基督復臨安息日會青年榮譽解答手冊/自然/生態學 - 高階
| 生態學 - 高階 | ||
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| 自然 世界總會 |
技能等級 3 | 
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| 引入年份：1972 | ||
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生態學 - 高階榮譽是 自然保護大師獎 的組成部分。 |
- “在任何過程中，宇宙的總能量保持不變。”
更簡單地說，第一定律指出能量不能被創造或毀滅；相反，在穩態過程中損失的能量量不能大於獲得的能量量。
這是熱力學系統能量守恆的陳述。 它指的是一個封閉系統透過兩種方式向周圍環境傳遞能量 - 透過加熱（或冷卻）過程和機械功過程。 系統儲存能量的增益或損失率由這兩個過程的速率決定。 在開放系統中，物質流動是另一種能量傳遞機制，並且必須在第一定律的表示式中包含額外項。
從生態學的角度來看，第一定律表明生物的能量必須來自某個地方，並且也必須流向某個地方。 初級生產者將能量從太陽傳遞到初級消費者，再傳遞到食物鏈頂端的次級消費者。 一路上，一些能量以熱量的形式消散。
- “處於非平衡狀態的孤立系統的熵會隨著時間的推移而增加，在平衡狀態下接近最大值。”
可以將熵視為混亂或無序的度量。 高熵意味著高無序。 低熵意味著高有序。 因此，例如，一個破杯子比一個完整的杯子更有序，更混亂。 同樣，固體晶體是物質最有序的形式，具有非常低的熵值；而氣體高度無序，具有很高的熵值。 更重要的是，樹木是一種高度有組織的生物單位，但當它燃燒時，大部分能量會轉化為熱量，而熱量是高度無序的。
第二定律指出，孤立系統的無序性增加，或者說該系統中的有序性降低。 它隨著時間的推移變得更加混亂。 熱力學是研究能量傳遞的科學。 第二定律規定，當能量從一種狀態傳遞到另一種狀態時，宇宙的熵必須增加。 一個很好的例子是溫血動物散熱。 能量最初以高度有序的形式存在於動物體內。 當動物代謝食物能量並形成熱量時，熱量以高度無序的形式從動物體內輻射出來。
每當能量從一個生物體傳遞到另一個生物體時，一些能量就會損失，主要以熱量的形式損失。 事實上，在低營養級生物體中，只有大約 10% 的能量可以傳遞到下一個營養級的生物體。 由於這種低效率，營養級總是以金字塔的形式出現，初級生產者構成塔基，次級和三級消費者構成塔頂。
三個基本的營養級別是初級生產者、初級消費者和次級消費者。
在陸地生態系統中，草等植物是初級生產者，構成第一個營養級（初級生產者）。 接下來是吃草的食草動物（初級消費者），例如兔子。 接下來是吃兔子的食肉動物（次級消費者），例如山貓。
請記住，營養關係很少如此簡單。 通常情況下，它們更像“網”，而不是“鏈”。 例如，美洲獅可能會吃兔子和山貓。 美洲獅的營養分類存在於兩個或多個級別。
更多資訊請參見http://www.botany.uwc.ac.za/sci_ed/grade10/ecology/trophics/troph.htm
數量金字塔試圖透過展示每個營養級上的生物數量來闡釋營養關係。草本植物的數量將始終高於斑馬的數量，而斑馬的數量又將高於獅子的數量。數量金字塔傾向於過分強調較低級別的重要性，因為它沒有考慮生物的大小，只考慮了數量。
數量金字塔使用每平方米生物數量對每個級別進行量化。
