生态学(中文版)

要点生态学的定义生态学是研究有机体与其环境相互作用的科学。

“环境”是物理环境（温度、可利用水等）和生物环境（对有机体的、来自其他有机体的任何影响）的结合体。

个休、种群、群落和生态系统生态学所研究的有4个可辨别尺度的亚部分：(i)探讨个体对其环境的反应；(ii)研究单个物种的种群对于环境的反应，和探讨诸如多度(abundance)及其波动等的过程；（iii）群落（出现在确定面积中的种群集合）的组成和结构；(iv)生态系统（群落与环境的非生物成分的结合）内的各种过程，例如能流、食物网和营养物的循环等。

A2 生态学的10个规律要点这些规律是什么？生态学的授课实践使得本书作者能够觉察到大学生学习生态学时常常陷入的某些一般性错误。

本目录是为克服这些错误而设计的，既不全面，也不互相排斥，但是我们希望它将作为有用的指南。

规律1：生态学是科学生态学是一门纯科学学科，目标是了解有机体与其广阔环境的相互关系。

分清楚科学观点与生态学知识的政治和社会影响这一件事是十分重要的。

规律2：生态学只有按照进化论才可理解有机体巨大的多样性，以及其形态学、生理学和行为的变异的丰富性，全都是亿万年进化的结果。

这个进化历史对于每一个个体都留下了不能去除的影响。

我们今天发现的种种模式，只有按照进化论的观点才可能有意义。

规律3：“对动物种有利”现象并不存在对于那些看起来对个体是花费的有机体行为模式，认为其出现是由于“对物种有利”的这种想法是一个非常普遍的误解。

这是绝对和完全错误的。

自然选择将会有利于那些传给大多数后裔的基因，即使这些基因有可能导致物种种群大小的下降。

规律4：基因和环境都很重要有机体自己所处的环境，对于它在开放的各种选择中决定取舍上，具有重要的作用。

决定有权体构造的基因，同样具有根本的重要性。

这两方面因素的基本性质及其相互作用，对于理解生态学都是很重要的。

规律5：理解复杂性要求模型生态学是一复杂的对象，几乎每一个尺度都有大量变异——亿万个种，每种有大量基因变异，在复杂和动态的环境中有变化着的数量和随时间而改变的行为。

