3群落生态学-《基础生态学》课件

基础生态学天津师范大学生命科学学院第三部分群落生态学8群落的组成与结构9群落的动态10群落的分类与排序8.群落的组成与结构8.1生物群落的概念8.2群落的种类组成8.3群落的结构8.4群落组织—影响群落结构的因素8.1.1群落的概念8.1.2群落的基本特征8.1.3群落的性质8.群落的组成与结构——生物群落的概念对群落(community)概念的不同认识–AlexanderHumboldt：特定的外貌，对生境因素的综合反应–E.Warming：一定的种组成的天然群聚–俄国学派：有机体的特定组合，有机体之间及其与环境之间相互影响–W.E.Shelford：具有一致的种类组成且外貌一致的生物据集体–E.P.Odum：种类外貌一致、具有一定的营养结构、代谢格局、结构单元、生命部分一般概念–在相同时间聚集在同一地段上的各物种种群的集合生物群落–植物群落+动物群落+微生物群落8.1.1群落的概念具有一定的种类组成各物种之间是相互联系的具有自己的内部环境具有一定的结构具有一定的动态特征具有一定的分布范围具有边界特征//群落交错区各物种不具有同等的群落学重要性8.1.2群落的基本特征下列关于群落的叙述错误的是A．天山上所有的动物和植物是一个生物群落B．群落中有许多不同的种群C．群落的范围可小至一个水塘．但也可大到整个海洋D．群落中的各种生物间存在着食物、栖息、繁殖等多种直接或间接的关系机体论学派个体论学派现代生态学观点密度密度环境梯度ABCDABCD环境梯度8.1.3群落的性质群落是一个和生物个体、种群相似的自然单位，是有生命的系统群落演替的定向特征相当于生物的生活史或生物的发育，具有机体特征–群落都要经历从先锋阶段到顶级阶段的演替过程–顶级群落受破坏后重复演替过程达到顶级群落阶段代表人物:美国生态学家Clements赞成者：Braun-Blanquet/Warming/Tansley/Elton/Mobius群落的性质——机体论学派群落不是自然单位，而是自然界中在空间和时间连续变化系列中的一个区段因为在连续变化的环境下的群落组成是逐渐变化的，群落间没有明显的边界，不同群落类型只能是任意认定的–群落和物种的关系不是有集体和组织器官关系–群落的发育过程是物种的更替和种群数量消长过程，和有机体发育不可比拟–和有机体不同，群落不可能在不同生境下保持繁殖的一致性–同一群落类型之间无遗传上的联系代表人物：H.A.Gleason赞成者：R.G.Ramensky/R.H.Whittaker群落的性质——个体论学派群落既存在着连续性的一面，也有间断性的一面如果采取生境梯度的分析的方法，即排序的方法来研究连续群落变化，在不少情况下，表明群落并不是分离的、有明显边界的实体，而是在空间和时间上连续的一个系列如果排序的结果构成若干点集的话，则可达到群落分类的目的；如果分类允许重叠的话，则又可反映群落的连续性群落的连续性和间断性之间并不一定要相互排斥，关键在于研究者看待问题的角度和尺度群落的性质——现代生态学观点8.2.1种类组成性质分析8.2.2种类组成的数量特征8.2.3物种多样性8.2.4物种多样性的时空变化规律8.2.5物种多样性空间变化学说8.2.6种间关联8.群落的组成与结构——群落的种类组成指能包括组成群落的大多数物种(95%)的面积组成群落的物种越丰富，群落的最小面积越大热带雨林，50×50㎡常绿阔叶林，20×20㎡针叶林及落叶林，10×10㎡灌丛，5×5或10×10㎡草地，1×1或2×2㎡最小面积8.2.1种类组成的性质分析优势种(dominantspecies)：对群落的结构和群落环境的形成有明显控制作用的植物建群种(constructivespecies)：优势层中的优势种亚优势种(subdominantspecies)：指个体数量与作用都次于优势种，但在决定群落性质和控制群落环境方面仍起着一定作用的植