生態學/島嶼生物地理學
第8章. 島嶼生物地理學和棲息地破碎化
生物地理學是研究物種地理位置的學科。島嶼生物地理學是研究島嶼上物種組成和物種豐富度的學科。
島嶼生物地理學是一門旨在建立和解釋影響特定群落物種多樣性的因素的研究。在這種情況下，島嶼不僅僅是被水包圍的一片陸地。它是任何被不適合島上物種生存的區域包圍的棲息地區域。其他“島嶼”的例子包括糞堆、禁獵區、山頂和湖泊。
1967年，生態學家羅伯特·麥克阿瑟和E.O. 威爾遜提出了**島嶼生物地理學理論**。該理論試圖預測新形成的島嶼上存在的物種數量。它還解釋了距離和麵積如何結合起來調節島嶼種群中移民和滅絕之間的平衡。移民是指新物種出現在一個群落中。滅絕是指一個物種從一個群落中消失。這種關係被稱為“物種更替”，指出島嶼的平衡值與進入島嶼的移民數量成正比，以及由於遷出和滅絕導致的個體損失。
E.O. 威爾遜和R. 麥克阿瑟進行了一些實驗並對島嶼生物地理學理論做出了幾個預測。他們的一些預測包括（1）物種豐富度趨向於一個平衡值，以及（2）平衡值是移民的結果，但遷出和滅絕也可能發生。
島嶼的平衡值（平衡多樣性值）取決於島嶼的面積——面積越大，島上資源就越多。較小的島嶼支援較小的種群，而較小的種群更容易滅絕。這就是**目標效應**發揮作用的地方。目標效應認為，較大的島嶼具有更高的移民率，因為它們是更大的目標。
三種基本型別的物種-面積關係已透過生態學領域內的各種實驗得到很好的定義和證明：“型別-1”研究巢狀樣本中物種豐富度與樣本面積的關係（在限定的棲息地或區域內），“型別-2”透過檢查不同面積的棲息地或區域中總物種豐富度與總面積的關係來定義，“型別-3”檢查不同面積的棲息地或區域中定義大小樣本的區域性物種豐富度[1]。
另一個決定平衡多樣性值的因素是距離來源的距離，如下所述。例如，靠近大陸的島嶼的移民率高於遠離大陸的島嶼。這就是**救援效應**發揮作用的地方。救援效應降低了由於重新定殖和移民導致的滅絕率。移民是一個主要的貢獻因素，因為它增加了種群規模和基因庫的大小。這兩個因素可以降低任何特定物種滅絕的可能性[2]。重新定殖發生在兩種情況下：移民和入侵；移民是指新物種到達一個區域，而入侵是指一個已經居住在某個區域的物種到達[3]。
最後一個影響和/或決定平衡多樣性值的因素是來源的物種豐富度。物種豐富度是指一個群落中物種的數量。儘管島嶼被認為是相對較新的土地，但它們在幾年內仍然可以擁有大量的多樣性。這一概念來自**時間/穩定性假說**和**物種-面積效應**，這兩者都認為，土地越古老/土地存在的時間越長，它包含的多樣性和穩定性就越高。例如，島嶼可能不會立即具有多樣性，因為它們存在的時間還不夠長，無法讓物種遷移到那塊特定的陸地上。物種-面積效應指出，面積增加會導致物種平衡增加。但是，這種關係不是線性的。以下等式描述了這種關係：S=cAz，其中S是物種數量，c是常數，A是面積，z是線的斜率（變化）。
島嶼可以通過幾種不同的方式被殖民：（1）搭乘其他物種的便車，（2）飛行，（3）漂流，（4）游泳，（5）風，（6）以及物種形成。由於幾個方面的原因，新島嶼需要時間才能獲得幾種不同的動物物種，但只要有足夠的時間，島嶼就會在其上獲得生命並變得越來越多樣化。
島嶼生物地理學理論由兩個因素決定。第一個是距離**大陸**的影響。大陸是新移民物種最初棲息的地方。第二個是島嶼面積的影響。
