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[转载]气候变化导致全球范围内的植被变迁
lianas 2010-6-14 08:18
Climate Change Linked to Major Vegetation Shifts Worldwide (转载) In a paper published June 7 in the journal Global Ecology and Biogeography, researchers present evidence that over the past century, vegetation has been gradually moving toward the poles and up mountain slopes, where temperatures are cooler, as well as toward the equator, where rainfall is greater. Moreover, an estimated one-tenth to one-half of the land mass on Earth will be highly vulnerable to climate-related vegetation shifts by the end of this century, depending upon how effectively humans are able to curb greenhouse gas emissions, according to the study. The results came from a meta-analysis of hundreds of field studies and a spatial analysis of observed 20th century climate and projected 21st century vegetation. The meta-analysis identified field studies that examined long-term vegetation shifts in which climate, rather than impacts from local human activity such as deforestation, was the dominant influence. The researchers found 15 cases of biome shifts since the 18th century that are attributable to changes in temperature and precipitation. "This is the first global view of observed biome shifts due to climate change," said the study's lead author Patrick Gonzalez, a visiting scholar at the Center for Forestry at UC Berkeley's College of Natural Resources. "It's not just a case of one or two plant species moving to another area. To change the biome of an ecosystem, a whole suite of plants must change." The researchers calculated that from 1901 to 2002, mean temperatures significantly increased on 76 percent of global land, with the greatest warming in boreal, or subarctic, regions. The most substantial biome shifts occurred where temperature or precipitation changed by one-half to two standard deviations from 20th century mean values. Some examples of biome shifts that occurred include woodlands giving way to grasslands in the African Sahel, and shrublands encroaching onto tundra in the Arctic. "The dieback of trees and shrubs in the Sahel leaves less wood for houses and cooking, while the contraction of Arctic tundra reduces habitat for caribou and other wildlife," said Gonzalez, who has served as a lead author on reports of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). "Globally, vegetation shifts are disrupting ecosystems, reducing habitat for endangered species, and altering the forests that supply water and other services to many people." To identify the areas most vulnerable to future vegetation shifts, the researchers combined statistical analyses of observed climate data from the 20th century with models of vegetation change in the 21st century. Based upon nine different combinations of IPCC greenhouse gas emissions scenarios and climate models, the researchers divided the world's land into five classes -- from very high to very low -- of vulnerability to biome shifts. "Scientists had not quantified this risk before," said Gonzalez. "We developed a simple classification system that natural resource management agencies can use to identify regions in greatest need of attention and planning. We have worked with the U.S.D.A. Forest Service and the U.S. Fish and Wildlife Service to explore the application of our results to adaptation of natural resource management." Gonzalez said that because of limited resources, it may be prudent to focus on protecting areas of greater resilience to ecological changes so that they can serve as refuges for plants and animals. "It is also useful to identify places of higher vulnerability, because agencies will need to consider adaptation measures for vulnerable ecosystems," he said. "Some shifts in vegetation could increase fuel for wildfires, for example, so prescribed burning may be necessary to reduce the risk of catastrophic fires." "Approximately one billion people now live in areas that are highly to very highly vulnerable to future vegetation shifts," said Gonzalez. "Ecosystems provide important services to people, so we must reduce the emissions that cause climate change, then adapt to major changes that might occur."
个人分类: 生活点滴|2349 次阅读|0 个评论
谈谈生态研究
mumuhuashi 2010-5-16 20:14
物理学、热力学、几何学等学科虽然已经发展得非常成熟了,但是它们都有一个共同的特点,都是建立在经验性的公理或定律的基础之上。而这些公理或定律在没有得到完全证明以前,只能称之为假说。例如,牛顿力学基于的理论基础是牛顿三大定律,欧几里德的基本定理是现代几何学的基础,而热力学是基于三大热力学定律建立起来的。这些定律本身并不一定能够用实验证明,如牛顿第一运动定律:一切物体在任何情况下,在不受外力的作用时,总保持静止或匀速直线运动状态。即使在目前的科技条件下,仍然不可能用实验的方法直接证明这个定律。然而这些定律之所以被称之为定律而不是假说,是因为它们的应用经受了实践的检验。生态学也有很多基于经验和观察的假说,但是目前并没有哪一个假说能够被称为定律,这是因为这些假说只在特定的环境条件下成立,而生态系统各种因子之间的组合千变万化,没有哪一个假说在生态系统中具有普适性。普适性是一个相对概念,是基于一定的时空尺度来说的。随着科技的发展,人们也逐渐发现牛顿力学并不是普适的,它只适用于低于光速的宏观物体,而且其参照系必须为惯性系。然而,对于地球上的绝大多数系统来说,它是适用的,可以为人们的生活、生产服务。虽然像生态系统这类复杂的耗散结构,它的变化相当复杂,变化的尺度远远小于地球,然而随着混沌理论的发展,人们逐渐意识到,这类复杂系统的变化并不是无序的、不可预测的,只是变化规律不同于一般的系统。因此,传统的研究方法,如基于单因子的研究方法、简单的线性研究等,已经远远不能满足生态学的要求。生态学的发展必然要和其它学科,特别是系统科学、复杂性科学相结合。
个人分类: 关于科研|4427 次阅读|4 个评论
生态学图书推介(5)Nutrient Cycling and Limitation
lianas 2010-5-3 14:28
题目 Nutrient Cycling and Limitation: Hawai'i as a Model System 作者 Peter M. Vitousek 获奖 Winner of the 2005 Marsh Ecology Book of the Year Award, British Ecological Society 出版信息 Paper | 2004 | $52.00 / 35.95 232 pp. | 6 x 9 | 10 halftones. 84 line illus. 18 tables. 介绍 The availability or lack of nutrients shapes ecosystems in fundamental ways. From forest productivity to soil fertility, from the diversity of animals to the composition of microbial communities, nutrient cycling and limitation are the basic mechanisms underlying ecosystem ecology. In this book, Peter Vitousek builds on over twenty years of research in Hawai'i to evaluate the controls and consequences of variation in nutrient availability and limitation. Integrating research from geochemistry, pedology, atmospheric chemistry, ecophysiology, and ecology, Vitousek addresses fundamental questions: How do the cycles of different elements interact? How do biological processes operating in minutes or hours interact with geochemical processes operating over millions of years? How does biological diversity interact with nutrient cycling and limitation in ecosystems? The Hawaiian Islands provide the author with an excellent model system for answering these questions as he integrates across levels of biological organization. He evaluates the connections between plant nutrient use efficiency, nutrient cycling and limitation within ecosystems, and nutrient input-output budgets of ecosystems. This book makes use of the Hawaiian ecosystems to explore the mechanisms that shape productivity and diversity in ecosystems throughout the world. It will be essential reading for all ecologists and environmental scientists. Reviews: work began by understanding the interactive controls over nutrient limitation after forest disturbance. In Nutrient Cycling and Limitation , Vitousek explores this theme on a grand canvas, basing it on his own work and that of a small army of students and collaborators. . . . This book will reward reading and re-reading, and is an excellent introduction to biogeochemical ecology for those coming from other fields of science.--David Schimel, Nature One of the most impressive aspects of Nutrient Cycling and Limitatio is the scope of the material it covers, and the extent to which the material is integrated to provide a truly ecosystem-level overview, that is itself placed neatly within a global context. . . . he book provides a wide-ranging and authoritative coverage of a crucial topic.--Graeme Hastwell, Austral Ecology Peter Vitousek's Nutrient Cycling and Limitation makes an important contribution to the field of biogeochemistry. . . . excellent book. . . . Nutrient Cycling and Limitation is essential reading for students and scientists interested in terrestrial biogeochemistry. It is a model of good science writing and a crisp and clear introduction to some of the big ideas that intrigue ecosystem ecologists.--Jerry Melillo, Bioscience Endorsement: Peter Vitousek is tied closely to the 'aina--the land--of Hawaii, both by birth and by the successful scientific career he has nurtured over the past two decades. His personal, and sometimes passionate, presentation sweeps across habitats, across phyla and across disciplines. It is an authoritative account of his research and his vision.