FHSST 生物學/內容/索引/ES/生態系統/資源
2. 資源人類在廣泛使用材料製造物品方面與其他動物有所區別。所有這些材料都來自地球。我們的身體在代謝過程中使用材料來促進生長並提供能量。在我們身體之外，我們使用可再生和不可再生資源。我們使用但不改變的更抽象的資源是那些如風景、野生動物、在水壩中游泳等。在每一個生態系統中，對可支援的生物量總量都有自然限制 2.1. 生物和非生物資源 水：以氣體、固體和液體形式存在。通常以液體形式最有用，溶解鹽含量低（即淡水）。地球上 97% 的水是鹹水。3% 的水是淡水，其中 ¾ 被鎖在冰川和冰蓋中。¼ 是地下水和地表水。地表水透過水文迴圈不斷流動。找到一個簡單的水文迴圈圖。
該迴圈可以被視為一系列儲存罐，透過蒸發、水分輸送、冷凝、降水和徑流的轉移過程相互連線。關鍵的水是陸地上的降水，因為降入海洋的降水沒有用。陸地上降雨的分佈不均勻。尋找 SA 降雨模式圖。
陸地上的一些降雨會蒸發，一些流入海洋，一些進入地下水系統。 2.1.1 生物 2.1.2 非生物
1.1 生態圈和生物圈。
這些術語的使用方式與生態學家和“街上的普通人”之間對“自然”的概念有很大的不同。
生物圈：地球上生命永久存在的區域，包含所有生物。
基本生態變數
非生物因素：氣候、環境的物理化學組成等。生物因素- 寄生、捕食、食物供應等。
可以依賴或獨立於人口密度。
主要週期性因素：溫度和光照量。次要週期性因素：從這些主要因素中得出的週期性變化。（例如，溼度、植物食物供應等）。非週期性因素：乾旱、火山等。
基本生態變數
物質、能量、空間、時間和多樣性。
1. 物質。
耐受定律 - 存在一個濃度範圍，稱為耐受區間，在這個區間內，所有涉及該元素的生理過程可以正常進行。例如，土壤中的硝酸鹽。
物質守恆定律：在自然界中，物質幾乎完美且永久地迴圈，在有機形式和無機形式之間交替，這是由生物體可以劃分的三個類別帶來的：1. 初級光合作用生產者，2. 動物消費者，3. 動物分解者。
2. 能量：所有生物系統，與其說是什麼，不如說是能量轉換器。能量的利用和轉換比最完美的機器效率更高。能量對於各個層面的生命過程至關重要：從基本的細胞機制到整個生物圈。
第一定律：能量守恆原理。能量既不能創造也不能消滅，只能從一種形式轉化為另一種形式。
第二定律
任何涉及能量轉化的過程都不能在沒有能量的部分降級的情況下發生，能量從濃縮、有序的形式轉變為稀釋和不可用（換句話說，轉變為低溫熱量）的形式。
第三定律
能量的單迴圈流動。只能透過食物鏈的任何給定營養級透過一次 - 在進行時降級，因此它逐漸分散並以不可利用的形式（熵）損失到周圍環境中。所有生態系統運作的能量有一個外部來源：太陽（實際上沒有）。
能量利用最佳化定律：所有佔據特定生態位的物種都比其他具有相似需求但對該生態位環境條件適應性較差的物種更有效地利用可用能量。整個生態系統往往會朝著一個結構發展，該結構由最有效地利用可用能量的群落組成。
林德曼定律：在一個群落中，到達給定營養級的能量只有一小部分會傳遞到更高的營養級。較小的動物通常使用更多能量（表面積與體積比）。
空間
可以棲息在一個生態系統中的生物體的總質量直接取決於可利用的空間。
1. 可用區域決定了種內和種間競爭的強度。種群密度可能是限制因素，因為密度過高或過低。每個物種中個體在可用空間中的分佈也起著至關重要的作用（隨機、成群或均勻）。食草森林昆蟲在其寄主物種的同質分佈中比在不連續的造林中更繁盛。單一種植作物為一些害蟲提供了繁榮的機會。2. 時間。關注每個生態系統朝著成熟狀態演化的過程（以單位表面積的生物量積累最優，因此能量積累最優為特徵）。在年度週期中，生態因素具有可耐受值的持續時間決定了能夠佔據和給定環境的群落型別。獲取演替圖。多樣性
表徵整個生物群落。“種群的豐富度”在一個群落中物種數量越多，潛在生態位的飽和度就越高，因此食物網的結構複雜度就越高。冗餘。- 如果一個物種受到損害。較舊的系統更加多樣化。
管理自然資源利用的生態學原理。
資源的定義。
一種能量和/或物質形式，對於生物體、種群和生態系統的運作至關重要。就人類而言：資源是任何形式的能量或物質，對於滿足生理、社會經濟和文化需求至關重要，無論是在個人層面上還是在社群層面上。人類/生態系統對自然資源的使用涉及物質的永久轉化。這種轉化是能量（來自太陽對生物圈或化石燃料在技術文明方面的能量）持續流動和消耗的結果。資源可能由生態圈中存在的各種形式的初級能量之一組成。然而，此外，它可以被定義為任何生物體所需的東西，因此其可用性的增加會導致能量流經生物體的增加，從而導致更高的能量轉化率。
關於能量的原則。
