以水产养殖进行元素循环之研究.DOC

目錄 第一章 前言……………………………………2 第二章 文獻回顧………………………………3 2-1 簡介………………………………………………3 2-2 封閉系統的定義…………………………………3 2-3 元素的循環………………………………………4 2-3-1 碳元素的循環 4 2-4 鰓的介紹…………………………………………8 2-5 氮元素的循環……………………………………10 2-6 食物之間的能量傳遞……………………………13 2-6-1 食物鏈……………………………………13 2-6-2 食物網……………………………………14 2-7 優氧化……………………………………………15 第三章 實驗設計……………………………16 3-1 實驗設計…………………………………………16 3-2 實驗器材…………………………………………17 參考文獻………………………………………………………………19 第一章 前言 欲使學生瞭解節能減碳的生活方試，以假想的生活環境來實驗，加以觀察，並使學生藉由本實驗過程中，逐步瞭解整個生態系中的物質循環方式，以及對生態系中各類生物的影響情況。 生物體的生活過程中，大部分生物體產生能量的主要方式是呼吸作用，而呼吸作用主要是將葡萄糖代謝成二氧化碳，並進而產生能量，所以皆脫離不了碳的循環，而生物體所賴以生存的葡萄糖，只是植物將光能轉化的一種能量儲蓄方式，而此種能量的轉化過程，則需要二氧化碳作為原料，而使得碳元素得以藉此循環。 碳元素在自然界的循環過程中，達成某種動態的平衡，以不至使得濃度過高，進而影響生物體的生存，並藉此讓學生瞭解，節能減碳最主要是在說明碳在自然界中的最佳循環。 自然界中的生物與物質循環關係，並不只有碳的循環而以，尚有其他元素的循環，如氮的循環…等，這些元素的循環會對其他的循環有部分的間接影響，本實驗的設計除了在碳的循環外，並將其他有關的元素循環一併加以解說。 第二章 文獻回顧 2-1 簡介 在地球上循環的元素有很多種，其中的部分元素是在生物之間循環，如碳的循環以及氮的循環。而既然稱之為循環，則必然是在一種封閉的系統中，採取某種既定的循環模式，諸如一般的碳循環，是以光合作用以及呼吸作用的方式，交互循環。 地球在一般的狀況下，內部大致上的環境會因萬有引力的關係，而與宇宙有所隔閡，除非是隕石的墜落地球，或其他來自宇宙的外來因素，方可對地球內部添加新的元素。 2-2 封閉系統的定義 在熱力學中對於封閉系統的定義，是指一種只與外界進行能量交換(如：作功、吸放熱…等)，而不交換質量的系統。 若某種含原子或分子的系統，並於其中進行化學反應，在反應過程中，分子或原子都有可能在過程中被破壞或重新組成新的分子及原子。但無論如何，封閉系統中的化學反應，元素原子的總數將會守恆。 2-3 元素的循環 所謂元素的循環，是泛指元素在生物圈、地圈、大氣圈、水圈中以不同種類的化合物模式，進行某些特定且有能量參與的反應，而循環的過程當中，可能有部分的過程，是在生物體內進行。 2-3-1 碳元素的循環 植物(生產者)會以光合作用產生氧氣，並將光能轉換成化學能儲存在化學鍵中，以利生長代謝使用。動物(初級消費者)可吃食並消化植物的纖維素，轉變成分子葡萄糖，以供呼吸作用時產生能量使用， 而當中的呼吸作用，是動植物皆有的代謝作用，主要的生成物為二氧化碳，又可進入大氣中，等待下一個循環。 圖2-1 碳循環示意圖。 黑色數字表示碳的蘊藏量，以十億噸計「GtC」是「gigatons of carbon」的縮寫。 約為2004年數據。紫色數字表示碳每年的流動量。 圖中的「沉積物」不包括碳酸鹽及岩乾酪根（數量約為7千萬GtC）。 (1)光合作用：植物從空氣中吸收二氧化碳，以光合作用將二氧化碳 及水化合成葡萄糖，並轉化成自身所需的碳水化合物 加以儲存。必要時還可將碳水化合物轉化成蛋白質和 脂質加以利用。 光合作用反應簡化方程式： 圖2-2 光何作用示意圖 圖2-3 葉綠體示意圖 圖2-4 葉片與葉綠體之間的關係 (2)呼吸作用：生物細胞把有機物氧化分解並產生能量的化學過程，又稱為細胞呼吸（Cell respiration）。無論是否自行製造養分，細胞內完成生命活動所需的能量，都來自呼吸作用。真核細胞中，粒線體是與呼吸