--David M. Karl, University of Hawaii 图书内容 TABLE OF CONTENTS: List of Tables xi List of Figures xiii Preface xix Chapter One: Introduction 1 Chapter Two: The Hawaiian Islands as a Model Ecosystem 6 Model Systems 6 Microcosms and Well-studied Systems 8 A Brief Natural History 9 The Formation of the Hawaiian Islands 9 Determinants of Climate 15 Isolation 19 Evolution, Conservation, and Culture 20 Evolution and Speciation 20 Conservation Biology 22 Cultural Evolution 22 Chapter Three: Gradients in Environmental Factors, Gradients in Ecosystems 24 The State Factor Framework 24 Environmental Gradients as Model Systems 26 Temperature 27 Precipitation 29 The Mauna Loa Matrix 30 A Substrate Age Gradient across the Hawaiian Islands 31 Age Control 35 Climate History 35 Basic Features of the Gradient 39 Chapter Four: Patterns and Processes in Long-term Ecosystem Development 42 A Theory for Nutrient Dynamics during Ecosystem Development 42 Biogeochemical Processes on the Substrate Age Gradient 45 Soil P Pools 45 C and N Pools 45 Available Nutrients 46 Foliar Nutrients 49 Forest Productivity 51 Efficiencies of Resource Use 53 Decomposition and Nutrient Regeneration 59 Soil Organic Matter Turnover 66 Plant-Soil-Microbial Feedbacks 66 Chapter Five: Experimental Studies of Nutrient Limitation and the Regulation of Nutrient Cycling 70 Fertilization Experiments 71 Nutrient Limitation 74 Nutrient Availability and Plant-Soil-Microbial Feedback 78 Tissue Nutrient Concentrations 78 Productivity 78 Resource Efficiencies 79 Decomposition 84 Nutrient Regeneration 87 Controls of Plant-Soil-Microbial Feedback 87 Chapter Six: Nutrient Inputs to Hawaiian Ecosystems: Pathways, Rates, and Controls 92 Inputs of Elements 92 Weathering 93 Concepts and Definitions 93 Approaches 94 Element Inputs via Weathering 97 Atmospheric Inputs 98 Background 98 Deposition Measurements 100 Inputs of Water 101 Nitrogen Inputs 101 Influence of an Active Volcano 102 Inputs of Other Elements 103 Long-Distance Dust Transport 105 Background 105 Methods 105 Element Inputs 106 The Fate of Dust 107 Biological N Fixation 109 Background 109 Approach 109 Rates of Fixation 110 Other Inputs 110 Combined Inputs by All Known Pathways 111 Strontium Isotopes: A Direct Test of Input Pathways 112 Chloride and Sulfate 114 Mobile Cations 114 Silicon and Aluminum 116 Nitrogen and Phosphorus 117 Chapter Seven: Nutrient Outputs: Pathways, Controls, and Input-Output Budgets 121 Output Pathways 122 Leaching 122 N-Containing Trace Gases 124 Erosion 126 Other Pathways of Loss 126 Rates and Controls of N and P Losses 128 Input-Output Budgets 133 Budget Calculations 134 Using These Element Budgets 142 Chapter Eight: Issues and Opportunities 143 Interactions of Time Scales 143 An Exploratory Model 143 Supply versus Demand 144 Plant-Soil-Microbial Feedbacks 146 Sources and Sinks 148 Inputs and Outputs 150 Interactions across Scales 152 The Regulation of Nutrient Inputs and Outputs 154 Demand-Independent Pathways of Element Loss 155 Implications of Demand-Independent Nutrient Losses 159 Stoichiometry and Flexibility 160 Within-System Element Cycling 162 Inputs and Outputs 169 Biological N Fixation 173 Differences in Populations, Species, and Diversity 177 Biological Differences and Ecosystem Functioning 177 Diversity and Ecosystem Functioning 184 Three Final Points 188 References 191 Index 219
个人分类: 生活点滴|4250 次阅读|0 个评论
生态学图书推介(3) Ecological Stoichiometry
热度 2 lianas 2010-5-3 14:22
题目 Ecological Stoichiometry: The Biology of Elements from Molecules to the Biosphere 作者 Robert W. Sterner James J. Elser With a foreword by Peter Vitousek 出版年代 Paper | 2002 | $60.00 / 41.95 584 pp. | 6 x 9 | 21 tables. 92 line illus. 4 halftones. 介绍 All life is chemical. That fact underpins the developing field of ecological stoichiometry, the study of the balance of chemical elements in ecological interactions. This long-awaited book brings this field into its own as a unifying force in ecology and evolution. Synthesizing a wide range of knowledge, Robert Sterner and Jim Elser show how an understanding of the biochemical deployment of elements in organisms from microbes to metazoa provides the key to making sense of both aquatic and terrestrial ecosystems. After summarizing the chemistry of elements and their relative abundance in Earth's environment, the authors proceed along a line of increasing complexity and scale from molecules to cells, individuals, populations, communities, and ecosystems. The book examines fundamental chemical constraints on ecological phenomena such as competition, herbivory, symbiosis, energy flow in food webs, and organic matter sequestration. In accessible prose and with clear mathematical models, the authors show how ecological stoichiometry can illuminate diverse fields of study, from metabolism to global change. Set to be a classic in the field, Ecological Stoichiometry is an indispensable resource for researchers, instructors, and students of ecology, evolution, physiology, and biogeochemistry. From the foreword by Peter Vitousek: his book represents a significant milestone in the history of ecology. . . . Love it or argue with it--and I do both--most ecologists will be influenced by the framework developed in this book. . . . There are points to question here, and many more to test . . . And if we are both lucky and good, this questioning and testing will advance our field beyond the level achieved in this book. I can't wait to get on with it. Reviews: Few, if any, details of stoichiometry seem to have been overlooked by Sterner and Elser, and their book will be a useful reference to me for many years to come. . . . The hundreds of references in the bibliography are worth the price of the book alone.--David W. Schindler, Nature Robert Sterner and James Elser take a giant stride in knitting together perspectives across scales, biomes, and disciplines to craft an integrative and predictive vision of the topic. . . . It knits together such a broad range of relevant topics that anyone interested in the connections between biology and elemental cycles should give it a try.--Anthony F. Michaels, Science I believe that his is one of the most important books written in ecology in the last 10 years. . . . I predict that in a few years it will be inconceivable to ignore the stoichiometric perspective when tackling an ecological problem. . . . Ecological Stoichiometry is well written in colloquial and friendly prose. The authors strived to explain their arguments clearly and in detail. The many mathematical models are explained with laudable lucidity and the figures that illustrate them are consistently good.--Carlos Martinez Del Rio, Ecology How often do you read a book that has a large number of 'aha!' moments in every chapter? This is a significant piece of synthesis and scholarship that brings together a very large number of disciplines and disparate chunks of data into a very satisfying whole. . . . Never before have I seen a book which spans the scales from molecular biology to ecosystems so effectively. . . . It is sure to become a classic.--Graham Harris, Journal of Plankton Research 图书内容 TABLE OF CONTENTS: List of Figures ix List of Tables xiii Foreword xv Preface xvii 1. Stoichiometry and Homeostasis 1 Scope 3 Stoichiometry and Homeostasis 8 Yield 25 The Redfield Ratio 27 Conventions and Concerns about Element Ratios 31 Some Conventions about Growth Rate 34 A Logical Framework 35 The Structure of This Book 40 Summary and Synthesis 41 Key Definitions 42 2. Biological Chemistry: Building Cells from Elements 44 The Basis for Selection of Carbon, Nitrogen, and Phosphorus in Biochemical Evolution 45 The Elemental Composition of Major Biochemicals 51 Cell Components: The Elemental Composition of Cellular Structures 66 Summary and Synthesis 78 3. The Stoichiometry of Autotroph Growth: Variation at the Base of Food Webs 80 Cellular and Physiological Bases 81 C:N:P Stoichiometry of Entire Higher Plants 87 Autotrophs in Captivity 89 Theories of Autotroph Stoichiometry 107 Autotrophs in the Wild: Oceans, Lakes, and Land 120 Causes of Variation in Autotroph C:N:P in Nature 127 Catalysts for Ecological Stoichiometry 132 Summary and Synthesis 133 4. How to Build an Animal: The Stoichiometry of Metazoans 135 Biochemical and Biological Determinants of Body Elemental Composition 136 Invertebrate Stoichiometry: C:N:P in Zooplankton and Insects 138 Determinants of C:N:P in Invertebrates: The Growth Rate Hypothesis 142 Molecular Biology and the C:N:P Stoichiometry of Growth, or Ecosystem Scientists Go Astray 150 A Simple Molecular-Kinetic Model of the Growth Rate-C:N:P Connection 160 Structural Investment and the Stoichiometry of Vertebrates 168 Elemental Composition and Body Size 171 Catalysts for Ecological Stoichiometry 175 Summary and Synthesis 178 5. Imbalanced Resources and Animal Growth 179 Mass Balance in Growth Processes 180 Maximizing Yield in Chemistry and in Ecology 185 Limiting Factors for Heterotroph Growth: Development of Threshold Element Ratio Theory 189 A New Minimal Model of the Stoichiometry of Secondary Production 197 Some Real World Problems in Stoichiometric Balance 205 Growth Efficiency 222 Catalysts for Ecological Stoichiometry 227 Summary and Synthesis 229 6. The Stoichiometry of Consumer-Driven Nutrient Recycling 231 A Brief History of Studies of Consumer-Driven Nutrient Recycling 232 Stoichiometric Theories of Consumer-Driven Nutrient Recycling 235 Evidence That Consumers Differentially Recycle Nitrogen and Phosphorus 245 Microbial Mineralization 249 The Stoichiometry of Consumer-Driven Nutrient Recycling by Vertebrates 252 Catalysts for Ecological Stoichiometry 259 Summary and Synthesis 260 7. Stoichiometry in Communities: Dynamics and Interactions 262 Species Interactions 264 Positive Feedbacks and Multiple Stable States 277 Trophic Cascades 291 Light: Nutrient Effects at the Community Level 298 Feedbacks Owing to the Constraints of Stuff: C:N Ratios in Tall-Grass Prairie 307 Catalysts for Ecological Stoichiometry 308 Summary and Synthesis 310 8. Big-Scale Stoichiometry: Ecosystems in Space and Time 313 Empirical Patterns in Ecosystem Stoichiometry 315 Linkages in the Stoichiometry of Biomass Yield: Using One Substance to Obtain Another 336 Nutrient Use Efficiency at the Ecosystem Level 341 The Stoichiometry of Food-Chain Production: A New Term, Carbon Use Efficiency 348 The Fate of Primary Production 350 Global Change 354 Catalysts for Ecological Stoichiometry 364 Summary and Synthesis 366 9. Recapitulation and Integration 370 Recapitulation 370 Integration: Toward a Biological Stoichiometry of Living Systems 376 Appendix 382 Literature Cited 385 Index 431
