DSE 生物 · Topic VI
應用生態學
Applied Ecology
選修課題二應用生態學知識分析人類活動對環境的衝擊，包括人口增長、過度開發、污染（空氣/水/土壤）及城市化，討論污染控制（污水處理、4R）和保育措施（SSSI、郊野公園、拉姆薩爾濕地），並探討全球性議題（溫室效應、酸雨、富營養化）。
01
人類對環境的衝擊
Human Impacts on the Environment
人口增長的資源壓力；漁業/農業過度開發；城市化、土地開墾對生態的影響；生物積聚
核心考點
1. 解釋污染物經食物鏈的生物積聚與生物放大
考評提示：生物積聚的機制與食物鏈關係
- 考評重點 生物累積作用與生物放大作用：脂溶性且不易分解的污染物 (如 DDT、多氯聯苯) 被生物攝取後積存於脂肪組織，稱為生物累積；當這些污染物沿食物鏈由生產者傳至消費者時，其濃度於各營養級中逐級提高，稱為生物放大；因此頂級消費者 (如中華白海豚) 體內污染物濃度最高
2. 分析過度開發及城市化對生態系的影響
考評提示：棲息地破碎化 ≠ 棲息地消失
- 邏輯 過度捕撈的後果：若捕撈率持續超過魚群的繁殖補充速率，魚類族群規模會持續下降；當族群數目低於可恢復的臨界值時便出現崩潰，甚至局部滅絕；為維持可持續漁業，必須實施捕撈配額、禁漁期及最小網眼等管理措施
- trap 城市化不僅造成棲息地消失，亦造成棲息地破碎化：大片連續的棲息地被道路、建築等分割成小片，動物族群被隔離，各小族群基因庫縮小、近親繁殖增加，遺傳變異下降，族群更易受疾病與環境變化影響
常見題型
說明人口增長對環境的影響及人口控制的需要
- 資源需求：人口增長導致對食物、水、土地及能源的需求急劇上升。
- 環境退化：擴張居住地及農地導致大規模森林開伐及棲息地喪失。
- 污染加劇：更多生活及工業廢物排放到大氣及水中，加劇全球暖化。
密集式農業：單一栽培 (Monoculture) 的風險
- 養分耗盡：長期種植同一作物會消耗特定礦物質，使土壤貧瘠。
- 病蟲害蔓延：缺乏基因多樣性及物種多樣性，一旦爆發病蟲害，整片農田易全軍覆沒。
- 生態失衡：減少了棲息地的複雜性，導致原有的天敵消失。
森林開伐 (Deforestation) 的後果
- 生物多樣性喪失：森林是物種密度最高的地方，砍伐直接導致物種滅絕。
- 土壤侵蝕：缺乏樹根固定，雨水易帶走表土，導致土地沙化。
- 破壞水循環：蒸騰作用減少，導致降雨量下降及局部氣候乾燥。
- 加劇全球暖化：減少了固碳（碳匯）作用，且燃燒木材釋放 CO2。
過度捕魚及其對食物網的影響
- 種群崩潰：捕撈速率超過繁殖補充速率，導致魚類資源枯竭。
- 食物網破壞：移除了頂端捕食者（如大白鯊），引發下層物種（如海膽）過度增殖，進而摧毀海藻林生態。
- 混獲 (Bycatch)：非目標物種（如海龜、海豚）被誤捕並死亡，損害海洋多樣性。
分析空氣污染對生態系統及人類健康的影響
- 主要污染物：SO₂、NOₓ、顆粒物（PM2.5、PM10）、CO 及揮發性有機化合物。
- 來源：汽車尾氣、工廠排放、燃煤發電及建築工程等。
- 對生態的影響：SO₂ 及 NOₓ 形成酸雨，損害森林及水體生物；顆粒物可降低光合作用效率。
- 對健康的影響：刺激呼吸道，可能導致哮喘、支氣管炎；長期暴露增加肺癌及心血管疾病風險。
- 敏感指標：地衣對空氣污染敏感，可用作空氣質素的生物指標。
解釋水污染的主要來源及其生態後果
- 來源：生活污水、工業廢水、農業徑流（含肥料及農藥）及石油泄漏。
- 營養物污染：氮、磷流入水體引致藻類大量繁殖（富營養化），分解時耗氧。
- 溶氧下降：BOD（生化需氧量）上升，魚類及水生生物因缺氧死亡。
- 有毒物質：重金屬、農藥可經食物鏈生物累積及生物放大，危及頂級消費者。
- 健康影響：受污染的飲用水可引發霍亂、腹瀉等疾病。
評估城市化導致棲息地破壞的後果
- 棲息地喪失：建築、道路及填海直接消滅原有棲息地，使部分物種流離失所。
