科博館地球環境廳芸芸眾生展場參考資料10之1
生態系(Ecosystem)
May
& Frank編寫
圖01. 位於國立自然科學博物館地球環境廳二樓之芸芸眾生(Life on Earth)展場。
最前方水力轉動的地球儀上，標示本展場展示的地球上七個代表性的生態系：
(大致上由高緯度→低緯度排列：)
1. 加拿大凍原(Tundra
of Canada)的夏季佈景。左側
2.
中國東北溫帶林(Temperate Forest of China Northeast
Area)的夏季佈景。右側
3.
東非稀樹草原(Savanna of
East Africa)。前方正中央
4.
美國索若蘭沙漠(Sonoran
Desert in South Arizona)。
5.
婆羅洲紅樹林(Mangrove of
Borneo)。
6.
加拉巴哥群島海岸(Coast of Galapagos
Islands)。
7.
哥斯大黎加熱帶雨林(Tropic
Rainforest of Costa Rica)。
圖02. 科博館的館花─艷紅鹿子百合(右圖)。看著百合花的形態與構造(左圖)，聯想蘭花演化的基本藍圖，更可看到芸芸眾生之美。
(註：一般植物學家認為百合科（Liliaceae）可視為蘭科之姊妹群，是與蘭科親緣關係最相近的單子葉植物。)
芸芸眾生展場，共呈現了七個逼真寫實的生態造景(Diorama），由高緯度到低緯度，來展現地球上七個代表性的生態系(ecosystem)。
而「生態系」是大家日常生活中常常聽到的一個專有名詞，因此在下以為，當帶領國小、國中、高中的同學，參觀完了芸芸眾生展場之後，最好不僅僅只是讓他們認識一些動植物(Life on Earth)如此而已，更應該給學生們一個宏觀的概念─何謂生態系？
所以讓我們先花一點篇幅和網友們討論
何謂生態學？
何謂生態系？
圖03.停在紫薊花(Purple Thistle Flower)上之帝王蝶(Monarch Butterfly)，分別代表生態系中之生產者以及消費者。
圖片來源：
請各位先看四段網路上的短文：
『一、廿世紀末的1999年，太平洋上兩個不知名的小島，提布亞塔拉瓦和阿布努亞馬，被淹沒在蔚藍大海中;而諷刺的是，阿布努亞馬的意思是「永久的海岸」。
或許你會說，這兩個聽都沒聽過、也沒人居住的小島消失了，和我們有什麼關係？表面上看來，似乎是沒什麼直接關係，但一個接一個的小島從海平面上消失，正代表海水不斷上升，海平面上升，可能正是氣候變遷、地球愈來愈溫暖的後遺症之一，而這個現象還在繼續惡化中。
台灣不但有七十多個小島，本身也是一個說大不大、說小不小的海島，沿海還有超抽地下水、地層下陷的問題。學者因而推估，到2050年，台灣西部海岸線會向陸地後退一公里;也就是說，寶島可能會愈來愈小。
現在，你還認為太平洋上兩個小島的消失和我們一點關係也沒有嗎？事實上，不只是台灣，我們居住的地球，也有大麻煩了。』
請看另一則短文：
『二、我國位於南太平洋的友邦—吐瓦魯（Tuvalu），由於全球暖化造成海平面上升，導致土地逐漸被海水淹沒，估計50 年後就會全部消失，其政府已向國際社會求助，目前紐西蘭已同意逐年收容其全國的一萬一千名居民。』
圖04. 我國位於南太平洋的友邦—吐瓦魯（Tuvalu），由9個珊瑚環礁組成，面積只有26平方公里。由於全球暖化造成海平面上升，導致珊瑚礁逐漸被海水淹沒，估計50 年後就會全部消失。
『三、八八風災時，台灣收到一筆來自南太平洋邦交國－吐瓦魯的捐款，雖然只有21萬美金，卻是吐瓦魯國民生產毛額的百分之一。在藍天、碧海、椰子樹下，由九個珊瑚環礁所組成，只有26平方公里，住了約一萬一千人的小國。
自身難保的吐瓦魯，是被國際評估為地球持續暖化，海平面持續上升50年後，第一個被淹沒的小島國。』
四、2009年由盧貝松等製作的《地球在哭泣》(Earth is
Crying)之片段
圖05. 世界上20%的人使用了地球上80%的資源，反過來說，則是另外80%的人只使用20%的地球資源。很顯然地，在地球資源分配極度不平均的狀況下，不僅是天災可能頻傳，更可能的是人禍也處處可見。
圖06. 世界上每四隻哺乳動物，八隻雀鳥，兩隻兩棲動物就有一隻瀕臨絕種！