个人分类: 生活点滴|5277 次阅读|1 个评论
生态学图书推介(2) Communities and Ecosystems:
lianas 2010-5-3 14:19
图书 Communities and Ecosystems: Linking the Aboveground and Belowground Components 作者 David A. Wardle 出版年代 Paper | 2002 | $61.00 / 41.95 400 pp. | 5 x 8 | 58 line illus. Most of the earth's terrestrial species live in the soil. These organisms, which include many thousands of species of fungi and nematodes, shape aboveground plant and animal life as well as our climate and atmosphere. Indeed, all terrestrial ecosystems consist of interdependent aboveground and belowground compartments. Despite this, aboveground and belowground ecology have been conducted largely in isolation. This book represents the first major synthesis to focus explicitly on the connections between aboveground and belowground subsystems--and their importance for community structure and ecosystem functioning. David Wardle integrates a vast body of literature from numerous fields--including population ecology, ecosystem ecology, ecophysiology, ecological theory, soil science, and global-change biology--to explain the key conceptual issues relating to how aboveground and belowground communities affect one another and the processes that each component carries out. He then applies these concepts to a host of critical questions, including the regulation and function of biodiversity as well as the consequences of human-induced global change in the form of biological invasions, extinctions, atmospheric carbon-dioxide enrichment, nitrogen deposition, land-use change, and global warming. Through ambitious theoretical synthesis and a tremendous range of examples, Wardle shows that the key biotic drivers of community and ecosystem properties involve linkages between aboveground and belowground food webs, biotic interaction, the spatial and temporal dynamics of component organisms, and, ultimately, the ecophysiological traits of those organisms that emerge as ecological drivers. His conclusions will propel theoretical and empirical work throughout ecology. Reviews: Highly recommended for all ecologists.-- Choice I suspect that this book, if for nothing else than for the sheer weight of its intellectual synthesis, will be among classics for many years to come.--Patrick Bohlen, Ecology Endorsements: After a long phase of specialization and splinter, ecologists are again converging on the ecosystem. In this book, David Wardle shows that he is qualified by experience and instinct to play a leading role in this exciting quest.--J. P. Grime, University of Sheffield Over much of the twentieth century, there has been a disconnect between studies of above-ground and below-ground organisms at both the community and ecosystem levels. Many of the below-ground studies proceeded in relative isolation or were treated by ecologists at a 'black box' level. David Wardle's new book is truly a quantum leap forward in uniting studies of terrestrial ecosystems. It explains the concepts and mechanisms of community and ecosystem processes within the framework of a masterful review and synthesis of the world literature--leading us toward an ecological 'unified field theory' (pun intended).--David C. Coleman, University of Georgia This book is a benchmark and bellwether for a large volume of science that is being and will be conducted in this decade. It will be of value to both those scientists with casual interests in the topic and to the experts, because it provides short summaries and syntheses of findings as well as an in-depth analysis of available data.--Timothy Seastedt, University of Colorado 图书内容 TABLE OF CONTENTS: Acknowledgments vii Chapter 1: Introduction 1 Chapter 2: The Soil Food Web: Biotic Interactions and Regulators 7 Controls: Top Down, Bottom Up, and Productivity 9 Regulation by Resources and Predation in Soil Food Webs 16 Litter Transformers, Ecosystem Engineers, and Mutualisms 37 The Functionality of Soil Food Webs 43 Stability and Temporal Variability 48 Synthesis 53 Chapter 3: Plant Species Control of Soil Biota and Processes 56 Plant Species Effects on Soil Biota 57 Links among Plant Species, Soil Biota, and Soil Processes 68 Temporal and Spatial Variability 73 Plant Traits, Strategies, and Ecophysiological Constraints 83 Soil Biotic Responses to Vegetation Succession 97 Synthesis 103 Chapter 4: Belowground Consequences of Aboveground Food Web Interactions 105 Individual Plant Effects 106 Dung and Urine Return 114 Effects of Palatability Differences among Plant Species 117 Spatial and Temporal Variability 130 Consequences of Predation of Herbivores 132 Transport of Resources by Aboveground Consumers 134 Synthesis 136 Chapter 5: Completing the Circle: How Soil Food Web Effects Are Manifested Aboveground 138 The Decomposer Food Web 140 Nitrogen Transformations 152 Microbial Associates of Plant Roots 157 Root Herbivores 169 Physical Effects of Soil Biota 173 Soil Biotic Effects on Aboveground Food Webs 175 Synthesis 181 Chapter 6: The Regulation and Function of Biological Diversity 183 Assessment of Soil Diversity 184 Stress and Disturbance as Controls of Soil Diversity 187 Biotic Controls of Diversity 194 The Enigma of Soil Diversity 203 Diversity of Soil Organisms over Larger Spatial Scales 205 Biodiversity and Ecosystem Function 209 Synthesis 236 Chapter 7: Global Change Phenomena in an Aboveground-Belowground Context 239 Species Losses and Gains 240 Land Use Changes 253 Carbon Dioxide Enrichment and Nitrogen Deposition 265 Global Climate Change 281 Synthesis 292 Chapter 8: Underlying Themes 295 References 309 Index 387
个人分类: 生活点滴|4562 次阅读|1 个评论
生态学图书推介(1) Resource Strategies of Wild Plants
热度 1 lianas 2010-5-3 14:15
图书 Resource Strategies of Wild Plants 作者 Joseph M. Craine 出版年代 Paper | 2009 | $45.00 / 30.95 Cloth | 2009 | $99.50 / 69.95 352 pp. | 6 x 9 | 2 halftones. 37 line illus. 1 table. e-Book | 2009 | $45.00 | ISBN: 978-1-4008-3064-0 介绍 Over millions of years, terrestrial plants have competed for limited resources, defended themselves against herbivores, and resisted a myriad of environmental stresses. These struggles have helped generate more than a quarter million terrestrial plant species, each possessing a unique strategy for success. Yet, as Resource Strategies of Wild Plants demonstrates, the constraints on plant growth are universal enough that a few survival strategies hold true for all seed-producing plants. This book describes the five major strategies of growth for terrestrial plants, details how plants succeed when resources are scarce, delves into the history of research into plant strategies, and resets the foundational understanding of ecological processes. Drawing from recent findings in plant-herbivore interactions, ecosystem ecology, and evolutionary ecology, Joseph Craine explains how plants attain available nutrients, withstand the immense stresses of drying soils, and flourish in the race for light. He shows that the competition for resources has shaped plant evolution in newly discovered ways, while the scarcity of such resources has affected how plants interact with herbivores, wind, fire, and frost. An understanding of the major resource strategies of wild plants remains central to learning about the ecology of plant communities, global changes in the biosphere, methods for species conservation, and the evolution of life on earth. Joseph M. Craine is assistant professor of biology at Kansas State University. He has conducted research throughout North America, New Zealand, Australia, and South Africa. Review: This work would be excellent for a seminar/discussion-style course for undergraduate and especially graduate students.-- Choice Endorsements: This book provides an in-depth historical review and novel synthesis of resource strategies in wild plants. Craine identifies distinct strategies associated with high resource supply and limitations of nutrients, light, water, and carbon dioxide. This multiresource approach to plant strategies overcomes inconsistencies in earlier strategy frameworks and is well-grounded in ecological, biogeochemical, and evolutionary mechanisms that have shaped patterns of terrestrial plant diversity. This book will be a valuable resource for anyone interested in the functional diversity of the planet and its likely future changes.--F. Stuart Chapin III, University of Alaska, Fairbanks Accessible, concise, and clear, this book reviews and analyzes the main conceptual advances in plant ecology. A timely revision of plant strategies, it addresses fundamental questions, defines disciplines, and moves science forward.--Francisco I. Pugnaire, Spanish National Council for Scientific Research Joseph Craine is one of the few people in the world with the expertise to have written this book, and he has done it with rigor, substance, and style. There is nothing comparable in the ecological literature. Logically developed, well researched, efficient, and engaging, this book should be required reading for anyone with a professional interest in plant ecology.