Environmental_Homework

1.請說明生態系統的能量循環與物質交換？(20%)

一、地球本身就是一個最大的生態系統，由生物系統與和非生物所組成的地球環境系統。在這個生態系統中，最初始的能量來源是太陽照射到地球上的輻射光能，而這個能量也是地球生態系中一個重要的環境系統構成要素。這些能量結合了環境中大氣、土壤、水分、氣候……等其他因素，同時短暫地在所有生物系統中傳遞與轉換，最終又回到自然環境中，完成能量的循環的流程與物質的交換。生物系統依照其功能可以分為生產者、消費者、清除者與分解者，它們利用在生物個體間流動的能量與物質，把碳、氫、氧、氮、磷、硫等小分子無機物質組合成大分子有機物，接著又不同生物體內轉不斷的轉換傳遞，最後又回復到小分子無機物歸於原來的環境系統中，完成物質的循環的過程。所以我們可以說整個生態系的組成結構與運作方式，就是能量流動循環和物質交換，在生物與非生物間的交互作用中，建構出一個彼此相護依賴與制衡的關係。

二、能量的流動與物質的循環傳遞的過程如下：

1. 生產者將太陽的輻射能轉化為化學能：能量的流動首先是太陽輻射能被生物系統中的生產者（絕大多數是藻類和綠色植物）以光合作用的方式轉化為化學能。在這個過程中，環境系統裡來自大氣中的二氧化碳，還有來自地表的水分與氮、磷、硫等無機物被合成了葡萄糖等有機物質。
2. 消費者攝食生產者經由消化作用轉換成其他消費者可利用的有機物：這些存在於生產者體內的有機物質被消費者攝食而進入消費者體內，經由消化作用再轉換成其他消費者可利用的有機物。其間部分能量便會藉由呼吸作用回歸環境系統，因此能量無法完全從生產者體內轉移到消費者體內。
3. 清除者將生產者與消費者死亡或是產生排泄物中的有機物分解成小分子的無機物：當生產者與消費者死亡或是產生排泄物時，清除者可將其中大分子有機物化解為小分子有機物。
4. 分解者進行分解作用，將有機物分解成小分子的無機物：最後的過程是透過分解者進行分解作用，將這些有機物分解成小分子的無機物，還有過程中產生的能量一起被釋放到非生物的環境系統中，最終是不會回歸太陽。

  總括而言，地球生態系能量是經由太陽不斷提供輻射能，而物質則在生物及非生物系統中循環，反覆地被生物系統利用。一個穩定生態系其能量流動與物質循環都能達到一個動態的平衡，當系統中的生物種類種類繁多且功能顯著時，越能自動調整能量流動與物質循環平衡，反之這方面的能力越強，生態系也就越穩定。不過我們還要考量到非生物的環境系統所能提供的資源與空間是有限的，當生態系中某種生物數量超過生態系的負荷量時，就會自動產生一個調節的力量來強加抑制，以方式來維持系統的平衡。

2.請說明地球提供哪些保護生物圈的屏障?並擁有哪些珍貴的自然條件能孕育請說明地球提供哪些保護生物圈的屏障?並擁有哪些珍貴的自然條件能孕育出各類複雜生命,並讓生物持續演化生存。（25%）

一、地球保護生物圈的屏障：意指地球提供適合生命發展的必要條件與環境。地球提供保護生物圈生存的必要條件與能量，包括陽光、水、空氣、土壤、溫度等。地球環境所有的能量大部份來自於太陽，太陽輻射是由多種波長不同的電磁波所組成，其中部分可見光被綠色植物的葉綠素吸收，經由光合作用將光能轉變為化學能，貯存在生物體的醣類中。水是生命的泉源，也是動物體內循環系統的重要物質和主要成分，生物體內的各種化學反應都需要在水中進行。空氣中含有生物生存所需的氣體，例如：植物進行光合作用所需的二氧化碳，氧則是生物行呼吸作用的必要氣體，微生物將大氣中的氮轉變成含氮化合物，作為植物生長的養分。土壤包含土粒、腐植質、水分、空氣和微生物，微生物能將有機物分解，水分與礦物質是植物發育的養分。地球不斷地吸收太陽輻射，使地表保持一定的溫度。從沉積岩的紀錄中，發現在過去的三十五億年間，地球平均溫度一直維持在5℃～25℃之間（現在地球平均溫度為15℃），穩定的溫度使生命可以生存，而且生物會自己選擇適合的溫度與環境作為棲息繁衍地，在不同的環境與溫度中，有各種不相同的物種，也因此造成物種的多樣性，彼此產生相互依存的關係。

