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第七章 發展與演化

第七章 發展與演化. 鄭先祐 生態主張者 Ayo 工作室. Development and Succession. Ecological succession ( 演進、演替、演遞) Ecosystem development ( 發展) Organic evolution ( 演化) Seral stages ( 系列階段) Climax stage ( 極盛階段) (終極). 範例：廢耕農地的演進. 美國喬治亞州 Piedmont 地區的廢耕農地。 最早拓殖的是一年生的雜草類植物。 幾年後，接著是多年生的草本植物。 然後接著是灌木和松樹樹苗。

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第七章 發展與演化

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  1. 第七章 發展與演化 鄭先祐 生態主張者 Ayo 工作室

  2. Development and Succession • Ecological succession (演進、演替、演遞) • Ecosystem development (發展) • Organic evolution (演化) • Seral stages (系列階段) • Climax stage (極盛階段) (終極) 自然的經濟

  3. 範例：廢耕農地的演進 • 美國喬治亞州Piedmont地區的廢耕農地。 • 最早拓殖的是一年生的雜草類植物。 • 幾年後，接著是多年生的草本植物。 • 然後接著是灌木和松樹樹苗。 • 隨後是松樹林發展出來。 • 松樹林持續一百年左右，之後逐漸被耐陰硬木林取代。 (圖1) 自然的經濟

  4. 圖7.1 廢耕農地的演進過程。 自然的經濟

  5. 圖7.1 自然的經濟

  6. Succession 的理論：簡史 • Eugenius Warming (1895)最早描述 succession • Frederic E. Clements (1916) Plant Succession: An analysis of the development of vegetation。發揚光大。提出 supra-organism的觀念，類似後來的單一極盛相(monoclimax)理論。 • Herbert A. Gleason (1926) The individualistic concept of the plant association. • Clements and Shelford (1939) Bio-ecology. 描述動物與植物間的關係。 • Ramon Margalef 導入能量循流的內涵。 自然的經濟

  7. Succession 的類型 • Primary succession • Secondary succession • Autotrophic (自營) succession • Hetrotrophic (異營) succession • Pioneer stage：傾向於隨機的變化。 • 隨後的較有組織化(deterministic)。 自然的經濟

  8. 生態體系發展模型 Climax 發展體系 圖2. 生態體系演進的模型。 自然的經濟

  9. 圖3. 生態體系演進的能量循流的模型。 自然的經濟

  10. 圖4. 微生態體系的演進。Pg為粗初級生產量； Pn為淨初級生產量；R為呼吸量；B為生物質量。 自然的經濟

  11. 圖4. 森林生態體系的演進。 Pg為粗初級生產量； Pn為淨初級生產量；R為呼吸量；B為生物質量。 自然的經濟

  12. 生態體系的演進 (succession) • 群落結構 • 能量循流 • 生物地理化學的循環 • 天擇與調整 自然的經濟

  13. 自然的經濟

  14. 自然的經濟

  15. 自然的經濟

  16. 時間因素與異發力量 • 目前的生態體系的狀態，受到其演進的時間長短的影響。 • 倘若有外來的異發力量，如干擾，演進的狀況亦會受到干擾。演進的情況會改變，甚至是「後退」，稱為「潰化」。 • 演進因為干擾而改變方向，稱為「偏途演進」(deflected succession)。 自然的經濟

  17. 動態的海灘 • 海灘是觀察自發與異發過程交互作用的好地方。 • 海灘的沙，是來自陸域沖刷來的沙，與被海浪帶走的沙，相互作用的結果。 • 如果海岸的沙之收支是正的，那麼沙灘即會往海的方向移動。 • 如果收支是負的，海灘即會往陸地退縮。 自然的經濟

  18. 圖5. 防波堤對海灘的影響。 自然的經濟

  19. 老化與週期性演進 • 生態體系，是否會老化？ • 數千年的檜木林，已達到極盛相(climax)？ • 演進愈久，自然的價值與美學愈高。 • 但是為經濟開發的目的，演進的中途就可能會砍伐。 • 週期性演進(cyclic succession)：火因群落 • 脈動性穩定 自然的經濟

  20. 土地利用的規劃 • 人類對生態環境的兩大需求：高生產力與高穩定性，是分屬於演進的不同階段。 • 我們不可能於同一塊土地，同時滿足人們的兩大需求。 • 脈動性穩定，是一種折衷的辦法。 • 補丁整合，是必要的。 自然的經濟

