基督复临安息日会青年荣誉解答手册/自然/生态学 - 高级
| 生态学 - 高级 | ||
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| 自然 世界总会 |
技能等级 3 | 
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| 引入年份：1972 | ||
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生态学 - 高级荣誉是 自然保护大师奖 的组成部分。 |
- “在任何过程中，宇宙的总能量保持不变。”
更简单地说，第一定律指出能量不能被创造或毁灭；相反，在稳态过程中损失的能量量不能大于获得的能量量。
这是热力学系统能量守恒的陈述。 它指的是一个封闭系统通过两种方式向周围环境传递能量 - 通过加热（或冷却）过程和机械功过程。 系统存储能量的增益或损失率由这两个过程的速率决定。 在开放系统中，物质流动是另一种能量传递机制，并且必须在第一定律的表达式中包含额外项。
从生态学的角度来看，第一定律表明生物的能量必须来自某个地方，并且也必须流向某个地方。 初级生产者将能量从太阳传递到初级消费者，再传递到食物链顶端的次级消费者。 一路上，一些能量以热量的形式消散。
- “处于非平衡状态的孤立系统的熵会随着时间的推移而增加，在平衡状态下接近最大值。”
可以将熵视为混乱或无序的度量。 高熵意味着高无序。 低熵意味着高有序。 因此，例如，一个破杯子比一个完整的杯子更有序，更混乱。 同样，固体晶体是物质最有序的形式，具有非常低的熵值；而气体高度无序，具有很高的熵值。 更重要的是，树木是一种高度有组织的生物单位，但当它燃烧时，大部分能量会转化为热量，而热量是高度无序的。
第二定律指出，孤立系统的无序性增加，或者说该系统中的有序性降低。 它随着时间的推移变得更加混乱。 热力学是研究能量传递的科学。 第二定律规定，当能量从一种状态传递到另一种状态时，宇宙的熵必须增加。 一个很好的例子是温血动物散热。 能量最初以高度有序的形式存在于动物体内。 当动物代谢食物能量并形成热量时，热量以高度无序的形式从动物体内辐射出来。
每当能量从一个生物体传递到另一个生物体时，一些能量就会损失，主要以热量的形式损失。 事实上，在低营养级生物体中，只有大约 10% 的能量可以传递到下一个营养级的生物体。 由于这种低效率，营养级总是以金字塔的形式出现，初级生产者构成塔基，次级和三级消费者构成塔顶。
三个基本的营养级别是初级生产者、初级消费者和次级消费者。
在陆地生态系统中，草等植物是初级生产者，构成第一个营养级（初级生产者）。 接下来是吃草的食草动物（初级消费者），例如兔子。 接下来是吃兔子的食肉动物（次级消费者），例如山猫。
请记住，营养关系很少如此简单。 通常情况下，它们更像“网”，而不是“链”。 例如，美洲狮可能会吃兔子和山猫。 美洲狮的营养分类存在于两个或多个级别。
更多信息请参见http://www.botany.uwc.ac.za/sci_ed/grade10/ecology/trophics/troph.htm
数量金字塔试图通过展示每个营养级上的生物数量来阐释营养关系。草本植物的数量将始终高于斑马的数量，而斑马的数量又将高于狮子的数量。数量金字塔倾向于过分强调较低级别的重要性，因为它没有考虑生物的大小，只考虑了数量。
数量金字塔使用每平方米生物数量对每个级别进行量化。