- 棲息地碎片化：將大片棲地分割為小區域，減少種群交流，降低基因多樣性。
- 生物多樣性下降：特別是只能生存於特定環境的物種面臨滅絕。
- 生態服務受損：濕地及森林減少削弱水源調節、洪水緩衝及氣候調節的功能。
- 解決方向：土地規劃保留綠地、建立生態走廊、加強環境影響評估。
解釋森林開伐對全球生態及氣候的後果
- 生物多樣性流失：熱帶雨林是全球最多樣的生態系統，開伐導致大量物種失去棲息地。
- 碳循環失衡：樹木減少→CO₂ 吸收減少；燃燒林木釋放大量 CO₂，加劇溫室效應。
- 水循環改變：減少蒸騰及降雨；增加地表徑流及土壤侵蝕。
- 土壤質素下降：表土流失、養分流失，使土地貧瘠難以復耕。
- 本地影響：原住社群失去傳統資源；加劇山泥傾瀉及水災。
引入外來物種：生物入侵的影響
- 資源競爭：外來種可能缺乏天敵，在食物及空間競爭中擊敗本土物種。
- 棲息地改變：例如：某些外來植物能改變土壤成分，使原生物種無法生長。
- 傳播疾病：外來種可能帶入本土物種無免疫力的病原體。
- 實例：紅耳龜（巴西龜）在香港淡水生境競爭力強，威脅本土龜種。
分析富營養化 (Eutrophication) 的完整過程
- 肥料流入：含磷酸鹽及硝酸鹽的肥料流入水體。
- 藻華 (Algal Bloom)：藻類獲得養分後大量繁殖，覆蓋水面阻擋光線。
- 死亡與分解：水下植物死亡；細菌大量分解死亡植物並消耗溶解氧。
- 生物窒息：水中氧氣不足，導致魚類及其他需氧生物窒息死亡。
02
污染控制
Pollution Control
4R原則（Reduce/Reuse/Recycle/Replace）；污水處理的生物學原理；廢物管理
核心考點
1. 描述污水處理及固體廢物管理的過程
考評提示：4R優先順序、BOD概念
- 考評重點 4R 廢物管理原則：源頭減廢 (Reduce — 減少廢物產生)、物盡其用 (Reuse — 重複使用物品)、循環再造 (Recycle — 將廢物重新加工為新產品)、替代 (Replace — 改用對環境影響較小的材料)；優先次序為 Reduce → Reuse → Recycle → Replace
- 邏輯 污水的二級處理 (生物處理) 利用微生物分解有機物：在活性污泥法中，好氧細菌在有充足氧氣下把有機物氧化為 CO₂ 和 H₂O，從而降低污水的生化需氧量 (BOD)；硝化細菌把 NH₃ 氧化為 NO₃⁻；反硝化細菌在無氧條件下把 NO₃⁻ 還原為 N₂ 釋回大氣
- trap 生化需氧量 (BOD) 是衡量水體有機污染程度的指標：BOD 越高代表水中可被氧化分解的有機物越多，微生物分解這些有機物時消耗大量溶解氧 (DO)，水體含氧量下降可導致水生動物死亡；BOD 越低則表示水質越佳
常見題型
污水處理的三個級別
- 一級處理（物理）：通過格柵及沉澱池去除固體及懸浮物。
- 二級處理（生物）：利用好氧微生物分解有機物（活性污泥法）。
- 三級處理（高級）：去除殘餘養分（如氮、磷）及微細污染物，並進行消毒。
廢物管理：4Rs 策略的應用
- 減少 (Reduce)：減少包裝、購買必要品。
- 再用 (Reuse)：重複使用容器。
- 循環再造 (Recycle)：將廢紙、金屬、塑料轉化為原料。
- 替代 (Replace)：使用生物降解材料（如聚乳酸 PLA）代替傳統塑料。
描述減少、再用、循環再造（3Rs）減少污染的策略
- 減少：減少消耗和廢物產生量。
- 再用：重複使用物品，延長生命週期。
- 循環再造：將廢棄物轉化為新產品的原料。
描述減少空氣污染的策略
- 使用更清潔的燃料（如無鉛汽油）；推廣電動車；立法限制工廠排放。
- 種植樹木吸收 CO2 ；推廣大眾運輸系統。
概述污水處理中三級處理的目的與方法
- 一級處理：物理方法去除大型固體、沉積物及油脂，包括篩選、沉澱池及撇油。
- 二級處理：生物方法利用微生物分解有機物；常用活性污泥法或滴濾池法降低 BOD。
- 三級處理：進階處理去除剩餘的氮、磷及微量污染物；方法包括化學沉澱、過濾及消毒。