  21. 網路系統理論 • 網路定律(network law) • C = N(N-1)/2 • 換句話說，支撐網路使用者(N)的成本(C)是N的近兩次方。 • 當城市或開發大小倍增時，其維護的成本可能增加為四倍。 自然的經濟

  22. 演進失敗：潰化 • 污染與干擾，或是外來的壓力，就是造成生態體系演進失敗，或稱為潰化的原因。 • Woodwell (1992) 認為印度有三分之一的地方已經處於潰化的狀態。 自然的經濟

  23. 生物圈的演進 • 生物圈的長期演進是由兩大因素交互作用所塑造而成的：其一是地質與氣候的力量，其二是生命成分的活動所產生的自發過程。 • Gaia 假說 自然的經濟

  24. 藍綠藻 ( 氰細菌，cyanobacteria ) • 至少在20億年前，最早行「光合作用」的生物是氰細菌(藍綠藻)。 自然的經濟

  25. 圖6. 生物圈的演化，以及其對大氣的影響。 自然的經濟

  26. 圖1. 地球大氣的氧氣之產生。 自然的經濟

  27. 演化( evolution )的機制 • Genetic drift (基因飄移) • Gene flow (基因循流) • Natural selection (天擇) • Mutation (突變) 自然的經濟

  28. Condition for equation Infinitely large population No net immigration or emigration of alleles No differential mortality or survival by genotype No new mutations Violations Genetic drift Gene flow Natural selection Mutation pressure Table 2.1 condition and violations of the Hardy-Weinberg Equation 自然的經濟

  29. 一般生命的延續過程 自然的經濟

  30. 演化論 • Neo-Darwinism ： Natural Selection + Rep. Isolation • Neutralism： neutral mutation + genetic drifts • Larmarck theory • Entropy • 創造論 自然的經濟

  31. 恐龍時代 哺乳類時代 脊椎動物 Fig. 10.20 演化時鐘。整個地球的歷史濃縮為12小時。從半夜零點至正中午12點。 參考 Table 10.1 無脊椎 第一個細胞生命 真核 原核生命的時期 自然的經濟

  32. 演化的過程 • 漸進現象(gradualism) • Punctuated equilibrium 自然的經濟

  33. Gradualism 自然的經濟

  34. Punctuated equilibrium 長頸鹿 自然的經濟

  35. Allopatric speciation (異區種化) • Sympatric speciation (同區種化) • Radiated speciation (輻射種化) • continental drift (大陸飄移) • Artificial selection (人擇) • Genetic engineering (基因工程) 自然的經濟

  36.  Adaptive radiation in the Hawaiian honeycreepers (Drepanididae). 自然的經濟

  37. Essay 10.2 大陸漂移 自然的經濟

  38. 島嶼生態地理學 自然的經濟

  39. Fig. 7. Equilibrium model of a biota of a single island. 自然的經濟

  40. Fig. 8 Equilibrium models of biotas of several islands of varying distances from the principal source area and of varying size. 自然的經濟

  41. Fig. 10 Colonization curves of four small mangroves islands in the lower Florida Keys, whose entire faunas, consisting almost solely of arthropods, were exterminated by methyl bromide fumigation. 自然的經濟

  42. 1960-1980：相關學科的發展 • (1) 大陸飄移。 • (2) 分子生物技術於系統分類學的應用。 • (3) MacArthur and Wilson (1963, 1967)：島嶼生物地理學的平衡理論。 • (4) Vicariance 生物地理學。 1980年以後，the study of biodiversity。 自然的經濟

  43. Fig. 11. Baja California 自然的經濟

  44. 表1. Cortez 海域島嶼間生物地理之比較。 自然的經濟

  45. Fig. 13. 島嶼生物地理學(修改自Case & Code, 1987) 自然的經濟

  46. 當代的切割理論與生物保育策略 「一大」或是「多小」？ • (1) maximizes the mean size of reserves • (2) maximizes the number of reserves 自然的經濟

  47. Fig. 14. Diagram of experimental design. Plots with solid edges represent enclosures preventing access by sheep. Broken lines mark delineated plots in the grazed area. 自然的經濟

  48. 表2. 於不同大小面積之隔離區與牧養區內，顯花植物的種類數之比較。 自然的經濟

  49. 表3. 各型樣區的種類數目之變化。 自然的經濟

  50. Fig. 16. Cumulative species-area curves for oceanic archipelagos.a. Extant native birds of the Hawaiian islandsb. Galapagos land birdsc. Galapagos Darwin's finchesd. Galapagos ferns. 海洋性島嶼 離岸200公里以上 自然的經濟

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