生物量金字塔透過展示每個營養級上生物量（不含水）的數量來闡釋營養關係。這比數量金字塔有所改進，但它仍然傾向於過分強調較低級別的重要性，因為它沒有考慮每個級別的生產力。在海洋中，藻類構成食物金字塔的底部。雖然藻類壽命很短，但繁殖速度非常快。這導致其生物量實際上小於下一個營養級浮游動物的生物量。浮游動物比藻類壽命長得多，繁殖速度也更慢。
生物量金字塔通常使用每平方米克來量化每個級別。
能量金字塔透過展示每個營養級上的能量數量來闡釋營養關係。由於並非所有能量都能向上傳遞到金字塔，它還顯示了每個級別的效率。
能量金字塔通常使用每平方米卡路里來量化每個級別。
在生態學和地球科學中，生物地球化學迴圈是指化學元素或分子在生態系統的生物（“bio-”）和非生物（“geo-”）部分之間移動的迴圈或途徑。實際上，元素會被回收利用，儘管在一些這樣的迴圈中可能存在一些地方（稱為“匯”），這些地方元素會積累或長時間儲存。
生物體中所有化學元素都是生物地球化學迴圈的一部分。除了作為生物體的一部分，這些化學元素還會迴圈透過生態系統的非生物因素，如水（水圈）、陸地（岩石圈）和空氣（大氣圈）；地球的生物因素可以統稱為生物圈。生態系統中生物體使用的所有化學物質、營養物質或元素，如碳、氮、氧、磷，都以封閉系統運作，這意味著這些化學物質會被迴圈利用，而不是像開放系統那樣不斷流失和補充。生態系統的能量以開放系統運作；太陽不斷以光的形式為地球提供能量，而能量最終在食物網的營養級中以熱的形式使用和流失。
地球不會像接收光那樣不斷接收更多化學物質；它只有形成時所擁有的那些化學物質，獲得更多化學物質或營養物質的唯一途徑是偶爾來自外太空的隕石。由於化學物質以封閉系統運作，不能像能量那樣流失和補充，因此這些化學物質必須在使用這些化學物質或元素的所有地球過程中迴圈利用。這些迴圈包括生物圈和非生物的岩石圈、大氣圈和水圈。術語“生物地球化學”的詞綴取自這些迴圈：Bio 指的是生物圈。Geo 集體指岩石圈、大氣圈和水圈。Chemical 當然是指經歷迴圈的化學物質。
有時化學物質在一個地方長時間儲存。這個地方被稱為儲庫，例如包括儲存碳很長時間的煤礦床。當化學物質只儲存很短時間時，它們就被儲存在交換池中。一般來說，儲庫是非生物因素，而交換池是生物因素。交換池的例子包括植物和動物，它們暫時在其系統中使用碳，然後將其釋放回空氣或周圍介質。與煤礦床相比，碳在植物和動物中儲存的時間相對較短。化學物質在一個地方儲存的時間稱為其停留時間。
最著名和最重要的生物地球化學迴圈包括碳迴圈、氮迴圈、氧迴圈、磷迴圈和水迴圈。
生物地球化學迴圈始終涉及平衡狀態：元素在隔室之間迴圈的平衡。但是，整體平衡可能涉及全球範圍內分佈的隔室。
生態學中特別感興趣的生物地球化學迴圈包括
氮迴圈是一個更復雜的生物地球化學迴圈，但它也迴圈透過生物部分和非生物部分，包括水、陸地和空氣。氮是一個非常重要的元素，因為它既是蛋白質的一部分，存在於構成蛋白質的氨基酸的組成中，又是核酸的一部分，如 DNA 和 RNA，存在於含氮鹼基中。氮的最大儲庫是大氣，其中大約 78% 的氮以氮氣 (N2) 的形式存在。氮氣透過稱為氮固定的過程進行“固定”。氮固定將氮與氧結合形成硝酸鹽 (NO3)。
然後植物或動物（以植物為食或以吃過植物的動物為食）可以使用硝酸鹽。氮可以透過閃電、工業方法（例如用於肥料）、土壤中的遊離固氮細菌以及豆科植物根部（如根瘤菌）中的固氮細菌進行固定。固氮細菌使用能夠將氮氣固定為硝酸鹽的某些酶，包括土壤中的遊離細菌、豆科植物中的共生細菌，以及水中的藍藻或藍綠色藻類。
