# 生物多样性

> AP 生物学 · AP 生物学 2020 CED
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u8-biodiversity/

本小节讲解我们如何定义和测量生物多样性，生物多样性与生态系统功能的联系，以及干扰如何影响生物多样性水平。你将学会比较不同生态群落之间的生物多样性。

**先修:** [群落结构和种间相互作用](https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u8-community-interactions/)

## 学习目标

- 区分作为生物多样性组成部分的物种丰富度与物种均匀度
- 解释生物多样性与生态系统功能之间的关系
- 根据中度干扰假说描述干扰对生物多样性的影响
- 将生物多样性与生态系统恢复力和稳定性联系起来

## 生物多样性的定义与测量

生物多样性描述了生物组织各个层次上的生命多样性，从种群内的遗传变异到整个区域的生态系统多样性。在AP生物学考试中，你最常被要求分析局部生态群落内的物种多样性。

**物种丰富度** — 给定群落中存在的不同物种的数量。它不考虑每个物种有多少个体存在。

*例:* 一块1英亩、有38种不同植物的草原，物种丰富度高于一块1英亩、只有19种植物的草原。

**物种均匀度** — 群落中所有物种个体的相对丰度。它测量不同物种之间的个体分布均匀程度。

*例:* 两个物种数量相同的群落，均匀度水平可以差异很大。

**例题:** 比较两个野花草地的整体生物多样性。草地1有4个物种，每个物种各25个个体。草地2有4个物种，物种A有91个个体，物种B、C、D各有3个个体。哪块草地的生物多样性更高？

1. 步骤1：比较物种丰富度。两块草地都有4个物种，因此丰富度相等。
2. 步骤2：比较物种均匀度。草地1的四个物种个体数量相等，因此均匀度达到最高。草地2极度不均匀，一个物种占总种群的90%以上。
3. 步骤3：评估整体生物多样性。由于丰富度相等，但草地1的均匀度高得多，因此草地1的整体生物多样性更高。

> **tip**
>
> AP考试几乎总是会考丰富度和均匀度的区别。在没有检查均匀度的情况下，永远不要假设丰富度越高生物多样性就越高。

## 生物多样性与生态系统功能

生物多样性与关键生态系统服务和功能密切相关，包括初级生产力、养分循环、入侵物种抗性和干扰后恢复力。更高的生物多样性能实现更有效的生态位分化，提高整个群落资源利用的整体效率。

**生态恢复力** — 生态系统从干扰中恢复，在破坏后回到原始稳定状态的能力。

*例:* 多样性高的珊瑚礁在轻度飓风后，比多样性低的珊瑚礁恢复得更快。

关键种相对于其种群大小或生物量，对整体生物多样性的影响不成比例地大。移除关键种几乎总是会导致群落整体生物多样性大幅下降，往往还会造成整个群落崩溃。

**例题:** 在沿海海带森林生态系统中，海獭控制海胆的种群数量，海胆以海带为食。海带为数十种鱼类、无脊椎动物和海洋哺乳动物提供栖息地和食物。当海獭被猎杀到近乎灭绝后，海胆种群暴涨，海带森林被完全摧毁，生态系统中80%的其他物种消失。请识别关键种，并解释生物多样性为什么下降。

1. 步骤1：识别对生态系统结构有不成比例影响的物种。尽管海獭只占总生物量的很小一部分，但它们通过自上而下调控海胆种群控制了整个群落。
2. 步骤2：确认符合关键种的定义。移除海獭导致整体生物多样性下降80%，符合关键种的定义。
3. 步骤3：解释生物多样性丧失的机制。移除海獭让海胆摆脱了捕食限制，导致海带被过度放牧；海带是为生态系统中大多数其他物种提供栖息地的基础种。没有海带，大多数依赖海带的物种无法生存。

> **exam_tip**
>
> 当解释为什么更高的生物多样性提升生态系统功能时，一定要提到功能冗余：多个物种占据相似生态位意味着如果一个物种消失，另一个可以弥补其功能。

## 干扰与生物多样性

生态干扰是指任何会移除生物或改变生态系统资源可获得性的事件。干扰可以是自然的（野火、飓风、干旱），也可以是人为的（砍伐森林、污染、城市开发）。中度干扰假说描述了干扰强度和频率如何影响整体生物多样性。