生物量金字塔通过展示每个营养级上生物量（不含水）的数量来阐释营养关系。这比数量金字塔有所改进，但它仍然倾向于过分强调较低级别的重要性，因为它没有考虑每个级别的生产力。在海洋中，藻类构成食物金字塔的底部。虽然藻类寿命很短，但繁殖速度非常快。这导致其生物量实际上小于下一个营养级浮游动物的生物量。浮游动物比藻类寿命长得多，繁殖速度也更慢。
生物量金字塔通常使用每平方米克来量化每个级别。
能量金字塔通过展示每个营养级上的能量数量来阐释营养关系。由于并非所有能量都能向上传递到金字塔，它还显示了每个级别的效率。
能量金字塔通常使用每平方米卡路里来量化每个级别。
在生态学和地球科学中，生物地球化学循环是指化学元素或分子在生态系统的生物（“bio-”）和非生物（“geo-”）部分之间移动的循环或途径。实际上，元素会被回收利用，尽管在一些这样的循环中可能存在一些地方（称为“汇”），这些地方元素会积累或长时间储存。
生物体中所有化学元素都是生物地球化学循环的一部分。除了作为生物体的一部分，这些化学元素还会循环通过生态系统的非生物因素，如水（水圈）、陆地（岩石圈）和空气（大气圈）；地球的生物因素可以统称为生物圈。生态系统中生物体使用的所有化学物质、营养物质或元素，如碳、氮、氧、磷，都以封闭系统运作，这意味着这些化学物质会被循环利用，而不是像开放系统那样不断流失和补充。生态系统的能量以开放系统运作；太阳不断以光的形式为地球提供能量，而能量最终在食物网的营养级中以热的形式使用和流失。
地球不会像接收光那样不断接收更多化学物质；它只有形成时所拥有的那些化学物质，获得更多化学物质或营养物质的唯一途径是偶尔来自外太空的陨石。由于化学物质以封闭系统运作，不能像能量那样流失和补充，因此这些化学物质必须在使用这些化学物质或元素的所有地球过程中循环利用。这些循环包括生物圈和非生物的岩石圈、大气圈和水圈。术语“生物地球化学”的词缀取自这些循环：Bio 指的是生物圈。Geo 集体指岩石圈、大气圈和水圈。Chemical 当然是指经历循环的化学物质。
有时化学物质在一个地方长时间储存。这个地方被称为储库，例如包括储存碳很长时间的煤矿床。当化学物质只储存很短时间时，它们就被储存在交换池中。一般来说，储库是非生物因素，而交换池是生物因素。交换池的例子包括植物和动物，它们暂时在其系统中使用碳，然后将其释放回空气或周围介质。与煤矿床相比，碳在植物和动物中储存的时间相对较短。化学物质在一个地方储存的时间称为其停留时间。
最著名和最重要的生物地球化学循环包括碳循环、氮循环、氧循环、磷循环和水循环。
生物地球化学循环始终涉及平衡状态：元素在隔室之间循环的平衡。但是，整体平衡可能涉及全球范围内分布的隔室。
生态学中特别感兴趣的生物地球化学循环包括
氮循环是一个更复杂的生物地球化学循环，但它也循环通过生物部分和非生物部分，包括水、陆地和空气。氮是一个非常重要的元素，因为它既是蛋白质的一部分，存在于构成蛋白质的氨基酸的组成中，又是核酸的一部分，如 DNA 和 RNA，存在于含氮碱基中。氮的最大储库是大气，其中大约 78% 的氮以氮气 (N2) 的形式存在。氮气通过称为氮固定的过程进行“固定”。氮固定将氮与氧结合形成硝酸盐 (NO3)。
然后植物或动物（以植物为食或以吃过植物的动物为食）可以使用硝酸盐。氮可以通过闪电、工业方法（例如用于肥料）、土壤中的游离固氮细菌以及豆科植物根部（如根瘤菌）中的固氮细菌进行固定。固氮细菌使用能够将氮气固定为硝酸盐的某些酶，包括土壤中的游离细菌、豆科植物中的共生细菌，以及水中的蓝藻或蓝绿色藻类。