--Matthew P. Ayres, Dartmouth College 图书内容 TABLE OF CONTENTS: Preface xi Acknowledgments xv Abbreviations xvii CHAPTER 1: The Basis for Plant Strategies 1 Assessing Natural Selection 1 From Single Traits to Multitrait Strategies 5 Quantifying Plant Traits and Strategies 8 Ranking Strategies 9 Synthesis 13 CHAPTER 2: The History of Plant Strategies 15 Nutrients and the History of Plant Strategies 15 Grime 19 Chapin 26 Tilman 33 Laying the Foundation of Plant Strategies 41 CHAPTER 3: Stress and Disturbance 45 Defining Stress and Disturbance 45 Major Causes of Stress and Disturbance 48 How Herbivory Works 50 Growth in the Face of Stress and Disturbance 55 Responding after Stress and Disturbance 61 The Links to Resource Availability 62 Summary 62 CHAPTER 4: Resource Limitation 64 The Concept of Single-Resource limitation 65 History of the Nitrogen Cycle Concept 68 Pulses or Slow Bleeds? 75 Primer on the Phosphorus Cycle 79 Co-limitation in a Post-Liebigian World 80 Evaluating Costs in a Co-limited World 84 Trade-offs in Use Efficiency in a Co-limited World 87 Summary 89 CHAPTER 5: Competition for Nutrients and Light 91 Definitions and Types of Competition 92 Competition for Nutrients under Uniform Supplies 94 How Much Root Length? 104 Interference Competition 106 Competition for Nutrients under Heterogeneous Supplies 107 Competition for Light 109 Synthesis 114 CHAPTER 6: Comparing Negative Effects 119 Comparing Negative Effects 120 How to Measure the Importance of Stress and Disturbance in Environments 122 How to Measure the Importance of Stress and Disturbance in the Natural Selection of a Species 130 Importance of Factors at Low Nutrient Supply 132 Importance of Factors at High Nutrient Supply 139 The Relative Importance of Factors 145 Synthesis 146 CHAPTER 7: The Low-Nutrient Strategy 149 Physiological Traits 151 Whole-Plant Traits 169 Effects on Nitrogen Cycling 171 Revising the Low-Nutrient Strategy 173 Significance of Traits in Strategy 187 Synthesis 199 CHAPTER 8: The High-Resource Strategy 202 The Scope of This Chapter 204 Physiological Traits 205 Whole-Plant Traits 212 Effects on Nutrient Cycling 213 Revising the High-Resource Strategy 213 Significance of Traits in Strategy 217 Why the Race Ends 223 Synthesis 224 CHAPTER 9: The Low-Light Strategy 227 Physiological Traits 229 Whole-Plant Traits 233 Effects on Nutrient Cycling 236 Traits under High Light 236 Why These Patterns 239 The End of the Second Stage of Competition 246 Synthesis 248 CHAPTER 10: The Low-Water and Low-CO2 Strategies 251 Water 251 Carbon Dioxide 268 Summary 279 CHAPTER 11: A Synthesis of Plant Strategies 282 Application and the Way Forward 285 Genetics, Pleiotropy, and Plasticity 286 Limitation 287 Competition 289 Defense and Herbivory 290 Mechanisms of Coexistence 292 Biogeographic Patterns and Invasions 293 Global Change 295 Tree of Life 298 Bibliography 301 Index 327
个人分类: 生活点滴|3999 次阅读|0 个评论
[转载]Soil Microbes Produce Less Atmospheric CO2 Than Expected With Climate Warmin
lianas 2010-4-28 10:39
Steven D. Allison, Matthew D. Wallenstein, Mark A. Bradford. Soil-carbon response to warming dependent on microbial physiology . Nature Geoscience , 2010; DOI: 10.1038/ngeo846 全球变暖的情况下,微生物的生理活动可能决定了土壤中向大气释放CO2的量。 多数生态系统模型都预测,随着全球温度的升高将会刺激微生物对土壤C的分解活动,从而形成一个正反馈。但是来自UC Irvine, Colorado State University and the Yale School of Forestry Environmental Studies 等单位的科学家发现随着全球温度的升高,土壤微生物在将土壤中的C转变为CO2的过程的效率将随时间的推移而降低。 以前的模型中都没有考虑到酶的活性的问题,而这些研究者的模型中考虑了酶活性在温度升高过程的变化情况。微生物产生的酶在土壤有机碳转变为CO2的过程中发挥着重要作用。
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1.4 多姿多彩的海洋生态系统
forrest250 2010-4-25 14:45
4.1 什么是海洋生态系统 每时每刻,生物群落与环境之间、生物群落内部都发生着物质的交换(如摄食、排粪等)和能量的流动(如能量在食物链的流动等),它们把生物群落和环境联系到一起,形成一个统一的整体,这就是生态系统。生态系统可大可小,大到地球上所有的生物和天空、海洋、陆地组成的生物圈,小到海边岩石间浅浅的水坑。一个生态系统要具备生物和非生物的成分。整个地球上的海洋是连成一体的,可以被看作是一个巨大的生态系统。海洋中的生物种类与陆地上的大不相同。海底地形复杂,有巨大的沙漠,有延绵的群山,遍布着海洋植物和动物。海洋中大量的生物群落与特殊的海洋环境构成了海洋生态系统。 4.2 海洋生态系统的组成 海洋生态系统包括四个成员:无生命的海洋环境(阳光、空气、海水、无机盐等)、生产者(海洋植物)、消费者(海洋动物)、分解者(微生物)。这四个成员相互依存,相互制约,相克相生。 在水深小于200米的海水中,生活着无数个体很小的浮游植物,它们是植食性动物的主要食物;还有很多大型藻类,如海带、裙带菜等。海洋动物中许多种类集中在这里,其中有大量的浮游动物、虾、鱼等。在水深超过200米的海水中,植物难以生存,但是还有不少动物栖息,这些动物一般靠吃上层水域掉落下来的生物遗体、碎屑生存和繁衍。 海洋生态系统的物质循环和能量流动遵循生态金字塔定律。塔基是生产者海洋植物,它从海水中吸收太阳能,它是海洋生态系统的能量基础。塔基以上都是消费者,它们竞争、捕食、相互制约。位于塔尖的往往是数量极少,形单影只的最高级消费者,如鲨鱼、海洋哺乳动物、海鸟等。 海洋生态系统的物质循环和能量流动是一个动态的过程,在无干扰的情况下,会达到一个动态平衡的状态。因此,过度捕捞海洋生物,就会导致某个环节生物量的减少,这也必然导致以它为食的生物数量的减少。一个环节的破坏,就会导致整个食物链乃至整个海洋生态系统平衡的破坏,反过来,就会影响捕捞产量。破坏海洋,首先受到危害的是海洋动植物,而最终受损的却是人类自身。 生态金字塔 :生态系统中各个营养级有机体的个体数量、生物量或能量,按营养级顺序排列形似金字塔,故称生态金字塔。 4.3 主要海洋生态系统 珊瑚礁 珊瑚礁的主体是由珊瑚虫组成的。珊瑚虫是海洋中的一种腔肠动物,它以海洋里微小的浮游生物为食,在生长过程中吸收钙和二氧化碳,然后分泌出石灰石,变为自己的外壳。这些石灰石经过以后的压实、石化,形成岛屿和礁石,也就是珊瑚礁。珊瑚礁是海洋环境中物种最丰富,生物多样性最高的地方。许多热带鱼住在珊瑚礁内,至今在珊瑚礁一共发现了4000多种鱼类。珊瑚礁也是其他海洋生物的家,如海绵、腔肠动物、蠕虫、甲壳动物、软体动物、棘皮动物、海龟等。这些动物有的直接吃珊瑚,有的吃藻类、水草等。它们构成了一个复杂的食物网。 珊瑚礁生态系统 阅读材料 珊瑚礁面临的威胁 人类是珊瑚礁唯一的巨大威胁。尤其是陆地上的污染和过度捕捞对珊瑚礁造成了严重威胁。拖网、毒鱼、炸鱼、气候异常(如厄尔尼诺现象)和全球变暖都威胁着珊瑚礁生态系统。有报告指出,在50年内全球70%的珊瑚礁会消失。对于生活在热带的人来说这个损失意味着一个大灾难。 厄尔尼诺现象导致海水温度升高,使得许多珊瑚虫死亡,一些原本色彩绚丽的珊瑚礁变成了白色。这一现象被称为白化现象。 为了减少对珊瑚礁的威胁,保护这一海洋中生物多样性最高的生态系统,同时改善当地居民的经济状况,许多国家通过教育、管理和设立海洋保护区的方式保护这些珊瑚礁。不落实、相互矛盾的观点和缺乏资金是设立保护区最大的困难。 红树林 红树林由红树科的植物组成,组成的物种包括草本、藤本红树。它生长于陆地与海洋交界带的浅滩。红树植物是为数不多的耐盐陆地植物。我国红树林分布在福建、台湾以南沿海。红树林能够缓解或抵抗风暴、海浪对海岸的冲击,具有稳定和保护海岸的重要作用;还可过滤陆地输入的各种有机物质和污染物;红树林也为许多海生和陆生生物提供栖息地和食物。   红树林在我国受到保护,我国有15个红树林保护区。然而,近10多年来,由于围海造地、围海养殖、砍伐等人为因素,红树林面积大幅度减少。除了少数破坏红树林事件是由于管理不严,被群众的围垦养殖等活动破坏外,大量的破坏 事件还是当地政府单纯追求经济增长造成的。    海草床 与藻类不同,海草是生活在浅海中的高等植物。大部分海草都有长而薄的叶子。海草床不仅为很多生物提供直接或间接的营养物质,而且对保护生活在其中的生物群落也有重要作用。海草可以通过密的簇状根系抵御风暴的破坏,保护很多底栖生物;海草床还能减缓波浪,从而形成较为平静的水环境;此外海草的叶子能够遮挡阳光,避免其他生物遭受强光照射的危害。 阅读材料 海草房 在山东荣成市的港西镇和宁津镇保存着有200多年历史的海草房。当地居民以厚石砌墙,用晒干的海草苫盖屋顶,建造出海草房。用于建造海草房的海草是生长在5-10米浅海的大叶藻。新鲜的海草颜色翠绿,晒干后变为紫褐色,非常柔韧。海草春荣秋枯,长到一定高度后,遇到大风大浪,就被成团地卷向岸边。当地居民谁家要盖房子,都会提前到海边收集海草。由于生长在大海中的海草含有大量的卤和胶质,用它修建的房顶,除了有防虫蛀、防霉烂、不易燃烧的特点外,还具有冬暖夏凉、居住舒适、百年不毁等优点,深得当地居民的喜爱。   由于近海严重污染严重,大叶藻等海草越来越少。近二三十年来,荣成没有新建用于居住的海草房。 滨海湿地 湿地是一种介于水陆之间的独特复杂的生态系统,它与森林、海洋并称为全球三大生态系统。它不仅为人类提供大量的食物、原料和水资源,还在保持生物多样性、蓄洪防旱、降解污染、补充地下水、控制土壤侵蚀等方面发挥重要作用。 虽然湿地只占地球表面的6%,却为地球上20%的已知物种提供了生存环境。很多珍稀水禽的繁殖和迁徙离不开湿地,因此湿地被称为鸟类的乐园。湿地具有强大的生态净化作用,因而又有地球之肾的美名。 在人口爆炸和经济发展的双重压力下,20世纪中后期大量湿地被改造成农田,加上过度的资源开发和污染,湿地面积大幅度缩小,湿地物种受到严重威胁。 湿地 :地球上除水深超过6米的海洋以外的所有大面积水体。包括湖泊、河流、沼泽、滩地、和海岸带区域中的珊瑚礁、海草床、红树林和河口。 怎样识别湿地? 1 水---地表具有常年或季节性积水,或土壤过湿。 2 植物---水生、湿生植物。 3 土壤---以排水不良的湿土为主,富含有机质。
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生物灾害管理基本原理
zhguoqin 2010-4-21 15:16
点击下载全文: 生物灾害管理基本原理 生物灾害管理基本原理 张国庆 (安徽省潜山县林业局 246300 ) 摘要:本文论述了生物灾害管理基本原理:生态学原理、经济学原理、灾害学原理。 关键词:生物灾害,生态系统,经济阈值,灾害管理 点击下载全文: 生物灾害管理基本原理
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倒计时进行中
chenzhao 2009-11-10 16:53
如果我有这个财力的话,我想在每个城市的大广场上,树立一座倒计时牌,让我们把计数值设置为511339078292,每过一天,减去一个1。 不用太多的算术,你就可以知道这是大得恐怖的数字,时间指向是14亿年以后。我们是群朝不保夕的生物,连14年后的CPI数字都不知道,谁会有闲工夫去知道14亿年后将发生什么?吃饱了撑的。 但是,不管怎么议论,哪怕人们推倒了计数牌,或者那一堆金属、LED和集成电路早已化成了灰,变成了粉末,你压缩了时间,观察山岭隆起又被风化夷平,海进然后又海退,大陆之间合并,复又分离,也不管生物变化了几茬,人类存在或者不存在,那个数字仍在跳动。 如果在那个计数牌存在的远比14亿年短暂时间里,应该起个名字的话,我想最合适的是距离世界末日还有天。 长周期来看,太阳的亮度在缓慢的提高,并且自从她进入主序星阶段以来,已经这样缓慢提高了40多亿年,当然地球上复杂的生态系统会做出负反馈调节,但是任何调节都是有限度的。 在雏菊世界里,开始时,行星表面是变换的黑白斑点,到了最后,生态系统负反馈调节的一切裕如度都用尽了,白斑点扩大开来,完全吞没了黑斑点,一个计算机中想象的行星走进了它的末日。 地球和她表面的一切生命,也有末日,60亿年后,增加的太阳亮度将使得地球移出适居带(Habitable zone)外,那时候,除了地下生存的微生物,我们熟悉的一切:鱼,鸟,昆虫,树,蓝色的大海,蓝色的天空,都将走入历史,而且永远不会再出现了。地球的结局大约是这样的:温度越来越高,随着海洋的蒸发,水汽越来越浓,永远不会有晴天,天空永远被云笼罩,可是红外辐射仍透过云进入,温度仍在持续上升,最后,海洋彻底蒸发完毕了,大气浓密得如同金星,失控的温室效应炙烤着大地,没有水,将二氧化碳吸收为碳酸岩石的化学变化终止了,更多的温室气体进入大气,也许那时地球的表面会有比金星凉爽一点的温度大约140℃~170℃。地表将不会存在任何液态水。 跟所有邪教不同的是,公众不会对14亿年以后的事情恐慌,因此也不存在为了把人拉入某一教义的欺骗。但这跟一切宗教或者传说的末日不同,那个地球末日是真实的,可信的。在此之前,地球会有数不清的灾难:地震台风、火山爆发、小行星和彗星的陨落,磁极倒转,冰期和暖期,但地球有生命的38亿年来早就经历了无数这样的灾难,没有什么灾难有能力把地球同学从生命行星的班级中开除,但到那时候,地球是绝无幸免的可能了。 14亿年太漫长,也许远超过了我们的理解能力之外,但我们站在这里,有思考的能力,懂得了一点点关于宇宙的知识,有能力做出一点预言,不是依靠这几十年,几百年,几千年,甚至不是依靠人类进化的三百万年,而是依赖着从单细胞生命以来38亿年的进化。 地球上的生命是个暂态过程,如果用百分比计算的话,我们大约站在进度条的73%的位置上,14亿年,对于生命的历程,还剩下27%。 如果人绝灭了,大约我们的思想也不可能流传下去。那么,大约还要多少年地球才能进化出有智慧的生命?这些生命又还要花多少年才能懂得科学,能预测地球未来的命运?直到他们明白地球上生命的命运,此时还有多少资源可供他们去消耗,以便在毁灭日到来之前,在其他星球上延续地球的生命? 他们面临的情况大概比我们更紧迫,更少的资源,抢救地球生命的可能性也就更加渺茫。 唯一让地球生命延续下去的可能性,只存在于星际航行之中。幸而,我们现在还有足够的时间和资源开发星际航行技术,但如果我们忽视这点,绝灭就是整个使用DNA的生态界不可避免的命运。 (If there are civilizations elsewhere in the universe) Their eventual choice, as ours, is spaceflight or extinction.            Carl Sagan 他们的最终选择,跟我们的一样,要么星际航行,要么绝灭 卡尔萨根
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把生态球带到火星上去!
chenzhao 2009-10-20 16:22
Small ecosphere are easy to made on Earth, putting some aquatic plants and animals and bacteria in a glass globe, let sunlight the glass globe, and the omnisealed tiny ecosystem can endure 10 ~ 30 days. Now condiser the Mars enviroment, since sunlight is weaker there, we can change the proportion of plants and animals in the ecosphere, and using glass to isolate ultraviolet, and keep the airpressure, with a isotopic battery to heat the ecosphere in order to keep the enviroment temperature Earth like . So, in theory, life can survive in that enviroment, but no one had test that on Mars, we can make the experiment on Mars, let a unmaned spacecraft carry a ecosphere there(spacecraft can carrying seed of plants and eggs of animals, and let robotic lander to assembly the ecosphere on the Mars). We can prove it is possible to build a self-self-sustaining Ecosystem on Mars. When the experiment is taking on, all Earth life are in a closed glass globe and when it ends, let robotic lander using high temperature(rocket fuel flame thrower) to clean all the remaining possible microbes.So no Earth microbe may pollute Mars.
