Transcript （下）6-1族群與群集
第六章 生物與環境 第六章 生物與環境 第一節 第二節 第三節 第四節 習題 族群與群集 生態系 多樣的生態系 人類與環境 生態學 探討生物與生物及生物與環境之間交互作用 的科學稱為生態學。 本章由個體、族群、群集至生態系等階層， 來探討生態學的基本原理，進而了解人類對 環境的影響，使生物與環境均能永續發展。 第六章 生物與環境 6-1 族群與群集 族群 群集 教學資源連結 教學動畫 加拿大山貓與 雪鞋兔的族群 大小變化 ◆ 小藤壺與巨藤 壺間有競爭關係 ◆ 次級消長 ◆ 初級消長 ◆ 網站資源 ◆ 族 群 在特定時間，共同生活於特定的空間內的同 物種生物個體所成的集合。 如 2008 年（時間），淡水河紅樹林自然保 留區（空間）的水筆仔（物種）所組成的水 筆仔族群。 棲地與群集 族群生長和棲息的環境稱為棲地。 一個棲地，會有許多種生物共同生活在一起。 水筆仔棲地出現的生物 水 筆 仔 彈 塗 魚 小 白 鷺 清白招潮蟹 網目海蜷 群 集 在水筆仔的棲地中，還有弧邊招潮蟹族群、 彈塗魚族群、小白鷺族群和網目海蜷族群等 族群，共同組成群集。 群集：指在特定時間內，生活在特定空間中 所有族群的集合。 第六章 生物與環境 族 群 族群大小 族群密度 族群成長曲線 族群存活曲線 族群與環境 族群的延續：靠生物體的生殖作用。 族群與環境間有互動關係。 族群內的個體需利用環境中的資源生存 環境的改變會影響族群 族群也會對環境造成影響 可由族群變化來了解之間的相互影響。 族群變化 包括： 個體數量的變化 分布情形 族群大小 族群密度 不同年齡個體的存活率 存活曲線 族群大小 生活在同一棲地內，所有同物種生物的個體 數。 其變化通常可反映： 族群的成長 棲地的環境變化 龍鸞潭的鳳頭潛鴨族群 1974 年至 2004 年在龍鑾潭度冬的鳳頭潛鴨 族群大小 想想看 自1992 年後，鳳頭潛鴨的族群大小皆超 1000 隻，這是否與1984 年墾丁國家公園的 成立有關呢？ 族群密度 D ＝ (族群密度) N （族群的個體數） S （單位面積或單位體積） 陸域環境通常以面積為單位 某一樹林中平均每公頃林地有 3.6 棵臺灣 冷杉 水域環境中則多以體積為單位 某一池塘中每立方公分池水約有 8 隻水蚤 棲地大小與族群密度 密度較高 臺灣冷杉 密度較低 族群密度的變化 族群密度要經比較才有意義 觀察變化 探討變化的原因 例子：潮間帶可見的海參 黑海參 蕩皮參 棘輻肛參 族群密度 減少的原 因為何？ 同一族群 不同年分 的變化 1992 年與 2005 年萬里桐的黑海參族群密度 兩地的族群 密度為何會 有差異？ 同一族群 不同地點 的變化 2005 年 6 月，萬里桐與南灣的黑海參族群密度 此三種族群 密度不同的 原因為何？ 同一地點 不同族群 的變化 2005 年 3 月，萬里桐的 3 種海參族群密度 族群內個體數的變化 族群大小會隨時間而變化。 以時間（繁殖世代）為橫軸，族群大小為縱 軸，繪成的的曲線稱為族群成長曲線。 族群成長曲線 S 型族群成長曲線 快速 增加 增加減緩或停滯 草履蟲的族群成長曲線 S 型族群成長曲線 成長減緩原因：環境資源有限 族群個體數只能增加至某一數量 生物學家將一棲地所能維持某族群的最大 個體數，稱為負荷量。 