生态学-精要速览系列

-1-生态学－精要速览系列A引言A1什么是生态学核心概念生态学定义：生态学是研究有机体与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。个体、种群、群落和生态系统：有4个可辨别尺度的亚部分：1）探讨个体对其环境的反映；2）研究单个物种的种群对于环境的反映，和探讨诸如多度及其波动等的过程；3）群落的组成和结构；4）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。生态学研究并不局限于“自然”系统－了解人类对自然影响的人工生态系统（例如农田）的生态学也都是研究的重要领域。生物环境即来自其他有机体的影响，如竞争、捕食、寄生和合作。词汇索引Ecology,Definitionof生态学，定义为Peacock孔雀Developmentrate发育率Heritabletrait可遗传特征“Forthegoodofthespecies”对物种有好处ModelsinEcology生态学模型Habitat生境（栖息地）Multidimensionalnichespace多维生态位空间Tradeoffs权衡Constraints约束Evolution进化的Physical物理的Naturalselection自然选择词汇解析Organism生物体-2-Bioticandabiotic生物性与非生物性Cyclingofnutrients养分循环Abundanceandevolution物种丰富度与进化Energyflow能量流动Foodwebs食物链Comprise包括Availability有效性与可得性A2生态学的认知观生态学是科学：生态学是一们纯科学学科，目标是了解有机体与其环境的相互关系，要分清楚科学观点与生态学知识的政治和社会影响的事件。生态学只有按照进化论才可理解：有机体的多样性，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。“对物种有利”现象并不存在：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。基因和环境都都重要：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。决定有机体构造的基因，同样具有根本的重要性。理解复杂性要求模型：清楚的认识自然物种特异问题，然后形成可以检验的假设是必需的，并以数学的思想方法构造假说常是很有用的。要有分层次的解释：有些现象已经被“解释了”，更进一步的解释也是很好的。有机体具有很多限制：约束基本上有两类：1）物理的；2）进化的。机会是重要的：随机事件在生态学中起关键的作用。机会的作用也与有机体过去进化综合在一起，但它必然位于可预测的生态模式细节的潜在水平之边缘。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，数学、化学和物理学都是理解生态学的基本工具。词汇索引Realizedniche实际生态位Mutualism互利共生Competitionandpredation竞争与捕食Environmentalvariation环境变化Bacterialsymbionts细菌共生体Phenotype表型-3-Phenotypeplasticity表型可塑性Foragingbehavior觅食行为Starlings椋鸟的Bats蝙蝠的Population种群Oligotrophic贫营养的Rain降雨词汇解析Ecosystem生态系统Molecular分子的Pitfall错误或陷阱Discipline学科Inthelightof根据Species物种Gene基因Complexity复杂性Scales尺度Diagnose判断Multiple多样的B1适应适合度：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。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。词汇索引-4-Bloodosmolarity血液渗透性Conditions条件Stickycatchfly麦瓶草Tradewinds信风Tolerance耐受Fitness适合度Survivalofthefittest适者生存词汇解析Domain领域Canopy冠层Breach违反Boundaries界限Exclude排除Offspring子孙后代Subsequent后来的Humansuntan人的晒黑Morph单生或群居方式Acidity酸度Salinity碱度B2应付环境变异条件：引起有机体对其反应的、可变的环境因子是条件，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，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一定时间尺度范围内不断变化着的外界环境。有些环境因子的变化以秒或分计，有些以更长时间如冰河周期。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化。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。大型有机体比小型的更易从其外部环境中退耦。负反馈：大多数生物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太高（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。-5-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。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。在此极端中通常不出现生长，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。词汇索引Resources资源Ostrich鸵鸟Osmoregulation渗透调节Cctopuseye章鱼Mycorrhizae菌根Chanceevents随机事件Community群落Spiderbeetle澳洲蛛甲虫Bat,foragingbehavior蝙蝠觅食行为Negativefeedback负反馈Passengerpigeon旅鸽Vertebrateeye,blindspot脊椎动物眼，盲眼词汇解析Parasitism寄生关系Useupordeplete耗尽Fluctuate波动External外表的Elevate提升Utilize利用Dimension维度Prey被捕食者Forage铸造B3生态位生态位：有机体在它的环境中所处的位置，包括它发现的各种条件，它所利用的资源和它在那里的时间。-6-栖息地：是它所处的物理环境，例如，温带阔叶林。每一栖息地提供许多生态位。多维生态位：多维生态位：有机体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。全面确定所有维度，是多维生态位空间。基础生态位：在没有竞争和捕食出现时，有机体的生态位空间叫做基础生态位。实际生态位：当有竞争和捕食时，有机体所占有的生态位空间是实际生态位，实际生态位始终是基础生态位的一个子集。词汇索引Evolution进化的Physical物理的Naturalselection自然选择Solarspectrums太阳光谱Solarradiation太阳辐射Energyflow能量流动Chemicalproperties化学性质Balance平衡Heathbedstraw石南拉拉腾词汇解析Insectivorous以虫为食的Dashline破折线Hoarybat灰白蝙蝠Illustration图解Performance性能Lethal致命的Dilute稀释的Kidney肾Retinal视网膜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-7-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发替代了热空气，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（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，造成海平机的不平衡。例如，北美洲的海平面在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，所以冷却使热空气凝结成小水滴。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1000米温度下降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。水蒸汽转变为水滴了，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。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）决定了热转换速率。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。-8-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现明显。白天，水蒸气的转运通常是向上的。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%以上的生命性质。水分子是由具有105O角的氢-氧-氢组成，其形状导致有氢的一边显正电荷（正电子），而另一边显负电荷（负电子）。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’slaw）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，由于悬浮的固体（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。高热容量意味着它能吸收热能，而只增加很少的温度。其结果使水生生物减少了受温度波动的影响。在较低温度时，水的密度增加，因而也更重，最大的密度发生在4℃。因此，冰浮在水上，水体从上向下冻结。这种现象保护了水生生物，因为冰作为一种绝热体，阻止下层水的温度进一步降低。能量转换和水相：在陆地温度中，水很容易从蒸汽转化成液相和固相，同时释放或吸收大量的热。例如，1g水蒸发，大约需要2430J的热量，即汽