生態學/群落演替與穩定性
第 5 章。群落演替與穩定性
群落可以簡單地定義為在同一時間佔據同一地點的各種特殊種群的集合。（有關更多詳細資訊，請參見第 4 章）。因此，正如地球百科全書所定義的，群落生態學是生態學的一個分支，它研究的是物種之間以及物種與非生物環境之間的相互作用如何影響群落結構，包括物種豐富度、物種多樣性和物種丰度模式。（有關物種豐富度和物種多樣性的更多詳細資訊，請參見第 7 章）。已故的查爾斯·埃爾頓是最傑出的群落生態學家之一。最近，群落生態學家認識到，世界上的動植物正在以驚人的速度消失；這一發現導致了對群落穩定性研究的調查增加 [1]。
群落穩定性可以定義為群落抵禦變化或從變化中恢復的能力。從變化中恢復的概念被稱為復原力。一般的復原力是穩定性的一個度量，它假設系統的穩定性隨著擾動/干擾後返回平衡/非平衡解的時間的減少而增加。快速響應意味著系統迅速恢復到其平衡狀態。抵禦變化的概念被稱為抵抗力。抵抗力是衡量系統在擾動/干擾後變化程度的指標 [2] 然而，測量系統中的穩定性可能是一項艱鉅的任務。1955 年，查爾斯·埃爾頓提出了一個理論，該理論指出，正的穩定性-多樣性關係是總生物量等聚合群落指標穩定性的結果 [3]。關於穩定性的定義及其測量方法存在很大爭議。
穩定性-多樣性假說指出，群落的多樣性越高，群落的穩定性和生產力就越高。該假說是基於這樣一個基礎而形成的，即與多樣性較低的群落相比，更穩定和更具生產力的群落能夠更好地、更有效地利用其資源。穩定性指標（如群落生產力的恆定性和群落對物種損失的復原力）以及不同物種相對丰度的變化之間存在相關性。早期的研究忽視了物種丰度意外波動可能比物種相互作用在創造穩定性-多樣性關聯方面更為重要的可能性 [4]。
支援和反對該假說的觀點都有一些。支援該假說的一個論點是，害蟲爆發在耕作（受干擾）的土地上更常見。反對該論點的論點是，那裡沒有與害蟲的共同進化歷史。
支援該假說的另一個論點是，熱帶雨林（更具多樣性）的害蟲爆發比溫帶森林少。反對該論點的論點是，與經過深入研究的溫帶森林相比，人們對熱帶森林的瞭解較少。
已經進行了一些關於穩定性-多樣性假說的實驗測試。尼爾森·海斯頓進行了一個使用細菌和草履蟲的雙層營養級實驗，結果表明，滅絕率隨著細菌物種數量的增加而下降，這一結果表明穩定性增加，支援了該假說。他還發現，當草履蟲物種數量更多時，滅絕率會增加，這一結果表明穩定性下降，拒絕了該假說。
另一個研究穩定性-多樣性假說的實驗是蒂爾曼進行的。他在 11 年的時間裡進行了一項田間實驗，結果發現，群落生物量的變化隨著物種豐富度的增加而減少。但當涉及到年際變化時，特定物種的生物量隨著物種豐富度的增加而增加。這些結果表明，多樣性增加了群落穩定性，但沒有增加種群穩定性。蒂爾曼實驗的不足之處在於，他只觀察了一個營養級。
干擾可以定義為環境條件的變化，會影響生態系統的穩定性。它是任何導致生物量損失（Huston 1994）和生物死亡的事件。根據 Sousa 的說法，干擾會導致自然系統出現斑塊性。干擾會更新限制性資源，並允許物種共存。這些斑塊允許它們之間進行遷移，從而增加多樣性，最終防止當地物種滅絕。在當地物種存在的地區，缺乏干擾會導致物種多樣性下降。這些反覆出現的斑塊狀干擾是大多數自然系統的特徵。例如，陸地植物群落中的火災、森林中的颶風和風倒木、珊瑚礁上的風暴、獾在草原上的挖掘活動、衝擊海洋潮間帶的漂移原木、東非大象放牧造成的損害等等。 [5] 正如透過干擾連結可以看到的，野火和人為影響（如森林砍伐）是生態干擾的例子。干擾（如火災）通常會引發演替。需要注意的是，演替是可以管理的。例如，地中海森林最重要的干擾可能是森林火災。地中海森林是生物地球化學迴圈的關鍵因素，可以保護土壤免受侵蝕、調節流域徑流和穩定坡度。因此，在最近十年，研究和政治工作都集中在滅火和將燒燬的區域恢復到火災前的狀況 [6]。
