农业生物群落

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农业生物群落课件制作者:阳树英湖南农业大学一.群落的概念与特征一.群落的概念与特征二.生物群落的结构二.生物群落的结构三.群落的演替三.群落的演替农业生物群落(1)生物群落的概念••生物群落是指生存于特定区域或生境内的生物群落是指生存于特定区域或生境内的各种生物种群的集合体,也可以用来指各各种生物种群的集合体,也可以用来指各种不同大小及自然特征的有生命物体的集种不同大小及自然特征的有生命物体的集合。合。••如一块农田、一片草地、一片森林等,这如一块农田、一片草地、一片森林等,这种集合虽然结构松散,但却因其组成的种种集合虽然结构松散,但却因其组成的种类及其某些结构特征而出现一些与种群不类及其某些结构特征而出现一些与种群不同的特征。同的特征。(2)生物群落的基本特征①①具有一定的种类组成具有一定的种类组成②②具有一定的外貌具有一定的外貌群落中的生物个体,分别处群落中的生物个体,分别处于不同高度和密度,从而决于不同高度和密度,从而决定了群落的外部形态。定了群落的外部形态。•③具有一定的结构••生物群落是生态系统的一个结构单元,它生物群落是生态系统的一个结构单元,它本身除具有一定的种类组成外,还具有一本身除具有一定的种类组成外,还具有一系列结构特点,包括形态结构、生态结构系列结构特点,包括形态结构、生态结构与营养结构。但其结构常常是松散的,不与营养结构。但其结构常常是松散的,不像一个有机结构那样清晰,有人称之为松像一个有机结构那样清晰,有人称之为松散结构。散结构。④具有一定的动态特征④具有一定的动态特征其运动形式包括其运动形式包括::季节动态季节动态年际动态年际动态演替与演化演替与演化•⑤不同物种之间存在相互影响••群落的形成与发展必须群落的形成与发展必须经过生物对环境的适应经过生物对环境的适应和生物种群间的相互适和生物种群间的相互适应。应。⑥形成一定群落环境••如森林中的环境与周如森林中的环境与周围裸地就有很大的差围裸地就有很大的差异,包括光照、温度、异,包括光照、温度、湿度与土壤等。即使湿度与土壤等。即使生物非常稀疏的荒漠生物非常稀疏的荒漠群落,对土壤等环境群落,对土壤等环境条件也有明显改变。条件也有明显改变。⑦具有一定的分布范围在自然条件下,有些群落具有明显的在自然条件下,有些群落具有明显的边界,可以清楚地加以区分边界,可以清楚地加以区分::如环境梯度变化较陡,或者环境梯度如环境梯度变化较陡,或者环境梯度突然中断的情形。如地势变化较陡的突然中断的情形。如地势变化较陡的山地垂直带,像池塘、湖泊、岛屿等山地垂直带,像池塘、湖泊、岛屿等陆地环境和水生环境的交界处。陆地环境和水生环境的交界处。有的则不具有明显的边界,而处于连有的则不具有明显的边界,而处于连续变化中续变化中如蛙等两栖类生物则常常在水生群落如蛙等两栖类生物则常常在水生群落与陆地群落之间活动,使原来清晰的与陆地群落之间活动,使原来清晰的边界变得复杂。边界变得复杂。⑧具有特定的群落边界特征①①生物群落的组成生物群落的组成②②群落的数量特征群落的数量特征③③物种多样性物种多样性((diversitydiversity))(3)生物群落的种类组成及其数量特征①生物群落的组成••生物群落的组成指群落是由哪些生物所构生物群落的组成指群落是由哪些生物所构成以及它们在群落中的地位与作用。成以及它们在群落中的地位与作用。••不同的群落有着不同的物种不同的群落有着不同的物种••热带雨林热带雨林中有着大量的各种不同的生物中有着大量的各种不同的生物种,种,1ha1ha雨林中可以有几百种不同的林木雨林中可以有几百种不同的林木和几千种不同的昆虫;和几千种不同的昆虫;••农田农田中则是单一种植某种作物,如小麦、中则是单一种植某种作物,如小麦、玉米、棉花,甚至是单一品种,相应地昆玉米、棉花,甚至是单一品种,相应地昆虫种类减少,但每一种的个体数量增多。虫种类减少,但每一种的个体数量增多。