生態學

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恩斯特·海克爾響1866年創造咗 oekologie 呢個詞彙

生態學呢個概念最早喺1869年德國生物學家恩斯特·海克爾定義:「生態學係研究生物有機體同佢周圍環境(包括非生物環境同生物環境)相互關係嘅科學。英語 ecology 係由希臘語詞彙 Οικοθ(一屋人)同 Λογοθ(研究)組成的,意思係「研究生活響同一自然環境中嘅動物嘅學科」。 至今渠已經發展為「研究生物與其環境之間的相互關係的科學」;其中「環境」包括生物環境同非生物環境:生物環境指物種之間或物種內部各個體之間嘅關係,非生物環境包括自然環境:土壤岩石空氣溫度濕度等。

英國人 Tansley 首先響 1935年提出生態系統概念。美國年輕學者 Lindeman 詳細考察 Mondota 湖生態系統之後提出生態金字塔能量轉換嘅「十分之一定律」。自此,生態學成為一門有自己嘅研究對象、任務同方法嘅比較完整同獨立嘅學科。近年嚟,生態學已經創立咗自己獨立研究嘅理論主體,即係生物個體同環境直接影響嘅小環境到生態系統唔同層級嘅有機體同環境關係嘅理論。佢哋嘅研究方法勁過描述——實驗——物質定量三個過程。系統論、控制論、信息論嘅概念同方法嘅引入,促進咗生態學理論嘅發展。如今,由於同人類生存同發展嘅緊密相關而產生咗多個生態學嘅研究熱點,好似生物多樣性嘅研究、全球氣候變化嘅研究、受損生態系統嘅恢復同重建研究、可持續發展研究等。

生態學係生物學一支。生物學有微觀(分子生物學方向)同埋宏觀兩方面;生態學就係向宏觀方向發展嘅一支,研究生物個體、種群、群落、生態系統直到整個生物圈。生態學亦係一門綜合學科。需要利用地質學地理學氣象學土壤學化學物理學等各方面的研究方法同埋知識,並且當啲生物群落同埋個生活環境當做一個整體——其中物質能量唔停循環流動——來研究。

生態學分支[編輯]

生態學依研究嘅嘢分:

  • 個體生態學 - 研究一隻生物或多隻同種生物同環境嘅關係;
  • 種群生態學 - 研究一種或親緣關係較近嘅幾種生物種群同環境之間嘅關係;
  • 群落生態學 - 研究生活喺同一環境中嘅所有生物同環境之間嘅關係;
  • 生態系統生態學 - 研究生物同環境之間通過能量流同物質交換相互作用機制;等

生物圈[編輯]

用生態學嘅角度嚟睇,地球表面由地下11公里到地上15公里高度都係由岩石圈水圈大氣圈組成的,喺三個圈交滙處存在着生物圈,絕大部分生物係生活喺地下100米到地上100米之間。

生物最早係由水圈產生嘅,逐漸向深水發展,由於大氣中嘅氣含量增加,喺大氣圈最外層因為宇宙射線嘅作用,氧分子重組形成臭氧層,臭氧層可以阻止危害生命嘅紫外線進入大氣層,使得生物可以脫離水圈向陸地發展。陸地環境唔同區域差異較大,為咗適應環境,生物發展出好多唔同嘅種類。

能量喺唔同嘅圈內流動,綠色植物吸收太陽光能,再轉換成化學能貯存,動物取食植物吸收植物嘅能量,太陽能絕大部分都被大氣圈、水圈同岩石圈所吸收,增加溫度,造成潮汐同岩石嘅風化裂解。地球本身嘅能量表現喺火山爆發、地震之中,亦不斷咁影響其他各圈。能量嘅主要來源係太陽,喺地球中不斷咁被消耗掉。

物質則可以喺各圈內循環,而無多大消耗,以二氧化碳形式存在嘅被植物吸收,經植物同動物嘅呼吸作用排出,被動植物固定喺體內嘅水、同其他微量元素,一旦動植物死亡會重新分解回到其他自然圈,有可能積累形成化石礦物。例如植物遺骸形成、動物遺骸形成石油細菌遺骸形成硫磺礦等。

生態系統[編輯]

自然界一定範圍或者區域內,生活的一群互相依存的生物,包括動物、植物、微生物等,同當地嘅自然環境一起組成一個生態系統。一個生態系統內,物質同能量嘅流動達到一個動態平衡。生態系統大小不一,多種多樣,小到一滴湖水、一個獨立嘅小水塘、熱帶雨林中一棵大樹;大到一片森林、一座山脈、一片沙漠都可以是一個生態系統。