看完這四段讓人有點「觸目驚心」的短文之後，各位網友定能體認到，了解生態學的重要！因為當大家清楚的知道，人和地球其實非常的息息相關，是密不可分的整體時，我們才會愛護它而不再去破壞它。
試想如果整個台灣西部海岸線後退一公里，我們的國土就少掉了四百多平方公里，更可怕的是，有多少沿海的同胞們會失去家園。
由中視製作，於2009年8月8日莫拉克風災後籌款拍攝，耗資8百萬新台幣，歷經5個月完成的《±2℃》影片，片中點出全球暖化、氣候劇烈變遷，由2009年8月27日重慶16小時一夜之間竟閃電11,471次，比抗戰時轟炸還厲害…到土耳其9月7日兩天下了半年的雨量…到台灣很可能將會是第一批氣候難民，影片中還提到了許多台灣迫切需要解決的問題，像許多水庫泥沙大量的淤積、許多地區超抽地下水、地層下陷等等。
在48分鐘精心製作的節目中，有一幕讓我們印象特別深刻，那就是屏東沿海超抽地下水地區的房屋，整個一樓空空蕩蕩的甚麼傢俱都不能擺放，四面的牆壁全部是貼磁磚，而不像一般房屋的牆壁是刷平光漆，因為那裡只要逢雨必淹，所以當地居民乾脆貼磁磚「防水」，而不用老是要重新粉刷牆壁。對非身歷其境的人而言，這只像是一則新聞，然而對當地人而言是多少的無奈及控訴無門。
2012年6月2、3日(星期六、日)May到科博館參加2012年國際民族影展暨研習營，看了導演Briar製作的《消失的島嶼(There once was an island)》又是一個全球暖化，海水上漲即將淹沒大洋洲Takuu環礁家園的實例…更讓人覺得生態系(ecosystem)的觀念真的應該廣植人心中…請看一位網友的呼籲：「本片在試映會的時候廣受好評，島嶼居民在面對家園就要被淹沒而消失的心境如何，正是地球暖化海平面上升的現在，值得我們好好的深思～」。
圖07. 導演Briar製作的：《消失之島》《there once was an island》。
許多Takū的沙灘因為海平面上升而被淹沒，使停放獨木舟的地方必須更往後退。
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宣導生態概念的影集所在多有，其中2009年名導演盧貝松(Luc Besson)執導的《地球在哭泣》(Earth is Crying)絕對值得您一看再看。
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生態學(ecology)─是生命科學(Life Science)的分科，主要研究生物與其他生物及周圍環境的相互關係。
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生態的階層(ecological levels)，由小到大：
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個人(Individual) ↓
族群(
Population) ↓
群聚(Community)
↓
生態系(Ecosystem)
↓
生物相( Biome)
¯
生命層 (Biosphere)
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1. 族群──同一種生物的集合(例如所有住在台灣的人就是一個族群)
2. 群聚──數種族群的集合(人的族群＋小鼠的族群＋蟑螂的族群等形成群聚)
3. 生態系─生物因子＋無生物因子的集合
4. 生態系中常有優勢（顛峰）植物(climax plant)，顛峰植物提供動物食物與棲所(Habitat)，進而決定了動物的種類及分布的範圍。
所以一般陸域生態系都以優勢植物命名。例如草原生態系、針葉林生態系、
闊葉林生態系等。
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不同的環境會形成不同的生態系，一般來說，水域環境可分為海洋、河口與淡水等生態系；陸域環境則依巔峰植物(climax plant)的種類分為沙漠、草原、針葉林、闊葉林、凍原等生態系。
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圖08. 生態的階層(ecological levels)。
