生态学-第四章 生物群落的分类与3S技术的应用

第三节生物群落的分类与排序一、生物群落的分类二、生物群落的排序三、3S技术的应用1、中国的植物群落分类2、法瑞学派的群落分类3、美国的群落分类4、群落的数量分类一、生物群落的分类中国植物群落分类原则：以群落本身的综合特征作为分类依据中国植物分类系统单位：分类单位分三级：植被型（高级单位）、群系（中级单位）和群丛（基本单位）。每一等级的上下再设一个辅助单位和补充单位。1、中国的植物群落分类中国的植物群落分类系统植被型组：如草地植被型：如温带草原（植被亚型）：如典型草原群系组：如根茎禾草草原群系：如羊草草原（亚群系）：如羊草＋丛生禾草草原群丛组：如羊草＋大针茅草原群丛：如羊草＋大针茅＋柴胡草原亚群丛植被分类单位植被型组：最高的分类单位。建群种生活型相近因而群落外貌相似的植物群落联合。如草地植被型：最主要的高级分类单位。建群种生活型相同或相似，同时对水热条件、生态关系一致的植物群落联合。如温带草原植被亚型：辅助单位。根据优势层片或指示层片的差异划分(温带草原-草甸草原、典型草原、荒漠草原)。群系组：根据建群种亲缘关系近似，生活型近似或生境相近而划分。如根茎禾草草原群系：主要的中级分类单位。建群种或共建种相同的植物群落联合。如羊草草原亚群系：辅助单位。根据次优势层片及其所反映的生境条件而划分。如羊草＋丛生禾草草原群丛组：层片结构相似，而且优势层片与次优势层片的优势种或共优势种相同的植物群落联合。羊草＋大针茅草原群丛：基本单位。层片结构相同，各层片优势种或共优势种相同的植物群落联合。如羊草＋大针茅＋柴胡草原亚群丛：由生态条件差异或发育年龄上的差异引起群丛内部在区系成分、层片配置、动态变化等方面出现的若干微细变化。11个植被型组为：针叶林、阔叶林、灌丛和灌草丛、草原和稀树干草原、荒漠（包括肉质刺灌丛）、冻原、高山稀疏植被、草甸、沼泽、水生植被29个植被型为：寒温性针叶林、温性针叶林、温性针阔叶混交林、暖温性针叶林、热性针叶林落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林、硬叶常绿阔叶林、季雨林、雨林、珊瑚岛常绿林、红树林、竹林常绿针叶灌丛、常绿草叶灌丛、落叶阔叶灌丛、常绿阔叶灌丛、灌草丛草原、稀树干草原、荒漠、肉质刺灌丛、高山冻原、高山垫状植被、高山流石滩稀疏植被、草甸、沼泽、水生植被植物群落的命名：•群丛的命名方法：凡是已确定的群丛应正式命名，我国习惯于采用联名法，即将各个层中的建群种或优势种和生态指示种的学名按顺序排列。在前面冠以Ass.（Association的缩写），不同层之间的优势种以“-”相连。如Ass.Larixgmelini-Rhododendrondahurica-phyrolaincarnata（即兴安落叶松-杜鹃-红花鹿蹄草群丛）。从该名称可知，该群丛乔木层、灌木层和草本层的优势种分别是兴安落叶松、杜鹃和红花鹿蹄草。如果某一层具共优种，这时用“+”相连。如Ass.Larixgmelini-Rhododendrondahurica-phyrolaincarnata+Carexsp（即兴安落叶松-杜鹃-红花鹿蹄草+苔草群丛）单优势种的群落，就直接用优势种命名。如以马尾松为单优势种的群丛为马尾松群丛，即Ass.Pinusmassoniana或写成PinusmassonianaAssociation。当最上层的植物不是群落的建群种，而是伴生种或景观植物，这时用“”来表示层间关系(或用“||”或“（）”)。如：Ass.Caraganamicrophlla（或||）Stipagrandis-Cleistogenessquarrasa-Artemisiafrigida或Ass.(Caraganamicrophlla)Stipagrandis-Cleistogenessquarrosa。小叶锦鸡儿||大针茅-糙隐子草-冷蒿在对草本植物群落命名时，我们习惯上用“+”来连接各亚层的优势种，而不用“-”。