- 最終排放：經處理的水符合標準後才排放至天然水體，減少對生態的影響。
評估 4Rs 策略在廢物管理中的應用
- 減少（Reduce）：從源頭減少使用，例如拒絕過度包裝及一次性用品。
- 再用（Reuse）：重複使用物品如布袋、玻璃樽，延長其生命週期。
- 循環再造（Recycle）：將廢料轉化為新產品（如紙張、塑膠、金屬）。
- 替代（Replace）：以環保材料代替有害或不可降解物料，如生物可降解塑膠。
- 優先次序：以減少及再用為優先，因循環再造仍耗能及產生污染。
03
保育
Conservation
生物多樣性的重要性；香港瀕危物種；SSSI、郊野公園、海岸公園、拉姆薩爾濕地；生態復育
核心考點
1. 解釋保育生物多樣性的必要性及措施
考評提示：香港保育區類型與保護程度
- 考評重點 香港保育區類型及其保育程度：具特殊科學價值地點 (SSSI) 受最嚴格保護，禁止開發；郊野公園佔本港約 40% 的陸地面積，容許康樂活動但禁止商業開發；海岸公園旨在保護珊瑚礁等海洋生態；米埔及后海灣已被列入拉姆薩爾公約，作為國際重要候鳥中途站
- 邏輯 保育生物多樣性的重要性：較高的遺傳多樣性可提升物種適應環境變化的能力，維持生態系統的穩定；生物多樣性亦提供各種生態服務 (如淨化空氣和水、授粉、防洪)，並是新藥物、糧食的潛在來源；物種一旦滅絕，其獨特基因組合便不可復原
- trap SSSI (具特殊科學價值地點) 是本港最嚴格的保育指定，並不等同於內地的自然保護區；此外，即使在保育區內仍容許特定的人類活動 (例如在郊野公園內進行遠足)，考生不可把保育區一概視為禁止一切活動的區域
常見題型
說明生物多樣性的重要性及保育的理由
- 生態理由：物種多樣性增強生態穩定性。
- 經濟理由：提供藥物、原材料。
- 消閒與道德理由：自然美景及物種生存的固有價值。
生物多樣性的重要性：穩定性與遺傳資源
- 生態穩定性：物種豐富的生態系統在遭受災害後恢復較快。
- 遺傳資源：野生種群含有抗病、抗逆基因，是改良作物的基因庫。
- 潛在藥物：許多醫藥成分（如：阿司匹林、抗癌藥）最初源於野生動植物。
可持續發展 (Sustainable Development) 的定義與實踐
- 定義：既滿足當代人的需求，又不損害後代人滿足其需求的發展模式。
- 漁業實踐：設立休漁期 (Moratorium) 及禁捕區，確保魚類有足夠時間產卵及成長。
- 林業實踐：採取選伐而非皆伐，並隨即重新植林。
保育中的國際與本地力量 (WWF, CITES, EIA)
- CITES：管制國際瀕危物種貿易，防止其過度捕獵。
- WWF（非政府組織）：通過公眾教育、管理保護區（如米埔）推廣保育。
- 環境影響評估 (EIA)：發展項目施工前，必須評估其對生態的潛在影響並尋求緩解方案。
描述物種保育的措施，包括圈養繁殖及種子庫
- 圈養繁殖：在動物園繁殖瀕危動物再引入野外。
- 種子庫：保存植物基因。
描述設立自然保護區作為就地保育的意義
- 定義：就地保育指在物種的原生棲息地內進行保護。
- 例子：香港的米埔自然保護區保護候鳥；鹿頸、大埔滘等地為郊野公園。
- 優點：保育整個生態系，維持物種間的自然互動（捕食、共生）。
- 法律保護：透過立法禁止狩獵、採集及破壞土地，並加強執法。
- 限制：需持續資金管理；鄰近人類活動（開發、遊客）可能造成壓力。
解釋種子庫在植物保育中的角色
- 定義：種子庫是將種子在低溫、乾燥條件下長期保存的設施，屬於異地保育。
- 保存對象：瀕危植物、野生作物近緣種及具經濟價值的品種。
- 優點：節省空間、保存大量遺傳多樣性、可在原棲息地喪失後用於重新引入。
- 限制：部分頑拗型種子（如椰子、芒果）難以長期儲存；需要定期發芽測試及更新。
- 例子：英國 Kew 皇家植物園的千年種子庫是全球最大的種子保存計劃之一。
評估圈養繁殖計劃的優點與限制
- 定義：在動物園或專門設施中繁殖瀕危物種，屬於異地保育。
