一、
生態學基本原理
二、
非生物環境
三、
生物群聚
四、
生態的消長
五、
生態系統
六、
生態工法
一、
生態學基本原理
1. 生態學的定義
生態學
↙↓↘
生物←→環境
2. 生態學的範圍
科學：生物與環境間之關係----自然平衡。
哲學：機能、組織、結構之平衡，改變任一環節，即將影響全體。
藝術：大自然之美。
3. 生態學的層次
(1) 個體生態(Organisms
ecology) ：個體生物←→環境
(2) 族群生態(Population
ecology)：同種或少數種生物←→環境
(3) 群聚生態(Community
ecology)：多數不同種生物←→環境
Earth
↑
Biosphere
↑
Biome
↑
Ecosystem
↑
Community
↑
Population
↑
Organisms
4. 食物鏈與食物網(Food Chain ＆ Food Web)
(1) 食物鏈：由動物界食物的來源以及捕食之間的關係，形成一鏈狀的結構。食物鏈係由下列三者組成：
l生產者(Producer)
包括植物及植物性浮游生物。利用太陽能，吸收營養鹽、CO2，增殖細胞，繁殖物種。
l消費者(Consumer)
初級消費者：草食性動物。
次級消費者：肉食性、雜食性動物。又稱二級消費者。
三級消費者：捕食次級消費者。
l分解者(Decomposer)
亦即各種微生物，可分解前二者之屍體、排泄物、殘渣，使成簡單有機或無機物，提供前二者所需之營養鹽。
(2) 食物網：
實際環境中，絕大部份的動物，其攝取食物的關係為食物網而非食物鏈，亦即攝食的對象並非限定於單一物種。其攝食之關係為一複雜的網狀，使得食物來源多樣化，得以提昇其生存之機會。
(3) 能量的利用效率
l能量金字塔（Pyramid
of energy）
由食物轉換為有效能量之效率非常有限，因此消費者如攝取高一層之生物為食，將增加消耗數倍食物之能量。
l生物量金字塔（Biomass Pyramid）
其原理同能量金字塔之原理。
消費者如攝取食物鏈中高一層之生物為食，增加消耗之食物量如以十倍計，將需要增加十倍的農作面積，增加十倍的農藥肥料施用量，增加十倍的灌溉需水量，造成環境負荷的增加則將遠大於十倍。相對的如降低食物鏈一層生物為食，將可大幅降低環境負荷，快速改善環境品質。
(4) 生物累積與生物放大作用
l生物累積（Bio-accumulation）
毒性物進入體內，被細胞吸收，因無法分解或難以分解，不易排除或攝取速率超過排除速率，逐漸累積於體內而致毒害。
l生物放大（Bio-magnification）
經由食物鏈之關係，如選擇食物鏈之高層生物為食，將因能量金字塔與生物量金字塔之原理，消耗之食物量暴增，將使累積於體內之毒物濃度快速增加而致毒害。
Bioaccumulation is the buildup of certain chemicals within tissues and
organs of the body. It results from several factors, and selective absorption.
Heavy metals, for example, cannot be broken down in the body, and they bind
strongly to proteins, reducing their excretion. Chlorinated hydrocarbons, such
as DDT, are also resistant to breakdown, and because they are fat soluble, they
remain in the body fat permanently.
Scallops
and other mollusks that feed on material suspended in water selectively take up
certain toxic elements from seawater, such as the heavy metals zinc, copper,
cadmium, and chromium. The level of cadmium in scallops in polluted waters, for
example, may be 2.3 million times that of seawater. While such concentrations
do not always cause problems to the organisms, they can create troubles for those
that eat them because of a phenomenon known as biological magnification.
As
shown in figure, the pesticide DDT in water is absorbed by zooplankton,
single-celled organisms that live in water. Small fish ingest DDT when they
feed on zooplankton, and the persistent insecticide is concentrated in their
body fat. As illustrated, tissue concentrations increase substantially at each
level of the food chain.