为了理解它，必需清楚的认明特异问题，然后形成可以检验的假设。

以数学的思想方法构造假说常常是很有用的，可以躲开在语言模型中不能避免的含糊不清和混淆。

数学模型在生态学里被广泛的应用。

规律6：“讲故事”是危险的在打算解释生态学种种模式或相互关系的时候，人们很容易滑到虚假世界之中，每一个观察都很容易的被某特设的断言（所谓的“讲故事”）所解释了。

无论如何，总想去推进假设实际上是应该避免的。

规律7：要有分层次的解释对于任何观察，常常可以识别出一个直接的原因，但这种因果解释往往是资料不足的，我们需要进一步探索，以达到更完全的抓住情况。

即使是现象已经被“解释”了，更进一步和更深入的解释也是很好的，它允许我们看见更完全的情景。

规律8：有机体具有很多限制有机体表现出来的形态、功能和环境适应力的总多样性是令人惊叹的，每个个体（和每一个种，但较少程度）则在相对较小的约束范围中运转。

约束基本上有两类：（i）物理的，（ii）进化的。

由于这些约束，进化从来就没有达到“完善”过，有机体基本上是许多妥协的杂烩。

规律9：机会是重要的随机事件在生态学中起关键性的作用。

林冠中出现林窗或沙丘在风暴后裂口，对于当地动植物区系将有重要的影响，但是，林窗和裂口出现的时间和地点都是不可预测的。

机会的作用也与有机体过去进化综合在一起。

生态学中机会事件的重要性并不意味着生态学中的模式是完全不可预测的，但是它必然是位于预言细节的潜在水平之边缘。

规律10：在生态学家心目中的生态学边界生态学是一门广泛的科学，覆盖着生物和物理环境，从而作为潜在相关的，很少有被排除在外的了。

数学、化学和物理学都是理解生态学的基本工具。

B1 适应要点适合度适合度是个体生产能存活后代、并能对未来世代有贡献的能力的指标。

个体的相对适合度是有变化的，这种变化部分决定于个体的遗传区别，部分决定于环境的影响。

自然选择种中具有最高适合度的个体将会对未来世代作出特别高的贡献。

如果适合度的差别含有遗传的成分，则后代的遗传组成会有改变。

这个过程称为自然选择或“最适者生存”。

适应有机体所具有的有助于生存和生殖的任何可遗传特征都是适应。

适应性特征可以是生理的或行为的。

适应是自然选择的结果。

基因型和表型基因型是个体的遗传组成。

表型是各个有机体，它是基因型与环境的相互作用的产物。

由于环境对基因型的影响，表型发生变化的能力叫做表型可塑性（如人的晒黑、风造形的植物、蝗虫的单生或群居型）。

相关主题生态学的10个规律（A2）物种形成（02）遗传变异（01）B2 应付环境变异要点条件引起有机体对其反应的、可变的环境因子是条件(conditions)，例如温度、酸度和盐度。

条件是不可能被减少的——它不能被有机体用掉或消耗掉。

资源有机体消耗的任何东西，对该有机体而言，就是资源。

例如，蜜是蜜蜂的资源，光是一切绿色植物的资源。

环境变异大多数有机体都必须应付在一定时间尺度范围内不断变化着的外界环境。

某些环境因子的变化以秒或分计（如当有云块时的阳光强度），另一些因子的变化以日或季计，甚至更长更长的时期（如冰河周期）。

内调节生物细胞不可能在剧烈的变动环境中运行，因此，有机体要采取行动以限制其内环境的变异性。

稳态有机体在可变动的外部环境中维持一个相对恒定的内部环境，称为稳态（homeostasis）。

一切有机体都采取一定程度的稳态控制，但是一般地说，大型有机体比小型的更易从其外部环境中退耦（decouple）。

负反馈大多数生物的稳态机制以大致一样的方式起作用：如果一个因子的内部水平（如温度或渗透性）太高，该机制将减少它；如果水平太低，就提高它。

这个过程叫做负反馈。

负反馈反应的方向与信号的相反。

耐受性有机体能够应付其外部环境的变化（虽然不同物质表现很不相同）。

种的成员能够生存的环境条件上限和下限是种的耐受限度。

在此极端条件下通常不出现生长，但在条件更狭窄的范围内能生长，而适合度最大只能出现在更窄的最适范围内。

相关主题植物与水（见D2）对温度的响应（见E2）动物与水（见D3）太阳辐射与植物（见F1）B3 生态位要点生态位有机体的生态位（niche）是它在它的环境中所处的位置，包括它发现的各种条件、所利用的资源和在那里的时间。

栖息地有机体的栖息地（habitat，或译生境）是它所处的物理环境，例如，温带阔叶林。

每一个栖息地提供许多生态位。

多维生态位空间定义有机体生态位的每一个条件和资源，对于有机体能出现的空间提供一个维度。

一起考虑所有维度，全面确定的有机体的生态位，是多维生态位空间，或“n-维超体积”。

基础生态位在没竞争和捕食条件下，有机体的生态位空间叫做基础生态位（fundamental niche）。

相关主题竞争的性质（见I1）资源分配（见I3）种内竞争（见I2）实际生态位当有竞争和捕食出现时，有机体所占有的生态位空间是实际生态位（realized niche），实际生态位始终是基础生态位的一个子集。