物种伴生种(companionspecies)：群落的常见种类，与优势种相伴存在，但不起主要作用偶见种(rarespecies)：在群落中出现频率很低的种类，多是由于种群本身数量稀少的缘故–指示种、特征种8.2.1种类组成的性质分析多度与密度–多度(abundance)，植物群落中物种个体数目–密度(density)，相对密度，密度比盖度(coverage)–投影盖度：总盖度，层盖度/郁闭度，种盖度–相对盖度，盖度比，基盖度频度(frequency)–群落中某物种出现样方数占整个样方数的百分比重要值(importantvalue)–IV=相对密度+相对频度+相对优势度/相对盖度8.2.3种类组成的数量特征DrudeClementsBraun-BlanquetSoc.极多Dominant优势D5非常多Cop.Cop3很多Abundant丰盛A4多Cop2多3较多Cop1尚多Frequent常见F2较少Sp少Occasional偶见OSol.稀少Rare稀少r1少Un.个别Veryrare很少Vr+很少几种常用的多度等级投影盖度和基盖度生物多样性(biodiversity)的概念–生物种的多样化和变异性以及物种生境的生态复杂性生物多样性的三个水平–遗传多样性：地球上生物个体中所包含的遗传信息的总和–物种多样性：地球上多种多样的生物类型及种类–生态系统多样性：是生物圈中生物群落、生境和生态过程的丰富程度群落的物种多样性生物多样性物种多样性的含义–种的数目或丰富度：指一个群落或生境中物种数目的多寡–种的均匀度：指一个群落或生境中全部物种个体数目的分配状况物种多样性辛普森（Simpson）多样性指数：D=1-ΣPi2香农—威纳（Shannon-Weiner）指数：H=-ΣPilog2Pi–上二式中Pi种的个体数占群落中总个体数的比例，Pi=Ni/NPielou均匀度指数：E=H/HmaxHmax为最大的物种多样性指数，Hmax=Log2S物种多样性指数i=1si=1sSimpson指数：–DA=0–DB=1-[(50/100)2+(50/100)2]=0.5000–Dc=1-ΣPi2=1-Σ(Ni/N)2=1-[(99/100)2+(1/100)2]=0.0198Shannon-Wiener指数：–HA=0–HB=-(0.50×log20.50+0.50×log20.50)=0.69–HC=-ΣNi/Nlog2Ni/N=-(0.99×log20.99+0.01×log20.01)=0.056Pielou均匀度指数：–Hmax=log2S=log22=0.69–EA=H/Hmax=-[(1.0×log21.0)+0]/log21=0–EB=-(0.50×log20.50+0.50×log20.50)/0.69=0.69/0.69=1–EC=0.056/0.69=0.081物种甲物种乙群落A1000群落B5050群落C991多样性指数计算假设的森林群落的物种多样性--群落ASpNPilog2pipilog2pi1210.84-0.174-0.146210.04-3.219-0.129310.04-3.219-0.129410.04-3.219-0.129510.04-3.219-0.129Total251.00-0.662H=-∑Pilog2Pi=0.662E=H／Hmax＝0.662/3.219=0.206假设的森林群落的物种多样性--群落BSpNPilog2pipilog2pi150.20-1.609-0.322250.20-1.609-0.322350.20-1.609-0.322450.20-1.609-0.322550.20-1.609-0.322Total251.00-1.610H=-∑Pilog2Pi=1.610E=H／Hmax＝1.610/3.219=0.500纬度：随纬度升高物种多样性降低海拔：随海拔升高物种多样性