生態(tài)學：中文版

前言
致謝
第1章 緒論
生態(tài)學系統(tǒng)可以小如生物個體，大如整個生物圈
生態(tài)學家從不同的透視角度研究自然
植物、動物和微生物在生態(tài)學系統(tǒng)中起不同的作用
棲息地定義生物在自然中的位置；生態(tài)位定義其功能地位
一切生態(tài)學系統(tǒng)及其過程都有特征性的時間和空間尺度
生態(tài)學系統(tǒng)服從物理學和生物學一般原理
生態(tài)學家通過觀察和實驗研究自然界
人類是生物圈中重要的組成部分
人類對于自然界的影響已上升為生態(tài)學研究的焦點
生態(tài)學家在野外 一個假說的實驗檢驗
生態(tài)學實踐 誰、怎樣和為什么
第2章 自然環(huán)境
水具有許多適合維持生命特性
所有自然水體都含有可溶性物質(zhì)
氫離子濃度深刻地影響著生態(tài)系統(tǒng)
生物的能量轉(zhuǎn)換與碳和氧密切相關(guān)
無機養(yǎng)分的可利用性影響著生命的豐度
光是生物圈能量的主要來源
熱環(huán)境為熱的獲得和喪失提供了幾種途徑
生物必須應付極端溫度
生物通過許多物理刺激來感覺環(huán)境
生態(tài)學家在野外 在熟帶島嶼上保持涼爽
生態(tài)學實踐 未來的自然環(huán)境
第3章 對水和陸地環(huán)境的適應
水的可利用性取決于土壤的物理結(jié)構(gòu)
植物通過根細胞的滲透勢從土壤中等到水
蒸騰作用促進水從根移動到葉
控制葉子水分散失是對干旱環(huán)境的適應
植物從土壤水中獲得礦物營養(yǎng)
光合作用隨光照水平而改變
植物利用高水壓調(diào)節(jié)光合作用
鹽平衡與水平衡緊密相伴
動物以小有機分子形式排出多余的氮
水保存機制在熱環(huán)境中是重要的
生物保持穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境
大型動物通過循環(huán)系統(tǒng)輸送氧到組織中
逆流循環(huán)增加了流體間熱和物質(zhì)的傳遞
每個生物體在有限條件范圍下功能最佳
生態(tài)學家在野外 斑塊狀分布的土壤營養(yǎng)物對植物生長的影響
生態(tài)學實踐 適應與保護
第4章 自然環(huán)境的變化
太陽輻射能確定了全球的溫度和降雨模式
洋流重新分配熱和濕氣
氣候的季節(jié)變化由太陽頂點的運動造成
溫度和風驅(qū)使溫帶湖泊中形成季節(jié)性周期
氣候維持不規(guī)律的波動
地形和地質(zhì)特征引起氣候的局部變異
氣候和地下巖床決定了土壤的多樣性
生態(tài)學家在野外 50萬年的氣候記錄
土壤或森林，誰第一個出現(xiàn)?
生態(tài)學實踐 空間和時間的變化
第5章 生物群落：生物群系的概念
氣候是決定植物分布的主要因素
地形和土壤的變化影響著當?shù)刂参锏姆植?br />形態(tài)和功能的適應與環(huán)境吻合
氣候確定了陸地生物群系的邊界
Walter氣候圖區(qū)分出主要的陸地生物群系
溫帶氣候帶的年均溫度在5～20℃之間
北方氣候帶和極地氣候帶的年均溫度低于5℃
赤道氣候帶和熱帶氣候帶的年均溫在20℃以上
水生生態(tài)系統(tǒng)的生物群系概念需修正
生態(tài)學實踐 變動的生物群系邊界
第6章 生態(tài)系統(tǒng)中的能量
Alfred J.Lotka 發(fā)展了生態(tài)系統(tǒng)的第一熱力學概念
初級生產(chǎn)借助光合作用同化能量和生產(chǎn)有機物
初級生產(chǎn)借助光合作用同化能量和生產(chǎn)有機物
營養(yǎng)級間的能量傳遞效率只有5％-20％
能量以不同的速率通過生態(tài)系統(tǒng)
生態(tài)系統(tǒng)能量學是對生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞的概括
生態(tài)學家在野外 初級生產(chǎn)量可用氣體交換法或植物生長量測定
生態(tài)學實踐 食物鏈有多長?
