歡迎來到 B3.4 章節：生態系統中的條件如何影響種群？

在本章中，我們將探討為什麼有些動植物只出現在特定地點，而其他地方卻沒有。我們會研究大自然的「法則」——是什麼因素幫助種群增長，又是什麼因素導致它們減少。我們還會看到人類活動有時會對大自然造成意想不到（且混亂）的後果。如果剛開始覺得術語太多，請別擔心；我們會一步一步為你拆解！

1. 非生物因素與生物因素：環境「佈景」與「演員」

要了解一個生態系統，首先需要知道誰住在那裡。種群 (Population) 指的是生活在同一區域的同一物種群體。群落 (Community) 則是生活在一起的所有不同種群（植物、動物、微生物）的總稱。

這些種群的大小取決於兩大因素：非生物 (Abiotic) 因素和 生物 (Biotic) 因素。

非生物因素（非生命）

你可以把它們想像成環境的「物理佈景」。如果佈景不合適，生物就無法生存。

  • 溫度：大多數生物都有理想的溫度範圍。太熱或太冷，它們就無法正常運作。
  • 光強度：植物需要光進行光合作用。沒有光 = 整個群落就沒有食物。
  • 水分/濕度：所有生命的基本需求。
  • 土壤酸鹼值 (pH) 與礦物質：影響哪些植物能夠生長。
  • 有毒化學物質：殺蟲劑或重金屬可能會傷害甚至殺死種群。

生物因素（生命）

這些是生物之間的相互作用。你可以把它們想像成戲劇中的「其他演員」。

  • 食物供應：如果食物充足，種群就會增長。
  • 新捕食者：如果有新的掠食者出現，獵物種群數量就會下降。
  • 病原體：新的疾病可能會迅速摧毀大量的種群。
  • 競爭：如果兩個物種爭奪同一種資源（例如築巢地點或同一種食物），較弱的一方種群就會縮減。

類比：想像一個派對。非生物因素是房間溫度和音樂音量。生物因素則是賓客，以及是否每個人都有足夠的零食！

快速複習：

非生物 (Abiotic) = 非生命（物理因素）
生物 (Biotic) = 生命（生物因素）

2. 人類影響：生物累積與優養化

有時，人類會無意間改變生態系統的條件。你需要了解兩個重要的例子：生物累積 (Bioaccumulation) 和 優養化 (Eutrophication)。

生物累積

當人類將有毒化學物質（如殺蟲劑 DDT 或汞）引入食物鏈時就會發生這種現象。這些化學物質不易分解。
1. 植物或微小動物攝入了少量毒素。
2. 消費者吃了大量這些植物，體內的毒素水平隨之增加。
3. 頂層掠食者吃了許多這類消費者。
4. 毒素在食物鏈頂端累積至中毒濃度，通常會導致死亡或導致無法繁殖。

優養化

這是一個當肥料（含有硝酸鹽）沖入池塘或湖泊時發生的「失控」過程。
第一步：肥料進入水中。
第二步：藻類爆發——藻類在水面迅速生長。
第三步：藻類遮擋了光線。底部的植物無法進行光合作用而死亡。
第四步：分解者（細菌）以死去的植物為食並大量繁殖。
第五步：這些細菌在呼吸作用中消耗了水中所有的氧氣。
第六步：魚類和其他動物因為缺氧而窒息死亡。

常見錯誤：許多學生認為肥料是直接殺死魚類的原因。並非如此！其實是細菌消耗氧氣導致缺氧，才殺死了牠們。

3. 野外調查：我們如何測量大自然？

科學家無法數清田野裡的每一根草，所以他們會使用取樣 (Sampling)。以下是常用的工具：

樣方 (Quadrats) 與樣帶 (Transects)

  • 樣方：放在地面上的正方形框架（通常為 \(0.5m^2\)）。我們計算框架內的生物數量，以估算豐度 (Abundance)（有多少生物）。
  • 樣帶：一條拉在環境條件有變化的區域（例如從樹蔭下到開闊草地）的皮尺。我們沿著這條線定期放置樣方，以查看分佈 (Distribution)（它們在哪裡）。

捕捉-標記-釋放-再捕捉法 (Capture-Mark-Release-Recapture)

用於會移動的動物！
1. 捕捉一組動物並進行無害的標記。
2. 將牠們釋放回野外。
3. 之後再捕捉第二組動物。
4. 利用被標記與未被標記動物的比例，估算總種群規模。

測量非生物因素

我們使用特定的儀器來確保準確性：
- 溫度計測量溫度。
- 光度計測量光強度。
- pH 探針測量土壤或水的酸鹼值。
- 濕度計測量土壤含水量。

記憶小撇步：「Q 是 Quiet（安靜）」

對於像植物這樣安靜（不動）的東西，請使用 Quadrats（樣方）。對於持續（Constant）移動的東西，請使用 Capture-Mark-Recapture（捕捉-標記-再捕捉）！

4. 處理生態系統數據

在考試中，你可能會被要求處理關於種群的數據。這裡快速複習一下你需要用到的數學技巧：

計算平均值 (Mean)

要計算每個樣方中雛菊的平均數量：
\( \text{Mean} = \frac{\text{Total number of daisies counted}}{\text{Number of quadrats used}} \)

估算總種群數量

如果你知道每個樣方的平均值，就可以估算整個田野的總數：
\( \text{Estimated Population} = \text{Mean per quadrat} \times \frac{\text{Total Area}}{\text{Area of one quadrat}} \)

小貼士：務必檢查你的單位！如果樣方是用 \(cm^2\) 為單位，而田野是用 \(m^2\)，你必須先進行單位換算，使兩者一致。

B3.4 章節重點回顧

  • 種群受到非生物（非生命）和生物（生命）因素的影響。
  • 生物累積發生在毒素隨食物鏈向上移動並不斷累積時。
  • 優養化由過量的營養物質引起，導致水中缺氧。
  • 科學家使用樣方來測量靜止的生物，使用捕捉-標記-再捕捉來測量會移動的生物。
  • 指示物種 (Indicator species) 是能告訴我們污染水平的生物（例如樹上的地衣可指示空氣品質）。

你已經完成了這一章的學習內容！做得好！如果你能解釋樣方與樣帶之間的區別，那你距離成功已經不遠了。