棲所(Habitat)：
1. 一種生物生存居住的處所。
2. 它具有獨特的物理條件，例如適當的溫度、濕度、土壤、光照等。
3. 棲所常常互相重疊，而每個棲所中的生物種類間會動態的互相影響，同時也會與環境互相影響。
4. 這些相互影響最後會達到一種穩定平衡的狀態。
5. 這個由生物和無生物相互作用所形成，動態而穩定平衡的系統，就稱為
生態系(ecosystem)。
生態系的定義：
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BOX 1.生態系(ecosystem)：具有持續的能量供應(光能、地熱或化學產熱反應)，由生物因子及無生物因子間相互影響所建立的複雜而穩定的系統。小至一個池塘；大到整個地球都是生態系的範例。
1.生物因子：
(1)生產者(producer)─嗜硫細菌、甲烷疊球菌、藍綠藻等植物性浮游生物、
藻類及植物。
(2)消費者(consumer)─食菌動物、草食性動物及肉食性動物。
(3)分解者(decomposer)─細菌、真菌。
2.無生物因子：
(1)有機因素：蛋白質、碳水化合物、脂肪。
(2)無機因素：碳、氮、硫、磷、氧、二氧化碳、水、礦物質。
(3)氣候因素：陽光、溫度、濕度、風、土壤。
3.生態系的特徵：
(1).持續有能量供應(光能、地熱等)
(2).能量傳遞至每個階層
生產者→初級消費者→次級消費者→分解者
(3).每個階層傳遞能量的過程當中，能量會逐漸消失(能量轉換率約10％)
(4).具有生物化學物質循環 (Biogeochemical cycles)
例如：氮的循環(Nitrogen cycle)
碳的循環(Carbon cycle or CO2 cycle)
氧的循環(O2 cycle)
水的循環(Water cycle)
磷的循環(Phosphate cycle)
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大白鷺鷥 小白鷺鷥 招潮蟹 彈塗魚
圖09. 生態系的範例：河口生態系(Estuary Ecosystem)。
生態系的特徵：
1. 能量傳遞(Energy Transfer)：生態系必須有持續的能量(光能或地熱)供應，而且能量在各階層間傳遞，每傳遞至下一個階層能量會遞減許多，稱為能量轉換率，約為10％之間。
例如：光能→生產者（能行光合作用的生物）→初級消費者（草食性動物） →
次級消費者（肉食性動物）。整個過程稱為食物鏈(food chain)，也是一種能
量傳遞的過程。
又例如1977年發現的深海熱泉生態系(Hydrothermal Vent)，後來更發現其
廣泛的存在於中洋脊(Mid-ocean ridge)附近，可是因為板塊擴張的緣故，若
干年後供給熱泉生態系的地熱消失，整個深海熱泉生態系也就跟著消失了。
2. 物質循環：正式的名稱為生物地質化學循環(biogeochemical cycle)，例如碳的循環、氮的循環等。
3. 生物間互相依賴。
4. 生物因素與非生物因素間互相影響。
圖10. 生態系的組成。
圖11. 生態系的生物因子主要由生產者、消費者及分解者組成。
圖12. 生態系無生物因子的組成：
無機因素(Inorganic
substances)
有機因素(Organic
substances)
氣候因素(Climate
factors)
圖13. 消費者(consumers)分為草食性動物(Herbivores)；肉食性動物(Carnivores)以及雜食性動物(Omnivores)。
圖14. 生態系的重點此表格中幾乎均有提及。
圖15. 生態系能量傳遞的能量轉換率，約為10％之間。圖中的呼吸亦即表示能量的流失。
圖16. 生態系能量傳遞的能量轉換率，約為10％之間。也就是說每經過一個階層就有〜90％的能量流失。
Producers 生產者 ； Primary
consumers 初級消費者 ； Secondary consumers次級消費者 ；
Tertiary
consumers 三級消費者
圖17.
