Geographic Ecology

( 地理生態學 ) 補充：

生物保育的策略

+ character displacement

鄭先祐

(Ayo) 國立臺南大學 環境生態研究所 教授 環境與生態學院 院長

     Chap. 22 地理生態學 (Geographic Ecology)  Introduction (History and definition)  Concepts 生物地理學 (Biogeography)  發展史 (1820-1980) 島嶼生物地理學 (Island Biogeography) 物種的差異 ( 樣區 Baja California) 生物保育的策略

目錄

Geographic Ecology 2

History

  Humboldt and Bonpland (1799)    10,000km, on foot, by canoe, or on horseback 緯度 12 ° S and 52 ° N ( 北美洲至南美洲 ) I shall try to find out how the

forces of nature

interact upon one another and how the

geographic environment

influences plant and animal life.

Darwin and Wallace Geographic Ecology 3

Definition

 MacArthur and Wilson (1967) The Theory of Island Biogeography (

島嶼生物地理學

)  建立現代「地理生態學」的理論基礎  MacArthur (1972) Geographical Ecology 定義 「地理生態學」  The search for patterns of plant and animal life that can be put on a map. ( 研究可放在地 圖上的植物和動物生活的分佈類型 ) Geographic Ecology 4

Concepts

(Chap.22)     On islands and habitat patches on continents, species richness increases with area and decreases with isolation. ( 面積愈大，種類愈多；隔離，減少物種數量 ) Species richness on islands can be modeled as a dynamic balance between immigration and extinction of species. ( 島嶼生態學模型 ) Species richness generally increase from middle and high latitudes to the equator. ( 赤道地區有較多的種類 ) Long-term historical and regional process significantly influence the structure of biotas and ecosystems. ( 歷史過 程的影響 ) Geographic Ecology 5

地理生態學 (Geographic Ecology) 生物地理學 (Biogeography)

生物隨著時間於空間上的分布情形之研究。 

植物地理學

(Plant geography)  

動物地理學

(Zoogeography)

島嶼生物地理學

(Island Biogeography) 補充教材 Geographic Ecology 6

生物地理學的發展史

   1820 – 1940

：

主要為描述性的生物地理學。 1940

年以後：

Cain(1944)

加入詮釋性的生物 地理之研究，可分為：

  歷史生物地理學 (Historical biogeography) 生態生物地理學 (Ecological biogeography) 。 1961

年研討會：兩種遷移法：

(1)

跨越水域，

(2)

經由暫時性的陸橋。

7 Geographic Ecology

  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

。

Geographic Ecology 8

島嶼生物地理學

  The equilibrium model of Island Biogeography (Chap.22 text: p.541-543) Species richness on islands can be modeled as a dynamic balance between immigration and extinction of species. (

島嶼物種的豐 富度可運用物種的移入和滅絕的動態平 衡來建構模型

) 9 Geographic Ecology

Geographic Ecology Fig. 22.8

10

Geographic Ecology Fig. 22.9

11

Fig.5a. The Galapagos Islands Geographic Ecology 12

Fig. 5b. Number of land-plant species on the Galapagos islands in relation to the area of the island.

S= 28.6A

0.32

Geographic Ecology 13

Fig. 6. Species-area curve for the amphibians and reptiles of the West Indies. S= 3.3A 0.30

Geographic Ecology 14

Fig. 9. Island biogeography applied to mountaintops.

(a) Map of the Great Basin region of the western United States showing the isolated mountain ranges between the Rocky Mountains on the east and the Sierra Nevada on the west.

Geographic Ecology 15

Fig. 9. Island biogeography applied to mountaintops.

(b) Species-area relationship for the resident boreal birds of the mountaintops in the Great Basin.

Geographic Ecology 16

Fig. 9. Island biogeography applied to mountaintops.

(c) Species-area relationship for the boreal mammal species.