根据生物种类在生物群落中作用与地位分为:根据生物种类在生物群落中作用与地位分为:1)1)生态优势种生态优势种2)2)亚优势种亚优势种3)3)伴生种伴生种4)4)偶见种或稀见种偶见种或稀见种②生物群落中的组成成员生态优势种生态优势种•凡是个体数量多、生物量大、覆盖地面的程度也大的生物叫做优势种优势种;•优势种中的昀优势者,即盖度昀大、生物量也昀大、占有昀大空间,并在建造群落、改造环境和在物质与能量交换中作用昀突出的生物种叫做建群种建群种。群落中生物种类组成的数量特征可用群落中生物种类组成的数量特征可用种的个体种的个体数量指标数量指标和和综合数量指标综合数量指标加以表征加以表征11)种的个体数量指标:)种的个体数量指标:多度、密度、盖度、频度、高度、体积、重量多度、密度、盖度、频度、高度、体积、重量22)种的综合数量指标:)种的综合数量指标:优势度、重要值和综合优势比优势度、重要值和综合优势比③群落的数量特征综合优势比综合优势比是日本学者召田真等(是日本学者召田真等(19571957)提出的)提出的一种综合数量指标。包括一种综合数量指标。包括22因素、因素、33因素、因素、44因素和因素和55因素等。常用的为因素等。常用的为22因素的综合优势比因素的综合优势比((SDR2SDR2),),即在密度比、盖度比、频度比、高度即在密度比、盖度比、频度比、高度比和重量比这比和重量比这55项指标中任取两项求其平均值再乘项指标中任取两项求其平均值再乘以以100100%。例如%。例如SDR2SDR2==××100%100%综合优势比••注意:注意:••11)多数动物群落以数量或生物量为优势度的指标)多数动物群落以数量或生物量为优势度的指标••22)水生群落小的浮游生物,多以生物量为指标)水生群落小的浮游生物,多以生物量为指标••33)一般对于小型动物,以数量为指标易于高估其)一般对于小型动物,以数量为指标易于高估其作用,而以生物量为指标,易于低估其作用;作用,而以生物量为指标,易于低估其作用;••相反,对于大型动物,以数量为指标易于低估其相反,对于大型动物,以数量为指标易于低估其作用,而以生物量为指标易于高估其作用。作用,而以生物量为指标易于高估其作用。••如果如果能同时以数量和生物量为指标,并计算出变化能同时以数量和生物量为指标,并计算出变化率和能流,其估计比较可靠。率和能流,其估计比较可靠。物种多样性是指生物群落中种的丰富度,用物种多样性是指生物群落中种的丰富度,用来比较不同种类生物群落在生物种类以及其来比较不同种类生物群落在生物种类以及其个体在群落中的重要价值上的差异。测定多个体在群落中的重要价值上的差异。测定多样性的公式很多,两种有代表性的是:样性的公式很多,两种有代表性的是:1、香农‐威纳指数2、辛普森指数④物种多样性(diversity)香农‐威纳指数•H=-∑PilogPi•为Shannon和Wiener分别提出的Shannon-Wiener多样性指数。•公式中的log可以选用2、e和10为底。•Shannon-Wiener多样性指数值一般在1.5至3.5之间,很少超过4.5。辛普森指数•Simpson指数又称为优势度指数,是对多样性的反面即集中性(concentration)的度量。•假设从包含N个个体的S个种的集合中(其中属于第i种的有Ni个个体,i=l,2……S;并且∑Ni=N)随机抽取2个个体并且不再放回,如果这两个个体属于同一物种的概率大,则说明其集中性高,即多样性程度低。其概率可表示为:•λ=∑[Ni-(Ni-1)/N(N-1)](1)•公式(1)中:Ni/N为第i物种第一次被抽中的概率;•(Ni-l)/(N-1)为第i物种第二次被抽中的概率。•显然,λ是集中性的测度,而非多样性的测度。为了克服由此带来的不便,Greenberg(1956)建议用公式(2)作为多样性测度指标。•D=1-∑[Ni(Ni-1)/N(N-1)](2)•当把集合当作一个完全总体时,由公式(1)得出的λ是集中多样性的无偏估计量,没有抽样误差。