這兩個因素決定了島嶼在平衡狀態下可以容納多少物種。**平衡物種數量**是指島嶼在移民與滅絕達到平衡時的物種豐富度，並且保持大致恆定。
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在前面的章節中，探討了許多關於生物多樣性的假設。生產力假說和拉波波特法則是在生態生物多樣性領域的主要參與者。這些假設已在大陸尺度和海洋尺度上進行了測量，但它們在多大程度上可以探索島嶼的生物多樣性？本章前面解釋了島嶼的殖民化受大陸面積和距離的影響。物種豐富度梯度對島嶼地理的多樣性有何影響？從低緯度到高緯度，島嶼是否遵循相同的模式，或者沒有遵循？
在本節中，將檢查三組不同緯度的島嶼。吉里巴斯的熱帶島嶼位於赤道以北1°33'。北大西洋的加那利群島位於赤道以北28°06'，南大西洋的福克蘭群島位於赤道以南51°40'。探索的生物多樣性包括動物群和植物群。
吉里巴斯的島嶼包括吉爾伯特群島、鳳凰群島和萊恩群島。本調查將使用鳳凰群島。這些島嶼的生物多樣性包括大量的魚類、鳥類和野生動物。鳳凰群島是世界第三大海洋生物多樣性，並於2006年受到吉里巴斯政府的保護。島嶼的陸地生物多樣性不等於熱帶森林的生物多樣性，但周圍水域的多樣性非常廣泛。珊瑚礁和遠離任何人口稠密的國家的距離使鳳凰群島免受遊客的干擾。鳳凰群島容易遭受乾旱期的影響，這會影響植物和動物的生物多樣性。這些島嶼幾乎正好位於赤道上，支援水中的生產力假說，但在陸地上由於降雨不規律而不支援該假說。加那利群島的生物多樣性是世界上溫帶地區最豐富的地區之一。過去幾十年來，研究加那利群島的科學家大約每六天就會發現一個新的物種或亞種。以這種速度發現新物種使加那利群島成為生物多樣性的一個非凡例子。赤道以北28度似乎是生物量的理想場所。大約十年前，歐盟取消了內部邊境檢查站。自取消內部邊境以來，入侵物種（第6章）開始佔據主導地位，並使本地植物種群減少了估計的50%。
福克蘭群島距離赤道最遠，位於赤道以南51度。福克蘭群島上的植物群非常有限，島上沒有樹木自然生長。動物群比植物群更加多樣化，島上繁殖著60多種鳥類。島上的哺乳動物也很有限，包括三種海豹以及近海的小型哺乳動物和海豚。福克蘭群島支援生產力假說。遠離赤道，多樣性受到限制。生物多樣性似乎最大值不在赤道，而是在赤道以北和以南約30度。
特有現象來自特有這個詞，意思是它對自己的地方或區域是獨一無二的，在其他任何地方都找不到。該地點必須是一個獨立的地理單元，通常是一個島嶼或島群，但有時是一個國家、棲息地型別或其他限定的區域或地帶。特有區域通常包括大型水體或山脈，但主要是因為其隔離性而成為島嶼。較老的島嶼通常具有較高程度的特有現象。
由於其有限的棲息地和容易受到人類行為（例如大規模伐木和刀耕火種技術）的影響，特有物種往往會瀕臨滅絕或滅絕。一些特有現象高的生態系統包括夏威夷森林、南非的灌木叢，以及許多其他雨林和旱林。
特有物種也受到入侵物種或外來物種的嚴重影響。夏威夷樹蝸就是一個例子。夏威夷樹蝸的存在受到棲息地喪失（人為影響）以及有蹄類動物的啃食、老鼠的捕食以及人為引入的蝸牛——玫瑰蝸牛（Euglandina rosea）的威脅[4]。
“棲息地破碎化本身是一種景觀尺度的現象，其中在棲息地殘餘中生存的物種面臨著面積減少、隔離度增加以及新的生態邊界等改變的環境[5]。”棲息地破碎化是物種滅絕的主要原因之一，與入侵物種並列。我們知道一個生態系統需要土地和資源來維持其多樣性，但到底需要多少才夠？當一個生態系統變得孤立時，這個孤立區域的邊緣是否會保持與中心相同的生態系統型別？