二、地球擁有珍貴的自然條件，並能孕育出各類複雜生命,並讓生物持續演化生存：地球環境與生態系統的巧妙互動，使得地球成為巨大的有機平衡系統。讓地球成為適合萬物生長的環境，係經過數十億年巧妙地演變與調適。自生命開始出現的三十五億年來，太陽的輻射能量、地球內部、地表以及大氣的狀況肯定有過極大的變化，因此地球的岩石圈、水圈、大氣圈及生物圈必已構成一套體系，機動地互相調整，使得地球環境保持穩定，讓地球擁有了適合生命發展延續的自然條件，成為孕育生命的樂土。這個珍貴的自然條件是結合了太陽的輻射能量與地球環境中的大氣、土壤、水分、溫度、氣候等地球生態系結構功能，形成一個動態的平衡的生命系統，在生物及非生物系統中不斷的循環，反覆地被生物系統利用及延續繁衍後代生命。總結而言，一個穩定生態系其能量流動與物質循環都能達到一個動態的平衡與和諧，這便是地球所擁有的最珍貴自然條件，讓不同的物種在不同的環境與氣候中生存，此條件成地球上物種的多樣性與多元性的特色，同時也讓彼此產生相互依存的關係。

 
3.請分述可再生資源與非再生資源的特性。如何避免過度濫用自然資本導致環境劣化?。(20%)

地球上的資源以二分法來分類，分為兩種:可再生資源和不可再生資源。

一、可再生資源與非再生資源的特性：

1. 可再生資源的特性--

在人類社會生產、流通、消費過程中的物質，不再具有原先使用價值而以各種形式儲存保留，但是可以通過不同的加工途徑，在短時期內又可以再生，而使其重新獲得新的使用價值，或是可以循環使用的自然資源的各種物料的總稱，又稱可更新資源。可以循環使用的自然資源其內容包括生物資源（可再生）、土地資源、水資源、氣候資源等。後三者是可以循環再現和不斷更新的資源。通過天然作用或人工活動能夠再生更新，而且能夠再為人類反複利用的自然資源便可歸納為可再生資源，又稱為更新自然資源，例如：土壤、植物、動物、微生物和各種自然生物群落、森林、草原、水生生物等，可再生自然資源在特定時空條件下，能持續再生更新、繁衍增長，或是保持或擴大其儲量，依靠種源而再生。

2. 非再生資源的特性--

人類開發利用後，在相當長的時間內，不可能再生的自然資源叫不可再生資源。主要指自然界的各種礦物、岩石和化石燃料，例如泥炭、燃煤、石油、天然氣、金屬礦產有色金屬、非金屬礦產等。這類資源是在地球長期演化歷史過程中，在一定階段、地區、條件下，經歷漫長的地質時期形成的。與人類社會的發展相比，其形成的術度非常緩慢，與其它資源相比，再生速度很慢，或者是幾乎不能再生。人類對不可再生資源的開發和利用，只會消耗殆盡，不能保持其原有儲藏量或是再生。有些資源是可以重新再利用，如金、銀、銅、鐵、鉛、鋅等金屬資源，可經由回收途徑再利用；另一些是不能重複再利用的資源，如煤、石油、天然氣等化石燃料，當它們作為能源利用而被燃燒後，雖然能量可以由一種形式轉換為另一種形式，但作為原有的物質形態已不復存在。非再生資源必須具備所有權、稀缺性、有用性三個基本特性，是一種具有經濟價值的物品。

二、 如何避免過度濫用自然資本導致環境劣化：

1. 科學的合理利用和保護物種種--當種源消失時，則該資源就不能再生，必須要求科學的合理利用和保護物種種源，才可能再生，才能取之不盡與用之不竭。例如：土壤屬可再生資源，是因為土壤肥力可以通過人工措施和自然過程而不斷更新。但是土壤也有不可再生的一面，一旦水土流失和土壤侵蝕時，其速度可以比再生的土壤自然更新過程快得多，在一定時間和一定條件下也就成為不能再生的資源。

2.掌控制可再生資源與能源的開採量、使用量與再生量--可再生能源泛指多種取之不竭的能源，概括來說，是人類有生之年都不會耗盡的能源。可再生能源不包含現時有限的能源，如化石燃料和核能。不僅非可再生資源的數量是有限的，在一定的時間跟空間內，可再生資源的數量也是有限的。也就是說，可再生資源並非取之不盡的，因此可再生資源必須在我們控制的情況下，權衡考量與計畫其開採量及該資源的再生量，使我們的開發利用速率小於其形成速率，這樣才能是用之不竭。大部分的可再生能源其實都是太陽能的儲存。可再生的意思並非提供短時間的能源，而是考量百年甚至千年的時間。