- 優點：為物種提供安全環境；可透過人工受精、胚胎移植等技術加快繁殖。
- 野外放歸：當野生族群太少時，圈養後代可在保護下重返野外（如大熊貓）。
- 限制：基因庫有限可能導致近親繁殖；動物可能失去野外求生技能；費用高昂。
- 補充角色：必須配合就地保育以保存原棲息地，否則放歸後仍難以生存。
04
全球性議題
Global Issues
可持續發展；漁業和農業資源管理；全球變暖（溫室效應）；酸雨；富營養化與藻類爆發
核心考點
1. 解釋溫室效應及全球變暖的成因與後果
考評提示：強化溫室效應的因果鏈
- 邏輯 強化溫室效應的機制：人類大量燃燒化石燃料及清除森林，令大氣中 CO₂、甲烷等溫室氣體濃度上升；這些氣體吸收地面輻射的紅外線並再輻射至地表，使地表及低層大氣的溫度上升；持續升溫可導致冰川及極地冰層融化、海平面上升、極端天氣頻現及珊瑚白化
2. 解釋富營養化及酸雨的成因與生態後果
考評提示：富營養化的完整邏輯鏈
- 考評重點 富營養化過程：農田化肥沖刷及生活污水排放使水體的氮及磷含量過量 → 藻類大量繁殖形成藻華 → 水表藻類遮擋陽光，令水底水生植物不能進行光合作用而死亡 → 分解者分解死亡藻類及植物，消耗大量溶解氧 → 水體溶解氧下降，BOD 升高 → 魚類及其他水生動物因缺氧而死亡
- trap 酸雨的成因：燃燒含硫化石燃料釋出二氧化硫 (SO₂)；車輛及高溫燃燒過程釋出氮氧化物 (NOₓ)；這些氣體於大氣中與水蒸氣反應生成硫酸及硝酸，隨雨水降下形成 pH 低於 5.6 的酸雨，腐蝕建築石材、金屬結構，並令土壤及水體酸化，影響生物生存
HKEAA 評卷員建議
2021 年 藻類大量繁殖後夜間溶解氧下降的原因：大量藻類停止光合作用但繼續進行呼吸作用消耗氧氣。同學常混淆浮游植物與浮游動物。
常見題型
溫室效應：甲烷 (Methane) 的角色
- 來源一：垃圾堆填區中的有機廢物在厭氧條件下分解產生。
- 來源二：畜牧業（牛、羊）消化過程中的發酵。
- 影響：甲烷捕獲熱量的能力是二氧化碳的 20 多倍。
- 控制：收集堆填氣體發電；減少紅肉攝取。
全球暖化與疾病傳播及生態破壞
- 珊瑚白化：海水升溫導致與珊瑚共生的藻類離開，引發珊瑚大規模死亡。
- 疾病擴散：暖化的氣候擴展了病媒（如：瘧蚊）的棲息地，使瘧疾等疾病傳播到更高緯度。
- 物種遷移：本土物種可能因氣溫過高而北移，或面臨棲息地縮小。
解釋全球變暖的機制及其後果
- 溫室氣體（CO2, Methane）捕獲地表輻射熱。
- 後果：海平面上升、極端天氣。
解釋溫室效應的機制及全球變暖的後果
- 機制：溫室氣體（CO₂、甲烷、水蒸氣）容許太陽短波輻射通過，吸收地面反射的長波熱輻射，使地球保溫。
- 人為增強：燃燒化石燃料、森林開伐等使大氣 CO₂ 濃度升高，導致全球平均氣溫上升。
- 後果：極地冰川及冰蓋融化，海平面上升，威脅低窪沿海地區。
- 生態影響：物種分布改變；珊瑚白化；部分物種滅絕風險上升。
- 極端天氣：熱浪、乾旱、暴雨及颱風頻率上升，影響農業及健康。
解釋可持續發展的定義及其三大支柱
- 定義：滿足當代需求而不損害後代滿足自身需求能力的發展模式。
- 環境支柱：保護生物多樣性、減少污染、合理使用自然資源。
- 經濟支柱：提供就業及合理收入，但須兼顧長期資源運用。
- 社會支柱：促進教育、健康、公平及社區參與。
- 實踐例子：可再生能源（太陽能、風能）、節水灌溉、綠色建築及永續農業。
評估個人及政府在應對氣候變化中的角色
- 個人行動：節能減排（使用公共交通、節約用電）、減少肉食、循環再用及選擇低碳產品。
- 教育與倡議：提升公眾環保意識，透過社區組織推廣綠色生活。
- 政府政策：制定排放標準、推行碳稅及補貼可再生能源。
- 國際合作：《巴黎協定》等國際公約設定全球升溫目標及承諾減排。
- 結論：個人選擇影響集體需求，政府政策則為大規模減排提供框架；兩者相輔相成。
描述酸雨的成因與影響
- 燃燒化石燃料釋放 SO2, NOx 形成酸。
- 影響：損害森林、酸化湖泊、腐蝕建築。