群落穩定性與干擾之間的聯絡是一個多次受到質疑的問題。中等干擾假說表明，在群落中，中等干擾的群落中可以看到最高的多樣性。由於多樣性增加等於穩定性增加，因此該假說表明，中等干擾的群落往往是最穩定的。
中等干擾假說兼顧底棲和遠洋能力。底棲成功包括成蟲存活和繁殖，而遠洋成功涉及幼蟲的定居。優勢物種可以容忍的共存數量決定了可以支援多少物種。該假說還指出，其他物種的進一步定居透過定居、生產力和死亡率之間的平衡在平衡中保持，但與成蟲體型無關。干擾增加了可用空間，但定居減少了可用空間。決定生物體在棲息地命運的三個因素是平衡可用空間、干擾和定居。足夠的定居和很少的干擾會產生一個具有穩定種群的棲息地。[7]
為了確定群落的穩定性，必須能夠確定該群落的平衡點。這可能需要多年的觀察。在某些情況下/群落中，平衡點無法確定，因為群落永遠不會處於一個不變的平衡狀態；這種情況的一個例子是捕食者和獵物系統。確定群落穩定性的另一個問題是在經歷過干擾但過快恢復到平衡狀態的地區。這種情況發生在受非生物因素影響的地區，這些因素承受著如此大的壓力，以至於它們從未達到其環境承載力。如果存在替代穩定狀態，則有時難以確定種群的穩定性。結果，群落將朝著另一個平衡點移動，永遠不會回到其原始狀態。
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查爾斯·埃爾頓是有史以來最有影響力的生態學家之一。他於 1900 年出生在英國，曾在利物浦學院和牛津大學新學院學習。他大部分時間都在牛津度過。他最著名的著作之一是《動物生態學》（1927 年）。這是第一本介紹現代動物生態學基本原理的書。在他整個職業生涯中，他都對許多不同物種進行了研究。他出版了許多書籍和文章，其中許多發表在《動物生態學雜誌》上，他創辦並編輯了該雜誌將近 20 年。他還因其所有工作獲得了無數獎項，並且是許多不同科學俱樂部的成員。他被公認為在解釋不同動物群落的複雜相互關係及其對棲息地的影響方面比任何人都做得多。埃爾頓於 1991 年在英國牛津去世。
- ^ McCann, Kevin S. “多樣性-穩定性爭論。”自然。第 405 卷。2000 年 5 月 11 日。
- ^ ^ a b Odum，Eugene P. (1959)。生態學基礎，第二版，費城和倫敦：W. B. Saunders Co.，546 頁。ISBN 0721669417/9780721669410。OCLC 554879。
- ^ Vila，Jose P. S. 和 Barbosa，Paulo。“使用 Landsat TM 和 ETM+ 資料檢測 Deiva Marina 地區（義大利利古里亞）火災後植被恢復。”生態建模。文章即將出版，校對版。2009 年。
- ^ Huston，M. 1994。生物多樣性：物種在變化景觀中的共存。劍橋大學出版社，紐約。
- ^ Doak，D.F. 1997。社群生態學中穩定性-多樣性關係的統計必然性。美國博物學家。第 151 卷。第 3 號
- ^ Sousa，Wayne P.，1979。海洋潮間帶巨石場的干擾：物種多樣性的非平衡維持。生態學，第 60 卷，第 6 號：1225-1239。
- 查爾斯·埃爾頓的年代傳記概述