C1 太阳辐射与气候要点太阳辐射太阳能使地球上的气候产生变化。

太阳的能量到达地球上时，高能量的光波被地球吸收，并以热辐射的形式再释放出来。

被加热的空气上升，与此同时膨胀。

此膨胀吸收了空气中的能量，导致空气温度下降，这个过程称为绝热冷却。

地球的风型地球上主要的风系是由环绕赤道的热空气的上升运动而引起的，从南北而来的较冷空气替代了热空气，形成了信风。

科里奥利（coriolus）效应（由地球的自转引起）使移动的空气在北半球向右偏转，在南半球向左偏转。

南北两半球的信风恰好在赤道北部于热带辐合区（ITCZ）相遇。

在南北纬40°地区的高层大气中，发生从西而来的“急流”风。

地球两极的冰群增加了地球表面的反射系数和（或反照率），降低了空气的升温，产生了一些密集的冷空气带。

洋流风搅动着地球上的海洋，信风将海水掀起海浪冲向大陆，造成海平面的不平衡。

例如，北美洲的海平面在大西洋一侧比太平洋一侧高一两米，这种差异形成了洋流。

因此，如在加勒比海堆聚的温暖海水，沿着美洲海岸向北移动，即墨西哥湾流，然后转向欧洲北部，对欧洲具有显著的增温作用。

降雨潮湿的空气遇冷形成降雨。

温暖的空气比冷空气携带更多的水，所以冷即使热空气凝结成小水滴，并以雨的形式降落。

例如，如果空气在海上流过，然后沿山上升，这空气将以绝热温度递减率冷却，即每上升1000m 温度下降6~10℃，这还取决于空气中的含水量，并将导致降雨。

空气翻越过山后，将下降并被压缩变暖，导致在山的背风面形成雨影。

灾害热带海洋的静止状态可导致风暴。

在数天内，温暖海水上方空气的极微小运动，可能被突然升起的一些暖空气柱扰乱，引起海水表面的风卷进不断升起的空气柱中。

上升的空气饱含了水分，在上升过程中，空气膨胀并冷却。

水蒸汽转变为水滴，释放凝结热，并提供能量进一步推动此过程，这就可能发展成飓风。

相关主题微气候（C2）生态系统格局（S1）C2 微气候要点气候的局部变化全球的温度与降雨图掩盖了局部地区的变化。

然而，即使在很小的尺度范围内，也有大量的微气候变化。

微气候是动植物生活在其中的气候。

热在温带生态系统中，热的主要储存位置是土壤，白天土壤储存热，夜间作为热量的来源。

土壤的热传导（热流标准率测量）决定了热转换速度。

物体经历的温度变化是热传导的结果，将随着它的热容量而改变。

物质的热容量是1cm3 物质上升1℃所需要的热量。

温度剖面温度剖面是在地面上的空气中形成的。

夜间，地面和庄稼表面迅速冷却，以致于表面变成温度剖面中最冷的部位。

因此，形成温度倒置，空气的温度随着高度而增加。

白天，地表面是温度剖面中最温暖的部位，在这种状态下，空气的温度随高度而下降。

相对湿度相对湿度是指空气的水蒸气含量，用在那个温度下饱和水含量的比率来表示。

水蒸气来自陆地、水和植被的蒸发表面的蒸发。

相对湿度的微气候变化甚至能够比所涉及到的温度变化更明显。

白天，水蒸气的转运通常是向上的。

相关主题太阳辐射与气候（C1）生态系统格局（S1）D1 水的特性要点水的化学特性水是所有有机体普遍的内部介质，构成90%以上的生命物质。

水分子是由具有105°角的氢-氧-氢组成，其形状导致有氢的一边显正电荷（正电性的），而另一边显负电荷（负电性的）。

这解释了与物理和化学反应有关的水的许多特性。

它也解释了为什么水被吸附到带电的离子上。

光线穿透水可见光穿过水体遵循一个称为“比尔定律”（Beer’s law）的负指数关系。

由于水激烈地吸收了红外线的辐射，太阳光谱的红外线部分随水深增加而急剧耗竭。

因此，由于县浮的固体（泥沙）引起的混浊，将急剧地使可见光衰竭。

水和温度水的两个特性使它特别适合于作为许多生物栖息的一种介质。

（i）水有高的热容量，（ii）4℃时水的密度最大。