第7章 生態(tài)系統(tǒng)中元素的循環(huán)途徑
能量轉(zhuǎn)換和無線循環(huán)密不可分
生態(tài)系統(tǒng)可模型化為一系列相聯(lián)結(jié)的分室
水為生態(tài)系統(tǒng)中的元素循環(huán)提供了一個物理模型
碳循環(huán)與生物圈的能流緊密相連
氮在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)時呈現(xiàn)多種氧化態(tài)
磷循環(huán)在化學上不復雜
硫存在多種氧化和還原形式
微生物在元素循環(huán)中起多種作用
生態(tài)學家在野外 泥盆紀大氣CO2濃度急劇下降的原因是什么?
生態(tài)學實踐 甲烷生成
第8章 陸地生態(tài)系統(tǒng)和水域生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分更新
陸地生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分更新主要發(fā)生于土壤
植物碎屑的質(zhì)量影響?zhàn)B分更新速率
菌根是真菌和植物根系的共生體
氣候影響?zhàn)B分更新速率
在水域生態(tài)系統(tǒng)中，養(yǎng)分在深水層和沉積物中緩慢更新
水域生態(tài)系統(tǒng)中溫度分層阻止垂直混合
養(yǎng)分經(jīng)常制約著海洋的生產(chǎn)量
氧耗促進深水區(qū)某些養(yǎng)分的更新
磷濃度控制著湖泊的營養(yǎng)狀況
外部和內(nèi)部的高養(yǎng)分輸入使河口灣和沼澤具高生產(chǎn)力
生態(tài)學家在野外 全球變暖將會加快北方林土壤中有機物的分解嗎?
鐵能限制海洋生產(chǎn)力嗎?
生態(tài)學實踐 深海火山口附近的養(yǎng)分和生產(chǎn)力
第9章 適應在變化的環(huán)境中生活
適應是影響進化和合度特性的自然選擇的結(jié)果
表型是生物個體在形態(tài)和功能上的基因型表現(xiàn)
每類生物有一個受環(huán)境條件限制的活動空間生物能夠選擇微棲息地
馴化是響應環(huán)境變化在結(jié)構(gòu)上作出的可逆性變化
發(fā)育反應是響應環(huán)境中持久穩(wěn)定改變而產(chǎn)生的不可逆變化
遷移、貯存和休眠能使生物在極端環(huán)境中生存
動物搜索食物在一定程度上擴大其適合度
生態(tài)學家在野外 棕曲嘴鷦鷯對溫度和小棲息地的選擇
歐椋鳥的最佳攝食
風險-敏感攝食實驗
生態(tài)學實踐 可變環(huán)境的耐受
第10章 生活史和進化適合度
資源分配中的權(quán)衡為了解生活史提了基礎
表型可塑性使個體能夠適應環(huán)境的變化
生活史沿著慢-快連續(xù)譜變化
生活史代表生物體各種矛盾需求的最好解決
生活史平衡當前生殖與未來生殖之間的權(quán)衡
單次生殖的生物只繁殖一次然后死亡
衰老是生理機能隨年齡增加而下降的表現(xiàn)
生態(tài)學家在野外 一個相互移植實驗
歐洲紅隼親體投入的花費
生態(tài)學實踐 生活史令人驚奇
第11章 性與進化
有性生殖是兩個個體遺傳物質(zhì)的混合
有性生殖是昂貴的
產(chǎn)生遺傳多變后裔的優(yōu)勢使性被保護下來
個體可能有雌性功能、雄性功能，或兩者兼具
后裔性比受進化所修飾，并使個體適合度最大
交配制度描述種群內(nèi)雌雄配對的格局
性選擇導致雄-雄格斗和雄性精細華麗的妝飾
生態(tài)學家在野外 淡水蝸牛的寄生物與性
生態(tài)學實踐 雌性兩性異體：百里香
第12章 家庭、社會和進化
領域和優(yōu)勢等級構(gòu)成了種群內(nèi)的社會相互作用
集群生活使個體獲益的受損
自然選擇平衡了社會行為的花費與收益
親緣選擇促使利他行為利于親緣個體
擴展家庭內(nèi)個體間合作意味著親緣選擇的作用
對策論分析證明無關(guān)系個體之間的合作的困難
親代與子代可能在親代投入水平上發(fā)生沖突
真昆蟲社會起源于同胞間利他行為和親代優(yōu)勢
生態(tài)學家在野外 合作行為常是利他行為嗎?
