生物與環境 / 子課題
生態系統
Ecosystem
生態組織層次；生態系統類型；種群關係（捕食/競爭/共生/寄生）；能量流動；碳氮循環；演替；取樣方法
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 描述生態系的能量流動及碳、氮循環
考評提示：10%能量轉移效率、碳氮循環
- 考評重點 能量沿食物鏈向上一營養級流動時，大部份能量以呼吸作用時的熱能散失、未被食用或以糞便、排泄物形式流失；一般而言每升一個營養級可用能量約減少 90%；故食物鏈越長，頂級消費者所能獲得的能量越少
- 邏輯 碳循環：光合作用將大氣中的 CO₂ 固定為生物體內的有機碳；生物的呼吸作用、遺體的分解及化石燃料的燃燒把 CO₂ 釋回大氣。氮循環：固氮細菌把 N₂ 轉化為銨化合物；硝化細菌把銨化合物氧化為硝酸鹽，供植物吸收合成蛋白質；反硝化細菌把硝酸鹽還原為 N₂ 返回大氣；分解者在兩循環中均扮演關鍵角色
- trap 數量金字塔可以倒置 (例如一棵大樹上寄生大量的昆蟲)，但能量金字塔不能倒置，因為能量在各營養級中必然逐層遞減；生物放大作用：不易降解的脂溶性污染物 (如 DDT) 沿食物鏈逐級累積，頂級消費者體內濃度最高
HKEAA 評卷員建議
2020 年 食物鏈頂端捕食者被移除後，需逐層解釋對各營養級的影響（頂端消費者消失→次級消費者增加→初級消費者被捕食更多→生產者數量增加），而非僅說「生態失衡」。
2. 描述生態演替的過程及各階段特徵
考評提示：初生vs次生演替
- 考評重點 生態演替的過程：原生演替由裸露、無土壤的環境 (例如岩石表面) 開始，先鋒物種 (如地衣、蘚苔) 逐漸改造環境、形成土壤；次生演替則發生於原有群落被干擾後 (例如山火後)，因土壤仍在，演替速度較快；最終發展出相對穩定、物種多樣性高的頂級群落
常見題型 · scoring points
描述生態組織的層次及香港的主要生態系類型
- 組織層次（由小至大）：物種（species）→種群（population）→群落（community）→生態系（ecosystem）→生物群系（biome）→生物圈（biosphere）。
- 種群特徵：種群密度、出生率/死亡率、年齡結構、性別比例；決定種群大小變化。
- 香港主要生態系類型：淡水溪流（freshwater streams）、岩石海岸（rocky shores）、紅樹林（mangroves，咸淡水交界）、草地（grassland）、林地（woodland）。
- 生態棲位（ecological niche）：物種在群落中的「功能角色」，包括食物、時間、空間利用；不同物種棲位不同，減少競爭（character displacement）。
描述生物間的捕食、競爭、共生與寄生關係
- 捕食（predation）：捕食者和獵物種群大小相互波動；捕食者增加→獵物減少→捕食者食物不足→捕食者減少→獵物恢復，形成週期性振盪。
- 競爭（competition）：同種個體間（種內競爭）或不同種（種間競爭）爭奪有限資源（食物、空間、光照等）；種間競爭激烈時，競爭力較弱的物種種群數量會下降甚至被排擠；不同物種可利用不同資源或在不同時間/空間活動，從而減少直接競爭，共存於同一環境。
- 互利共生（mutualism）：兩者均受益（+/+）；如根瘤菌和豆科植物（細菌提供固氮，植物提供碳水化合物）、菌根（真菌+植物根）。
- 寄生（parasitism）：寄生者受益，宿主受損（+/–）；如絛蟲寄生人類腸道；片利共生（commensalism）：一方受益，另一方無影響（+/0）。
解釋初生演替與次生演替的過程及頂極群落的特徵
- 初生演替（primary succession）：從無土壤裸地開始（如火山熔岩、裸露岩石）；先鋒物種（pioneer species，如地衣）風化岩石、積累有機質，改變非生物環境，使其他物種得以定植。
- 次生演替（secondary succession）：原有植被被破壞（如火災、農田棄耕）但土壤保留；速度遠快於初生演替，因為土壤中保存種子庫和有機質。
- 演替過程：一般從先鋒植被→草地→灌木→喬木（林地）；物種多樣性逐漸增加，群落結構日趨複雜。