而当两个个体从无限大的群落随机抽取时,公式(1)则变成:•λ=∑(Ni/N)2=∑p(Pi=Ni/N)(3)•相应地公式(2)则变成:•D=1-∑p(4)((11)垂直结构)垂直结构((22)水平结构)水平结构((33)时间结构)时间结构((44)环境梯度)环境梯度((55)边缘效应)边缘效应二.生物群落的结构生物群落的垂直结构(生物群落的垂直结构(verticalstructureverticalstructure))是指生物在空间的垂直分布上所发生的成是指生物在空间的垂直分布上所发生的成层现象。层现象。决定地上部分分层的环境因素,主要是光决定地上部分分层的环境因素,主要是光照、温度和湿度条件;照、温度和湿度条件;而决定地下分层的主要因素,是土壤的物而决定地下分层的主要因素,是土壤的物理和化学性质,特别是水分和养分。理和化学性质,特别是水分和养分。(1)生物群落的垂直结构配置农业生物时,应考配置农业生物时,应考虑同一生境中生物个体虑同一生境中生物个体间可能存在的各种相互间可能存在的各种相互关系和由此产生的各种关系和由此产生的各种群落总效应如化感作用、群落总效应如化感作用、生态位相同等。生态位相同等。可以通过物种选择、空可以通过物种选择、空间排布、时间相错和增间排布、时间相错和增加肥水供应等措施来避加肥水供应等措施来避免或减少群落内的有害免或减少群落内的有害竞争并增加农业生物间竞争并增加农业生物间的互补作用。的互补作用。垂直结构在农业生态系统中的运用农业生物间互补作用在垂直空间上的应用••11、表现在对光、温、水、肥等自然资源的利用上,、表现在对光、温、水、肥等自然资源的利用上,••22、表现在对资金、劳力、技术和交通等社会条件的要求、表现在对资金、劳力、技术和交通等社会条件的要求上。上。••33、表现在对病虫害及不良环境的抗逆性上,、表现在对病虫害及不良环境的抗逆性上,••44、表现在营养价值、工业用途、经济用途、环境效益等、表现在营养价值、工业用途、经济用途、环境效益等方面。方面。••因此,在生态位、株型、生育期、耐肥性、固氮能力、抗因此,在生态位、株型、生育期、耐肥性、固氮能力、抗病虫等方面有差异的不同作物有可能构成合理的作物群落病虫等方面有差异的不同作物有可能构成合理的作物群落结构;食性不同、活动范围不同的畜禽品种,也有希望构结构;食性不同、活动范围不同的畜禽品种,也有希望构成合理的动物群落结构。成合理的动物群落结构。生物群落内由于环境因素在不同地点上生物群落内由于环境因素在不同地点上的不均匀性和生物本身特性的差异,而在的不均匀性和生物本身特性的差异,而在水平方向上分化形成不同的生物小型组水平方向上分化形成不同的生物小型组合,称为群落的水平结构合,称为群落的水平结构..(2)群落的水平结构11、群落所处的环境在、群落所处的环境在土壤、温度、湿度、阳土壤、温度、湿度、阳光及植被等方面分布的光及植被等方面分布的不均匀作用(温度、降不均匀作用(温度、降水等物理环境的影响常水等物理环境的影响常使物种呈现非随机分使物种呈现非随机分布)。布)。22、物种的生殖特点、、物种的生殖特点、种间相互关系作用及种种间相互关系作用及种的分工合作程度等。的分工合作程度等。群落不同水平分布型形成原因由于自然环境因素的时间节律所引起的由于自然环境因素的时间节律所引起的群落各物种在时间结构上相应的周期变化群落各物种在时间结构上相应的周期变化称为群落的时间结构称为群落的时间结构..随着环境条件日、月、年周期的变化,随着环境条件日、月、年周期的变化,群落结构显示出相应的时间序列及不同的群落结构显示出相应的时间序列及不同的外貌表现。因此,也常常把群落的时间结外貌表现。因此,也常常把群落的时间结构称为时相或季相。构称为时相或季相。(3)群落的时间结构1.1.复种、套种、轮作和轮养、套养复种、套种、轮作和轮养、套养如家畜中马对草料最挑剔,而牛、绵羊最耐粗如家畜中马对草料最挑剔,而牛、绵羊最耐粗食,据此合理轮牧,有利于提高牧草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