負荷量 族 群 個 體 數 負荷量 族群個體數 時間 負荷量 決定因素： 由許多環境因素交互作用所決定 包括食物、空間和疾病等 動物族群：食物和棲地 植物族群：陽光和水 負荷量與族群大小 族群大小低於負荷量 食物和空間等資源充足 族群內個體數繼續增加 族群成長至接近該地區的負荷量 個體數的增加減緩 族群大小高於負荷量 食物和空間等資源受限 族群內個體數減少 會變動的負荷量 負荷量大小會隨環境因子的變化而改變 例子：加拉巴哥群島中地雀族群大小的變動 加拉巴哥群島的中地雀 雨量不足 植物枯萎 或無法正 常產生種 子 雨量豐沛 植物結實 率增加 中地雀族群大小與棲地雨量對時間的關係 動態平衡 各種環境因素會因時間如季節而產生變化 族群大小會隨時間而波動 長期來看，此種波動現象可維持在一定的範 圍內。 表示族群與環境間維持著動態平衡的關係。 族群存活曲線 以每千個個體的存活數為縱坐標，年齡為橫 坐標，繪製出的曲線。 白大角羊族群的存活曲線 白冠帶巫鳥的族群存活曲線 不同物種存活曲線的比較 以年齡百分比作為橫坐標 以族群個體中最長壽命的年齡訂為 100％ 7歲 14歲 存活曲線 的類型 第I型 第 II 型 第 III 型 存活曲線的類型 每 1000 千 個 個 體 100 生 存 數 10 0 第I型 第 II 型 第 III 型 年齡百分比 50 100 第I型 幼年期至中年期 存活率較高 中年期以後則存 活率大幅下降 如白大角羊 第I型 第 II 型 各個年齡期的存 活率大致相近 如白冠帶鵐 第 II 型 第 III 型 幼年期存活率低 中年期以後存活 率較高 如珊瑚 第 III 型 存活曲線的應用 可反映不同物種的存活類型： 象和黑猩猩：產下子代數量少，但對子代 的照顧較多，幼體的存活率較高。 珊瑚和蝴蝶：產下大量子代，但對子代幾 乎沒有照顧，其幼體的存活率較低。 可運用於生物保育、生物資源利用，以及生 態經營管理等方面。 第六章 生物與環境 群 集 群集結構 生物之間的交互作用 群集的消長 群 集 指在特定時間內，生活於特定空間中的所有 生物族群的集合。 森林群集： 包括了蘚苔、草本植物、灌木、喬木等植 物，以及生活其中的各種動物等。 群集結構 包括： 物種組成 數量和分布 物種在空間上的配置 例子：森林群集 森林中的植物層次 第一喬木層 第二喬木層 灌木層 草本層及地被層 第一喬木層 由高大的喬木組成 其樹頂形成樹冠層 缺乏遮蔽與保護 動物：不多，以小型動物和一些鳥類為主。 第二喬木層 受樹冠層保護，氣候相對較穩定，但光照較 少。 常見附生植物：蕨類和蘭花等。 動物：樹棲性，包括昆蟲、鳥類、爬蟲類和 獼猴等。 灌木層 微量陽光透射，環境較為陰暗潮溼。 幾乎無風，溫度、溼度變化幅度小。 植物：灌木、小喬木和大型草本植物等。 各類動物均常出沒於此層。 草本層及地被層 光線昏暗 草本植物及樹苗 地被層：蘚苔類和落葉 動物：甲蟲、螞蟻和蚯蚓等 優勢種 指群集中個體數量較多或覆蓋面積較大的物 種。 淡水河出海口的紅樹林群集：水筆仔為優 勢種。 群集中各族群間的交互作用 如掠食、競爭和共生等 交互作用對族群密度會產生影響 掠 食 指某一物種攝食另一物種的過程。 