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[转载]BIOACID -德国14家科研机构与高校联合参与海洋酸化研究重大项目
helmholtz 2009-10-17 14:49
2009年9月1日 今天重大研究项目BIOACID(海洋酸化的的生物学影响)正式启动,这是一个研究海洋酸化对于海洋生物群落影响的协作科研项目。在BIOACID项目下,将通过跨学科的合作研究肖像澄清海洋酸化对于钙沉积以及海洋生物的生长和发育的影响。联邦教育和研究部(BMBF)将在未来三年里向德国各地参与本项目的14个研究机构和大学提供850万欧元的资助。该项目的总负责是变化座落在基尔的莱布尼茨海洋科学研究所(IFM-GOEMAR)。亥姆霍兹联合会所属的阿尔弗雷德.魏格纳极地与海洋研究所担任副协调并获得其中290万欧元的经费。 每年,因燃烧化石能源而排放的二氧化碳的三分之一都会被逐渐变暖的海洋吸收。二氧化碳溶解在海水中之后便形成碳酸,而碳酸盐浓度则下降。这种现象被称作海洋酸化。由缺乏足够的碳酸盐,许多海洋生物借助钙形成壳或者骨骼的能力受抑制。有时甚至象珊瑚礁这样的整个生态系统都会受到影响。实地考查发现,海洋酸化当下已经在一些重要的钙形成生物体上产生了可以观察的到的影响。此外在一些由于火山二氧化碳而天然酸化的栖息地,物种的构成也出现了变化。 额外的CO2使得只有少数的钙形成生物可以继续存活,其他生物则因为找不到足够多的碳酸盐去合成自己的壳。只是现在尚不清楚海洋酸化的严重程度对于个别物种和整个生态系统的影响,以及最后对于渔业的影响。 极地区域可能对于海洋酸化反应更敏感。“二氧化碳在寒冷的水中溶解度更大,” 阿尔弗雷德.魏格纳研究所动物生理学家在和本项目的副协调员汉斯-奥托.波特纳( Hans-Otto Prtner )教授解释说。“因此不论是从起点或者从未来预期的水化学变化来看都将比在温暖的海洋更苛刻。此外,由于气温低,在极地海洋中的许多生物过程更缓慢,这使生物体适应CO2浓度升高的能力可能更低。”已经适应了极端环境条件的物种对环境的改变反应更敏感。因此,极地地区是一个研究海洋酸化对于食物链以及生态系统的影响的模型地区。“凭着在在极地海洋研究领域的积累和专长,阿尔弗雷德.魏格纳研究所将为这个BIOACID项目做出重要贡献”,波特纳说。 更多信息以及协作项目BIOACID中的所有伙伴名单可以从通过以下链接下载 Pressemitteilung des IFM-GEOMAR . 。
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千年生态系统评估
生态人 2009-7-10 12:19
千年生态系统评估 迄今为止对地球生态系统健康 开展 的最大评估项目 由联合国秘书长于2000年 发起 各国政府通过四个国际公约授权 同联合国各机构、公约、 企业、非政府组织合作,由多种利益方面组成 理事 会 由来自95个国家的1360位专家撰写 80人组成的独立编审委员会 审核意见来自850位专家与政府部门 包括来自33项 亚全球评估的信息 所有 千年评估 的报告均可从网站上免费下载,这里提供部分PPT材料,供同学们参考。 21K ECOSYSTEM ASSESSMENT PPT: 21K ECOSYSTEM ASSESSMENT
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生态系统、生态系统服务与生态功能区划
热度 1 蒋高明 2009-7-9 15:32
蒋高明      自从上世纪30年代,英国学者坦斯勒(A. G. Tansley)提出生态系统概念以来,这个术语在当今世界实现了前所未有的普及程度。生态系统服务、生态系统健康、生态系统管理、生态系统监测与预警等等新术语不断出现在国内外学术刊物上,并逐渐从学术圈走向人们日生活中。但这并不意味着人们对这一生态学这门学科有多么感兴趣,而是他们对周围生态环境的发生变化表现出的高度关注。在生态系统的最初定义中,坦氏并没有将人这一要素考虑在内,那个时候学者关注的生态系统还是纯自然的,对生态系统的理解,还是居住在同一地区的动植物及其与环境的自然结合体。      工业革命以来,人类首次深刻意识到生存环境的重要性,全球变化、生物多样性下降、环境污染、臭氧层扩大、人口爆炸、能源危机、水危机、粮食危机等重大环境问题,是一两个世纪之前的人类所不曾面临的。现在,有识之士开始提出这样的问题:我们身边生态系统还能够为人类提供多少服务?当前理解生态系统,就不能不谈人这一最重要的要素了。生态(Ecology)和经济(Economy)这两个术语的英文名称都以Eco开头,但在实际生活中,它们是一对敌人(Enemy),保护生态就要牺牲经济,发展经济就要牺牲生态,这一悖论困惑了无数经济学家和生态学家。人们试图在两者之间寻找一个平衡点,这个平衡点可能就存在于生态系统服务这一新做法了。有一点是肯定的,人类的命运取决于人类发展所选择的道路。如果全人类都采取欧美那样的发展模式,地球资源将远远不能满足人类实际需求。   众所周知,生态系统是一个开放系统,为了维系自身的稳定,生态系统需要不断吸收能量;同时,许多基础物质在生态系统中还会不断循环,其中碳循环与全球温室效应密切相关。人类活动强烈地影响了生态系统的上述功能,温室气体上升就是明显的例子。生态系统最显著的特征是物质生产,初级生产者为地球上一切的异养生物提供营养物质,它们是全球生物资源的营造者。而异养生物对初级生产的物质进行取食加工和再生产而形成次级生产。初级生产和次级生产为人类提供几乎全部的食品,工农业生产的原料。人类要想在地球上生存下去,就必须可持续地利用生态系统的所提供的服务,而不能急功近利,杀鸡取卵。   人们对生态系统的研究,往往涉及到结构、功能、动态过程诸方面,初期仅着力于结构的描述和分析。为解决当前生产和社会面临的现实问题,生态学者加强了生态系统功能和过程研究力度。近年来,生态系统服务(Ecosystem services),或社会公益功能研究引起了生态学家的密切关注。生态系统的服务这个概念提出,显然是站在人的立场之上的,即我们希望生态系统和生物多样性为人类提供某种服务。有钱人或富裕国家的人群有义务为落后国家的人群提供经济上的援助,甚至直接付费,因为后者为保护地球生态系统和生物多样性,以其相对落后的经济发展速度,保护了地球生态环境,这种牺牲应得到补偿。笔者最近在日本Hayama参加亚欧环境论坛第7次圆桌会议,40多个国家的50多名科学家、政治家、企业家、银行家、慈善家、媒体工作者聚集在一起,讨论的主题就是如何让那些责任人为生态服务买单,他们制造了一个时髦的名词即PES(Payment for Ecosystem Service),研究如何实行使用生态系统服务的有偿支付制度。      从人类的角度来看,生态系统服务指人类从生态系统获得的所有好处,有人总结为提供食物、提供生活必需品和药物、生物防治、保护和改善环境、土壤形成及其改良、减缓干旱和洪涝灾害、净化空气和调节气候、净化人类心灵、促进文化多样性发展,等等。由于长江上游乱采乱伐,发生严重的水土流失,每年流入长江的泥沙达24亿吨,著名学者王战先生早年担忧的长江,不幸成为中国的第二条黄河。1998年长江流域的那场特大洪水,就与上游的生态破坏直接有关。那场大水造成了造成的直接经济损失就超过2000亿人民币,造成2150多万公顷农作物受灾。可见,生态破坏明显会造成经济损失,而良好的生态必须得到有偿服务的补偿才能避免生态退化。   我们要求生态系统持续提供良好的服务,就必须对其进行科学管理,这是从管理者的角度来规范人们的日常行为。对生态系统的管理实质上是对人的管理,但管理什么,如何管理?人们是莫衷一是的。仅从人们对生态系统管理的五花八门的定义中,就可以看出生态系统管理的难度,及其不成熟性。我们在各种学术刊物上,看到的生态系统管理概念就有十五六种,政府机构与专家学者眼里的生态系统管理不一样;即便是在政府机构之间,他们理解的生态系统管理也不一致;学者之间给出的定义差别就更大了。如美国林业局眼里的生态系统管理,是一种基于生态系统知识的管理和评价方法,这种方法将生态系统结构、功能和过程,社会和经济目标的可持续性融合在一起;美国内务部和土地管理局则认为,生态系统管理要求考虑总体环境过程,利用生态学、社会学和管理学原理来管理生态系统的生产、恢复或维持生态系统整体性和长期性的功益和价值,将人类、社会需求、经济需求整合到生态系统中;美国国家环保局理解的生态系统管理,是指恢复和维持生态系统的健康、可持续性和生物多样性,同时支撑可持续的经济和社会。学者方面,Agee Johnson认为生态系统管理涉及到调控生态系统内部结构和功能,输入和输出,并获得社会渴望的条件;Overbay 则利用生态学、经济学、社会学和管理学原理仔细地和专业地管理生态系统的生产、恢复,或长期维持生态系统的整体性和理想的条件、利用、产品、价值和服务;Wood 则认为,生态系统管理就要综合利用生态学、经济学和社会学原理管理生物和自然系统,以保证生态系统的可持续性、自然界多样性和景观的生产力,等等。可见学者眼里的生态系统管理,恰正如盲人摸象,均强调其熟悉的内容,很少有人从另外一个角度来看问题,即生态系统需要管理的是人,生态系统本事不需要我们管理什么。   既然要对生态系统进行管理,就需要对管理的对象进行划片,这样便于管理,于是生态功能区划应运而生。生态功能区划是基于生态系统的地理框架,与生态区比较,生态功能区强调人文活动对生态系统提供产品和服务能力的影响,并反映人类的价值判断。2007年国家环境部根据《中共中央国务院关于实施科技规划纲要增强自主创新能力的决定》和《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》,组织编制了《国家环境保护十一五科技发展规划》。该规划强调,要加大生态环境监察力度,抓紧制订生态功能保护区法规,建立生态功能保护区监管协调机制,制定不同类型生态功能保护区管理办法,发布禁止、限制发展的产业名录。加强生态功能保护区环境执法能力,组织相关部门开展联合执法检查。到2020 年,在生态脆弱区建立起比较完善的生态保护与建设的政策保障体系、生态监测预警体系和资源开发监管执法体系;生态脆弱区40%以上适宜治理的土地得到不同程度治理,水土流失得到基本控制,退化生态系统基本得到恢复,生态环境质量总体良好;区域可更新资源不断增值,生物多样性保护水平稳步提高。