This
increase in tissue concentrations of a toxin in successive trophic levels of a
food chain is called biological
magnification. Biological magnification occurs because DDT is a fat-soluble
chemical that is stored in body fat, not readily broken down, and not excreted.
The more fish an osprey eats, the higher its DDT levels become. The
concentration of DDT, in fact, may be several million times greater in
fish-eating birds than it is in water. For humans, magnification that occurs in
the food chain may be as much as 75,000 to 150,000.
Biological
magnification exposes organisms high on the food chain to potentially dangerous
levels of persistent toxins. Synthetic chemicals like DDT, some lead and
mercury compounds, and even some radioactive substances are all biomagnified.
The presence of this phenomenon is important to consider when judging the risk
that a chemical poses to humans and the many species that live among us.
DDT in fish-eating birds (ospreys) 25 ppm
↑
DDT in large fish (pike) 2 ppm
↑
DDT in small fish (minnows) 0.5 ppm
↑
DDT in zooplankton 0.04 ppm
↑
DDT in water 3×10-6 ppm
(Daniel D. Chiras,
“Environmental Science - Action for a Sustainable Future”, 4th ed., The
Benjamin/Cumming Publishing Company Inc. 1994.)
l汞的限值
¨ 飲用水水質標準：0.002 mg/L (ppm)
¨ 食米限量標準0.05 ppm (76. 9.16.衛生署公告)
¨ 有害廢棄物認定標準：0.2 ppm (91.1.9環保署)
¨ 迴游性魚類除外之所有魚蝦類甲基汞含量應在0.5 ppm以下。迴游性魚類之甲基汞含量應在2.0 ppm以下。(81.8.26.衛生署公告)
(4) 素食與環境保護的關係
l由能量利用效率來看，素食者消耗的食物量僅有葷食者的十分之一，甚至百分之一。如果大家都改為素食，所節省大量的食物，提供給糧食缺乏的地區使用，則全球將沒有糧食不足的國家。
l由環境污染與環境破壞來看，素食者節省大量的食物，相對可節省廣大農地的需求，避免農地開發造成的山坡地破壞、土壤流失、土壤鹽化等問題。也因而大幅減少農藥與肥料之施用，避免湖泊水庫的優養化。又因不需要動物類食物，將可避免畜牧業造成的水污染問題與病死禽畜疫疾傳染之問題、養殖業造成的超抽地下水問題、漁業造成的海洋生態失衡問題等。
l由生態平衡來看，沒有了畜牧業、養殖業，將不會造成口蹄疫、禽流感等瘟疫之蔓延，也因農產品需求量驟減而避免生態系遭到農藥毒害之威脅，更因農地需求之減少而增加了自然生態發展之空間。
(5) 素食與健康的關係
l由生物放大現象來看，食用高一層的食物鏈，所攝取到的致癌物等毒性物質大約增加十倍。更何況飼養禽畜所餵的食物品質與清潔，顯然遠不及人類自己食用的食物；飼養過程為了避免禽畜感染疫疾，飼養者經常多次使用抗生素注射或將其摻入飼料中，已有許多研究顯示這些抗生素多為致癌的元兇。如食用海洋中較高層食物鏈之魚類，其毒性物質之放大將更為嚴重。台灣地區癌症死亡率居十大死因的第一位，且二十年來增加一倍以上，能不警惕嗎？
l動物性脂肪在人體內容易造成血管阻塞，心臟血管系疾病(十大死因第二位)與中風等，均與此有密切關係。常食用乳製品更容易造成骨骼中鈣的流失，進而導致骨骼酥鬆症。
l人類所需要的各種營養在植物中全部都有，吃素者生病的概率遠低於吃葷者。
(6) 尊重生命改吃素食
l由尊重生命來看，每一種生物都有他生存的尊嚴，關懷生命、愛護動物，為什麼卻不包括豬、牛、羊、雞、鴨、魚等動物？
l醫學界已有許多研究證實確有生命輪迴的現象，豬、牛、羊、雞、鴨、魚等動物都有可能是我們過去生的親眷，我們又何忍吃他們的肉？
l寒山大師詩云：六道輪迴苦，孫兒娶祖母，牛羊席上坐，六親鍋內煮。
5. 學習生態學的目的
認清人類在自然界與社會中所佔的地位，以及所扮演的角色，以維繫自然界的平衡與繁榮。
二、
非生物環境
1. 媒質 (Medium)
2. 基底(Substratum)
植物在其上（其中）固定、吸取養分：土壤、水。
功能：附著、掩蔽（保護色、保護幼蟲）、攝食。
3. 土壤
(1) 土壤的質地與種類
風化 風化
母岩 → 岩屑 → 砂、泥、黏土、壤土
孔隙率/孔隙：提供空氣、水之流通
(2) 土壤的成分
a.
