生態(tài)學(xué)

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生態(tài)學(xué)
The Earth seen from Apollo 17.jpg
Hawk eating prey.jpgEuropean honey bee extracts nectar.jpg
Bufo boreas.jpgBlue Linckia Starfish.JPG
生態(tài)學(xué)專注于所有尺度的生命，從微小的細(xì)菌，到涵蓋了整個(gè)地球的過程。生態(tài)學(xué)家研究物種之間的許多不同的和復(fù)雜的關(guān)系，如捕食和授粉。生命的多樣性按照不同的棲息地被組織，從陸生的（中）到水生的生態(tài)系統(tǒng)。
Nicola Perscheid - Ernst Haeckel.jpg Warming,Eugen-c1900.jpg
德國生物學(xué)家恩斯特·?？藸枺ㄗ螅┖偷溨参飳W(xué)家尤金紐斯·瓦爾明（右），兩位生態(tài)學(xué)的建立者

生態(tài)學(xué)（德語：?kologie），是德國生物學(xué)家恩斯特·海克爾于1866年定義的一個(gè)概念：生態(tài)學(xué)是研究生物體與其周圍環(huán)境（包括非生物環(huán)境和生物環(huán)境）相互關(guān)系的科學(xué)。[1]德語?kologie（最初：Oecologie）是由希臘語詞匯Οικοθ（家）和Λογοθ（學(xué)科）組成的，意思是“研究居住在同一自然環(huán)境中的動(dòng)物（Lebewesen）的學(xué)科”，目前已經(jīng)發(fā)展為“研究生物與其環(huán)境之間的相互關(guān)系的科學(xué)”[2]。環(huán)境包括生物環(huán)境和非生物環(huán)境，生物環(huán)境是指生物物種之間和物種內(nèi)部各個(gè)體之間的關(guān)系，非生物環(huán)境包括自然環(huán)境：土壤、巖石、水、空氣、溫度、濕度等。[3]

在1935年英國的Tansley提出了生態(tài)系統(tǒng)的概念之后，美國的年輕學(xué)者Lindeman在對Mondota湖生態(tài)系統(tǒng)詳細(xì)考察之后提出了生態(tài)金字塔能量轉(zhuǎn)換的“十分之一定律”，也就是同一條食物鏈上各營養(yǎng)級之間能量的轉(zhuǎn)化效率平均大約為10％左右[4]。由此，生態(tài)學(xué)成為一門有自己的研究對象、任務(wù)和方法的比較完整和獨(dú)立的學(xué)科。近年來，生態(tài)學(xué)已經(jīng)創(chuàng)立了自己獨(dú)立研究的理論主體，即從生物個(gè)體與環(huán)境直接影響的小環(huán)境到生態(tài)系統(tǒng)不同層級的有機(jī)體與環(huán)境關(guān)系的理論。它們的研究方法經(jīng)過描述——實(shí)驗(yàn)——物質(zhì)定量三個(gè)過程。系統(tǒng)論、控制論、信息論的概念和方法的引入，促進(jìn)了生態(tài)學(xué)理論的發(fā)展。如今，由于與人類生存與發(fā)展的緊密相關(guān)而產(chǎn)生了多個(gè)生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)，如生物多樣性的研究、全球氣候變化的研究、受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建研究、可持續(xù)發(fā)展研究等。

生態(tài)學(xué)是生物學(xué)的一個(gè)分支，生物學(xué)的研究對象向微觀和宏觀兩個(gè)方面發(fā)展，微觀方面向分子生物學(xué)方向發(fā)展，生態(tài)學(xué)是向研究宏觀方向發(fā)展的分支，是以生物個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)直到整個(gè)生物圈作為它的研究對象。生態(tài)學(xué)也是一個(gè)綜合性的學(xué)科，需要利用地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、氣象學(xué)、土壤學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等各方面的研究方法和知識，是將生物群落和其生活的環(huán)境作為一個(gè)互相之間不斷地進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的整體來進(jìn)行研究。