在被植物和動物使用後，氮會在腐爛和廢物中被處理掉。碎屑生物和分解者分解植物和動物的碎屑，氮被轉化為氨，或氮與 3 個氫原子結合 (NH3)。氨有毒，植物和動物無法使用，但土壤中的亞硝酸鹽細菌可以吸收氨並將其轉化為亞硝酸鹽，氮與兩個氧原子結合 (NO2)。儘管亞硝酸鹽也無法被大多數植物和動物使用，但硝酸鹽細菌將亞硝酸鹽重新轉化為硝酸鹽，可被植物和動物使用。一些硝酸鹽還透過反硝化作用轉化回氮氣，反硝化作用是固氮的反過程，也稱為硝化作用。某些反硝化細菌不負責此過程。
李比希最小量定律，通常簡稱為李比希定律或最小量定律，是農業科學中卡爾·施普倫格爾（1828）提出的原理，後來由尤斯圖斯·馮·李比希推廣。它指出，生長並非由可用資源的總量控制，而是由最稀缺的資源控制。這個概念最初應用於植物或作物生長，發現增加豐富營養物質的數量不會增加植物生長。只有增加限制性營養物質（與“需求”相比最稀缺的營養物質）的數量，才能改善植物或作物的生長。
李比希用一個木桶的影像——現在稱為李比希木桶——來解釋他的定律。正如一個桶的容量受最短的桶板限制一樣，植物的生長也受供應最少的營養物質的限制。
李比希定律已被擴充套件到生物種群（並常用於生態系統模型）。例如，植物等生物體的生長可能取決於許多不同的因素，例如陽光或礦物質營養（例如硝酸鹽或磷酸鹽）。它們的可用性可能會有所不同，因此在任何給定時間，一種因素比其他因素更具限制性。李比希定律指出，生長只發生在最限制性因素允許的速度下。
謝爾福德耐受性定律
[edit | edit source]謝爾福德耐受性定律指出，物種的分佈受其耐受性最窄的環境因素控制。該定律解釋了為什麼一個物種在某些地區存在，而在其他地區不存在。請記住，耐受性既有下限也有上限——資源不足或過量都會限制物種的生存能力。當任何一個因素超過耐受性時，物種就會滅絕。對生物環境的微小甚至重大改變都可能導致其死亡。生存取決於該生物對改變因素的耐受性。
8. 選擇您所在地區的生物群落，例如森林或樹林；沼澤、湖泊或池塘；牧場或草甸草原；或峽谷或溪流樹林等，該群落以某種方式受到干擾或生態失衡。描述它，包括它如何以及在多大程度上受到干擾。然後，提出關於如何改善該群落的建議，並在可能的情況下，貫徹執行並以某種方式幫助改善它。
[edit | edit source]這個要求和環境保護榮譽的第 5 個要求都可以用同一個活動來滿足。任何對生態學感興趣的先鋒者也應該對環境保護感興趣，所以同時完成這兩項榮譽會更有優勢。此外，這兩項榮譽（以及生態學，它是這項榮譽的先決條件）都算在保護大師獎中，所以獲得這兩項榮譽的動力更大。
9. 在您所在地區花費至少 20 個小時進行積極的、富有成效的生態專案工作。這可以單獨完成，也可以作為小組完成。描述專案的總體情況，但具體說明您在專案中的參與部分。
[edit | edit source]這個專案可以是前面要求中提到的專案，也可以是一個全新的專案。報告可以是書面或口頭形式，也可以是為先鋒者在野營活動、安息日學校課程，甚至在安息日早晨向教會全體成員進行的展示。
10. 定義以下術語
[edit | edit source]- a. 群落
- 在生態學中，群落是指不同物種的種群集合，它們相互作用。
- b. 原材料
- 原材料是指生物體需要的，但無法自己製造的物質。它們必須在生物體的環境中找到。
- c. 光合作用
- 光合作用是指生物體將光能轉化為化學能的過程。原材料是二氧化碳和水，能量來源是陽光，最終產物包括葡萄糖和氧氣。可以說，它是最重要的生化途徑，因為幾乎所有生命都依賴於它。
- d. 化能合成