降低水体：随深度增加物种多样性降低时间–在群落演替的早期，随着演替的进展，物种多样性增加–在群落演替的后期，物种多样性会降低8.2.5物种多样性的时空变化生物多样性的垂直分布格局(郭勤峰,1995)(a)安第斯山脉鸟类种数随海拔高度的变化(b)美国亚利桑那某山植物种类随海拔高度的变化100501020Numberofindividuals(×100)Numberofspecies多毛类、瓣鳃类物种多样性热带浅水深海大陆架北方浅水北方河口湾进化时间学说：热带群落比较古老，进化时间较长，并且在地质年代中环境条件稳定，很少遭受灾害性气候变化，所以群落的多样性较高。而温带和极地群落从地质年代比较年轻，遭受灾难性气候变化较多，所以多样性较低。生态时间学说：考虑时间尺度更短，认为物种的分布区的扩大也需要一定时间。空间异质性学说：物理环境越复杂，或空间异质性越高，动植物群落的复杂性也越高，物种多样性也越大。如山区物种多样性明显高于平原；群落中小生境丰富多样，物种多样性越高。气候稳定学说：气候越稳定，变化越小，动植物的种类越丰富，在生物进化的地质年代中，地球唯有热带的气候可能是最稳定的。解释物种多样性变化的学说竞争学说：在环境严酷的地区，如极地和温带，自然选择主要受物理因素控制，但在气候温和而稳定的热带地区，生物之间的竞争则成为进化和生态位分化的主要动力。捕食学说：因为热带的捕食者比其他地区多，捕食者将被捕食者的种群数量压到较低水平，从而减轻了被食者的种间竞争。竞争的减弱允许更多的被食者种的生存。较丰富的种数又支持更多的捕食者种类。生产力学说：如果其他条件相等，群落的生产力越高，生产的食物越多，通过食物网的能流量越大，物种多样性就越高。解释物种多样性变化的学说随着群落的成熟，种多样性也上升。此图表明在南威尔士的一个未受放牧影响的盐沼上，演替从早期到晚期过程中生物量和多样性的变化情况(Regier&Cowell,1971)2x2列联表关联系数种B种A+-+aba+b-cdb+da+cb+dnd)c)(bd)(ab)(c(abc)(adV8.2.6种间关联8.3.1群落的结构单元8.3.2群落的垂直结构8.3.3群落的水平结构8.3.4群落的时间结构8.3.5群落交错区和边缘效应8.群落的组成与结构——群落的结构生活型层片生长型8.3.1群落的结构单元概念：生物对外界环境适应的外部表现形式表现：趋同适应分类(Raunkiaer系统）–高位芽植物：更新芽位于地上25㎝以上–地上芽植物：更新芽位于地上，25㎝以下，受地被物或积雪保护–地面芽植物：更新芽位于近地面土层内，冬季地上部分全部枯死，地下部分存活–地下芽(隐芽)植物：更新芽位于较深土层中或水中–一年生植物：以种子度过不良季节生活型谱生活型(lifeform)群落类型Ph.Ch.H.Cr.T.西双版纳热带雨林94.75.3000鼎湖山南亚热带常绿阔叶林84.55.44.14.10浙江中亚热带常绿阔叶林76.71.013.17.82秦岭北坡温带落叶阔叶林52.05.038.03.71.3长白山寒温带暗针叶林25.44.439.826.43.2东北温带草原3.62.041.119.033.4生活型谱每一类植物群落都是由几种生活型的植物所组成,但其中有一类生活型占优势，生活型与环境关系密切高位芽植物占优势是温暖、潮湿气候地区群落的特征，如热带雨林群落地面芽植物占优势的群落，反映了该地区具有较长的严寒季节，如温带针叶林、落叶林群落一年生植物占优势则是干旱气候的荒漠和草原地区群落的特征，如东北温带草原生活型谱与环境层片是指群落中由相同生活型或相似生态要求的种组成的机能群落同一层片的植物属于同一生活型类别每一个层片在群落中都具有一定的小环境，不同层片小环境相互作用的结果构成群落环境每一层片在群落都占据一定的空间和时间，而且层片的时空变化形成了植物群落不同的结构特征层片(synusia)概念：群落的分层