黑冠麻鷺捕食蚯蚓 螢火蟲幼蟲捕食蝸牛 捕食其他生物為食者稱 為掠食者；被捕食者稱 為被掠食者或獵物。 廣義的掠食也包括草食 性動物攝食植物。 竹節蟲攝食林投葉 掠食關係與族群大小 對掠食者和被掠食者的族群大小都有影響， 兩族群大小呈現循環的變動。 例如：加拿大山貓獵食雪鞋兔。 加拿大山貓與雪鞋兔的族群大小變化 ※ 族群大小參考獵人提供的毛皮數量 動畫-加拿大山貓與雪 鞋兔的族群大小變化 競 爭 爭取水分、養分、陽光及棲地等生存資源。 羚羊為了競爭配偶而打鬥 潮間帶小藤壺和巨藤壺的分布 高潮線 動畫-小藤壺與巨藤壺 間有競爭關係 低潮線 小藤壺 巨藤壺 移除巨藤壺後，小藤壺可向下分布至潮間帶較低處 在潮間帶，小藤壺分布於較高處，巨藤壺在較低處 共 生 指兩物種共同生活在一起，彼此之間具有密 切的互動。 依互動關係可區分為： 互利共生 片利共生 寄生 互利共生 雙方均受益的共生關係 螞蟻與小灰蝶幼蟲互利共生 片利共生 僅一方得到好處，另 一方既未獲利、亦無 受害。 如蘭花附生於櫟樹。 寄 生 一方受利，而另一方受害。 獲利的稱為寄生物，受到損害的稱為寄主或 宿主。 如桑寄生寄 生於苦茶樹。 天 敵 因捕食、寄生致使其他物種罹病或死亡的生 物。 如穿山甲喜食白蟻的蛹，為白蟻的天敵 天敵分類 可區分為掠食性和寄生性兩類。 水蠆捕食水棲昆蟲和小魚，為掠食性天敵。 小繭蜂的幼蟲寄生於蛾和蝴蝶的幼蟲體內， 為寄生性天敵。 天敵與生物防治 天敵可使物種的族群密度維持適當的大小。 生物防治法中可利用天敵減少種植植物及養 殖動物的病蟲害，以減少農藥的使用。 瓢蟲可吃蚜蟲 寄生蜂寄生於東方果實蠅的幼蟲，可減少 東方果實蠅對果樹的危害等。 瓢蟲捕食蚜蟲 消 長 是指群集隨著時間推移及環境變遷，而發生 組成的變化。 滄海桑田 廢耕農地 雜草叢生 出現灌木生長 喬木長出 形成一片樹林 這是一種長時間、緩慢且連續地變化過程。 廢耕農地 先驅群集 消長過程中早期出現的群集 如廢耕農地中初期長出的雜草 先驅群集的物種特性： 生命週期較短 可產生大量子代 能快速散播等 會逐漸被其他群集所取代，如雜草會被灌木 取代。 次級消長 在原來已有生物群集的環境，若受到砍伐、 開墾或火災等因素的干擾後，所出現的消長。 例如：廢耕農地或森林火災後的消長。 森林火災的次級消長 火災 森林 喬木 草本 灌木 地上植物燒毀， 火災發生前的森林 喬木植物生長繁 森林發生火災，地 火災過後，草本植 經過一段時間後， 經過數十年至百 但土壤中可能留 茂逐漸成林，灌 上植物燒毀，但土 物最早開始在此生 灌木和喬木植物相 餘年後， 若未再 存根、地下莖或 木和草本植物則 壤中可能留存根、 繼出現、生長，灌 發生干擾，則又 長，成為先驅群集。 種子。 可恢復為森林群 生長受限。 地下莖或種子。 木逐漸繁盛。 集。 時間 動畫-次級消長 火災過後的次級消長 初級消長 指在原來沒有生物群集的新生地開始進行的 消長。 火山噴發冷卻後的熔岩 冰河消退後露出的礫石表面 在地震後裸露的岩層 火山熔岩地的初級消長 冰島的火山爆發 熔岩冷卻後的新生地 火山熔岩地的初級消長 地衣和蘚苔類 植物 森林 新生地 草本植物 灌木 地衣可生存於新 在環境條件適宜 喬木 新生地尚未有土 蘚苔植物可留住 灌木和喬木植物 生地，並分泌酸 的情況下，喬木 喬木植物開始生 壤生成，亦缺乏 更多土壤和水分， 陸續出現，灌木 性物質侵蝕岩石 逐漸繁盛，與林 長壯大。 