生态学/生物圈组织

第 2 章。生物圈内的组织

生物圈的单位

您已经了解了生物圈一词的定义。本章将探讨以下问题：生物圈是如何组织的？我们首先将从不同尺度上观察这种组织方式，以使您熟悉生态学中使用的重要术语。在后面的章节中，我们将详细介绍这里仅介绍的概念的细节和重要性。

生态学家将生态系统视为基本结构单位，这意味着生物圈是由可定义的生态系统集合或镶嵌而成的。然而，生态系统实际上更多的是概念性的，而不是实际存在的。我们的意思是，生态系统的可定义边界更多地存在于生态学家的脑海中，而不是地理上。我们当然可以观察到自然界中存在许多边界——有些相当清晰——而我们所观察到的则是不同条件下体积之间的物理表现形式。这些是生物圈，是生物圈的细分。以湖岸或水面为例；生物圈之间的过渡——陆地、空气或大气以及水体——在随意观察时是清晰可辨的。但它们真的是这样吗？

毫无疑问，在重力的作用下，液态水会从气态空气中分离出来——存在湖面。但在岸边，水会渗入土壤或岩石中的空隙中，只要土壤或岩石中的空隙允许。持续饱和水分的土壤变成湿地。此外，大气中的气体溶解在湖水里，水分子以气态水分的形式从湖里飘出来，也许在凉爽的早晨以雾的形式出现。边界的清晰度既是真实的，也是虚幻的。真实性是因为在每个单独的空间或体积（空气、陆地、水）中遇到的条件非常不同。虚幻性是因为没有一个生物圈与相邻的生物圈完全隔离，并且通常每个生物圈都会对其他生物圈产生影响。

到目前为止，我们只考虑了物理环境。生态系统包括生物。我们可以预期，大多数生物，虽然肯定不是全部，都会沿着上述相同的物理边界进行分类。也就是说，鱼类只会发现适合在湖里生存的条件；针叶树只会生长在高地。然而，生物与相邻生物圈之间的隔离程度并不比物质世界中的物质之间的隔离程度更高。许多鱼类的食物是只生活在陆地上并穿过大气的昆虫，这些昆虫在死亡或意外情况下会掉进水里。针叶树从地球上吸收水分，有些直接从湖泊或与湖泊相连的地下水体中吸收水分。生态学家使用生物群落一词来指代以特定的一组物理条件和统一的动植物物种组合为特征的地理单位。考虑到我们上面的例子，湖泊是主要淡水生物圈的一部分，并且将是它所在的区域的生物群落，可能是构成该生物群落的许多池塘和湖泊之一。生物区系是生物圈的一个细分，它由彼此相似的生物群落组成；因此，我们的湖泊只是温带地区、淡水、湖泊生物区系的一个例子。

"生物群落"、"生物区系"和"生物圈"这些术语满足了描述性生态学的需要。我们可以笼统地谈论构成沙漠生物区系或北方森林生物区系的生物形式和气候条件。我们可以根据我们照片中所展示的例子，描述湖泊、沼泽地和高地森林生物群落，每个生物群落都有一个独特的物种清单，这些物种可能只存在于明斯克附近的该地理区域（在我们照片的例子中），或者更广泛地分布在整个大陆。

盖娅理论

考虑构成生态系统的物种之间的功能关系的重要性，以及这些关系如何有助于生态系统的生存。考虑到生态系统在大多数情况下不是孤立的单位，而是更大功能整体的一部分，其最广泛的意义是生物圈。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，有可能是一个巨大的、整合的系统吗？

阅读盖娅理论（点击您感兴趣的链接。）

物种和栖息地

在生物学中，物种的概念是基础。一个物种包括一群相关的有机体，它们共享一个或多或少的独特形式，并且能够相互交配。根据恩斯特·迈尔的观点，物种是

实际或潜在的相互交配的自然种群群体，这些群体在繁殖上与其他此类群体隔离.

