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主要内容

生态演替

演替是生态社区的逐步变化。原生和次生演替。极顶社区的概念。

要点

  • 演替是一个生态群落的组成随时间而发生的一系列渐进变化。
  • 原生演替中,新裸露或新形成的岩石首次被生物殖民。
  • 次生演替中,先前被生物占据的区域被干扰——破坏——然后在干扰之后重新被生物殖民。

介绍

你是否曾经观察过一个由动植物组成的复杂多样的群落,比如森林,并好奇它是如何形成的?曾几何时,这片地区必然是一片裸岩,但今天,它却孕育着一个丰富的生态群落,由生活在一起、相互影响的不同物种组成。很可能,“罗马不是一天建成的”,这也不是一夜之间的变化。
生态学家对理解生物群落是如何随时间推移而形成和变化很感兴趣。实际上,他们花了很多时间去观察森林等复杂群落是如何从裸岩或者空地上面形成的。例如,他们研究火山爆发、冰川后移或野火发生的地点,这些事件清出了空地或使岩石裸露。
在研究这些地点的过程中,生态学家发现了生态群落的逐渐变化过程。在很多情况下,一个在被干扰的地区出现的群落会经历一系列的组成转变,这通常是许多年的过程。这一系列的变化叫做生态演替。

演替

生态 演替 是物种的一系列渐进变化,物种随着时间的推移形成一个群落。生态学家通常确定两种类型的演替,它们的出发点不同:
  • 原生演替 中,新裸露或者新形成的岩石首次被生物所殖民。
  • 次生演替 中,先前被生物占据的区域被干扰,然后在干扰之后重新被生物殖民。
演替通常包括从物种多样性较低(可能不那么稳定)的群落向物种多样性较高(可能更稳定start superscript, 1, end superscript)的群落的演化,尽管这不是一个普遍规律。

原生演替和先驱物种

原生演替 在新陆地上产生,或者裸岩被暴露时发生,提供可以开始第一次殖民的栖息地。
例如,原生演替可能在火山爆发,就像那些在夏威夷大岛上面的火山爆发,之后产生。在岩浆流入海洋的时候,新的岩石就产生了。在夏威夷大岛上面,每年大约增加32英亩(13万平方米)的陆地。在原生演替期间,这片陆地上发生了什么?
首先,风化作用和其他自然力量分解了基岩和石头,使得一些生命力顽强的植物和需要很少土壤的地衣生长,这些生物被称为先驱物种,见下图。这些物种有助于进一步将富含矿物质的岩浆分解成土壤,在那里,其他不那么顽强的物种可以生长,并最终取代先驱物种。此外,随着这些早期物种的生长和死亡,它们变成了不断增长的分解有机物质层的一部分,并有助于土壤的形成。
毛伊岛上在原生演替中殖民岩浆的多肉植物的图片。
在夏威夷毛伊岛的原生演替,多肉植物是先驱物种。图片来自: Community ecology: Figure 17 by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0; work by Forest and Kim Starr
这个过程会在演替过程中重复数次。在每一个阶段,新物种迁移到一个地区,通常是由于之前物种对环境的改造,并可能取代它们的前一代。在某一时刻,这个群落可能会达到一个相对稳定的状态,并停止改变组成。但是,我们仍不能对“演替一直,或者通常会有稳定的结局”下定论,这点我们会在文章后面继续探讨。

次生演替

次生演替 指一个区域的群落的大部分或全部被摧毁后,这个区域又被新的物种重新殖民的过程。
次生演替的一个典型例子发生在被野火烧毁的橡树和山核桃林中。野火会烧毁大部分植被,并杀死无法逃离火场的动物。然而,它们的养分会以灰烬的形式返回地面。由于受干扰的地区已经有了营养丰富的土壤,因此可以比原生演替的裸岩更快地被重新殖民。
在野火之前,橡树和山胡桃树林的植被主要都是高大的树木。它们的高度可以帮助它们获得太阳能,同时也遮蔽了地表和其他底栖物种。然而,大火过后,这些树木不会马上重新长回来。相反,第一批长回来的植物通常是一年生植物——只活一年的植物,然后是在几年之内迅速生长和蔓延的草。这些早期的殖民者也可以被划分为像原生演替中的先驱物种。
图像来自: 改自 Forest succession by Lucas Martin Frey, CC BY 3.0
经过许多年,至少部分由于草本和别的物种的生长而引起的环境变化,灌木会产生,然后是小型松树,橡树和山核桃树。最终,除非有进一步的干扰,橡树和山核桃树将占据主导地位,形成浓密的树冠,使群落恢复到山火前的原始状态。这个演替过程历经差不多150年。

演替之路,演替之终

早期研究演替的生态学家认为,演替是一个可预测的过程,在这个过程中,一个群落总是经历一系列相同的阶段。他们还认为,演替的最终结果是一个稳定不变的最终状态,叫做顶极群落,主要由一个地区的气候决定。例如,在上面的例子中,成熟的橡树和山核桃林是群落的顶极群落。
如今,人们在质疑演替只会遵循稳定路线,以及稳定的顶极群落的想法。根据具体情况,演替似乎可以遵循不同的路线,而不是预先确定的路线。start superscript, 1, end superscript还有,虽然在某些情况下,稳定的顶极群落确实可以产生,但在许多环境中这可能并不常见。生态系统可能会经历频繁的干扰,阻止一个群落达到平衡稳态,或者当其到达稳定状态的时候,就快速将其打破。