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人类是怎样突破生态系统的束缚的
fanxiaoyingz 2009-6-23 23:51
人类社会是生态系统的一部分 我最近一直在思考一个问题,在封建时代,甚至在更早的时代,为什么绝大多数农民起义都归于失败?为什么人民或者说农民的数量如此巨大,但是总是极少数人剥削统治多数人,而且这种统治在很长一段时间都是稳定的,农民的数量如此巨大力量如此强大,但是他们却很少在农民起义中成功?如果说成功就只有朱元璋是成功的,其他的农民起义都无一例外地最后被统治阶级的代表夺走了胜利果实,是什么力量维持了这种格局的稳定?是什么力量足以制衡农民军的强大力量?在人类中没有了。 我发现这个问题和下面的问题是等价的:鲁迅说他看到人类的历史是吃人的历史,那么人类的历史是不是吃人的历史。当然是的。在鲁宾逊漂流记中,鲁宾逊看到野人在吃人,这说明远古的时候人的确是吃人的,是氏族法律所容许的,在我国的奴隶时代,人们有严酷的各种摧残人体的刑法,还有活人陪葬法律,还有人吃人的习惯,三国演义中就有一个刘备的粉丝杀了自己的妻子,把人肉奉献给了他所敬爱的刘皇叔,描写宋朝故事的《水浒传》中就描述孙二娘专门杀人做人肉包子,而《千阳县志》记载,明朝万历年间大旱,出现易子相食的局面。看来人过去的确是吃人的,这个社会真的是人吃人的社会吗?一般人很难理解,但是这是事实。我不是以偏概全,以个别代替普遍。而是说吃人是阶级斗争的极端现象,阶级斗争是吃人的低端表现形式,其实质是一样的。 所以,阶级斗争是很残酷的。他不仅在古代很残酷,在现代同样很残酷,而且残酷程度远甚于古代。古代的刑法很残酷,有对人体的各种摧残,有人吃人,有战争,有各种剥削,但是古代的历次战争也从来没有象现代战争一样规模宏大,死亡甚重。两次世界大战全世界死亡了有一亿多人,我国死亡两千多万,苏联死亡四千多万,其他国家也是死亡很多,死亡的总人口抵得上中世纪的总人口了,是人类有历史以来最多的。在二次世界大战以后,中国又因为内战死亡了好多,还因为镇压反革命死亡很多,还因为朝鲜战争死亡,还因为文化大革命死亡很多。文化大革命后没有非正常死亡了,计划生育却开始了,要管住你的爱情,这是时代的呼声。而有些人说这是人性的摧残,是反人权的。 我发现,阶级斗争理论不能解说这些现象。尤其不能解说为什么少数人统治多数人,它的统治竟然是稳定的? 我还发现这个问题和下面的问题是同一个问题:为什么古代的四大文明古国中仅仅中国存在下来,而其他三个都衰落了? 问题的根本答案在哪里?这个答案对于我们当前的困难有什么指导意义。我想,答案其实早就摆在那里,仅仅因为我们没有组合起来而已。 首先声明:我不是人类达尔文主义者,请不要给我扣这样的大帽子。当然,我的确害怕别人给我扣这样的大帽子。但是我的观点是和人类达尔文者不同的。 我是地地道道学习生态学的,生态学上有一个著名的理论,叫生态系统理论,我想绝大多数人都知道这个理论,但是这个理论的更多的东西和深层的涵义大家可能都不太懂,连我也是最近才把它和人类发展结合起来才发现的。 生态系统理论认为,一个地域内的所有生物组成一个物质、信息和能量的传递系统,这个系统从全球角度看是闭合的(守恒的)局部看是不闭合的,或者说是局部闭合的。因此,一般情况下,生态系统就由进行自养生活的植物和异养生活的动物,还有腐生生活的微生物组成。所以,一般地讲,植物、动物、微生物共同组成一个生态系统,这个生态系统在物质上是循环的,能量上是积累又消失的,因此又把他们分别叫生产者、消费者、分解者。而在所有的消费者中,按照吃和被吃的关系又组成了食物链。这些可能一般人都知道,但是我估计人们不知道10%定律。10%定律是讲在生态系统中和食物链中,高一级的生物只能吸收利用它的上一级生物的大约10%的生物能量,就是说它自己的种群只能大概是上一级种群的的中生物量的10%,即个体重量乘以种群数量的积不大于上一级种群的个体重量和种群数量的积的10%。这是一个铁的法则,是自然界的限定因子,谁也不能例外,只要是生态系统中的生物。比如说在农业生态系统中,一亩小麦可以生产1000斤粮食,4000斤草料,500斤草根,那么它的生物量就是5500斤,根据10%定律,它只能供养550斤的动物,或者是两头猪,或者是一头牛,如果再多了,就不能供养了,多余的牛或者猪就只能饿死。 那么这个法则能不能适用于人类哪?人类是不是这个全球生态系统或者地域性(小尺度)生态系统的一部分哪?如果是,就必然要遵守10%法则,如果不是就不用遵守了。 但是令人遗憾的是它是遵守的,而且从来就遵守着。我发现,在人类还不能利用工具以前是完全遵守的,在人类学会了利用工具以后越来越脱离了这个规律,为什么脱离了这个规律,是因为通过人类的努力,建立了农业生态系统,改善了生产者,提高了作物产量。但是他依然在10%定律内活动,而10%定律又严格地被限定在太阳常数以内。(太阳常数是气象学概念)是无法逾越这个极限的。所以,一个地域能有容纳和供养多少人基本上是有上限限制的。而人类的一切剥削、吃人、整人都是在把人类数量往这个上限以下打压的行为。 为什么要打压,不打压不行吗?当然不行。因为,为了适应环境,为了取得生存优势,在生物进化过程中几乎所有生物都选择了种群个数的几何数级别的生长方式。就是说,一旦条件容许,就会出现1生2,2生4,4生8的现象,人们把这种人口增长数列叫斐波那挈数列(兔子生育法则)。那么人类摆脱了兔子生育法则了没有?没有,人类从来就没有摆脱自己的这个动物属性,不仅现在,就是将来也不可能摆脱这种属性。非但没有摆脱,人类通过有智慧的活动极大的提高和增强了这种能力。由此可以看出,由于有了这个能力,人类在更加短的时间内就会达到10%法则说规定的极限。 这是一对绝对对立的矛盾,是自然界制衡的法则。在人类出现以前的几十亿年时间里,这一对法则都在起作用,从而达到各个生物种群数量的稳定。但是正是人类智慧的出现破坏了这个法则。 人类是怎样改变这个法则的?首先,人类的祖先和早期的人类原来是杂食性动物,是处在生态系统的消费者的底层(虽然因为是杂食性的动物,不在最底层),其老、弱、病、残、幼总是送给食物链的高级的狼虎豹鹰等,这样达到人类数量的平衡,数量受到极大抑制,但是自从有了智慧,有了工具,人类凌驾于生态系统的最高层,对生态系统的各个部分、各个食物链的生物进行了通吃,自从人类从人猿变成猿人,就已经取得了竞争优势,在变成真正的人以后,人类变成了生态系统中的绝对优胜者,打败了原来所有的食物链的高层动物,凌驾于生态系统之上,破坏了原来的生态系统。通吃当然就是破坏生态系统了。 所以从人类一出生,原来经过几十亿年形成的生态系统就开始破坏了。破坏带来了人类数量的增长,但是很快就达到了10%定律所规定的极限。人类凌驾于生态系统之上这个过程大概就是从人类产生,一直到原始社会末期,时间很长。这段时间的人类是以采果,集体围猎,捕鱼等为生的。 到了原始社会末期,人类已经把凌驾于生态系统之上的所有潜力都用完了。但是人类发现可以通过增加生态系统中生产者的办法获得更大的生存空间,排除更多的生存压力,这个时候出现了原始的放牧业和原始的农业。养鱼业畜牧业和农业的出现是人类向生态系统的生产者植物直接要粮食的第一次,也是人类彻底摆脱生态系统羁勒的开始。从此开始出现人为自然,农业生态系统等人工生态系统。但是10%法则依然象魔鬼一样缠着人类。 正是它的制约,才使得少数人剥削多数人的阶级剥削定律得以存在。才使得少数人的统治是稳定的,人类容许一部分人先富起来,也容许一部分人先剥削起来。所以,人类一开始是把自己和动物没有区别开的。人对动物做的事情自然而然可以对人自己做。所以,人可以买卖人,饿了没有吃的了可以吃人,可以陪葬人,可以砍脑袋,剁腿等等,可以摧残人。随着农业和畜牧业的不断发展,人类出现了两种命运,一种是过度的开垦彻底破坏了整个生态系统,连植物也从生态系统中消失了,人类第一次出现了严重的沙漠化现象,随着沙漠化,生态系统所能供养的生物大幅度减少,人口数量也自然大幅度减少了,不是战争而死,就是饿死,没有第三种选择,人类的早期文明也消失了,这就是自然界对人类的第一次大反扑,人类文明中有三个原始文明消失在沙漠中了,古埃及,古巴比伦,古希腊衰落了。只有中国文明还存在。 中国文明之所以能够存在5000年,就是因为它的农业和畜牧业一直都存在,而且一直发达,是因为中原地区没有沙漠化。但是生态危机造成的文明中心转移一直都是存在的,生态危机造成的战争一直都存在着。不仅如此,沙漠化还是吞噬了我们的许多古代文明,古楼兰,古西夏等等。所以在整个奴隶制度时代和整个封建制度时代,人类依然被10%法则所制约。经过战争蹂躏以后,人口锐减,生态恢复,人们进入生产热情高涨期,人口进入激增期,而一旦人口数量触及自然底线,马上出现粮食不够吃,进而出现抢劫的,打架的,杀人的,偷盗的,贪污的,剥削的,抗法的,最后发展成一方对另一方的民族战争或者国家之间的战争。 但是,随着人类文明的提高,人类慢慢脱离生态系统的羁勒,战争的目的就不纯粹是为了减少人口了,而是为了掠夺更多的战略资源,这些战略资源大多数是生态系统中出产的粮食、农副产品、草料、肉类等等。另外还有资源和能源,这两个是人类彻底摆脱生态系统的标志。 人类仅仅是在资本主义社会摆脱生态系统的羁勒的。但是目前还处在摆脱的过程当中,还没有完全摆脱。我们生产力的高度发展使得人类从进入蒸汽机时代以来逐渐在摆脱局部的、小尺度的生态系统的羁勒,从全球范围内调配资源和生物产品,但是却破坏,而且是极大地破坏了整个地球的生态系统。我们的地球生物圈正在受到极大的威胁。这种威胁的种类已经超过了生态系统的范围,进入大气层,进入大洋,进入土壤深处,进入南极北极。。。。。 其实,自从人类进入资本主义社会,有了先进的化学和生物学以后,人类进入到干扰生态系统的无机环境的时代,把对生态系统的征服更前进了一步。开始了第三步,第一步凌驾于生态系统最上层,对各层通吃,第二步,干扰生态系统中的生产者,第三步就是利用生物技术和化学技术干扰生态系统的消费者部分和无机环境部分,不让食物腐烂,利用现代化学技术干扰生物存在的环境,使得它更加高产。 但是,无论如何高产,他都受制于太阳常数。如果有朝一日,能利用现代能源技术,大面积打破太阳常数的限制,那么就能进入农业自由时期,人类的粮食问题才会彻底解决。 所以,生态系统中的这两个理论不仅能够解释我们人类的许多现象,而且能够很好的解释人类的发展史,能够预测人类的未来。所以,他们不仅是生物界的规律,也是人类社会发展进步的规律,是比阶级理论更高一个级别的高级层次的社会学理论基础。