- 頂極群落（climax community）：在當地氣候條件下相對穩定的最終群落；香港氣候頂極為熱帶/亞熱帶季雨林；人類干預（如砍伐、放牧）可阻止演替進程。
分析生態系統的能量流動、食物鏈與能量金字塔
- 能量流動方向：太陽能→生產者（光合作用固定）→初級消費者→次級消費者→頂端消費者；分解者分解各級有機物。
- 能量轉移效率：每升一個營養級，僅約 10% 的能量被傳至下一級，其餘約 90% 以熱能散失（呼吸、代謝）、或在未被消化的物質中隨糞便排出；因此食物鏈通常不超過 4–5 個營養級。
- 能量金字塔始終正置（能量逐級減少）；數量金字塔可倒置（如一棵大樹→多隻昆蟲→少數鳥）；生物量金字塔通常正置，但某些水生生態系可倒置。
- 生物積聚（bioaccumulation/biomagnification）：脂溶性、難降解的毒素（如DDT、汞）沿食物鏈濃縮，頂端捕食者體內濃度最高，危害最大。
描述碳循環與氮循環的過程及生物在其中的作用
- 碳循環：光合作用（CO₂→有機碳）→消費者攝食→呼吸作用（有機碳→CO₂）→分解者（有機碳→CO₂）；化石燃料燃燒→CO₂↑→溫室效應→全球暖化。
- 氮循環四個關鍵過程：①固氮（N₂→NH₃，固氮菌如根瘤菌）；②氨化（含氮有機物→NH₃，分解者）；③硝化（NH₃→NO₂⁻→NO₃⁻，亞硝化菌和硝化菌）；④反硝化（NO₃⁻→N₂，反硝化菌，厭氧條件）。
- 植物只能吸收NH₄⁺或NO₃⁻，不能直接利用N₂；動物通過食物獲取有機氮；過量施肥→硝酸鹽流入水體→富營養化（eutrophication）。
- 分解者（細菌和真菌）在兩個循環中均不可缺少：將有機物分解釋放CO₂和無機養分回環境，維持物質循環。
比較數量金字塔與能量金字塔的結構特點
- 數量金字塔：反映各營養級的個體數量。可能倒置（例如：一棵大樹支撐大量昆蟲）。
- 能量金字塔：反映各營養級在一定時間內獲取的能量總量。永遠呈正金字塔形，不會倒置。
- 能量流失：由於能量在轉移過程中會流失（熱能、排泄），高營養級獲得的能量必然減少。
- 代表性：能量金字塔比數量金字塔更能準確反映生態系統中真實的能量流動情況。
分析生態系統中能量流失的主要原因及其對食物鏈長度的限制
- 呼吸作用：大部分能量在細胞呼吸中轉化為熱能，散失到環境中，不能被下一營養級利用。
- 未被攝食或消化：生物體的部分部位（如骨骼、毛髮）未被捕食，或排泄物（糞便）中含有未消化的化學能。
- 轉移效率：相鄰營養級間的能量轉移效率通常僅約 10%。
- 長度限制：由於可用能量隨營養級迅速減少，生態系統通常只能支撐 4 至 5 個營養級。
描述樣方法（Quadrats）在生態調查中的應用與限制
- 適用對象：適用於調查移動性低或固著的生物（如植物、藤壺）。
- 隨機取樣：為避免偏見（Bias），應使用隨機號碼表確定樣方座標，確保樣本具代表性。
- 計算指標：可用於測量物種密度、頻率或百分比覆蓋率。
- 限制：樣方大小必須合適（物種越大，樣方需越大）；不適用於分佈極不均勻或高度移動的動物。
解釋樣條法（Transects）在研究環境梯度中的作用
- 系統取樣：沿著一條穿越環境梯度的直線（樣條）按固定間距放置樣方。
- 環境梯度：特別適用於研究環境因素隨距離改變的情況，如海岸演替、高度變化或污染源遠近。
- 連續樣條與帶狀樣條：連續樣條記錄線上所有生物；帶狀樣條則記錄樣條兩側一定寬度內的生物。
- 分析：有助於揭示物種分佈與非生物因素（如濕度、光照、鹽度）之間的相關性。
評估人類活動對環境的衝擊及自然保育的措施
- 主要人類影響：棲息地破壞（城市化、農業擴張）→物種滅絕；過度捕獵/捕魚→種群崩潰；引入外來物種→競爭/捕食本土物種；污染（水、空氣、土壤）。
- 化石燃料燃燒→CO₂↑→溫室效應→氣候變化（海平面上升、極端天氣）；SO₂/NOₓ 排放→酸雨→森林及水體酸化。
- 保育策略：就地保育（in-situ，建立自然保護區）；遷地保育（ex-situ，動物園、植物園、種子庫）；法律保護（CITES，禁止瀕危物種貿易）；可持續農業和漁業管理。
- 香港保育例子：郊野公園佔香港陸地面積約40%；海岸公園保護海洋生態（如白海豚）；禁止捕獵瀕危物種（如中華白海豚、綠海龜）。
生物與環境 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 生物神器 App。