Geographic Ecology 17

Experimental Island Biogeography

Geographic Ecology Fig. 22.12

18

物種的差異

Fig. 11. Baja California 補充教材 Geographic Ecology 19

表 1. Cortez 海域島嶼間生物地理之比較。 項 目 陸生 植物 沿岸 魚類 陸棲 鳥類 陸棲 爬蟲 蜥蜴 50km 2 之海洋島嶼所 含之平均數 陸橋性島嶼比海洋性島嶼 含有更多的種類？ 島嶼上所含之種類比大陸 塊上還少嗎？ Holocene 才出現之海洋性 島嶼所含的種類數比老生 島嶼還少嗎？ 距大陸愈遠，種類數愈少 嗎？陸橋性島嶼 海洋性島嶼 105 No No No No No No No No No 13 No 有一 點 No No No 9.3

Yes Yes No No No 3.5

Yes Yes No No Yes 特有性：陸橋性島嶼 海洋性島嶼 0 2 0 0 0 Geographic Ecology 0 5 35 0 47 陸棲 哺乳 1.3

Very Yes Very Yes 有一點 有一點 Yes 16 69 20

Fig. 13. 島嶼生物地理學 ( 修改自 Case & Code, 1987) Geographic Ecology 21

生物保育的策略

   

傳統的範例

  四項不確定因素 研訂 minimum population size  Genetic considerations 1960

年代的島嶼生物地理學 「一大」或是「多小」？ 切割棲息地後，所含的生物種類數反而 增加，可能的原因

Geographic Ecology 22

    

傳統的方法

( 範例 ) Heath hem

(Tympanuchus cupido cupido

)   曾分布於 New England 至 Virginia State 1876 ，只存在於 Martha's Vineyard 。 1900 ，只剩不到 100 隻。 1907 ，設立 refuge( 保護區 ) 。 1916 ，族群數目增加到 800 隻。但當年火災， 冬天又有強大的掠食壓力，族群數目又下降到 100 隻至 150 隻。 1920 ，族群數目再上升至 200 隻。但又遭疾病 侵襲，又再下降到 100 隻以下。 1932 ，滅絕。 Geographic Ecology 23

四項不確定因素

 (1) demographic stochasticity    (2) environmental stochasticity (3) natural catastrophes (4) genetic stochasticity Geographic Ecology 24

研訂

minimum population size

    (1) Experiments (2) Biogeographic patterns (3) Theoretical models (4) Simulation models  (5) Genetic considerations Geographic Ecology 25

Genetic considerations 小族群容易滅絕的原因

 (1) inbreeding

造成

homozygosity

上升。

  (2) Genetic drift (3)

環境不斷變動。

Geographic Ecology 26

1960

年代的島嶼生物地理學

原則：

    (1)

愈大愈好。

(2)

不要切割。

(3)

切割後，每塊間的距離愈近愈好。

(4)

周長

/

面積，要愈小愈好。

Geographic Ecology 27

Fig. 10. Schematic illustration of some principles for the design of nature reserves.

Geographic Ecology 28

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 Geographic Ecology 29

Fig. 4. The distribution of areas of nature reserves in the world.

30 Geographic Ecology

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.

Geographic Ecology 31

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。 項目 N 總數 最多 / 各區 最少 / 各區 全區 隔離區 牧養區 小型 中型 大型 小型 中型 大型 32 29 15 3 8 26 15 8 34 種 2 20 15 15 16 26 13 5 26 種 4 16 12 8 1 15 (15) (15) Geographic Ecology 32

表 3. 各型樣區的種類數目之變化。 項 目 種類 1985 1986 1987 遺失種類 1985-1986 1986-1987 新增種類 1985-1986 1986-1987 小型 中型 大型 29 30 33 4 2 5 5 Geographic Ecology 26 27 29 5 3 6 5 20 20 25 3 2 3 7 全部 34 33 40 5 1 4 6 33

海洋性島嶼 離岸 200 公里以上 Fig. 16. Cumulative species-area curves for oceanic archipelagos.

a. Extant native birds of the Hawaiian islands b. Galapagos land birds c. Galapagos Darwin's finches d. Galapagos ferns.

Geographic Ecology 34

Fig. 16. Cumulative species-area curves for oceanic archipelagos.

海洋性島嶼 e. Galapagos insects f. Galapagos flowering plants 離岸 200 公里以上 g. Caribbean bats.

h. Facroes islands ground beetles.

Geographic Ecology 35

海洋性島嶼 離岸 200 公里以上 Fig. 16. Cumulative species-area curves for oceanic archipelagos. g. Caribbean bats.

h. Facroes islands ground beetles.

i.. Canary Islands birds j. Canary island ground beetles.

Geographic Ecology 36

沿岸島嶼 離岸 100KM 以內 Fig. 17. Cumulative species-area curves for nearshores archipelagos. a. Seabirds on islands off of Scotland.

b. Extant marsupials on islands in the Bass Straits.

c. Reptiles on islands in the Bass Straits. d. Sand dune mammals on islands in the Bass Straits.