**中度干扰假说** — 预测最高物种多样性出现在中等干扰下的理论：干扰既不过于频繁/强烈，也不过于稀少/微弱。

在极高干扰水平下，只有生长最快、定居最快的物种能存活，因此多样性低。在极低干扰水平下，竞争优势物种会排除竞争力较弱的物种，因此多样性也低。中度干扰会移除足够多的优势物种，让竞争力较弱的物种得以存续，从而实现最高多样性。

**例题:** 一位土地管理者想要最大化区域森林中的原生植物生物多样性。他们应该实施禁火政策、每年低强度野火政策，还是每10-20年一次中等强度野火政策？解释你的答案。

1. 步骤1：应用中度干扰假说，该假说预测中等干扰下生物多样性达到最高。
2. 步骤2：评估两个极端选项。禁火政策（极低干扰）会让竞争优势树种淘汰林下野花和灌木，降低整体多样性。每年野火（极高干扰）只允许快速定居的入侵物种存活，降低多样性。
3. 步骤3：得出结论，中等强度、偶尔发生的野火是最佳选项。它们会移除足够多的优势物种，让竞争力较弱的原生物种得以存续，但又不会消灭大多数物种，从而实现最高整体生物多样性。

## 常见错误

- **错误做法:** 假设物种丰富度越高一定等于生物多样性越高
  - 原因: 生物多样性同时依赖丰富度和均匀度。一个丰富度高但极不均匀的群落，整体生物多样性可能低于丰富度较低但更均匀的群落。
  - 正确做法: 比较两个群落的生物多样性时，永远要同时考虑丰富度（物种数量）和均匀度（相对丰度）。
- **错误做法:** 混淆生态恢复力和抗干扰能力
  - 原因: 这两个术语含义不同，在选择题中经常被考生弄混。
  - 正确做法: 记住：抗性 = 干扰过程中保持不变的能力；恢复力 = 干扰后恢复的能力。
- **错误做法:** 假设所有干扰都会降低生物多样性
  - 原因: 许多学生认为所有自然和人为干扰都是有害的，但中度自然干扰通常会提升生物多样性。
  - 正确做法: 应用中度干扰假说：只有极端干扰（极高或极低）才会降低生物多样性。
- **错误做法:** 认为关键种总是顶级捕食者
  - 原因: 虽然很多关键种是顶级捕食者，但任何生物只要对生物多样性有不成比例的影响，都可以是关键种。
  - 正确做法: 通过对生物多样性的影响识别关键种，而不是通过营养级地位。关键种可以是传粉者、河狸这类生态系统工程师，甚至可以是植物。

## 速查表

| 概念 | 定义 | AP考试要点 |
| --- | --- | --- |
| 物种丰富度 | 群落中不同物种的数量 | 只统计物种数量，不统计丰度 |
| 物种均匀度 | 物种间个体的相对丰度 | 计算整体生物多样性必需 |
| 生态恢复力 | 干扰后恢复的能力 | 更高生物多样性提升恢复力 |
| 关键种 | 对生物多样性有不成比例影响的物种 | 消失会导致生物多样性大幅下降 |
| 中度干扰假说 | 中等干扰下多样性最高 | 低/高干扰都会降低多样性 |

## 下一步

理解生物多样性是学习保护生物学和人类对生态系统影响的基础，这两个是AP生物学第8单元剩下的主题。人类活动导致的生物多样性丧失是AP生物学考试中最常考的长自由问答题主题之一，它直接建立在你在这里学到的生物多样性与生态系统功能联系的核心概念之上。你将运用丰富度和均匀度的知识，分析栖息地破碎化、入侵物种和气候变化如何降低生物多样性，并评估保护受威胁生态系统的策略。本主题还连接到之前的进化单元，你在那里学到遗传多样性（生物多样性的核心组成部分）是种群适应不断变化的环境条件的动力。

- [种群遗传学与遗传多样性](https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u7-population-genetics/)
- [生态系统干扰](https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u8-disruptions-to-ecosystems/)

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