/-): 一個生物體（寄生生物）生活喺另一個生物體（宿主）身上或體內，並傷害佢。寄生生物獲得食物同埋棲身之所。例子：一隻蜱蟲（+）喺狗隻身上吸血（-）。

  • 互利共生 (Mutualism) (+/+): 一種兩種生物體都受惠嘅關係。呢係一個「雙贏」嘅局面！例子：蜜蜂（+）從花朵度採集花蜜，而花朵（+）則得到授粉。

  • 偏利共生 (Commensalism) (+/0): 一種生物體受惠，而另一種則冇受損亦冇受益（佢係中立嘅）。例子：一隻雀仔（+）喺樹上築巢（0）。雀仔得到一個家，而樹木冇受影響。
重點提要

生物之間嘅關係界定咗群落嘅結構。佢哋嘅關係由有害（捕食、競爭）到互利（互利共生）都有。


4. 邊個食邊個？能量流動

能量係生命嘅燃料，佢喺生態系統中單向流動。咁，一切從何開始呢？

能量來源

對於地球上幾乎所有生態系統嚟講，最終嘅能量來源都係太陽。

能量流動中嘅角色

  • 生產者 (Producers) (自養生物 Autotrophs): 佢哋係「廚師」。佢哋自己製造食物，通常透過光合作用，將光能轉化為化學能。例子：植物、藻類。

  • 消費者 (Consumers) (異養生物 Heterotrophs): 佢哋係「顧客」。佢哋透過進食其他生物嚟獲取能量。
    • 初級消費者: 食生產者嘅草食動物。（例如：兔子食草）
    • 次級消費者: 食初級消費者嘅肉食動物或雜食動物。（例如：蛇食兔子）
    • 三級消費者: 食次級消費者嘅肉食動物或雜食動物。（例如：老鷹食蛇）

  • 分解者 (Decomposers): 佢哋係至關重要嘅「清潔大隊」。佢哋分解死有機物（死植物、動物、排泄物），並將養分歸還土壤。呢個對循環利用至關重要！例子：細菌同真菌。

能量流動嘅圖譜：食物鏈同食物網

  • 一條食物鏈 (Food Chain) 顯示簡單、單一嘅能量流動途徑。箭嘴顯示能量傳遞嘅方向（由被食嘅生物指向食佢嘅生物）。
    例子：草 → 兔子 → 狐狸 → 狼

  • 一個食物網 (Food Web) 更為真實。佢由許多相互連結嘅食物鏈組成，並顯示生態系統中複雜嘅攝食關係。

常見錯誤提醒！ 食物鏈嘅箭嘴方向永遠要由被食嘅生物指向食佢嘅生物。箭嘴代表「被...食」，並顯示能量嘅去向！

能量損耗問題：10%法則

當能量從一個營養級 (trophic level)（攝食層次）傳遞到下一個營養級時，大量能量會流失！從一個營養級轉移到下一個營養級嘅能量，只有大約10%嘅能量會被儲存。其餘90%則主要以熱能形式喺呼吸作用中流失，或者冇被食到，又或者冇被消化。

呢個就係點解食物鏈通常都好短（4-5個營養級）嘅原因。因為根本冇足夠能量去支持更多營養級！

生態系統嘅視覺化呈現：生態金字塔

生態學家利用金字塔嚟表示營養級之間嘅關係。

  • 數量金字塔 (Pyramid of Numbers): 顯示每個營養級嘅個體生物總數。底部永遠係生產者。佢通常係金字塔形狀，但有時可能係倒轉嘅。例如，一棵大型橡樹（生產者）可以支持數千隻毛蟲（初級消費者）。

  • 生物量金字塔 (Pyramid of Biomass): 顯示每個營養級所有生物嘅總乾重（生物量）。呢個可以更好咁顯示每個營養級可用嘅能量，而且幾乎總係呈現真正嘅金字塔形狀。
重點提要

能量喺生態系統中流動，由太陽開始。佢透過食物鏈傳遞，但每一步約有90%嘅能量會流失。呢種流動可以利用數量金字塔同生物量金字塔嚟視覺化呈現。


5. 大自然嘅大循環：物質嘅重用

唔同能量嘅單向流動同損耗，碳同氮等重要物質喺生態系統中係循環嘅。分解者就係呢個過程嘅超級巨星！

碳循環

碳係生命嘅基本構成元素。佢嘅循環過程如下：

  1. 光合作用 (Photosynthesis): 生產者（植物）從大氣中吸收二氧化碳（CO₂），並用嚟製造有機化合物（食物）。
  2. 攝食 (Consumption): 動物透過食植物或其他動物嚟獲取碳。
  3. 呼吸作用 (Respiration): 所有生物（植物、動物、分解者）都透過呼吸作用將二氧化碳（CO₂）釋放返去大氣。
  4. 分解作用 (Decomposition): 分解者分解死咗嘅生物，釋放佢哋體內嘅碳。其中一部分碳會透過佢哋嘅呼吸作用以二氧化碳形式釋放。
  5. 燃燒作用 (Combustion): 人類燃燒化石燃料（即古代被壓縮嘅有機物），向大氣釋放大量二氧化碳。