Geographic Ecology 37

沿岸島嶼 離岸 100KM 以內 Fig. 17. Cumulative species-area curves for nearshore archipelagos. e. Birds of the California Channel islands.

f. Reptiles and amphibians of the California Channel islands.

g. Plants of the islands in the Gulf of California.

h. Mammals of the islands in the Gulf of California.

Geographic Ecology 38

沿岸島嶼 離岸 100KM 以內 Fig. 17. Cumulative species-area curves for nearshores archipelagos. g. Plants of the islands in the Gulf of California.

h. Mammals of the islands in the Gulf of California.

i. Reptiles and amphibians of the islands in the Gulf of California.

Geographic Ecology 39

陸域隔離區 Fig. 18. Cumulative species-area curves for terrestrial habitat isolates.

a. Mammals of East African national parks.

b. Birds of East African national parks.

c. Mountaintop small mammals. d. Mountaintop plants.

Geographic Ecology 40

陸域隔離區 Fig. 18. Cumulative species-area curves for terrestrial habitat isolates.

e. Mountaintop birds f. Birds in New Jersey woodlots g. Mammals of Australian wheatbelt reserves.

h. Lizards of Australian wheatbelt reserves.

Geographic Ecology 41

陸域隔離區 Fig. 18. Cumulative species-area curves for terrestrial habitat isolates. g. Mammals of Australian wheatbelt reserves.

h. Lizards of Australian wheatbelt reserves.

i. Mammals of U.S. national parks.

Geographic Ecology 42

切割棲息地後，所含的生物種類數反而增加，可能的原因：    1. Habitat diversity 2. Population dynamics.

 Priority effects        Multiple stable equilibria Edge effects Disturbance Species pool and dispersal ability.

Colonization Evolutionary effects.

Extinctions.

3. Historical effects. Geographic Ecology 43



問題與討論！

[email protected]

Ayo

台南站 http://mail.nutn.edu.tw/~hycheng Geographic Ecology 44

Character Displacement

 

相近的物種，於重疊分布的區域，其間 的差異會因為競爭而擴大。 這是否普遍存在？

Geographic Ecology 45

Fig. 1 The considerable difference in beak morphology between these three species of Darwin's finches,

Geospiza

, which coexist on many Galapagos islands, has been the subject of much debate concerning its cause.

Geographic Ecology 46

Fig. 2 The beak morphology of

Geospiza conirostris

shows significant variation on different species on different islands.

Geographic Ecology 47

Fig. 3. The average beak depths of four species of Darwin's finches on three islands where they coexist show considerable variation from island to islands, even though the same set of possible competition occurs on each island.

Geographic Ecology 48



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College of Environmental Sciences and Ecology 環境境與生態學院 │Biotech│Energy│Environmental Ecology│Ecotourism│ │ 生物科技學系 │ 環境與能源學系 │ 環境生態研究所 │ 生態旅遊研究所 │ Dean

鄭先祐

(Ayo)

│Biotech│Energy│Environmental Ecology│Ecotourism│ 環境與生態學院 民前 13 35 76 國立台南大學 80 92 93 94 95 96 97 台 南 師 範 學 校 元年 省 立 台 南 師 範 學 校 48 年 元年 省 立 台 南 師 院 學 院 89 國 立 台 南 師 範 學 院 93 環 境 生 態 研 究 所 生 物 科 技 學 系 105 環 境 與 能 源 學 系 生 態 旅 遊 研 究 所 綠 色 能 源 科 技 研 究 所 生 物 資 源 與 科 技 研 究 所 108 年 60 年 生 態 科 學 與 技 術 學 系 Geographic Ecology 51

環境與生態學院 的架構 ( 價值 )    生態與科技  生物科技、能源科技、復育技術

(

保育生物學 ) 、生態 工法、自然經營管理、生態影響評估、生態監測技術 生態與事業  生態旅遊 (eco-tourism) 、生態文化事業

(

產業

)

、生態教 育、事業生態學

(business ecology)

、工業生態學

(industry ecology)

自然與社會  文化生態、社會生態、生態經濟、生態治理

(governance)

、生態論述、生態政策、生態社會地誌

(

拓樸

)

學

(Eco-society topology)

Geographic Ecology 52