生態(tài)學實踐 憤怒的螞蟻
第13章 種群結(jié)構(gòu)
種群的地理分布決定于生態(tài)上適宜的本息地
種群內(nèi)部個體的散布反映棲息地的異質(zhì)性和社會相互作用
種群存在于異質(zhì)性景觀中
可用幾種方法種群大小進行估算
個體移動可保持種群的空間連接
生態(tài)學家在野外 珊瑚多度的變化尺度和大堡礁的恢復
一個實驗種群的理想自由分布
生態(tài)學實踐 繁殖體與氣(水)流
第14章 種群增長和凋節(jié)
種群增長依靠倍增而不是加成
種群增長速度取決于年齡結(jié)構(gòu)
生命表是對特定年齡存活和生育力的概括
生命表能夠估算內(nèi)稟增長率
種群大小受密度制約因素調(diào)節(jié)
生態(tài)學家在野外 組建自然種群生命表
白尾鹿種群的密度制約
生態(tài)學實踐 負密度制約
第15章 種群的時空動態(tài)
波動是自然種群的常規(guī)
時間變化影響種群年齡結(jié)構(gòu)
種群周期是由種群對自身密度的反應時滯引起的
集合種群是由個體的移動聯(lián)系在一起的離散亞種群
偶然事件可能使小種群走向滅絕
生態(tài)學家在野外 麗蠅種群的時滯和波動
萊茵河沿岸草原斑塊中的集合種群
生態(tài)學實踐 種群和自然保護區(qū)設計
第16章 種群遺傳與進化
突變與重組是遺傳變異之源
全部個體的基因型構(gòu)成種群的基因庫
哈迪-溫伯格法則決定大種群平衡時等位基因和基因型的頻率
多數(shù)自然種群都會偏離哈迪-溫伯格法則
自然選擇可以是穩(wěn)定選擇、定向選擇或分裂選擇
等位基因頻率的進化改變已在自然種群中得到證實
生態(tài)學家可以從種群遺傳學研究中得出有用的結(jié)論
生態(tài)學家在野外 植物的近交衰退和選擇性敗育
選擇與黑化蛾的頻率變化
生態(tài)學實踐 種群遺傳學和進化速度
第17章 捕食和植食
捕食才有利用其獵物的適應性
獵物具有逃避其捕食者的適應性
寄生物具有確保其在寄主間散布的適應性
寄生物-寄主系統(tǒng)的特征是具有致病性和抗性的適應
植物具有防御植食動物的形態(tài)和化學適應
植食動物可以有效控制一些植物種群
生態(tài)學家在野外 哺乳動物捕食者及其獵物的相對大小
青蛙蝌蚪對捕食者的回避與生長
生態(tài)學實踐 防御的代價
第18章 捕食動態(tài)
消費者可以限制資源種群
捕食者和獵物種群常常表現(xiàn)為有規(guī)律的周期性增長或下降
捕食者-獵物的相互作用可以用簡單的周期動態(tài)模型進行模擬
Lotka-Volterra模型的改進型能體現(xiàn)更復雜的捕食者-獵物關(guān)系
幾種因素?？蓽p小捕食者-獵物模型中的波動
捕食者-獵物系統(tǒng)可以有一個以上穩(wěn)定狀態(tài)
生態(tài)學家在野外 Huffaker關(guān)于螨種群的實驗
檢驗Lotka-Volterra模型的預測
生態(tài)學實踐 把捕食者-獵物模型應用于野生生物管理
第19章 競爭
消費者的資源競爭
在實驗條件下物種不能共存導出競爭排除有理
競爭和共存理論是邏輯斯諦增長模型的擴展
野外研究表明競爭在自然界普遍存在
植物競爭在富養(yǎng)生境和貧養(yǎng)生境有所不同