在被植物和动物使用后，氮会在腐烂和废物中被处理掉。碎屑生物和分解者分解植物和动物的碎屑，氮被转化为氨，或氮与 3 个氢原子结合 (NH3)。氨有毒，植物和动物无法使用，但土壤中的亚硝酸盐细菌可以吸收氨并将其转化为亚硝酸盐，氮与两个氧原子结合 (NO2)。尽管亚硝酸盐也无法被大多数植物和动物使用，但硝酸盐细菌将亚硝酸盐重新转化为硝酸盐，可被植物和动物使用。一些硝酸盐还通过反硝化作用转化回氮气，反硝化作用是固氮的反过程，也称为硝化作用。某些反硝化细菌不负责此过程。
李比希最小量定律，通常简称为李比希定律或最小量定律，是农业科学中卡尔·施普伦格尔（1828）提出的原理，后来由尤斯图斯·冯·李比希推广。它指出，生长并非由可用资源的总量控制，而是由最稀缺的资源控制。这个概念最初应用于植物或作物生长，发现增加丰富营养物质的数量不会增加植物生长。只有增加限制性营养物质（与“需求”相比最稀缺的营养物质）的数量，才能改善植物或作物的生长。
李比希用一个木桶的图像——现在称为李比希木桶——来解释他的定律。正如一个桶的容量受最短的桶板限制一样，植物的生长也受供应最少的营养物质的限制。
李比希定律已被扩展到生物种群（并常用于生态系统模型）。例如，植物等生物体的生长可能取决于许多不同的因素，例如阳光或矿物质营养（例如硝酸盐或磷酸盐）。它们的可用性可能会有所不同，因此在任何给定时间，一种因素比其他因素更具限制性。李比希定律指出，生长只发生在最限制性因素允许的速度下。
谢尔福德耐受性定律
[edit | edit source]谢尔福德耐受性定律指出，物种的分布受其耐受性最窄的环境因素控制。该定律解释了为什么一个物种在某些地区存在，而在其他地区不存在。请记住，耐受性既有下限也有上限——资源不足或过量都会限制物种的生存能力。当任何一个因素超过耐受性时，物种就会灭绝。对生物环境的微小甚至重大改变都可能导致其死亡。生存取决于该生物对改变因素的耐受性。
8. 选择您所在地区的生物群落，例如森林或树林；沼泽、湖泊或池塘；牧场或草甸草原；或峡谷或溪流树林等，该群落以某种方式受到干扰或生态失衡。描述它，包括它如何以及在多大程度上受到干扰。然后，提出关于如何改善该群落的建议，并在可能的情况下，贯彻执行并以某种方式帮助改善它。
[edit | edit source]这个要求和环境保护荣誉的第 5 个要求都可以用同一个活动来满足。任何对生态学感兴趣的先锋者也应该对环境保护感兴趣，所以同时完成这两项荣誉会更有优势。此外，这两项荣誉（以及生态学，它是这项荣誉的先决条件）都算在保护大师奖中，所以获得这两项荣誉的动力更大。
9. 在您所在地区花费至少 20 个小时进行积极的、富有成效的生态项目工作。这可以单独完成，也可以作为小组完成。描述项目的总体情况，但具体说明您在项目中的参与部分。
[edit | edit source]这个项目可以是前面要求中提到的项目，也可以是一个全新的项目。报告可以是书面或口头形式，也可以是为先锋者在野营活动、安息日学校课程，甚至在安息日早晨向教会全体成员进行的展示。
10. 定义以下术语
[edit | edit source]- a. 群落
- 在生态学中，群落是指不同物种的种群集合，它们相互作用。
- b. 原材料
- 原材料是指生物体需要的，但无法自己制造的物质。它们必须在生物体的环境中找到。
- c. 光合作用
- 光合作用是指生物体将光能转化为化学能的过程。原材料是二氧化碳和水，能量来源是阳光，最终产物包括葡萄糖和氧气。可以说，它是最重要的生化途径，因为几乎所有生命都依赖于它。
- d. 化能合成