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有关生态系统演替的一般性论述
fanxiaoyingz 2009-6-23 23:26
我写这篇博文的时候心里很不好受。这篇文章是从我的硕士学位论文中摘录出来的,是我自己根据基本理论推导的。然而这篇硕士论文至今也没有被导师修改,也就谈不上答辩。所以这篇博文是山寨的,也因此这篇文章的著作权是我自己的,而不是某个别人或者某个学校的,因此我思考再三,决定在科学网上发表,请大家品评。 我查阅了大量的资料,对于生态系统演替这个概念是存在的,但是不同的生态系统如何演替以及生态系统演替的一般模式却极少有人研究。所以,我就根据自己的理解写出了生态系统演替的一般模型。 在一定时间和空间范围内,生物与生物之间、生物与物理环境之间相互作用, 通过物质循环、能量流动和信息传递,形成特定的营养结构和生物多样性,这样一个 功能单位就被称为生态系统,这就是由英国生态学家Tansley在1935年首次提出,并经Lindman、Whittaker、Odum和许多生态学者逐步完善的关于生态系统的概念,也是被公认为生态学界至今为止最重要的一个概念 。Lindemen1942年的经典论文生态学的营养动态方面将生态系统定义为由生物群落和非生物环境组成,在特定的时间空间内进行物理化学生物过程的系统 。CliffordEvansG 说,生态系统是一个需要时间才能发展的概念。 生态系统是由生产者、消费者和分解者三部分组成的,由能量的逐渐积累到逐渐消失,物质的循环流动,信息不断反馈和负反馈,有层次有结构的功能单位。一般情况下,把消费者分为初级消费者、次级消费者和终极消费者。初级消费者的种类多,数量多,生物量多,比如大量的昆虫,节肢动物和小型脯乳动物、食草动物等。次级消费者就是一般的食肉动物,他们处在食物链的中间,而终极消费者则是虎、狮、鹰等,它们既吃草食性动物又吃一般的食肉动物,其特点是数量少,种类少,占有的生物量极少。从初级消费者到终极消费者是一个能量逐渐减少的过程,减少的多少符合10%定则。初级消费者占据地球表面各个层次,通常处于各种水域中、地下或者地面或者森林的空间中,空中也有,但是数量最多的还是地面,次级消费者占据地球表面,没有占据土壤中和森林顶层的,而终极消费者占据大洋、地面重要位置、山顶和天空。所以消费者所占领的空间是有层次的,有规律和法则的。同样的,生产者也可以划分为三个类型,分别为初级生产者,次级生产者和主要生产者。一般的理论没有这种划分,但是作者认为这种划分是有必要的。初级生产者是指那些适应能力极强的自养生物,例如地衣、苔藓、藻类等,它们在地球生态中所占领的地域最广大,适应能力最强,生物数量最多,但是种类最少,生物量也最少。次级生产者指可以在某一个地域生存,但是并不是优势种的植物,它们的生物生产量不是最大的,这种类型的生物种类最多,它们占据适宜的生态位,例如草类、蕨类和灌木等。主要生产者,按照群落演替的理论说就是处在顶级的那种植物种群,它们生产量最大,对环境和气候的反作用最强,但是种类少,它们占据最优生态位,比如东北的落叶松、樟子松,黄土高原的刺槐和杨树,南方的杉树和桉树,草原上的草类等。能量的积累从处级生产者,次级生产者到主要生产者,其生物生产量是逐渐增加的,到主要生产者达到最大,然后从初级消费者到终极消费者又逐渐减小,作后消失在分解者那里。生态系统中的能量就这样从无到有到最大,又从最大逐渐消费,最后消失尽。在生态系统中能量的积累完全是开放的,但是物质的循环却可以是封闭体系。分解者在生态系统中的功能就是实现物质的循环再利用,只要有物质和能量的生物载体,就有分解者,所以无论是初级生产者、次级生产者还是主要生产者、初级消费者,甚至次级消费者和终极消费者,它们都有自己的分解者,分解者自身也有分解者,分解者都是营腐生生活的真菌、细菌、病原体等。如果划分则可以划为三个基本分解者类型:植物分解者、动物分解者和微生物分解者。信息则是在各个生产者、消费者和分解者之间不断进行反馈和负反馈而往复运动的。如果出现信息空缺,就有可能弥补。由于宇宙是对称的,当一种事物出现一种功能时,必然要出现一种该功能的反功能,而且会逐渐出现与此反功能相对应的物质载体,甚至这种反功能和功能是同时相伴而生的,这就是信息,信息就是功能的载体。所以有能量的聚集就出现了能量的释放,与之对应的是自养生物和异养生物;有物质的聚集就有物质的分解,有生产者、消费者和分解者与之对应。信息载体可以独立于信息存在,一个信息可以有多个载体,一个载体可以承接多个信息。信息和信息载体可以通过一定的生物化学或者物理过程相互转化,这种转化方式可以是专用的、独特的,但是不是唯一的。生物的DNA就是生物体内的信息载体,它实现生物功能的持续性,完整性,它通过生物化学途径把信息转化为相应的功能和功能载体组织和器官。所以功能要转化为信息还必须有转化方式,即转化途径,转化途径必须是可逆的。那么生态系统的信息和载体又如何呢?这必须从一个地域的生态系统的形成说起。一个地域的生态系统首先从生产者开始形成,当生物量逐渐达到很多,即炭、氮、磷、钾和微量元素在植物中积累过度,而在土壤中亏缺时,生产的生物量开始减少,直到停滞生长。这时候生产者原来的功能已经丧失,但是结构依然存在,结构和功能之间的矛盾逐渐明显。生产者自己发出一个修复这种功能的信息,进而产生一个新的功能,这个功能与原功能相反,即这个功能是破坏物质积累,把物质返还到土壤中,慢慢地出现了这种功能的载体,即分解者。但是分解者只能把物质返还给土壤,能量却不能一次性返还消失,能量必须渐次消失。在地球生态系统形成的初期,植物积累了大量的能量,由于没有消费者,就形成了大量的火灾,同时有许多被压到了地层中形成煤炭和石油。经过长期进化,消费者才慢慢形成。恐龙时期,消费者还没有形成象现在这样多样而有层次的体系,稳定性很差,由于地球环境的变化,恐龙大量灭绝。因此,消费者产生的过程实际上是一个漫长而且曲折、围绕着能量消耗而逐渐展开的长期的过程,到目前还没有结束,也不会结束。而且消费者是与某地域的植物群落相关联,但是又脱离于该地域群落的、有层次的体系,这个体系是能量不断消耗中逐渐建立起来的耗尽体系,在自然选择过程中,任何细微的能量都会被这个体系当中的某个成员以自己的方式消耗。正是能量消耗的渐次性才导致了物种的多样性,生物多样性实际上是源于化学能的存在形式的多样性,这包括了生产者本身,因为生产者自己既是能量的积累者,又是能量的消费者。能量积累的方式目前看不具有多样性,绿色植物基本都是用叶绿体进行光合作用而来,其它类型营自养的生物在地球上没有占绝对优势,尽管样式多样化,但是不是生物多样性的主流源泉。消费者占据着更大的地域,比植物的生态位大很多,同时不同的消费者有不同的生态位,从初级消费者,到次级消费者,再到终极消费者,其生态位是逐渐扩大的,消费者之间的生态位有交叉、重叠部分,生产者的生态位变化和消费者相反,从初级生产者到次级生产者再到主要生产者,它们的生态位是逐渐缩小的,初级生产者的生态位所占的地域面积最大,分布最广,而主要生产者的生态位最小,占据面积最少,最脆弱更容易被破坏,也更容易发生生态位错位的现象。三大生产者和三大消费者的生态位都是大小不同,地域不同的,因此全部存在交叉错位的现象。分解者的生态位也不相同。各种生产者、消费者、分解者形成了相互重叠交叉,相互作用的生态位和功能体系,当这种体系出现在某地域时,就形成了某地域的生态系统。所以某地域的生态系统就是其中各种生物的生态位重叠体,它自然与该地域的环境有关联。 由以上的分析说明可以看出,生态系统的演替有不同于群落演替的自身规律:1、生态系统的演替应该是从生产者开始,即植物群落开始,然后渐次到消费者和分解者的,应该逐渐出现动物和菌类,生态系统完整后演替才可能达到顶级,达到稳定态。生态系统演替就是从不完整的、不循环的只有生产者发展为有初级生产者、次级生产者、主要生产者、初级消费者、次级消费者、终极消费者和分解者都齐备的完整体系。否则,能量和物质的积累必然在某个时间发生突变,群落会遭到毁灭性演替。2、生态系统演替虽然在植物群落中进行,但是已经超越了植物群落的界限,扩大到动物和微生物。就是说动物和微生物对群落演替不仅有必然影响,而且是演替的一部分。3、生态系统稳定以后才可以达到群落的演替顶级,就是说稳定的生态系统和群落演替的顶级是有对应关联的。4、生态系统是一个能量开放系统,物质循环系统,信息反馈系统,这三样如果有一样没有完成,就依然处在生态系统的演替过程,因而群落是不稳定的。开放性系统通常是非稳定系统。生态系统通常是非稳定热力学系统,但其中的某些子系统可能是稳定的。 最后,我觉得研究生态系统演替的一个重要的理论是冗余系统(redundancysystem),而群落演替的理论虽然很成熟,但是不足以说明更高层次和更多的生态现象。 刘增文,李雅素 , 李文华 . 关于生态系统概念的讨论 .西北农林科技大学学报 ( 自然科学版).2003,31(6):204~208. 周秀慧.生态系统的结构与功能及持续生物圈 .山东工程学院学报. 2001 ,15(2):75~80. CliffordEvansG. 生态系统的研究和人类的未来资源 . 生态学杂志 ,1976,64(1):1-5
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生态系统的复杂性
jiaojiaojing 2009-4-29 15:19