目錄

綜合層次，范圍和組織的規(guī)模

生態(tài)學(xué)分支

生態(tài)學(xué)也有自己的分支，依照研究對象分為：

而生態(tài)學(xué)在自然學(xué)科的基礎(chǔ)之上又把其研究方法與領(lǐng)域擴(kuò)展到社會(huì)科學(xué)之中：

生物多樣性

生物多樣性是一個(gè)區(qū)域中基因、物種和生態(tài)系統(tǒng)的總和。一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，組成的成分越多樣，能量和物質(zhì)流動(dòng)的途徑越復(fù)雜，食物鏈網(wǎng)的組成越錯(cuò)綜，生態(tài)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的能力越強(qiáng)；成分越單調(diào)、結(jié)構(gòu)越簡單，應(yīng)對環(huán)境變化的能力越低。因此生物多樣性也是衡量一個(gè)區(qū)域環(huán)境狀況的指標(biāo)。

動(dòng)物棲地

珊瑚礁的生物多樣性。珊瑚適應(yīng)并形成碳酸鈣骨骼改變他們的環(huán)境。這提供了后代的生長條件，形成了一個(gè)許多其它物種的動(dòng)物棲地。[5]

生態(tài)位

主條目：生態(tài)位

生物圈

Ecologia.jpg
主條目：生物圈

從生態(tài)學(xué)角度來看，地表從地下11公里到地上15公里高度是由巖石圈、水圈和大氣圈組成的，在三個(gè)圈交匯處存在著生物圈，絕大部分生物是生活在地下100米到地上100米之間[6]。

生物最早是從水圈產(chǎn)生的，逐漸向深水發(fā)展，由于大氣中氧氣含量增加，在大氣圈最外層因?yàn)橛钪嫔渚€的作用，氧分子重組形成臭氧層，臭氧層可以阻止危害生命的紫外線進(jìn)入大氣層，使得生物可以脫離水圈向陸地發(fā)展。陸地環(huán)境不同區(qū)域差異較大，為了適應(yīng)環(huán)境，生物發(fā)展出許多不同種類。

能量在不同的圈內(nèi)流動(dòng)，綠色植物吸收太陽光能，轉(zhuǎn)換成化學(xué)能貯存，動(dòng)物取食植物吸收植物的能量，太陽能絕大部分被大氣圈、水圈和巖石圈吸收，增加溫度，造成風(fēng)、潮汐和巖石的風(fēng)化裂解。地球本身的能量表現(xiàn)在火山爆發(fā)、地震中，也不斷地影響其他各圈。能量的主要來源是太陽，在地球中不斷地被消耗。

物質(zhì)則可以各圈內(nèi)循環(huán)，而沒有多大的消耗，以二氧化碳形式存在的碳被植物吸收，經(jīng)植物和動(dòng)物的呼吸作用排出，被動(dòng)植物固定在體內(nèi)的水、鈣和其他微量元素，一旦死亡會(huì)重新分解回到其他自然圈，有可能積累形成化石礦物。如植物遺骸形成煤、動(dòng)物遺骸形成石油、硫細(xì)菌遺骸形成硫磺礦等。

生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)

生態(tài)系統(tǒng)

在自然界一定范圍或區(qū)域內(nèi)，生活的一群互相依存的生物，包括動(dòng)物、植物、微生物等，和當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境一起組成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)里的非生物因子（例如空氣、水及土壤等）與其間的生物之間具交互作用[7]，物質(zhì)和能量的流動(dòng)達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。生態(tài)系統(tǒng)大小不一，多種多樣，小到一滴湖水、一個(gè)獨(dú)立的小水塘、熱帶雨林中一棵大樹；大到一片森林、一座山脈、一片沙漠都可以是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。

一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)具有自己的結(jié)構(gòu)，可以維持能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，地球上無數(shù)個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，匯合成整個(gè)生態(tài)圈的總能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物種的數(shù)量比例、能量和物質(zhì)的輸入與輸出，都處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，如果環(huán)境因素變化，生態(tài)系統(tǒng)有自我調(diào)節(jié)恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的功能，如果環(huán)境因素緩慢的變化，原有的生物種類會(huì)逐漸讓位給新生的，更適應(yīng)新的環(huán)境條件的物種，這叫做生態(tài)演替。但如果環(huán)境變化太快，生物來不及演化以適應(yīng)新的環(huán)境，則造成生態(tài)平衡的破壞。

