生态学/群落演替与稳定性
第 5 章。群落演替与稳定性
群落可以简单地定义为在同一时间占据同一地点的各种特殊种群的集合。（有关更多详细信息，请参见第 4 章）。因此，正如地球百科全书所定义的，群落生态学是生态学的一个分支，它研究的是物种之间以及物种与非生物环境之间的相互作用如何影响群落结构，包括物种丰富度、物种多样性和物种丰度模式。（有关物种丰富度和物种多样性的更多详细信息，请参见第 7 章）。已故的查尔斯·埃尔顿是最杰出的群落生态学家之一。最近，群落生态学家认识到，世界上的动植物正在以惊人的速度消失；这一发现导致了对群落稳定性研究的调查增加 [1]。
群落稳定性可以定义为群落抵御变化或从变化中恢复的能力。从变化中恢复的概念被称为复原力。一般的复原力是稳定性的一个度量，它假设系统的稳定性随着扰动/干扰后返回平衡/非平衡解的时间的减少而增加。快速响应意味着系统迅速恢复到其平衡状态。抵御变化的概念被称为抵抗力。抵抗力是衡量系统在扰动/干扰后变化程度的指标 [2] 然而，测量系统中的稳定性可能是一项艰巨的任务。1955 年，查尔斯·埃尔顿提出了一个理论，该理论指出，正的稳定性-多样性关系是总生物量等聚合群落指标稳定性的结果 [3]。关于稳定性的定义及其测量方法存在很大争议。
稳定性-多样性假说指出，群落的多样性越高，群落的稳定性和生产力就越高。该假说是基于这样一个基础而形成的，即与多样性较低的群落相比，更稳定和更具生产力的群落能够更好地、更有效地利用其资源。稳定性指标（如群落生产力的恒定性和群落对物种损失的复原力）以及不同物种相对丰度的变化之间存在相关性。早期的研究忽视了物种丰度意外波动可能比物种相互作用在创造稳定性-多样性关联方面更为重要的可能性 [4]。
支持和反对该假说的观点都有一些。支持该假说的一个论点是，害虫爆发在耕作（受干扰）的土地上更常见。反对该论点的论点是，那里没有与害虫的共同进化历史。
支持该假说的另一个论点是，热带雨林（更具多样性）的害虫爆发比温带森林少。反对该论点的论点是，与经过深入研究的温带森林相比，人们对热带森林的了解较少。
已经进行了一些关于稳定性-多样性假说的实验测试。尼尔森·海斯顿进行了一个使用细菌和草履虫的双层营养级实验，结果表明，灭绝率随着细菌物种数量的增加而下降，这一结果表明稳定性增加，支持了该假说。他还发现，当草履虫物种数量更多时，灭绝率会增加，这一结果表明稳定性下降，拒绝了该假说。
另一个研究稳定性-多样性假说的实验是蒂尔曼进行的。他在 11 年的时间里进行了一项田间实验，结果发现，群落生物量的变化随着物种丰富度的增加而减少。但当涉及到年际变化时，特定物种的生物量随着物种丰富度的增加而增加。这些结果表明，多样性增加了群落稳定性，但没有增加种群稳定性。蒂尔曼实验的不足之处在于，他只观察了一个营养级。
干扰可以定义为环境条件的变化，会影响生态系统的稳定性。它是任何导致生物量损失（Huston 1994）和生物死亡的事件。根据 Sousa 的说法，干扰会导致自然系统出现斑块性。干扰会更新限制性资源，并允许物种共存。这些斑块允许它们之间进行迁移，从而增加多样性，最终防止当地物种灭绝。在当地物种存在的地区，缺乏干扰会导致物种多样性下降。这些反复出现的斑块状干扰是大多数自然系统的特征。例如，陆地植物群落中的火灾、森林中的飓风和风倒木、珊瑚礁上的风暴、獾在草原上的挖掘活动、冲击海洋潮间带的漂移原木、东非大象放牧造成的损害等等。 [5] 正如通过干扰链接可以看到的，野火和人为影响（如森林砍伐）是生态干扰的例子。干扰（如火灾）通常会引发演替。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扰可能是森林火灾。地中海森林是生物地球化学循环的关键因素，可以保护土壤免受侵蚀、调节流域径流和稳定坡度。因此，在最近十年，研究和政治工作都集中在灭火和将烧毁的区域恢复到火灾前的状况 [6]。
群落稳定性与干扰之间的联系是一个多次受到质疑的问题。中等干扰假说表明，在群落中，中等干扰的群落中可以看到最高的多样性。由于多样性增加等于稳定性增加，因此该假说表明，中等干扰的群落往往是最稳定的。
中等干扰假说兼顾底栖和远洋能力。底栖成功包括成虫存活和繁殖，而远洋成功涉及幼虫的定居。优势物种可以容忍的共存数量决定了可以支持多少物种。该假说还指出，其他物种的进一步定居通过定居、生产力和死亡率之间的平衡在平衡中保持，但与成虫体型无关。干扰增加了可用空间，但定居减少了可用空间。决定生物体在栖息地命运的三个因素是平衡可用空间、干扰和定居。足够的定居和很少的干扰会产生一个具有稳定种群的栖息地。[7]
为了确定群落的稳定性，必须能够确定该群落的平衡点。这可能需要多年的观察。在某些情况下/群落中，平衡点无法确定，因为群落永远不会处于一个不变的平衡状态；这种情况的一个例子是捕食者和猎物系统。确定群落稳定性的另一个问题是在经历过干扰但过快恢复到平衡状态的地区。这种情况发生在受非生物因素影响的地区，这些因素承受着如此大的压力，以至于它们从未达到其环境承载力。如果存在替代稳定状态，则有时难以确定种群的稳定性。结果，群落将朝着另一个平衡点移动，永远不会回到其原始状态。
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查尔斯·埃尔顿是有史以来最有影响力的生态学家之一。他于 1900 年出生在英国，曾在利物浦学院和牛津大学新学院学习。他大部分时间都在牛津度过。他最著名的著作之一是《动物生态学》（1927 年）。这是第一本介绍现代动物生态学基本原理的书。在他整个职业生涯中，他都对许多不同物种进行了研究。他出版了许多书籍和文章，其中许多发表在《动物生态学杂志》上，他创办并编辑了该杂志将近 20 年。他还因其所有工作获得了无数奖项，并且是许多不同科学俱乐部的成员。他被公认为在解释不同动物群落的复杂相互关系及其对栖息地的影响方面比任何人都做得多。埃尔顿于 1991 年在英国牛津去世。
- ^ McCann, Kevin S. “多样性-稳定性争论。”自然。第 405 卷。2000 年 5 月 11 日。
- ^ ^ a b Odum，Eugene P. (1959)。生态学基础，第二版，费城和伦敦：W. B. Saunders Co.，546 页。ISBN 0721669417/9780721669410。OCLC 554879。
- ^ Vila，Jose P. S. 和 Barbosa，Paulo。“使用 Landsat TM 和 ETM+ 数据检测 Deiva Marina 地区（意大利利古里亚）火灾后植被恢复。”生态建模。文章即将出版，校对版。2009 年。
- ^ Huston，M. 1994。生物多样性：物种在变化景观中的共存。剑桥大学出版社，纽约。
- ^ Doak，D.F. 1997。社区生态学中稳定性-多样性关系的统计必然性。美国博物学家。第 151 卷。第 3 号
- ^ Sousa，Wayne P.，1979。海洋潮间带巨石场的干扰：物种多样性的非平衡维持。生态学，第 60 卷，第 6 号：1225-1239。
- 查尔斯·埃尔顿的年代传记概述