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3-5 生態系統中的能量發生了什麼事?
能量流轉經過生態系統中的食物鏈和食物網
所有的生物無論死的或活的都潛藏著對其他生物有用的食物資源，一連串的生物提供給下一層及當食物資源就稱為食物鏈，在自然生態系中，多數的消費者以吃超過一種類型的生物為生，而超過一種類型的生物也被超過一種類型的消費者食用。因此，在多數生態系中的生物形成相互連接食物鏈中的一個複雜網路，稱為食物網。

食物鏈或網中每一環節有效能量的減少
每個食物鏈或食物網中的營養階層包含著一個確定的生物量，生物量是在生物體中所有有機物質的乾重。能量透過食物鏈和食物網來轉換並不有效率，有用的化學能量以生物量從一個營養階層轉換到下一個營養階層的百分率稱為生態效率。能量流轉金字塔表示在食物鏈中能量在每個層級流轉都會損失90%。(此即為10%定律)

某些生態系統製造植物物質快於其他生態系統
總初級生產率(GPP)是生態系中生產者將太陽能轉變為化學能的比率，這經常被測量為在已知時間上每單位面積的能量，如kcal/m2/yr 每年每平方公尺多少仟卡的能量。
淨初級生產率(NPP)是生產者利用光合作用製造和儲存能量的比率扣除他們使用透過有氧呼吸儲存的化學能的比率，也就是說：NPP = GPP – R，其中R為呼吸作用使用的能量。
初級生產率相似於你所賺錢的比率或你每年賺的金錢數；淨初級生產率就像是你賺的前扣掉工作花費，即為你可支配的所得。


問題與討論：生態系統中的能量發生了什麼事？隨著能量透過生態系以食物鏈和食物網的方式流轉，化學能量可供每下一個捕食階層的生物利用的越趨減少。



3-6 生態系統中的物質發生了什麼事?
生態系統和生物圈中的物質循環
構成營養物的元素和化合物透過循環中空氣、水、土壤、岩石和生命體不停地移動就稱為生物地球化學的循環或營養循環。營養循環連結了過去、現在以及未來，我們現在吸入的氧氣有可能是25,000年前的某些氧分子。

透過生物圈的水循環
水文循環或水循環聚集、淨化、分配了地球上固定不變的水供應，水讓水循環在地球上生命中不可或缺。水循環可被看作是水質自然可更新的一個循環。
在陸地上90%的水從地表消失到達大氣層的過程稱為蒸發。
儲存地下水的稱為含水層。

透過生物圈的碳循環
碳是生命必需物中醣類、脂質、蛋白質、DNA和其他有機化合物的基礎材料。碳元素透過生物圈在碳循環中環行。二氧化碳是自然自動調溫器的關鍵成分。
碳元素在生產者的光合作用和生物的有氧呼吸中循環。
我們改變了碳循環，藉由燃燒石化燃料來增加大量的二氧化碳到大氣層中，並且清除森林和綠地中植物所能利用光合作用產生的氧氣快於植物他們能補充的。有許多的跡象證明，人類的活動對於現代二氧化碳的散發扮演重要的角色，將會破壞食物產量、野生動物棲息地，還能改變溫度和降雨形式，以及提升世界各地的海平面。

透過生物圈的氮循環：細菌在起作用
氮是儲存於大氣層中最大量的元素，是蛋白質、維生素和核酸的重要成分，無法被多細胞動植物直接吸收及使用。
有兩種方法可將氮氣轉變為對動植物有用的營養物。第一為放電，第二是作用於水系、土壤和植物根部的固氮菌完成氮循環。而不被植物吸收的氨氣則經由硝化作用來循環。

透過生物圈的磷循環
磷元素透過水、地求地殼和生物來完成磷循環。因為大部分土壤都含有少許的磷酸根，並且磷酸根常是植物在陸地上生長的限制因素，除非磷酸根(如同從地底開採出來的磷酸鹽礦物)被土壤當肥料來應用。由於磷酸鹽只能微溶於水，所以磷酸根也限制了許多淡水溪流及湖泊中生產者族群的成長。另外還有一個生物圈中重要的營養物循環即是硫循環。


問題與討論：生態系統中的物質發生了什麼事？生態系統和生物圈中的物質循環以及人類活動正改變著這些化學循環。



3-7 科學家如何研究生態系統?
有些科學家直接研究自然
實地研究有時也稱泥濘靴生物學，大多數我們所知的生態系構造及機能，都來自於這類的研究。新科技被使用於收集生態學資料，科學家運用地質學資訊系統染體去記錄、貯存、分析和展示地質學上和空間上基於資訊。

有些科學家在實驗室中研究生態系統
有些科學家在實驗室研究生態系統實驗室實驗通常比在實地實驗快速且花費少。實驗室的研究結果必須符合以及支持實地研究。

有些科學家使用模型去模擬生態系統
提供生態模型的模擬和計畫並沒有比資料和用來發展模型的假設好，他們也必須決定關鍵可變因素間的相互關係。

我們必須學習更多關於世界生態系統的健康
我們需要世界生態系統的基礎數據，去觀察他們如何改變以及為保存或減慢他們的破壞而去發展有效的策略。


問題與討論：科學家如何研究生態系統？科學家使用實地研究、實驗室研究以及精確模型來認識生態系統。