這些問題透過研究真正孤立的棲息地——島嶼來進行研究並推斷答案。
島嶼的物種多樣性比大型大陸低，尤其是遠離大陸的島嶼。這些島嶼的定殖機會較少。為了將我們對島嶼的瞭解應用於破碎化的棲息地，我們必須認識到定殖和滅絕在種群中不斷發生。
人為或人類引起的棲息地改變是破碎化的最大原因。然而，自然破碎化的系統遍佈世界各地[6]。棲息地破碎化通常會導致需要這些資源的物種缺乏食物和其他資源。它還會消除需要大塊完整棲息地的物種的棲息地，例如，由於破碎化而遇到此問題的物種包括山貓和丘鷸。這導致捕食導致死亡的風險增加，因為動物可能被迫冒險離開其棲息地斑塊尋找食物以避免飢餓。某些捕食者，如浣熊、狐狸、郊狼、家貓和烏鴉，在破碎化的景觀中往往會增加。這是因為它們適應性強，能夠利用可利用的資源。小型斑塊中的高捕食率使某些物種更容易受到捕食導致的死亡。這是導致東部溫帶森林中新熱帶鳴禽數量下降的因素之一。
元種群理論指出，幾個不同的“斑塊”透過它們之間的接近性而得以穩定。斑塊是指元種群成員居住或可能居住的區域。斑塊通常是包含少量種群的小片土地。物種在斑塊中出現的機率與以下兩個因素有關：棲息地破壞和破碎化[7]。由於這些斑塊中個體的數量很少，因此它們很容易滅絕。這導致了隨機性，即由於隨機的人口事件導致的人口規模波動。
再定殖發生的速率與斑塊之間的距離成正比。兩個斑塊之間的距離越遠，該斑塊再次被定殖所需的時間就越長。當一個斑塊的個體數量發生跳躍式增長時，周圍的斑塊也會因來自物種豐富斑塊的遷入而穩定。斑塊居民的變化可以透過方程(dp/dt) =mp (1-p)-µp確定；其中P是定殖斑塊的比例，M是平均再定殖率，µ是滅絕率，1-p是非定殖斑塊。當再定殖率等於滅絕率時，元種群是穩定的。
閱讀[元種群]
研究連結：[鳳眼蓮] [大藍蝶（Maculinea arion）]
元種群的經典概念最早由R.萊文斯於1969年用數學公式表達，但直到20世紀90年代，生態學家意識到連續種群分裂成離散的亞種群的現象正在高速發生時，才引起人們的廣泛關注。
- ^ Holt R., Lawton J., Polis G., & Martinez N.1999. 營養級和物種面積關係。“生態學。”80:1495-1504
- ^ Brown,J.& Kodric-Brown,A.1977.島嶼生物地理學中的週轉率：遷入對滅絕的影響。生態學。58:445-449。
- ^ Simberloff,D.& Wilson,E. 1968. 島嶼的實驗動物地理學：空島的定殖。“生態學。”50:278-296。
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- ^ Ewers,R.& Didham,R. 2005. 棲息地破碎化中物種響應檢測的混雜因素。Biol. Rev.81:117-142。
- ^ Prugh L., Hodges K., Sinclair A., & Brachares J.2008. 棲息地面積和隔離對破碎動物種群的影響。“PNAS。”105:20770-20775。
- ^ [8]
- ^ [http://en.wikipedia.org/wiki/Habitat_fragmentation