生態學/生物圈組織

第 2 章。生物圈內的組織

生物圈的單位

您已經瞭解了生物圈一詞的定義。本章將探討以下問題：生物圈是如何組織的？我們首先將從不同尺度上觀察這種組織方式，以使您熟悉生態學中使用的重要術語。在後面的章節中，我們將詳細介紹這裡僅介紹的概念的細節和重要性。

生態學家將生態系統視為基本結構單位，這意味著生物圈是由可定義的生態系統集合或鑲嵌而成的。然而，生態系統實際上更多的是概念性的，而不是實際存在的。我們的意思是，生態系統的可定義邊界更多地存在於生態學家的腦海中，而不是地理上。我們當然可以觀察到自然界中存在許多邊界——有些相當清晰——而我們所觀察到的則是不同條件下體積之間的物理表現形式。這些是生物圈，是生物圈的細分。以湖岸或水面為例；生物圈之間的過渡——陸地、空氣或大氣以及水體——在隨意觀察時是清晰可辨的。但它們真的是這樣嗎？

毫無疑問，在重力的作用下，液態水會從氣態空氣中分離出來——存在湖面。但在岸邊，水會滲入土壤或岩石中的空隙中，只要土壤或岩石中的空隙允許。持續飽和水分的土壤變成溼地。此外，大氣中的氣體溶解在湖水裡，水分子以氣態水分的形式從湖裡飄出來，也許在涼爽的早晨以霧的形式出現。邊界的清晰度既是真實的，也是虛幻的。真實性是因為在每個單獨的空間或體積（空氣、陸地、水）中遇到的條件非常不同。虛幻性是因為沒有一個生物圈與相鄰的生物圈完全隔離，並且通常每個生物圈都會對其他生物圈產生影響。

到目前為止，我們只考慮了物理環境。生態系統包括生物。我們可以預期，大多數生物，雖然肯定不是全部，都會沿著上述相同的物理邊界進行分類。也就是說，魚類只會發現適合在湖裡生存的條件；針葉樹只會生長在高地。然而，生物與相鄰生物圈之間的隔離程度並不比物質世界中的物質之間的隔離程度更高。許多魚類的食物是隻生活在陸地上並穿過大氣的昆蟲，這些昆蟲在死亡或意外情況下會掉進水裡。針葉樹從地球上吸收水分，有些直接從湖泊或與湖泊相連的地下水體中吸收水分。生態學家使用生物群落一詞來指代以特定的一組物理條件和統一的動植物物種組合為特徵的地理單位。考慮到我們上面的例子，湖泊是主要淡水生物圈的一部分，並且將是它所在的區域的生物群落，可能是構成該生物群落的許多池塘和湖泊之一。生物區系是生物圈的一個細分，它由彼此相似的生物群落組成；因此，我們的湖泊只是溫帶地區、淡水、湖泊生物區系的一個例子。

"生物群落"、"生物區系"和"生物圈"這些術語滿足了描述性生態學的需要。我們可以籠統地談論構成沙漠生物區系或北方森林生物區系的生物形式和氣候條件。我們可以根據我們照片中所展示的例子，描述湖泊、沼澤地和高地森林生物群落，每個生物群落都有一個獨特的物種清單，這些物種可能只存在於明斯克附近的該地理區域（在我們照片的例子中），或者更廣泛地分佈在整個大陸。

蓋婭理論

考慮構成生態系統的物種之間的功能關係的重要性，以及這些關係如何有助於生態系統的生存。考慮到生態系統在大多數情況下不是孤立的單位，而是更大功能整體的一部分，其最廣泛的意義是生物圈。地球上所有的生命以及至少那些被地球上的生命利用和改造的物理事物，有可能是一個巨大的、整合的系統嗎？

閱讀蓋婭理論（點選您感興趣的連結。）

物種和棲息地

在生物學中，物種的概念是基礎。一個物種包括一群相關的有機體，它們共享一個或多或少的獨特形式，並且能夠相互交配。根據恩斯特·邁爾的觀點，物種是

實際或潛在的相互交配的自然種群群體，這些群體在繁殖上與其他此類群體隔離.

閱讀物種（雖然您已經熟悉了生物學學習中的這些材料，但您應該探索這個主題以獲得更完整的理解）

在生物學中，通常情況下，關注物種概念主要是分類學和分類學家的工作。在生態學中，更重要的方面是物種種群（或我們經常使用的種群一詞）。請注意，在邁爾的簡單定義中，"相互交配的種群"在某種程度上是中心。在生態學中，我們不太關注"潛在的相互交配"可能意味著什麼，而是對實際上正在相互交配的個體群體更感興趣。這並不意味著所有現存（同時存在的）成員之間必須進行有性繁殖，而是意味著存在一個開放的基因庫，每個成員都有可能對基因庫做出貢獻。物種的概念將包括所有那些因距離遙遠和物理障礙而被隔開的個體，只要它們仍然可以繁殖。物種種群考慮了可能實際上存在的隔離，通常將一個物種分成多個種群。在種群內部，等位基因假設會隨著時間的推移而自由流動，在構成種群的各個有機體的細胞核中保持（在任何給定的時間點）。