礦物質：Ca, Mg, N, P, K, S, Al, Si
b.
有機質：約佔5％
l
有機物(Organics)：未腐化
l
腐植質(Humus)：半腐化
l
膠體(Colloid)：完全腐化
c.
水：土壤間隙及表面
d.
空氣：根部生長點需要氧氣，乾濕條件對其影響甚大
(3) 土壤的性質
pH 4.5 ~ 8.5
Org. 多 酸性 潮濕
Ca, Mg 多 鹼性 乾燥
(4) 土壤對植物的影響
固定植物、提供生存所需物質，影響群聚之分佈、消長
(5) 生物對土壤的影響
動物：物理性壓實、翻動、排泄、屍體
植物：風化、枝葉
微生物：分解、腐化、礦化
(6) 土壤的形成
物理作用：機械力破壞：冰凍、解凍、根之生長、沈澱
化學作用：氧化、還原、水解、溶解
生物作用：死亡、排泄、生化作用
(7) 土壤的剖面(Profile
of soil)
A層：表壤：生物活動，腐植質多，色深
B層：下層壤：礦物質多，透水性較差
C層：基質層：風化不身之土壤母質
D層：岩石層
4. 水分
(1) 水的化學性質
海水：鹽類0.8％，Cl-
淡水： 硬水：Ca+2,
Mg+2
軟水
氣體：O2, CO2
pH值：海洋表面8.0 ~ 8.4
深海7.4 ~ 7.9,
潮間帶：受環境影響
(2) 水中的氣體
a.
氧氣之供應
水表面：大氣擴散、波浪
水面區：藻類等水生物
深水：擴散、水流
b.
湖泊水庫之溶氧分佈
c.
氯鹽影響氧氣之溶解
d.
CO2之溶解
H2O OH- OH-
CO2 === H2CO3
=== HCO3-
=== CO3=
H+ H+
(3) 兩棲環境
(Transitional zone)
潮間帶、沼澤：水陸生物均可生存、氧氣充足、食物多、光線足、浮游生物多、無大型捕食者
(4) 水對生物的影響
旱生(Xerophytes)：仙人掌：貯水、防蒸發
中生(Mesophytes)
水生(Hydrophytes)：水質、水量之不同需求
5. 溫度
(1) 湖泊水庫溫度之變化
分層：上層水、變溫層、穩定層
Overturn：春秋季交替之翻騰
(2) 植物對溫度之適應
夏天：利用葉部氣孔蒸散，調節溫度
冬天：落葉、上部枯死，如同冬眠
(3) 動物對溫度之適應
a.
休眠
l
冬眠：體溫下降，僅心腦供血。
l
夏眠：躲避高溫與乾燥。
l
滯育：蛹
b.
溫血動物之調適
l
熱：出汗
l
冷：脂肪、羽毛、皮毛禦寒
c.
遷移
長程（如候鳥、魚類）、中程、短程
(4) 溫度對生物生長速率之影響
(5) 溫度與濕度之聯合影響