氮循環

氮對製造蛋白質同DNA至關重要。但空氣中嘅氮氣（N₂）對大多數生物嚟講係不可用嘅。佢需要由特殊細菌嚟「固定」。唔使擔心，呢個睇落好複雜，但等我哋集中睇吓當中嘅主要角色啦。

  • 固氮作用 (Nitrogen Fixation): 固氮細菌（喺土壤或植物根部）將空氣中不可用嘅氮氣轉化為可用嘅化合物，例如氨。
  • 硝化作用 (Nitrification): 土壤中嘅硝化細菌將氨轉化為硝酸鹽，呢係植物透過根部吸收氮嘅最佳形式。
  • 同化作用 (Assimilation): 植物從土壤中吸收硝酸鹽嚟製造蛋白質。動物再透過食植物嚟獲取氮。
  • 分解作用 (Decomposition): 分解者分解死咗嘅生物同排泄物，將氮化合物歸還土壤。
  • 反硝化作用 (Denitrification): 反硝化細菌將土壤中嘅硝酸鹽轉化返為氮氣，然後返回大氣。

你知唔知？分解者係物質循環中最重要嘅一環。如果冇咗佢哋，養分會被鎖喺死有機物中，生命就停滯不前㗎啦！

重點提要

碳同氮等重要物質喺生態系統中不斷循環。細菌同真菌（分解者）喺分解死有機物同令呢啲養分再次可被利用方面扮演關鍵角色。


6. 生態系統點樣隨時間變化：演替

生態系統唔係靜態嘅；佢哋會隨時間透過一個可預測嘅過程而變化，呢個過程叫做生態演替 (ecological succession)。

從零開始：初級演替

呢個發生喺之前冇生命或土壤存在嘅地方。想像火山爆發後嘅裸露岩石。

  1. 先鋒物種 (Pioneer Species): 耐受力強嘅物種，例如地衣同苔蘚係第一批到達嘅生物。佢哋可以喺裸露岩石上生長。
  2. 土壤形成 (Soil Formation): 先鋒物種慢慢分解岩石，當佢哋死亡並分解時，就會形成第一層薄薄嘅土壤。
  3. 拓殖 (Colonisation): 隨著土壤變得更肥沃，較大嘅植物好似草同灌木可以生長。佢哋會吸引昆蟲同小型動物。
  4. 成熟 (Maturation): 經過數百年甚至數千年，較大嘅樹木會進駐，生態系統最終演變成一個穩定、成熟嘅森林。

重新恢復：次級演替

呢個發生喺原有群落因干擾（例如森林大火或伐木）而被清除，但土壤仍然完整無缺嘅地方。

由於土壤已經存在，次級演替比初級演替快得多。草類同雜草會迅速重新生長，然後係灌木同樹木。

最終階段：高潮群落

呢個係演替嘅最終、穩定階段。一個高潮群落 (climax community) 係成熟嘅，物種多樣性高，而且除非有另一次重大干擾，否則隨時間變化唔大。

重點提要

生態系統透過演替隨時間發展同變化。初級演替由裸露岩石開始，而次級演替則係一個較快嘅恢復過程，因為土壤已經存在。


7. 我哋喺生態系統中嘅角色：野外考察與保育

作為生物學家，我哋需要工具嚟研究生態系統。呢個幫助我哋了解佢哋，並搵出點樣保護佢哋嘅方法。

做個生態偵探：研究棲息地

要數晒棲息地中嘅每一個生物係唔可能嘅，所以我哋會用採樣方法 (sampling methods) 嚟估計。

  • 樣方採樣法 (Quadrat Sampling): 一個樣方 (quadrat) 係一個已知面積（例如1平方米）嘅方形框。要估計植物嘅種群數量，你將樣方喺一個區域隨機放置幾次，每次數吓樣方內植物嘅數量，然後計算平均值。呢個方法非常適合植物同緩慢移動嘅動物。

  • 樣線採樣法 (Transect Sampling): 一條樣線 (transect) 係一條線（好似捲尺咁），佢會鋪喺棲息地上面。佢用嚟研究生物分布點樣隨環境梯度變化。
    • 喺直線樣線 (line transect) 入面，你會記錄所有接觸到線嘅生物。
    • 喺帶狀樣線 (belt transect) 入面，你沿樣線以固定間距放置樣方，以獲取更多數據。

  • 測量非生物因素: 我哋會用科學儀器嚟測量非生物條件，例如測光錶（光照強度）、酸鹼度計（酸鹼度）、溫度計（溫度）等等。

我哋嘅影響同保育嘅必要性

人類活動正對全球生態系統造成巨大影響。呢個導致咗棲息地破壞、污染同生物多樣性喪失。因此，保育——保護同管理地球嘅生物多樣性同生態系統——係一個迫切嘅需要。

透過了解生態系統點樣運作，我哋可以做出更好嘅決定，為後代保護佢哋。

重點提要

我哋會用採樣技術，例如樣方同樣線，嚟研究種群同群落。呢啲數據幫助我哋了解人類活動嘅影響，並突顯咗保育嘅迫切性。