通過利用共占資源或直接干擾而引起競爭
競爭結(jié)果可能受捕食者影響
生態(tài)學家在野外 受一種以上資源的限制
森林闊葉草本植物競爭的實驗研究
藤壺競爭空間
無尾兩棲類群落中的捕食和競爭
生態(tài)學實踐 不對稱競爭
第20章 協(xié)同進化和互惠共生
頡頏物是在彼此反應中形成的
植物-病原物系統(tǒng)的協(xié)同進化揭示了基因型與基因型的相互作用
消費者和資源可以達到進化平衡
競爭能力顯示出遺傳變異和對選擇的反應
競爭種群的特性通過性狀替換而發(fā)生趨異
互惠共生生物具有互補功能
協(xié)同進化是種群之間的相互進化反應
生態(tài)學家在野外 擬寄生物-寄主系統(tǒng)進化的研究
關(guān)于競爭優(yōu)勢進化的研究
植食動物和植物的化學防御
生態(tài)學實踐 螞蟻和植物
第21章 群落結(jié)構(gòu)
生態(tài)學家持有不同的群落概念
生態(tài)學家使用若干方法測度群落結(jié)構(gòu)
“群落”一詞被賦予多種含義
群落是生態(tài)組織的一個自然單位嗎
食物關(guān)系將群落組織成食物網(wǎng)
營養(yǎng)級受上一級捕食者和下一級生產(chǎn)量的影響
生物群落內(nèi)物種相對多度的變化
物種數(shù)目隨取樣面積的增加而增加
多樣性指數(shù)以相對多度來衡量物種豐富度
生態(tài)學家在野外 物種如何沿生態(tài)梯度分布?
巖石潮間帶的食物網(wǎng)復雜性
養(yǎng)分增加如何影響水生生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)級?
生態(tài)學實踐 植物上的植物
第22章 群落發(fā)育
演替系列的概念包含演替變化的所有階段
演替發(fā)生的部分原因是定居者造成的環(huán)境改變
早期和晚期的演替種具有不同的適應性
某些頂極群落由極端環(huán)境條件維持
多變環(huán)境及不穩(wěn)定的演替順序?qū)е聲簳r性頂極和循環(huán)頂極
生態(tài)學家在野外 斷層大小如何影響海洋硬基質(zhì)上的演替?
北卡羅來納州Piedmomt地區(qū)的撂荒地演替
生態(tài)學實踐 演替發(fā)揮作用
第23章 生物多樣性
大尺度的多樣性格局能反映緯度、棲息地異質(zhì)性和生產(chǎn)力
多樣性兼有區(qū)域和局域組分
局部群落是區(qū)域物種庫的一個子集
生態(tài)釋放為局部相互作用提供證據(jù)
多樣性可理解為生態(tài)位關(guān)系
多樣性的平衡理論均衡著遷人和遷出物種的因素
熱帶地區(qū)樹種高度多樣性的解釋著重于森林動態(tài)
生態(tài)學家在野外 濕地植物群落中的物種揀選
島嶼動物區(qū)系的實驗操控
生態(tài)學實踐 土壤病原體對幼苗死亡率的影響
第24章 歷史與生物地理學
生物進化史可用地質(zhì)年代度量
大陸漂移改變了大陸板塊的位置
生物地理區(qū)反映著大區(qū)域的長期進化隔離
氣候變遷改變動植物分布
災變引起進化方向的重大改變
第25章 滅絕和保護
第26章 經(jīng)濟發(fā)展與全球生態(tài)學
圖表致謝
術(shù)語表
索引