3.水土保持與杜絕環境汙染-- 人類與生物圈內所有其他的生物一樣，都是生態系中物質與能量轉移系統的一部分。在物質循環中的每一個關鍵皆是環環相扣。人類濫墾濫伐，嚴重的傷害熱帶雨林的生態與環境，碳循環因此受到嚴重的破壞，影響所及造成現今地球氣候的改變，環境的嚴重破壞與污染，形成怪異的極端氣候，釀成人類與生態上極大的在災禍。人類族群持續成長擴張，對地球資源的需求也不斷地增加，由於大量砍伐森林，燃燒化石燃料，消耗大量資源，造成空氣污染、水污染、土壤污染與廢棄物增加。據估計由於人類濫墾濫用的結果，目前已耗損破壞了地球四分之一的表土，五分之一的可耕地以及三分之一的森林，物種滅絕的速率每年約一萬種以上，是自然衰減值的500到1000倍，預估到西元2050年將有三分之一的物種滅絕。

4.生態維護與物種保存--地球環境與生態系統的巧妙互動，使得地球成為巨大的有機平衡系統，當系統中某些成分減少或增加，就會引發回饋機制加以彌補，以維持穩定的環境，讓萬物生生不息。地球的平衡機制需要時間運作，若環境改變太快，生態平衡暫時失調，會造成部分物種滅絕，人類也有可能成為其中之一，因此我們必須三思而行，努力做好生態維護與物種保存的工作。

5.經濟活動與環境保護必需取得一個平衡點--人類從事經濟活動，如農、工業的發展，更加速衝擊自然環境，嚴重破壞生態平衡。人類的經濟活動對全球環境已造成嚴重的干擾，導致大範圍的生態失衡，以及全球變遷，如氣候變化、全球暖化、土壤沙漠化、物種滅絕等巨變。地球環境的持續惡化，會逐漸侵蝕到人類狹窄的生存範圍，帶來可怕的後果，人類過度使用地球資源的結果，已危及全球所有的生命。




4.請說明何謂”人均生態足跡”？世界地球日（4/21）你可以（將）做哪些事以減輕地球的承載與負擔。(15%)

一、人均生態足跡：「生態足跡」（ecological footprint）也稱「生態佔用」，最早在20世紀90年代由Rees（1992; 1996）及Rees andWackernagel（1994）提出，其內容是將人類生活所需的能量消耗、資源消耗與廢棄物處理等，換算成各種具生態可永續的地表面積。「根據Wackernagel at al.（1999a， b）將生物生產力土地分為六個主要的類別：耕地、林地、牧草地、化石能源地、海洋、建成地。現今人類每年的消耗量已經超出地球本身的產出量，以及地球所能提供的資源限度。生態足跡的值越高，代表人類對生態破壞越嚴重，由於人類過度開發自然資源的情況越來越嚴重，導致濕地、森林、草原、海洋等生態區域的面積大量減少，甚至導致不可逆的嚴重衝擊。生態足跡概念讓我們得以直覺的瞭解到永續性的生態底線，可以有一套實質的準則來制定政策，計畫或依據他們的生態衝擊程度做技術上的處理。

二、世界地球日（4月/21日）我可以做以下事項，以減輕地球的承載與負擔：
    身為學生的我雖然無法如政府環保機構的行政官員，可以握有執行環保政策之決策與執行之大權，或是一如國際環保組織可以登高一呼百諾，然而力量渺小的我還是可以盡一己微薄之力，在日常生活中做到節能減碳，減少對環境的汙染，維護居家周圍的環境，以下是我可以做到的事項，期望可以以減輕地球的承載與負擔：

1.居家：不隨易開關冰箱、隨手關燈和關水龍頭、夏季少吹冷氣改吹電風扇、吹冷氣時溫度設定26度最省電、多利用太陽能和風力和水力、做好資源回收與分類、廢物再利用、廢電池與燈泡不隨意丟棄、選用環保省能產品、家中庭院多植樹、。