如：Ass.CaraganamicrophllaStipagrandis+Cleistogenessquarrasa+Artemisiafrigida。群系以上高级单位不是以优势种来命名，一般均以群落外貌—生态学的方法，如针叶乔木群落群系组，针叶木本群落群系纲，木本植被型等。群系（Formation）的命名依据是只取建群种的名称，如东北草原以羊草为建群种组成的群系，称为羊草群系。即Form.Aneurolepidiumchinense。如果该群系的优势种是两个以上，那么优势种中间用+号连接。如两广地区常见的中华栲+厚壳桂群系。即Form.Castanopsischinensis+Cryptocarychinensis2、法瑞学派的群落分类植物区系－结构分类系统，被称为群落分类中的归并法，以植物区系为基础。群丛门群丛纲群丛目群丛属群丛亚群丛群丛变型亚群丛变型群丛相3、美国的群落分类双轨制分类系统根据群落动态发生演替原则的概念来进行群落分类的。群系型群系群丛单优种群丛群丛相组合集团季相层顶极群落系统演替系列群丛演替系列单优种群丛演替系列演替系列组合集群季相层演替系列系统4、群落的数量分类－目的用植物种的数据（属性）去划分样方（实体），可以较客观地揭示出植被本身可能存在的自然间断。用土壤、气候等环境因素的数据去划分样方，可能揭示植被间断的环境原因。以植物种的分类与用土壤、气候等环境因素分类的结果进行比较，可以反映出植被变化与环境变化的关系。用样方数据去划分植物种的集合，结果会分成若干种组，它本身可能反映出种间相互作用的规律。用样方数据去分割环境因素的集合，结果会分成若干环境梯度，反映不同环境之间的组合关系。以样方数据分割出的种组与环境梯度进行比较，可能找到种组与环境因素的关系，这样的种组被称为生态种组。群落的数量分类－方法多元分析技术的一般特点多元分析方法是施于原始数据集合的一套处理规则，从而揭示属性之间、实体之间以及属性和实体之间的复杂关系。方法本身不依赖于对实体和属性具体内容的解释，因些可用于多学科。多元分析的基本单位叫实体，描述实体数量特征的各种数据项目称为属性，在群落生态学研究中，实体可以是样方、林分或群落等。相似系数距离系数、相关系数、信息系数绝对值距离D＝|xA－xB|＋|yA－yB|Djk＝∑|xij－xik|欧氏距离D2＝(xA－xB)2＋(yA－yB)2Djk2＝∑(xij－xik)2Djk=(∑(xij－xik)2)1/2(i为属性，jk为实体)yxA(xA,yA)B(xB,yB)■■A,B-实体；x,y-属性距离系数聚类分析分类样方：计算实体间的距离矩阵C6找出最相似的两个样方进行一次合并重算（6－1）×（6－1）的距离距阵重复合并过程直到全部样方并成一组平均距离计算方法：样方间的6×6欧氏距离距阵12345603.3174.4724.3593.7422.4493.31705.1966.0006.4033.0004.4725.19603.7422.4494.3596.00002.2363.0003.7426.4033.7422.23603.7422.4493.0002.4491.7321.73233.7420第一次合并后的5×5欧氏距离距阵1235603.3174.4163.7423.31705.5986.4033.0004.4165.59802.9892.4492.42.7253.7426.4032.98903.7423.0002.7253.742049第二次合并后的4×4欧氏距离距阵123503.1593.5713.7423.15905.5986.4033.5715.59803.7426.40302.9892.989第三次合并后的3×3欧氏距离距阵12303.62805.8663.6285.3.1593.18660592.4493.1594.3742.9891.7321623456个样方组平均法的聚合树状图（刘攀峰，2008）样方：草本20个、灌木18个、乔木18个（56个样方，171个种）记录种的盖度、多度、高度、频度、乔木的胸径、冠幅等计算IV值群落排序的概念间接梯度分析直接梯度分析二、生物群落的排序概念：排序是把一个地区内所调查的群落样地，按照相似度来排定各样地的位序，从而分析各样地之间及其与生境之间相互关系。