生態(tài)系統(tǒng)之間并不是完全互相隔絕的，有的物種游動(dòng)在不同的生態(tài)系統(tǒng)之間，每個(gè)生態(tài)系統(tǒng)和外界也有少量的物質(zhì)能量交換。人類會(huì)創(chuàng)造人工生態(tài)系統(tǒng)，如農(nóng)田的單一物種，城市的生態(tài)系統(tǒng)，都是人工創(chuàng)造的，人工生態(tài)系統(tǒng)一離開人類的維護(hù)，就會(huì)破壞，恢復(fù)到自然狀態(tài)。

食物網(wǎng)

食物鏈的例子：螳螂捕蟬

一切生物都是通過從外界攝取能量和物質(zhì)以維持生命的，生態(tài)系統(tǒng)中的能量和物質(zhì)流動(dòng)正是通過各種生物攝取食物的方式形成的，而這種將各種生物聯(lián)系到一起的能量和物質(zhì)流動(dòng)的鏈條則叫做食物鏈。食物鏈這個(gè)詞是英國動(dòng)物學(xué)家查爾斯·艾爾頓（C.S. Elton）于1927年首次提出的[8]，據(jù)他自己說是受到中國俗語“大魚吃小魚，小魚吃蝦米”的啟發(fā)。食物鏈包括幾種類型：捕食性、寄生性、腐生性、碎食性等，如果一種有毒物質(zhì)被食物鏈的低級部分吸收，如被草吸收，雖然濃度很低，不影響草的生長，但兔子吃草后有毒物質(zhì)很難排泄，當(dāng)它經(jīng)常吃草，有毒物質(zhì)會(huì)逐漸在它體內(nèi)積累，鷹吃大量的兔子，有毒物質(zhì)會(huì)在鷹體內(nèi)進(jìn)一步積累。因此食物鏈有累積和放大的效應(yīng)[9]。美國國鳥白頭海雕之所以一度面臨滅絕，并不是被人捕殺，而是因?yàn)镈DT逐步在它體內(nèi)積累，導(dǎo)致生下的蛋是軟殼，無法孵化[10]。一個(gè)物種滅絕，就會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡，導(dǎo)致其物種數(shù)量的變化，因此食物鏈對環(huán)境有非常重要的影響。

實(shí)際在自然界中，每種動(dòng)物并不是只吃一種食物，而是吃多種的食物，因此會(huì)形成一個(gè)復(fù)雜的食物網(wǎng)。

關(guān)鍵種

海獺是一種關(guān)鍵物種。

關(guān)鍵種是指對環(huán)境的影響與其生物量不成比例的物種。[11]這些物種對保持生態(tài)群落的結(jié)構(gòu)起著重要的作用，它們影響著生態(tài)系統(tǒng)中其他許多生物，并決定了群落中各種物種的種類與數(shù)量。關(guān)鍵物種在生態(tài)系統(tǒng)中的作用類似于拱心石在拱中的作用。如果失去關(guān)鍵物種，生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)經(jīng)歷劇烈的變化，盡管從生物量或生產(chǎn)力來衡量其只占了生態(tài)系統(tǒng)的一小部分。

生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)量

美國的保護(hù)生態(tài)郵票

生態(tài)系統(tǒng)中包括有不同的營養(yǎng)級生產(chǎn)者，主要有：

從陽光的能量中轉(zhuǎn)換多少生物量為系統(tǒng)的生產(chǎn)量，主要指第一性生產(chǎn)者的有機(jī)物總量，不同自然條件的生產(chǎn)量不同，沙漠和海洋生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)量最低，每晝夜只有不到0.1-0.3克/平方米，熱帶雨林則可以達(dá)到每晝夜10-20克/平方米。生產(chǎn)量大的生態(tài)系統(tǒng)則可以維持更多的生物存在，其自我調(diào)節(jié)能力也更強(qiáng)；生產(chǎn)量少的生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力極低，生態(tài)系統(tǒng)則非常脆弱，經(jīng)不起條件的變化和外界的破壞。