a. 給定生態系統中生物量的產生受太陽輻射支配。b. 能量在食物網中從一種形式轉化為另一種形式，但既不創造也不消滅。在初級生產者和動物消費者中，一部分可用能量儲存在生物量中，其餘部分用於代謝過程。植物：只有很小一部分入射的太陽輻射透過光合作用轉化為生化能。大部分生化能用於呼吸作用，而其餘部分作為生物量。在動物中，能量流動比在植物中經歷更多的“劃分”。除了用於基礎代謝、生長和繁殖所需的能量外，還需要一定量的能量用於運動、體內平衡、維持恆定體溫所需的消耗。一些食物永遠不會被同化（糞便）。進一步將能量消耗到其他排洩物和輻射熱的形式中，這些能量與所有水平或有機活動發生的代謝過程相關。動物生物量中能量轉換的效率很低，僅佔消耗能量的一小部分。所有生物體都透過採用能量策略來最佳化能量的使用。一類將很大一部分能量攝入用於繁殖，例如田鼠大約將一半的能量用於妊娠。
體型較大、壽命長的生物體將大部分可用能量儲存在成體生物量的生長和繁殖中，只有一小部分能量用於後代，例如藍鯨：97% 的能量最終成為成體生物量，而 3% 的能量最終成為幼體的生物量。
a. b c d 太陽輻射 à 紫花苜蓿 à 小牛 à 孩童。
0,24 % * a 8% * b 0.7% *c
因此，食物鏈的長度有限。
在陸地環境中，最長的鏈條通常是
植物 - 食草動物 - 食肉動物 - 頂級食肉動物。
最常見的是
草 - 牛 - 人類。
在水生環境中，我們可以有
浮游植物 --- 浮游動物 --- 微食性魚 --- 掠食性魚 - 超級掠食性魚。
或者
浮游植物 - 浮游動物 - 鳳尾魚 - 馬鮫魚 - 金槍魚 - 人類。
食物鏈的整體能量效率越短越好。
浮游植物 - 浮游動物 - 藍鯨。
注意人類可以透過成為素食者來實現更高效的能量利用。
關於物質的原則
a. 從人類需求的角度來看，無論是礦物還是生物，沒有一種自然資源可以無限量存在。資源的可用性受到各種非生物和/或生物因素的限制。例如礦物元素或生物分子的空間分佈（例如水）、從岩石圈或大氣層轉移的困難以及許多其他因素，可能會以某種方式結合在一起，使地球表面上豐富的許多化學元素和礦物分子成為初級和次級生產的限制因素，因為它們無法獲得。總生物量和生產力之間不存在比例關係。像熱帶雨林或鯨魚等動物物種這樣的環境，與更適度的生態系統或物種相比，沒有表現出明顯更高的初級或次級生產力。例如，對這一點的無知導致某些鯨魚物種幾乎滅絕。
b. 礦物元素的稀缺及其透過自然或人為汙染的過量，都可以作為限制其他自然資源攝取的因素。c. “最適度定律”——營養物質可用性的增加不會導致生產力無限增加。獲取“邊際收益遞減規律”圖表，兩種型別：A. 刺激型。B. 不受刺激型，容易受到邊際收益遞減規律的影響。
關於空間的原則
a. 任何生物體或個人可用的空間是有限的，因為無法使用所有空間進行分佈，因為並非所有空間都適合。b. 為確保每個人都能獲得食物而可用的面積，比人口密度下降得更快，因為該面積可能被分配給運動、築巢等。對人類尤其適用：道路、住房等。
支配多樣性的原則。
a. 生態因子越穩定，生態系統的多樣性就越大。人類在自然生態系統中的活動，因為它不可預測並且總是非迴圈的，不可避免地會降低物種多樣性。b. 對物種多樣性的影響：演替。生態系統的多樣性隨時間的推移而增加。c. 生態系統的生物量/生產力比率與其多樣性成正比。
H = K*B/P。
其中 H 為多樣性，B 為生物量，P 為生產力，K 為常數。P = 單位時間的能量流動。能量在長食物鏈中流動的速度較慢，因此與多樣性有關。
d. B/P 比率隨多樣性和/或時間的線性函式增長，直到達到漸近極限值。穀物田的 B/P 比率很低，而原始熱帶雨林的 B/P 比率最大。e. 多樣性最高的生態系統是最穩定的。食物網中將有更多連結，並且有更多具有冗餘功能的生物。f. 注意草原和穩定性（檢查論文）以及冗餘查詢。多樣化的生態系統利用較少多樣化的生態系統。森林-稀樹草原示例：森林動物主要在附近的開闊地（稀樹草原）覓食，從而阻止稀樹草原演化到更具多樣性的階段。
關於種群的原則。
在沒有限制因素的情況下，種群增長的規律：觀察到種群隨時間的增長速度保持不變，但增長速度隨時間的推移呈指數增長。
在有限制因素的情況下，種群增長的規律：當種群規模為環境承載能力的一半時，達到最大增長速度。
種群的穩定性。
在僅受其生態因子的小幅波動影響的穩定環境中，種群本身是穩定的。高度多樣性意味著極低水平的浪費，因為形成群落的物種佔據了種類繁多的生態位。成熟且高度多樣化的生態系統中，能量利用的高效率，沒有空間浪費資源，因此沒有剩餘資源可以導致物種種群的大幅波動。只有在具有非常簡單的食物鏈的生態系統中，才會出現物種（例如旅鼠和蝗蟲災害）。突然的種群爆發。