生态学04群落生态.ppt

第三篇 群落生态学,第一节 生物群落的组成与结构第二节 生物群落的动态,第一节 生物群落的组成与结构,1 生物群落的基本概念2 群落结构3 影响群落结构的因素,1 生物群落的基本概念,生物群落的定义群落的基本特征,生物群落的定义,群落（community）:特定空间或特定生境下，生物种群有规律的组合，它们之间以及它们与环境之间彼此影响，相互作用，具有特定的形态结构与营养结构，执行一定的功能，这种多种群的集合称群落。,群落的基本特征,具有一定的种类组成：物种数和个体数。不同物种之间的相互影响：必须共同适应它们所处的无机环境；它们内部的相互关系必须取得协调和发展(种群构成群落的二个条件)。形成群落环境：定居生物对生活环境的改造结果。具有一定的结构：形态结构、生态结构、营养结构。一定的动态特征:季节动态、年际动态、演替与演化。一定的分布范围：特定的地段或特定的生境。群落的边界特特征：或明确或不明确的边界。,2 群落结构,群落的生物结构群落的物理结构群落的时间结构,群落的生物结构,种类组成的性质分析种类组成的数量特征种的多样性种间关联,种类组成的性质分析,优势种和建群种:对群落的结构和群落环境的形成有明显控制作用的物种称为优势种（dominant species），对于植物群落来说，它们通常是那些个体数量多、投影盖度大、生物量高、体积大、生活能力强，即优势度较大的种；植物群落中，处于优势层的优势种称建群种（constructive species）。亚优势种（subdominant species）: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物种。伴生种（companion species）：为群落的常见物种，它与优势种相伴存在，但不起主要作用。偶见种或罕见种(rare species)：是那些在群落中出现频率很低的种类，往往是由于种群自身数量稀少的缘故。偶见种可能是偶然的机会由人带入、或伴随着某种条件改变而侵入，也可能是衰退中的残遗种。,种类组成的数量特征,单个数量指标综合数量指标,单个数量指标,多度：对物种个体数目多少的一种估测指标。密度：单位面积或单位空间内的个体数。相对密度：某一物种的个体数点全部物种个体数的百分比。密度比：某一物种的密度占群落中密度最高的物种密度的百分比。盖度：指植物地上部分的垂直投影面积占样地面积的百分比。分种盖度（分盖度）、层盖度（种组盖度）、总盖度（群落盖度）基盖度：植物基部的覆盖面积。相对盖度：某一物种的分盖度占所有分盖度之和的百分比。盖度比：某一物种的盖度占最大物种的盖度的百分比。频度：某个物种在调查范围内出现的频率。高度和高度比：某种植物高度占最高物种的高度的百分比。重量和相对重量：单位面积或容积内某一物种的重量点全部物种重量的百分比。体积：胸高断面积、树高、形数（可查获）三者的乘积。,综合数量指标,优势度：表示一个种在群落中的地位和作用。定义和计算方法不统一。重要值：相对密度相对频度相对优势度（相对基盖度）。综合优势比：在密度比、盖度比、频度比高度比和重量比中取任意二项求其平均值，再乘100。,种的多样性,物种多样性：由物种数目和相对多度决定的。物种丰富度(species richness):指一群落或生境中物种数目的多寡。物种均匀度(species evenness):指一群落或生境中全部物种个体数目的分配状况，反映各物种个体数目的分配均匀程度。物种多样性的测度丰富度指数多样性指数物种多样性类型物种多样性梯度决定多样性梯度的因素,物种多样测度丰富度指数,Gleason指数Margalef指数,D=（S-1）lnA,D=(S-1)lnN,单位面积,群落中物种数目,观察到的个体总数,群落中总物种数目,物种多样测度多样性指数,辛普生多样性指数(Simpsons diversity index),香农威纳指数(Shannon-Wiener index),D=1-Pi,H=-Pilog2Pi,属于种i 的个体在全部个体中的比例,多样性指数,第i 个物种,属于种i 的个体在全部个体中的比例,多样性指数,物种多样测度-物种均匀性指数,均匀度,不均匀性,E=HHmax,R=(Hmax-H)(Hmax-H min),实际的种类多样性,最大均匀条件下的种类多样性（logeS）,Hmax=-s(1/s loge 1/s)=loge s,群落中的最大物种数,Hmin=-S/S loge S/S)=0,=1-H Hmax,物种多样性梯度,多样性随纬度的变化从热带到两极随纬度的增加，物种多样性有逐渐减少的趋势。