- 化能合成是指利用無機分子（例如氫氣、硫化氫）或甲烷的氧化作為能量來源，而不是陽光，將一個或多個碳分子（通常是二氧化碳或甲烷）和營養物質轉化為有機物的生物學過程，就像光合作用一樣。在熱液噴口、甲烷水合物、冷泉和鯨落處，化能合成初級生產可以支撐大量的動物種群。
- e. 自養
- 自養（來自希臘語 autos = 自己和 trophe = 營養）是指從簡單的無機分子和外部能量來源（例如光或無機化合物的化學反應）生產複雜的有機化合物。自養生物被認為是食物鏈中的生產者。進行光合作用的植物和其他生物被稱為光養生物（或光合自養生物）。利用氧化無機化合物（如硫化氫、銨或亞鐵）作為能量來源的細菌被稱為化能自養生物（其中一些被稱為岩石營養生物）。
- f. 異養
- 異養（希臘語 heterone = (an)other 和 trophe = 營養）是指生物體利用有機底物來獲取其用於生長和發育的碳。異養生物被稱為食物鏈中的消費者。與利用無機二氧化碳或碳酸氫鹽作為唯一碳源的自養生物形成對比。所有動物都是異養的，真菌和許多細菌也是如此。
- g. 生態平衡
- 如果生態系統的所有生物地球化學迴圈都能完成其迴圈，那麼該生態系統就處於生態平衡狀態。
- h. 腐生生物
- 腐生生物（或腐生營養生物）是指從非生物有機物（通常是死亡和腐爛的動植物物質）中獲取營養的生物，方法是吸收可溶性有機化合物。由於腐生營養生物無法自己製造食物，因此被認為是一種異養生物。它們包括許多真菌（其餘真菌是寄生、共生或互惠共生體）、細菌和原生動物。動物食腐動物，如糞便甲蟲、兀鷲和一些不進行光合作用的特殊植物，有時也被稱為腐生營養生物，但更常被稱為腐食動物。
- i. 分解者
- 分解者和碎屑食動物利用來自廢物或死亡生物體的能量，從而透過將營養物質返回土壤或水中以及將二氧化碳返回空氣和水中來完成迴圈。
- j. 生產者
- 生產者（自養生物）利用來自太陽的能量和來自非生物環境的營養物質（來自空氣或水的二氧化碳，來自土壤或水的其他營養物質）進行光合作用並生長。生產者通常是綠色植物（那些具有葉綠素的植物）。
- k. 消費者
- 消費者（異養生物）是指以其他生物為食的生物。
- l. 限制性因素
- 在生物學、農業科學、生理學和生態學中，限制性因素是指控制過程的因素，例如生物體生長或物種種群規模或分佈。食物的可用性、捕食壓力或庇護所的可用性是限制特定地區物種種群的因素示例。
11. 找到一個與生態學相關的先知書的引文和聖經經文，並解釋它們的關聯性及其在當今的應用。
[edit | edit source]先知書
[edit | edit source]這篇文章是一個可能的選項
- 在耶洗別和她不敬虔的祭司的影響下，人們被教導說那些被設立的偶像神是神明，他們透過神秘的力量統治著地、火和水。天上的所有恩惠——流淌的小溪、活水的溪流、輕柔的露水、滋潤大地、使田地豐收的雨水——都被歸功於巴力和阿斯塔特的恩典，而不是賜予一切美善和完全禮物的賜予者。人們忘記了山丘和山谷、河流和泉水都在永生神的掌管之中，是他控制著太陽、天上的雲彩以及自然界的所有力量。 - 《衝突與勇氣》，第 198 頁
另一個極好的文字是《先知與先賢》的第二章，它描述了亞當如何被賦予了對新創造的地球的統治權。
詩篇 8 宣稱上帝使人掌管地球
- 你使他掌管你手所造的；
- 你使萬物服在他的腳下，
- 一切牛羊——
- 甚至野地裡的牲畜，
- 空中的飛鳥，
- 還有海里的魚
- 在海中行走的。 - 新譯本
如果上帝把這些東西交給人類管理，那麼人類就有責任照顧好它們。
- 維基百科文章