- 化能合成是指利用无机分子（例如氢气、硫化氢）或甲烷的氧化作为能量来源，而不是阳光，将一个或多个碳分子（通常是二氧化碳或甲烷）和营养物质转化为有机物的生物学过程，就像光合作用一样。在热液喷口、甲烷水合物、冷泉和鲸落处，化能合成初级生产可以支撑大量的动物种群。
- e. 自养
- 自养（来自希腊语 autos = 自己和 trophe = 营养）是指从简单的无机分子和外部能量来源（例如光或无机化合物的化学反应）生产复杂的有机化合物。自养生物被认为是食物链中的生产者。进行光合作用的植物和其他生物被称为光养生物（或光合自养生物）。利用氧化无机化合物（如硫化氢、铵或亚铁）作为能量来源的细菌被称为化能自养生物（其中一些被称为岩石营养生物）。
- f. 异养
- 异养（希腊语 heterone = (an)other 和 trophe = 营养）是指生物体利用有机底物来获取其用于生长和发育的碳。异养生物被称为食物链中的消费者。与利用无机二氧化碳或碳酸氢盐作为唯一碳源的自养生物形成对比。所有动物都是异养的，真菌和许多细菌也是如此。
- g. 生态平衡
- 如果生态系统的所有生物地球化学循环都能完成其循环，那么该生态系统就处于生态平衡状态。
- h. 腐生生物
- 腐生生物（或腐生营养生物）是指从非生物有机物（通常是死亡和腐烂的动植物物质）中获取营养的生物，方法是吸收可溶性有机化合物。由于腐生营养生物无法自己制造食物，因此被认为是一种异养生物。它们包括许多真菌（其余真菌是寄生、共生或互惠共生体）、细菌和原生动物。动物食腐动物，如粪便甲虫、兀鹫和一些不进行光合作用的特殊植物，有时也被称为腐生营养生物，但更常被称为腐食动物。
- i. 分解者
- 分解者和碎屑食动物利用来自废物或死亡生物体的能量，从而通过将营养物质返回土壤或水中以及将二氧化碳返回空气和水中来完成循环。
- j. 生产者
- 生产者（自养生物）利用来自太阳的能量和来自非生物环境的营养物质（来自空气或水的二氧化碳，来自土壤或水的其他营养物质）进行光合作用并生长。生产者通常是绿色植物（那些具有叶绿素的植物）。
- k. 消费者
- 消费者（异养生物）是指以其他生物为食的生物。
- l. 限制性因素
- 在生物学、农业科学、生理学和生态学中，限制性因素是指控制过程的因素，例如生物体生长或物种种群规模或分布。食物的可用性、捕食压力或庇护所的可用性是限制特定地区物种种群的因素示例。
11. 找到一个与生态学相关的先知书的引文和圣经经文，并解释它们的关联性及其在当今的应用。
[edit | edit source]先知书
[edit | edit source]这篇文章是一个可能的选项
- 在耶洗别和她不敬虔的祭司的影响下，人们被教导说那些被设立的偶像神是神明，他们通过神秘的力量统治着地、火和水。天上的所有恩惠——流淌的小溪、活水的溪流、轻柔的露水、滋润大地、使田地丰收的雨水——都被归功于巴力和阿斯塔特的恩典，而不是赐予一切美善和完全礼物的赐予者。人们忘记了山丘和山谷、河流和泉水都在永生神的掌管之中，是他控制着太阳、天上的云彩以及自然界的所有力量。 - 《冲突与勇气》，第 198 页
另一个极好的文本是《先知与先贤》的第二章，它描述了亚当如何被赋予了对新创造的地球的统治权。
诗篇 8 宣称上帝使人掌管地球
- 你使他掌管你手所造的；
- 你使万物服在他的脚下，
- 一切牛羊——
- 甚至野地里的牲畜，
- 空中的飞鸟，
- 还有海里的鱼
- 在海中行走的。 - 新译本
如果上帝把这些东西交给人类管理，那么人类就有责任照顾好它们。
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