生態系中物質循環供應的概念圖：碳循環(Carbon
Cycle)。
圖片來源：
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「芸芸眾生」位於地球環境廳，本展場的生態系有：
世界生態系以1加拿大凍原、2中國東北溫帶林、3東非稀樹草原、4婆羅洲紅樹林、5加拉巴哥群島海岸、6美國索諾蘭沙漠、7哥斯大黎加雨林為例。
台灣生態系─以1大甲溪口海岸、2蓮華池闊葉林、3鞍馬山霧林、4南湖圈谷為例。
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因為能量的傳遞⇒形成食物鏈(food chain) ⇒進一步形成食物網(food web) 。食物網越複雜，生態系越穩定。
能量經過每一階層傳遞，會大量流失，能量轉換率(Energy Transfer Rate)只有～10％。
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食物鏈的示意圖
圖18. 雪鴞(次級消費者)正在捕捉旅鼠(初級消費者)，是一種食物鏈的關係，也是一種能量的傳遞的實例。
食物網(Food Web)的示意圖
圖19. 食物網(Food Web)的參考圖，左右兩邊的植物代表生產者；吃果實的是初級消費者(鼠)；吃初級消費者的是次級消費者(蛇)依此類推；最後都會回到分解者分解成小分子。
圖20. 請由左往右看：生產者(植物)→初級消費者(草食動物)→次級消費者(肉食動物)之間錯綜複雜的關係，最後動植物死亡後，都由分解者分解成小的有機分子。
食物網越複雜，生態系越穩定。
芸芸眾生七大生態系之比較表
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加拿大凍原
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中國東北溫帶林
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東非稀樹草原
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索若蘭沙漠
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婆羅洲紅樹林
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加拉巴哥群島
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哥斯大黎加熱帶雨林
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降雨量(mm)
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200～300
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750～1500
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※※250～750
600〜1500
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250＜
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◎◎沿海250～山地1300
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2000～4000
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溫度範圍(℃)
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－30～10度
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年均溫18度
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－6～20度
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18～30
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年均溫25度
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20～30度
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特色
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凍原佔陸域20%，具有600公尺深之永凍土，所以樹木無法生長
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四季分明之闊葉林和針葉林混合林
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多分佈於內陸地區，夏季炎熱冬季寒冷
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晝夜溫差大，
雨量稀少而集中
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河川流速緩慢
，淤泥多，鹽度較高，淤泥中含氧量低
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由7個大島、23個小島以及50多個岩礁组成
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常綠闊葉林，多蕨類及附生植物
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主要植物種類
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1.苔蘚
2.地衣
3.甜茅香
4.薄雪草5.柳葉菜6.越橘
7.北極毛
茛
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1.各種闊葉樹
2.各種針葉樹
3.樹舌靈芝
4.人蔘
5.橐吾
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1.耐旱的草本植物2.刺槐樹
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1.巨柱仙人掌、
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1.水筆仔2.海茄苳3.紅茄苳4.五梨跤5.水椰(Nypa)
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1.火岩仙人掌
2.仙人掌3.灌木
4.蕨類
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1.高大常綠喬木
2.附生植物(蕨、蘭、藤本)
3.赫蕉
4.奶樹
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展場展示的主要動物種類
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1.旅鼠
2.極地松鼠
3麝牛
4.馴鹿
5.北極兔
6.北極狐
7.雪鴞
8.松雞
9.雷鳥10.翻石鷸
11.黑雁12.極地燕鷗
13.蚊蠅
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1.東北虎
2.麃鹿
3.山野兔4.花尾針雞
5.黑龍江刺蝟
6.星鴉
7.媒山雀
8.星點啄木鳥
9.尖鼠
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1.黑尾牛羚
2.湯姆森瞪羚
3.飛羚
4.斑馬
5.長頸鹿6.獅子
7.獵豹
8.豹
9.胡狼
10.斑點獵狗
11.非洲豺犬
12.藪貓
13.暗棕鵟
14.織布
鳥
15.禿鸛
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1.舞蛛
2.北美毒蜥
3.跳囊鼠4.赤褐鵂鶹
5.傑克兔6.白頸猯豬
7.蜥蜴
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1.招潮蟹2.彈塗魚3.小白鷺
4.大白鷺
5.磯鷸
6.鱟
7.高射炮魚
8.長鼻猴9.食蟹獼猴
10.貝類、螺類
11.東亞小爪水獺
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1.鷽鳥
2.海鬣蜥3.軍艦鳥4.難飛鸕鶿
5.藍腳鰹鳥
6.象龜
7.大蜥蜴
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1.三趾樹懶
2.切葉蟻3.箭毒蛙4.建棚蝙蝠
5.松鼠猴6.蜘蛛猴7.蹄鼠
8.美洲豹貓
9.負子鼠10.中美貘
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※降雨量及溫度範圍取材自國中生物教科書。
※※非洲熱帶稀樹草原被赤道分成了南北兩大部分，而這兩部分又各有乾旱和濕潤的類型，前者分布於年降雨量250〜700毫米(mm)的地區，而後者分布於年降雨量600〜1500毫米(mm)的地區。
※※※如果以降雨量＜250毫米(mm)為沙漠(desert)的定義⇒則南極洲和北極都屬於沙漠⇒我們地球上的陸地三分之一是沙漠。(因為南北極終年只會下雪而不會下雨)
◎◎年雨量最多不過500毫米(mm)，稀少的地方還不到100毫米(mm)。
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