阅读物种（虽然您已经熟悉了生物学学习中的这些材料，但您应该探索这个主题以获得更完整的理解）

在生物学中，通常情况下，关注物种概念主要是分类学和分类学家的工作。在生态学中，更重要的方面是物种种群（或我们经常使用的种群一词）。请注意，在迈尔的简单定义中，"相互交配的种群"在某种程度上是中心。在生态学中，我们不太关注"潜在的相互交配"可能意味着什么，而是对实际上正在相互交配的个体群体更感兴趣。这并不意味着所有现存（同时存在的）成员之间必须进行有性繁殖，而是意味着存在一个开放的基因库，每个成员都有可能对基因库做出贡献。物种的概念将包括所有那些因距离遥远和物理障碍而被隔开的个体，只要它们仍然可以繁殖。物种种群考虑了可能实际上存在的隔离，通常将一个物种分成多个种群。在种群内部，等位基因假设会随着时间的推移而自由流动，在构成种群的各个有机体的细胞核中保持（在任何给定的时间点）。

在描述围绕物种集合或群落的生态条件时使用栖息地一词，我们指的是一个生物群落。许多生态学家将原始定义的栖息地一词扩展到涵盖相对于物种群落的物理参数，但其他人会在这种情况下用"生物群落"一词替换"栖息地"一词。请注意，这与上面定义的"生物群落"并不完全相同，上面定义的"生物群落"包括生物群落以及物理或非生物环境。奥德姆 (1959，第 28 页) 指出，"栖息地... 包括其他有机体以及非生物环境... [但] 对群落栖息地的描述只会包括后者"——这与当今大多数生态学家的观点相反。

任何试图将生态组织单位的生物和非生物成分区分开来的生态学术语都会遇到这种困难。考虑到如果鸟类的栖息地是它居住的地方，而鸟类住在松树林里（实际上是在松树枝上），那么该鸟类的物理环境（"栖息地"）就必须包括一种生命形式（松树）；现在将这种推理扩展到任何类型的无脊椎动物，例如跳蚤或绦虫，它们确实在其他有机体上或体内度过了大部分生命。栖息地的一个相当可靠的定义将是物种的环境（Sweet，2005）。

阅读栖息地（您只需要在必要时点击链接以澄清术语；包括以下内容：）

阅读生物群落

生态位或生态位本质上是指一个物种所做的事情。我们不是指它参与的活动（虽然这些活动可能很相关），而是指物种在生态系统运行中所扮演的角色："有机体在其群落中的功能状态"（查尔斯·埃尔顿，在奥德姆，1959 年）。

阅读生态位（您只需要在必要时点击链接以澄清术语）

栖息地选择

栖息地的选择会影响繁殖成功。物种是如何选择居住地的？韦克尔 (1963) 和克洛普弗 (1963) 确定这种选择部分是遗传的。它也是部分心理上的。栖息地选择是脊椎动物中常见的行为。普通蛇（Thamnophis elegans）会选择中等厚度的岩石，而不是更厚或更薄的岩石，从而将它们喜欢的体温保持更长时间（Huey 等人 1989，Huey 1991）。许多物种在栖息地选择方面表现出一定程度的灵活性。有机体往往被迫做出这些选择，有时会选择不太合适的栖息地。最佳栖息地会更快地被占据，然后是边缘栖息地，然后是贫瘠的栖息地，那里的繁殖成功率会受到限制（Fretwell 和 Lucas 1969）。

我们刚刚接触到作为生态学家所关注或感兴趣的物种种群生物学的许多方面，这个主题将在《指南》第 5 章中得到更深入的探讨。

概述

只有一个已知的生物圈，即地球上的生物圈。生物圈可以细分为若干个生物循环，每个生物循环都具有相当特殊的总体物理特征，并受行星动力学（尤其是重力）决定的地理和地形的限制。生物循环又分为生物区，它们在基本物理属性和生命形式方面都相似。生物区由许多生物群落组成，它们是景观的划分，具有相似的物理属性和或多或少一致的物种组成。一些生态学家会使用“生物群落”来指代这种组织层次的物理属性，并使用生物群落来指代生物成分。然而，这种对高度整合和复杂生态系统的定义性划分难以维持。在物种种群（本质上是生物及其亲属）的水平上，栖息地描述了它的发现地，即该物种在景观中的出现地。一个截然不同的术语，生态位，描述了生物在生态系统中的功能作用。生态系统概念不同于传统的（或“旧的”）生物学，因为它明确强调了生物体之间的功能关系。

参考文献

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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]
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Vernadsky, W. I. 1944. Problems in biogeocemistry. II. Trans. Conn. Acad. Arts, Sci., 35: 43-494.