一個生態系統具有自己嘅結構,可以維持能量流動同物質循環,地球上無數個生態系統嘅能量流動同物質循環,滙合成整個生態圈的總能量流動同物質循環,一個生態系統內各個物種的數量比例、能量同物質的輸入與输出,都處於相對穩定的狀態,如果環境因素有變化,生態系統有自我調節恢復穩定狀態的功能,如果環境因素緩慢的變化,原有的生物種類會逐漸讓位畀新生的,更適應新的環境條件的物種,依個叫做生態演替。但如果環境變化得太快,生物嚟唔切演化以適應新的環境,則造成生態平衡的破壞。

生態系統之間唔會完全隔絕. 有啲物種會來回幾個系統; 每個生態系統亦同外界交換少少物質能量。人類會創造人工生態系統,如農田的單一物種,城市的生態系統,都係人工創造的;人一停手,渠就會敗壞,恢復自然狀態。

食物鏈[編輯]

一切生物都要由外界攞能量同物質嚟生存。生態系統中的能量和物質流動正係通過各種生物攝取事物的方式形成的,而依種將各種生物聯繫到一起的能量和物質流動的鏈就叫做食物鏈食物鏈依個名詞係由一位英國動物學家埃爾頓(C.S.Eiton)喺1927年首次提出的,據佢自己講係受到中國嘅一句俗語:「大魚食小魚,小魚食蝦米」的啟發。食物鏈包括幾種類型:捕食性、寄生性、腐生性、碎食性等,如果一種有毒物質被食物鏈的低級部分吸收,例如被草吸收,雖然濃度好低,但唔影響草的生長,但仔吃草後有毒物質就好難排泄出嚟,當佢經常食草,有毒物質會逐漸喺佢體內積聚,又食大量的兔仔,有毒物質會響鷹嘅身體內進一步累積。因此食物鏈有累積同放大的效應。美國國鳥白頭海鵰之所以面臨滅絕嘅危險,並唔係被人捕殺,而係因為DDT逐步咁響佢身體內累積,導致生出嚟的蛋係軟殼,無辦法孵化。一個物種滅絕,就會破壞生態系統的平衡,導致其物種數量的變化,因此食物鏈對環境有非常重要的影響。

自然界中,每種動物唔剩只食一種嘢,當食物鏈串埋一組就會形成一個更複雜嘅食物網

生物多樣性[編輯]

喺一個生態系統,組成的成分越多樣,能量同物質流動的途徑就越複雜,食物鏈(網)形成越錯綜複雜,生態系統自動調節恢復穩定狀態的能力越強;成分越單調、結構越簡單,應對環境變化的能力越低。因此生物多樣化亦係衡量一個區域環境狀況的指標。

生態系統嘅生產量[編輯]

生態系統中包括有唔同的營養級生產者,主要有:

陽光能量中轉換多少生物量為系統的生產量,主要指第一性生產者的有機物總量,唔同自然條件的生產量唔同,沙漠海洋生態系統的生產量最低,每畫夜只有不到0.1-0.3克/平方米,熱帶雨林則可以達到每畫夜10-20克/平方米。生產量大的生態系統則可以維持更多的生物存在,起自我調節能力也更強;生產量少的生態系統自我調節能力極低,生態系統則非常脆弱,經唔起條件的變化同外界的破壞。

生態危機[編輯]

美國嘅保護生態郵票

自然條件下,由於環境變化,會出現生態系統的演替。但如果變化太快,也會出現大量物種滅絕的危機,例如恐龍喺不到一萬年的時間內全部滅絕;火山爆發造成當地生態系統的滅絕,都係生態危機。但最常見的係由於人類活動造成的局部地區的生態系統嚴重破壞,多處生態系統的破壞導致整個生態圈的結構和功能變得混亂,最終會威脅人類本身的生存同發展。

潛伏期中嘅生態危機並唔易被發現,而且一旦形成就好難恢復,需要付出多年努力同幾十倍甚至到幾百倍嘅代價先可能消除危機的影響。由於濫懇濫牧,在美國俄羅斯中國都出現過「黑風暴」現象,水土流失、沙漠擴大、水源枯竭、氣候異常、森林消失等生態危機都係由於人類不適當的活動造成的。生態危機造成的物種滅絕則永遠也無法恢復,目前人類造成的生態危機重包括全球變暖酸雨臭氧層穿窿,已經造成全球性的生態危機,全球生態危機已經威脅到90%以上的生物物種。