在描述圍繞物種集合或群落的生態條件時使用棲息地一詞，我們指的是一個生物群落。許多生態學家將原始定義的棲息地一詞擴充套件到涵蓋相對於物種群落的物理引數，但其他人會在這種情況下用"生物群落"一詞替換"棲息地"一詞。請注意，這與上面定義的"生物群落"並不完全相同，上面定義的"生物群落"包括生物群落以及物理或非生物環境。奧德姆 (1959，第 28 頁) 指出，"棲息地... 包括其他有機體以及非生物環境... [但] 對群落棲息地的描述只會包括後者"——這與當今大多數生態學家的觀點相反。

任何試圖將生態組織單位的生物和非生物成分割槽分開來的生態學術語都會遇到這種困難。考慮到如果鳥類的棲息地是它居住的地方，而鳥類住在松樹林裡（實際上是在松樹枝上），那麼該鳥類的物理環境（"棲息地"）就必須包括一種生命形式（松樹）；現在將這種推理擴充套件到任何型別的無脊椎動物，例如跳蚤或絛蟲，它們確實在其他有機體上或體內度過了大部分生命。棲息地的一個相當可靠的定義將是物種的環境（Sweet，2005）。

閱讀棲息地（您只需要在必要時點選連結以澄清術語；包括以下內容：）

閱讀生物群落

生態位或生態位本質上是指一個物種所做的事情。我們不是指它參與的活動（雖然這些活動可能很相關），而是指物種在生態系統執行中所扮演的角色："有機體在其群落中的功能狀態"（查爾斯·埃爾頓，在奧德姆，1959 年）。

閱讀生態位（您只需要在必要時點選連結以澄清術語）

棲息地選擇

棲息地的選擇會影響繁殖成功。物種是如何選擇居住地的？韋克爾 (1963) 和克洛普弗 (1963) 確定這種選擇部分是遺傳的。它也是部分心理上的。棲息地選擇是脊椎動物中常見的行為。普通蛇（Thamnophis elegans）會選擇中等厚度的岩石，而不是更厚或更薄的岩石，從而將它們喜歡的體溫保持更長時間（Huey 等人 1989，Huey 1991）。許多物種在棲息地選擇方面表現出一定程度的靈活性。有機體往往被迫做出這些選擇，有時會選擇不太合適的棲息地。最佳棲息地會更快地被佔據，然後是邊緣棲息地，然後是貧瘠的棲息地，那裡的繁殖成功率會受到限制（Fretwell 和 Lucas 1969）。

我們剛剛接觸到作為生態學家所關注或感興趣的物種種群生物學的許多方面，這個主題將在《指南》第 5 章中得到更深入的探討。

概述

只有一個已知的生物圈，即地球上的生物圈。生物圈可以細分為若干個生物迴圈，每個生物迴圈都具有相當特殊的總體物理特徵，並受行星動力學（尤其是重力）決定的地理和地形的限制。生物迴圈又分為生物區，它們在基本物理屬性和生命形式方面都相似。生物區由許多生物群落組成，它們是景觀的劃分，具有相似的物理屬性和或多或少一致的物種組成。一些生態學家會使用“生物群落”來指代這種組織層次的物理屬性，並使用生物群落來指代生物成分。然而，這種對高度整合和複雜生態系統的定義性劃分難以維持。在物種種群（本質上是生物及其親屬）的水平上，棲息地描述了它的發現地，即該物種在景觀中的出現地。一個截然不同的術語，生態位，描述了生物在生態系統中的功能作用。生態系統概念不同於傳統的（或“舊的”）生物學，因為它明確強調了生物體之間的功能關係。

參考文獻

Clements, Frederic E., and Victor E. Shelford. 1939. Bio-ecology. John Wiley & Sons, New York. 425 pp.
Forbes, S.A. 1887. The lake as a microcosm. Bull. Sc A. Peoria. Reprinted in Ill. Nat. His. Surv. Bull., 15: 537-550 (1925).
Fretwell, S. D., and H. L. Lucas. 1969. On territorial behavior and other factors influencing habitat distribution in birds. Acta Biotheoretica 19:16-36.
Friedrichs, K. 1930. Die Grundfragen und Gesetzmässigkeiten der landund forstwirtschaftlichen Zooligie. Paul Parey, Berlin. 2 vols.
Hess, R. W., W. C. Allee, and K. P. Schmidt. 1951. Ecological animal geography. John Wiley & Sons, Inc., New York. 715 pp.
Huey, R. B. 1991. Physiological consequences of habitat selection. American Naturalist 131:S91-S115.
Huey, R. B., C. R. Peterson, S. J. Arnold, and W. P. Porter. 1989. Hot rocks and not-so-hot rocks: Retreat site selection by garter snakes and its thermal consequences. Ecology, 70:931-944.
Klopfer, P. 1963. Behavioral aspects of habitat selection: The role of early experience. Wilson Bull. 75:15-22.
Odum, E. P. 1959. Fundamentals of ecology. W. B. Saunders Co., Philadelphia and London. 546 p.
Sweet, M. H. 2005. Biology 357, Ecology Lecture Syllabus, Spring 2005. Texas A & M University. URL: [1]
Thienemann, August. 1939. Grundzüge einer allgemeinen Oekologie. Arch. Hydrobiol., 35: 267-285.
Vernadsky, W. I. 1944. Problems in biogeocemistry. II. Trans. Conn. Acad. Arts, Sci., 35: 43-494.