看来我要经常更新我的博客啦,那么懒的,从来不写点啥?最近看了一篇nature,是关于 互利相互作用的嵌套性可减小竞争和增强生物多样性。这几个作者已经陆续发了好几篇这样的文章了,L-V模型当中一个劲的加入些新的东西来完善和扩充自己的生态模型,然后希望能更好的解答生物世界到底为什么是这个样子的。有点看法和观点: 研究生态系统的复杂结构是目前生态位理论者们的一个趋势吧,由一个简单的L-V公式出发,加入了不同的营养级,加入捕食关系,种间种内竞争关系,这篇文章又加入了共生关系,越来越完善化。我个人觉得哪个都有道理,中性是在一个宏观的,大尺度上描述物种多度,只是能表现出现在的物种有多少,是偏数学化的,没有去深入解答为什么?深入的理论机制是什么,它可以作为一个描述,生态位理论算是对这种现象的一个深入研究吧。说不定后期,大家又发现这几个西班牙人会陆续加入寄生等因素,进一步扩充他们的理论模型。 http://www.planta.cn/forum/viewtopic.php?t=15691 这是我上传的这篇文章,在普兰塔上。有兴趣的人可以看看哈,希望多交流。
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爱上芦苇地
kestrelwing 2008-11-11 13:12
爱上芦苇地 With his ear to the reedstems, caught at intervals, something of what the wind wet wispering so constantly among them. the wind playing in the reeds and rushes and osiers (Kenneth Grahme, 1908, The Wind in the Willows ) Even now, there are only few that go down into the reedbeds for pleasure or profit (profit being either income or the advancement of science). Those of us who do, find the pleasure as well as the profit. 'Solitary' is the proper word to describe being all day surrounded by reeds, seeing only reeds and sky, hearing only reeds and birds. A unique experience (Sylvia Haslam, 2003, Understanding Wetlands: Fen, bog and marsh ) 前辈是如此描述的芦苇地,我能体会到Haslam那个solitary的时候,是我第一次在芦苇丛里迷失方向的时候,还有次小师弟从芦苇丛里打来求救电话,他说他找不到出来的路了~不过都是有惊无险。站在3-4m多高的芦苇丛里,你能看到的只有头上的天空和密密的芦苇枝,偶尔从你身边经过的小鸟,还有地上爬满的螃蟹和芦苇枝上各种虫子,不过我相信在英国的科研工作者进入芦苇地里感觉会很不一样,因为他们的芦苇只有不到2m高。不钻进芦苇丛里当然看到是大片的芦苇,还有风起芦苇浪啦~ 这个图也许可以想象一下站在芦苇丛里的感觉~ 之所以关注芦苇,起源于一种鸟震旦鸦雀。而震旦鸦雀的关注,还得到本科毕业那会儿(2002年),当年导师提前带我出去野外,去的是南汇边滩(当年的南汇边滩芦苇地还是有的,当年的南汇边滩是现在的临港新城,出了城就是江和海,和那个新奥尔良类似的,嘿嘿,没恶意的),在那的芦苇地里第一次见到了震旦鸦雀,虽然那时候已经开始和鸟友出去观鸟,但是那之前还没有见过震旦鸦雀,所以当时还是个个人新记录~,也因此给了导师一个吹的机会,依稀记得导师当年说,国内震旦鸦雀的第一个研究是华师大的一位先生做的(其实是华师大生物系毕业的),主要是种群生态学的一些东西,而对于其他的方面了解很少,比如食性等等~~~总而言之,导师似乎有意把这个作为研究的对象~~,不过后来因为种种原因一直没有机会去深入了解这个震旦鸦雀,直到2006年,才开始有了大量的时间和精力投入到芦苇地里去关注震旦鸦雀。 这个就是震旦鸦雀了,不进入芦苇丛里比较难见到的,可能也是早期对于他的了解很少的原因,就如Haslam说的,很少有人愿意跑到芦苇地里去~~ 虽然我有时间和精力去调查震旦鸦雀,我的主攻方向是湿地生态恢复鸟类栖息地营建的相关生态学问题,震旦鸦雀只能算是顺带着的兴趣,而刚好栖息地营建实验的基地是在一大片芦苇地中,机不可失啊,于是经常徘徊在芦苇地里,逐渐陷入到这片芦苇地里。 震旦鸦雀对芦苇的依赖性极强,他是他唯一的栖息地,他依赖他获取绝大部分食物,他依赖他获取巢材、提供巢址,他的一生都在芦苇地里渡过~在ecological specialization里有habitat specialization,foraging specialization,behavior specialization,dieatry specialization~震旦鸦雀大概可以占到好几个,而这一切都起因于震旦鸦雀分布在芦苇地里。因为震旦鸦雀取食芦苇上的昆虫,我想知道芦苇地里的昆虫,因为震旦鸦雀对芦苇的依赖,我想知道芦苇的变化对震旦鸦雀的影响,我也想知道震旦鸦雀对芦苇是不是有影响,还有那些比如爱爬芦苇杆的螃蟹,我想知道这些螃蟹是不是会影响震旦鸦雀繁殖,我也想知道震旦鸦雀是不是意识到这些爱爬芦苇杆的螃蟹是个危害,还有螃蟹会吃芦苇叶子,这些螃蟹的行为是不是会影响芦苇、进而影响震旦鸦雀,这些螃蟹行为会不会影响芦苇上的昆虫,进而影响震旦鸦雀的食物获取~~总而言之,芦苇地里发生的一切都是我想知道。也许最后,我想知道的是震旦鸦雀的特化是怎么来的,这种特化又是如何适应芦苇地生活的。 喜欢爬上芦苇枝去吃芦苇叶子的无齿螳臂相手蟹,这种螃蟹在长江口的芦苇地里数量巨大,不过传统的观点认为他是碎屑食性的,主要吃凋落物;最近稳定性同位素的证据表明他主要吃底栖藻类;而我观察下来,他吃芦苇叶子的量绝不会小于底栖藻类,我更偏向于他是一种herbivore~ 爬在野茭白上的无齿螳臂相手蟹。野茭白相对于芦苇来说,矮小而植株稀疏,无齿螳臂相手蟹会在夜深人静的时候溜到芦苇地旁边的野茭白地里来吃茭白叶子,这些茭白往往被吃的光光的,herbivore的不对等取食作用(asymmetry),也许是盐沼往往形成单一种群落的原因之一呢,呵呵 悦目金蛛,捕食性节肢动物也大量存在于芦苇地里,这些捕食者的存在也会影响芦苇上的昆虫分布等,而螃蟹的攀爬又会影响蜘蛛的分布,这其中的关系想来是很复杂了。以往对于湿地生态系统的生物群落相互关系的研究按照两条线来的多,一条是底栖动物植物环境,还有一条是陆生节肢动物植物环境,前一条可以看成是湿的,后一条可以看成是干的,也颇有湿地是水生生态系统和陆生生态系统交界类型的特征哈,不过我想底栖动物和陆生节肢动物之间相互联系也是完全可能的,螃蟹和蜘蛛的关系及其对herbivore的影响,也许是个起点~ 芦苇日仁蚧或者宫仓仁蚧,山东芦苇营生的人叫他苇虱。数量巨多,躲在芦苇叶鞘下、附着在茎表面,二龄以前可以自由活动,选择芦苇杆,二龄以后就只能附着不动了,雄性个体很少见,见到的都是雌性。这是震旦鸦雀在长江口地区的主要食物之一,因为这虫子全年都有,只要你不把芦苇全收割光。一个朋友说,在黄河口的芦苇丛里,震旦鸦雀也是主要以这种虫子为食,虽然后来在东北也试图去找过这种虫子,没有找到,不知道那边的震旦鸦雀是不是也主要吃这种虫子。这个虫子,日本的研究者Kaneko做了很多工作,不过是关于鸟类取食对他以及他的拟寄生生物(parasitoid)的影响的~ Gall makers,某种芦瘿蚊在芦苇枝上形成的虫瘿,数量也很多,也是震旦鸦雀重要食物之一,不过相对于芦苇日仁蚧来说,取食要难一点。这类昆虫也是很有名的,德国的一个同行Tscharntke(现在改作农业生态系统虫害相关研究了)早期就特别关注过他,这个芦瘿蚊也有大量的拟寄生者,德国同行主要研究了鸟-芦瘿蚊-拟寄生者之间的营养级联关系,当然芦瘿蚊对于芦苇枝的影响也很大。没有去过德国也没有去过日本,同样关注芦苇上昆虫的两位同行Kaneko和Tscharntke的研究中没有同时提到日仁蚧和芦瘿蚊,不知道是不是和这两个类群的分布有关,而在我的研究区域,这两个类群同时存在,而且同样是震旦鸦雀重要的食物~ 某种stem-boring caterpillar,数量巨多,是震旦鸦雀育雏期的重要食物,因为总是躲在芦苇枝茎腔里,取食是最难的了。也是当年Tscharntke很关注的芦苇昆虫,因为在欧洲,这类昆虫会导致芦苇枝死亡,然后长出侧枝,而侧枝又是一些secondary attacker所偏爱的,因此,stem-boring caterpillar在芦苇生境昆虫群落结构中起到相当重要的作用,而且昆虫群落结构的变化也会对芦苇产生相应的影响。不过,在我的研究区域,stem-boring caterpillar伤害芦苇枝以后,不会长出侧枝~估计其在昆虫群落结构变化中的作用远不及欧洲了~ 这就是那片芦苇地所在的地方了,因为科研工作的开展,这片原来是废弃鱼塘的荒地已经成为崇明岛上一个新的旅游热点,据崇明县旅游局曰:2007年,年参观人数80k,可能因为不要门票吧;政府也只有因为这样才愿意给钱做科研,因为这样的科研可以带动当地的经济发展~科研的目的是自然和社会双赢~ (所有照片均为本人拍摄,转载请注明出处,谢谢)
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关于没有通过专家评审的博士论文
entropy 2008-8-20 11:25
《生态系统_熵_健康》,这不仅是一篇为了获得学位的应景之作,这其中包含了我的人生观、世界观、方法观等等很多内容。科学是主观的,我的论文也是主观 的;有很多内容很枯燥,但不难;有的内容聊聊几句却玄机无限;只有静下心来仔细读,才能有所收获。学位不代表学识,空有其名者也不乏其人,没有学位也未必 就平庸无奇,学位是别人给的,学识是自己炼就的。博士论文的评价标准也是别人定的,心中的标准是什么?站在巨人的肩上向前看,而不是站在自己的视野里向上 看(井底之蛙)。
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