草本植物萌芽生 水分和養分。 植物逐漸增多。 表面，逐漸形成 下的灌木及草本 長，逐漸繁盛。 土壤碎屑；蘚苔 植物等組成森林 植物開始出現生 群集。 時間 長。 動畫-初級消長 初級消長 過程可簡單表示如下： 新生地 地衣 蘚苔類 草本植物 灌木 喬木 森林 巔峰群集 指到消長末期，群集中的物種組成已達到相 對穩定的狀態，此時的群集稱為巔峰群集， 或稱極相。 除非環境發生重大的改變，通常不再發生一 類群集取代另一群集的現象。 因氣候、土壤等環境條件的不同，所形成的 巔峰群集會不同。 草原、沙漠或熱帶雨林。 例子：福山天然闊葉林群集 位於臺北縣和宜蘭縣交界處的，主要是由 樟科和殼斗科等植物構成。 此森林群集地處水源保護區內，甚少人為 干擾破壞，是相對穩定的巔峰群集。 福山森林群集白晝出現的動物 福山森林群集夜晚出現的動物 想想看 福山森林群集在日夜呈現不同的面貌，這種 群集以一日為週期所發生的變化是消長嗎？ 為什麼？ 若在某段時間內，群集內的族群種類、數量 和活動狀態有所改變，但是其中的物種組成 並沒有發生改變，則這種改變是屬於群集的 內部變化，並非群集的消長。 第六章 生物與環境 THE END 下一單元 6-2 生態系 彙編者 內容彙整：楊淑蓉老師 動畫製作：趙芸老師、楊淑蓉老師 圖片來源 P.6左 侯良靖 P.6上 侯良靖 P.6下 吳靜宜 P.7左 侯良靖 P.7右 吳靖穎 蔡乙榮 P.14小圖 蔡乙榮 P.14 編輯部 P.17 林政道 P.18左 侯良靖 P.18中 林比亨 P.18右 吳靖穎 P.19 編輯部 P.20 編輯部 P.21 編輯部 P.23 編輯部 P.13 圖片來源 P.25 編輯部 P.28 http://tolweb.org/tree/ToLimages/2917488781_aacd22f21b_o.jpg P.23 編輯部 P.32左上 王俊凱 P.32右上 http://tolweb.org/tree/ToLimages/2917488781_aacd22f21b_o.jpg P.32左下 編輯部 P.32右下 編輯部 P.33 編輯部 P.34 編輯部 P.35 編輯部 P.36 編輯部 P.37 編輯部 P.38左 國立海洋生物博物館 P.38右 編輯部 圖片來源 P.42 編輯部 P.44 編輯部 P.51左 侯良靖 P.51右 何健鎔 P.52 侯良靖 P.53 Sylvia S. Mader, Biology 9th ed. The McGraw-Hill Companies, Inc. P.54 編輯部 P.55 達志影像圖庫 P.56 編輯部 P.58 王俊凱 P.60 林政道 P.61 黃泰華 P.62 潘俊逸 P.63 林俊儀 P.65 http://www.cirrusimage.com/beetles_ladybird_eats_aphid.htm P.67 侯良靖 圖片來源 P.70 編輯部 P.71 曾國綸 P.73 曾國綸 P.74 編輯部 P.78 編輯部 P.79 編輯部