生態(tài)危機(jī)

受全球暖化影響，在瑞士阿爾卑斯山的阿萊奇冰川正在不斷后退

在自然條件下，由于環(huán)境的變化，會(huì)出現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的演替。但如果變化過快，也會(huì)出現(xiàn)大量物種滅絕的危機(jī)，如恐龍?jiān)诓坏揭蝗f年的時(shí)間內(nèi)全部滅絕；火山爆發(fā)造成當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的滅絕，都是生態(tài)危機(jī)。但最常見的是由于人類活動(dòng)造成的局部地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞，多處生態(tài)系統(tǒng)的破壞導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)圈的結(jié)構(gòu)和功能紊亂，最終會(huì)威脅人類本身的生存和發(fā)展。

生態(tài)危機(jī)的潛伏期不易被人們發(fā)現(xiàn)，一旦形成則很難再恢復(fù)，需要付出多年的努力和幾十倍到幾百倍的代價(jià)才能消除危機(jī)的影響。由于濫墾濫牧，在美國、蘇聯(lián)、中國都出現(xiàn)過“黑風(fēng)暴”現(xiàn)象，水土流失、沙漠?dāng)U大、水源枯竭、氣候異常、森林消失等生態(tài)危機(jī)都是由于人類不適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)造成的。生態(tài)危機(jī)造成的物種滅絕則永遠(yuǎn)也無法恢復(fù)，目前人類造成的生態(tài)危機(jī)還包括全球變暖、酸雨、臭氧層破壞，已經(jīng)造成全球性的生態(tài)危機(jī)，全球生態(tài)危機(jī)已經(jīng)威脅到90%以上的生物物種。

生態(tài)危機(jī)主要成因是因?yàn)槿祟愡^份發(fā)展，破壞生態(tài)環(huán)境所引致，若人類不作出改善的方法，最后威脅的是人類。

參考文獻(xiàn)

  1. ↑ Frodin, D.G.. Guide to Standard Floras of the World. Cambridge: Cambridge University Press. 2001: pp. 72. ISBN 0-521-79077-8. "[ecology is] a term first introduced by Haeckel in 1866 as ?kologie and which came into English in 1873" 
  2. ↑ Begon, M.; Townsend, C. R., Harper, J. L.. Ecology: From individuals to ecosystems. (4th ed.). Blackwell. 2006. ISBN 1405111178. 
  3. ↑ Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden. Biology: Exploring Life. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. 2006. ISBN 0-13-250882-6. 
  4. ↑ 第二章　生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)
  5. ↑ Kiessling, W.; Simpson, C.; Foote, M.. Reefs as cradles of evolution and sources of biodiversity in the Phanerozoic. Science. 2009, 327 (5962): 196–198. doi:10.1126/science.1182241. PMID 20056888. 
  6. ↑ 生物圈 [2013-12-17]. 
  7. ↑ ”Biology Concepts & Connections Sixth Edition”, Campbell, Neil A. (2009), page 2, 3 and G-9. Retrieved 2010-06-14.
  8. ↑ 李宏. 海洋中的食物鏈（海洋與科技探索之旅 ）. Green Apple Data Center. 2013. 
  9. ↑ 王琳麒. 環(huán)境新議題：戴奧辛. 科技大觀園. 行政院國家科學(xué)委員會(huì). 2008年 [2013-12-17]. 
  10. ↑ 衛(wèi)生組織重新提倡使用DDT抗擊瘧疾. 聯(lián)合國. 2006-09-15 [2013-12-17]. 
  11. ↑ Paine, R.T.. A Conversation on Refining the Concept of Keystone Species. Conservation Biology. 1995, 9 (4): 962–964. doi:10.1046/j.1523-1739.1995.09040962.x. 

外部鏈接

參見


參考來源

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