2.外出：自備餐具、不用免洗餐具、多走樓梯少搭電梯、善用大眾交通工、出門購物自備購物袋、
自用汽車與機車使用無鉛汽、居家附近範圍以腳踏車為交通工具既健康又環保。

3.參與環保活動：多參與環境清潔活動或資源回收活動，例如：海邊淨灘活動、社區的資源回收分類義工。

4.響應循政府之環保策略，不做違法破壞環境之事，見有人為破壞環境必舉發，以維護我們的生態環境，減輕地球的承載與負擔。



5.請說明維持生物多樣性對地球的好處有哪些？如何降低人類對生物多樣性的威脅？(20%)

一、維持生物多樣性對地球的好處：

1. 生態系的大小和物種的差異雖然各有不同，都有其在存在的價值，無法彼此互相取代或互換：生態系多樣性物種之間和物種與環境因子的交互作用，會因為區域大小和環境因子的不同，產生與其他生態系迥然不同的特色，生態系的大小和種類雖然各有不同，卻都無法互相取代或互換。只有盡力維護每一個生態系，才能看到多樣化的生態系與生物，也才能保全多樣化的物種。

2.物種越多樣化，越能強化與健全生態系統：天地萬物都有與生俱來的生存權，每種生物相互依存，物種愈多樣，愈能形成蓬勃的生態系統。

3.物種多樣性可保持生態系統，維持在穩定的動態平衡狀態：生態系不論大小，結構簡單或複雜，生物與無機環境之間，能量的進出都保持著穩定的動態平衡。生物因素彼此存在著攝食者與非攝食者的關係，形成食物鏈，食物鏈再彼此交錯而形成食物網。生物維持生命所需的物質即在生態系中循環，因而生生不息。

4.物種多樣性帶來的人們生活上的方便、利益與發展：地球上約有上千百萬的物種，然而我們知道的大約僅佔其中的1/10；知道而且為人利用的，更不過是這當中的少數而已。但僅僅如此，我們卻已經從中獲得許多利益，滿足我們人類在食物、藥物、木材和經濟等種種需要。

二、降低人類對生物多樣性的威脅的方法：

1. 降低人類經濟活動對環境的破壞與生態的威脅：環境的破壞與生態的保護必需取得一個平衡點，人類不能以經濟活動為藉口，勿過度使用地球資源，對環境無止境的破壞，並對生態的平衡造成威脅。因為人類是無法單獨生存的，必須利用地球上的各種物質，並與其他生物的交互作用，才能存活於地球。但隨著文明的發展，人類不斷地加速消耗地球資源，已然威脅到整個生態系統的平衡，造成其他物種的急速的毀滅。

2.調整對地球的觀念，與所有自然生態共存共榮：萬物之間環環相扣，人類應該快速調整對地球的觀念，與所有自然生態共存共榮。例如碳、氮、水分等，其中最重要的為碳循環，組成生物體的有機物質中，最重要的成分即為碳元素。二氧化碳存在於大氣之中，植物行光合作用後，將二氧化碳轉化成醣類和其他養分，再經由消費者的攝食進入動物體內。自然界的各種生物會進行呼吸作用，生物體內的碳元素又被氧化成二氧化碳，重新釋放回到大氣中。整個地球的生態系的組成結構與運作方式，就是能量流動循環和物質交換，在生物與非生物間的交互作用中，建構出一個彼此相護依賴與制衡的關係，人類也不能跳脫此架構，必須調整對地球的觀念，與各類生物和平共存。

3.利用科技文明造福地球萬物：由於地球環境的負荷量有限，當人類利用科技大量開發土地與海洋，以擴展自身的居住空間與糧食來源時，也破壞了地球環境及生態系統的平衡。例如砍伐熱帶雨林以種植糧食，雨林。地球形成適合萬物生長的環境，係經過數十億年巧妙地發展。人類應該善用科技文明來造福地球上的萬物與生態環境，千萬不要讓科技文明成為毀滅其他物種的兵刃與武器，這樣才藝降低人類對生物多樣性的威脅與毀滅。

4.發揚自然保育的精神與理想：自然保育即在於發揮人類的良知與力量，保護和培育生物多樣性，例如：自然保留區（棲息地、溼地）、野生動物保育、珍貴稀有動植物保育等。近五十年來，世界人口由二十五億成長為六十億，由於濫墾濫用地球資源的結果，已經破壞地球四分之一的表土，五分之一的可耕地以及三分之一的森林，而物種滅絕的速率大約每年一萬種以上，是一般自然衰減值的500到1000倍，預估到西元2050年將有三分之一的物種滅絕。地球環境受到過度使用及過快開發的衝擊，即將會出現許多大災難，人類已經將地球環境壓迫到近乎失衡毀滅的地步，大家必須回過頭來，重新思考如何來保護拯救地球，以延續後代千千萬萬子孫的生存。