排序的方法：(1)、利用环境因素排序(直接排序)(2)、群落排序(间接排序)排序类型1、直接梯度分析：利用环境因素的排序，即以群落生境或其中某一生态因子的变化，排定样地生境的序位，又称直接排序，或梯度分析2、间接梯度分析：用植物群落本身属性排定群落样地的位序，称间接排序，又称组成分析直接梯度分析直接梯度分析用来展示有机体沿主要的环境因子梯度的分布，是群落学中的主要研究方法之一。用来测度的变量可以是直丰富度、生长型、第一性生产力以及抽象的数学度量；环境因子可以是水分、热量、高度、盐分，以及几个环境度量的综合指数等。另外还有如：用与坡向垂直设置的样带，将坡向从深谷到南坡分为多个级，将样带中的树种分多等，计算样带的湿度指标，然后在高度对湿度的二维空间中排序。（喻理飞，2002）蒸腾耗水能力水分利用效率间接梯度分析－主成份量分析（PCA法）主成份量分析将一个综合考虑许多性状的问题，在尽量少损失原有信息的前提下，找出少量几个（１－３个）主成份量，然后将各个实体在一个2－3维的空间中表示出来，从而达到直观明了地排序实体的目的。abcdef●B●A●D●C00●D●A●B●Cyxa、b、c、d、e、f为属性，A、B、C、D为实体；x、y为代表综合信息的2维，即主成份维。（右图为示意图）水分条件盐分条件（阳含熙，1981）内蒙古呼萌羊草草原：40个样方、20个植物种（刘攀峰，2008）草地阶段→灌丛阶段→乔林阶段→顶极阶段RSGPSGIS三、3S技术在植被制图中的应用5S:RS、GPS、GIS、DPS、ES3S:RS、GPS、GIS1、遥感（RS）遥感，就是遥远的感知。人们利用一定的技术装备，在航空器或航天器上，对遥远的地物进行感知。遥感是人的视力的延伸。航空器航天器为什么能进行遥远的感知呢？因为地球上所有物体都在不停地发射、反射、吸收电磁波，而且不同物体对电磁波的发射、反射、吸收的特性不同例如，植物的叶子看起来是绿色的，是因为叶子中的叶绿素对太阳光中蓝色和红色波长的光强烈反射的缘故。物体的这种对电磁波固有的特性叫做光谱特性遥感的工作流程传感器陆地卫星Ⅴ、Ⅵ的运行周期为16天，即每16天可以对全球陆地表面成像一遍。NOAA气象卫星每天能接收两次覆盖全球的图像。动态监测、实时传输、快速处理这种特点有利于及时发现病虫害、洪水及森林火灾等自然灾害，为抗灾、减灾工作提供可靠的科学依据。巴拉圭洪水前巴拉圭洪水后概念及组成：利用卫星，在全球范围内适时进行导航、定位的系统。特点及应用：具有全能性、全球性、全天候、连续性、实时性的特点。目前广泛应用于农业、林业、水利、交通、测绘、军事、通讯、城市等（如目前所使用的汽车卫星定位系统）2、全球定位系统（GPS）技术人员为车辆安装GPS系统3、地理信息系统（GIS）Googleearth地理信息系统(GIS):是一种以采集、存储、管理、分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统。空间数据：反映事物地理空间位置的信息（例如：城市的经纬度坐标，海拔高程等）属性数据：反映该地其他地理特征的信息（例如：城市的人口数，经济总量等）GIS的中存储和处理的数据分为：数据存储采用“分层”技术，即将地图中的不同要素，存储在不同的“层”中。将不同的“层”要素进行重叠，就形成不同主题的地图。一般信息系统：只能存储、管理数据，不能将数据在空间上的分布表现出来。地理信息系统：除了一般信息系统的功能外，还能显示数据的空间分布，并且有强大的空间查询、分析、模拟、统计和预测等