多样性随海拔高度的变化在海洋和淡水水体物种多样性随深度而降低,决定多样性梯度的因素,进化时间学说生态时间学说空间异质性学说气候稳定学说竞争学说捕食学说生产力学说,群落的物理结构,群落的结构单元群落的垂直结构群落的水平结构群落的交错区与边缘效应,群落的结构单元,生活型层片,植物的生活型,生活型（life form）：是生物对综合环境条件长期适应的外部表现形式，是植物对相同环境条件进行趋同适应的结果。同一生活型的植物表示它们对环境的适应途径和适应方法相同或相似。亲缘关系很近的植物却可属于不同的生活型，这是生物之间趋同适应的结果，深刻地反映了生物和环境之间的关系。植物的生活型类型（Raunkiaer 生活型系统）：高位芽植物：休眠芽位于距地面25cm以上。地上芽植物：更新芽位于土壤表面之上，25之下，多为半灌木或草本植物。地面芽植物：又称浅地下芽植物或半隐芽植物，更新芽位于近地面土层内，冬季地上部分全枯死，即为多年生草本植物。隐芽植物：更新芽位于较深土层中或水中，多为鳞茎类、块茎类和根茎类多年生草本植物或水生植物。一年生植物：以种子越冬。,植物的生长型,生长型（growth form）:根据植物的可见结构分成的不同类群。生长型反映植物生活的环境条件，相同的环境条件具有相似的生长型，是趋同适应的结果。陆生植物大体可分为以下5种主要生长型：树木：在都是高达3m以上的高大木本植物。藤本植物：木本攀缘植物或藤本植物。灌木：是较小的木本植物，通常高不及3m。附生植物：地上部分完全依附在其他植物体上。草本植物：没有多年生的地上木质茎，包括蕨类、禾草类和阔叶草本植物。藻菌植物：包括地衣、苔藓等低等植物。,生态等值种（ecological equivalents）：由于趋同进化而 具有相同形态结构特征（如植物的生长型）的物种。,层片,层片的概念是群落的结构单元，具有一定的生态生物学一致性和一定小环境的种类组合。分三级：第一级层片是同种的个体组合；第二级层片是同一生活型的不同植物的组合；第三级层片是不同生活不同种类植物的组合。层片的层的区别层可能属于一个层片，也可能属于不同的层片；由于一个层的类型可由若干生活型的植物所组成，因此，层片的范围比层的窄。,群落的垂直结构,植物群落的分层现象陆地群落的分层与光的利用有关，群落层次主要是由植物的生长型和生活型所决定。动物群落的分层现象陆地动物群落的分层主要与食物有关，其次与不同层次的微气候条件有关。水生群落的分层现象与阳光、温度、食物和溶氧等因素有关。,A,B,C,D,A草被层；B灌木层；C下木层；D林冠层,群落的水平结构,植被的镶嵌性的主要决定因素：气候影响：微气候、径流土壤影响：营养物质、土壤质地、地形特点植物影响：他感作用、遮荫作用、繁殖特点动物影响：喜食情况、种子散布、食物贮藏、排泄物、践踏、挖洞,群落的时间格局,昼夜相与环境因子的昼夜节律有关季节相与环境因子的季节节律有关年际间变化,群落交错区与边缘效应,群落交错区（ecotone）(生态交错区或生态过渡带)：两个或多个群落之间的过渡地带。边缘效应(edge effect)：群落交错区的生物种类和种群密度增加的现象称边缘交应。边缘效应产生的原因：在群落交错区往往包含两个重叠群落中所有的一些种以及交错区的特在种；群落交错区的环境比较复杂，两类群落中的生物能够通过迁移而交流，能为不同生态类型植物定居，从而为更多的动物提供食物、营巢地隐蔽条件。边缘效应原理的实践意义：利用群落交错区的边缘效应增加边缘长度和交错区面积，提高野生动物的产量。人类活动而形成的交错区有的有利，有的是不利的。,3 影响群落结构的因素,生物因素干扰空间异质性岛屿化物种丰富度的简单模型,生物因素竞争,竞争对群落结构的影响资源利用 生态位重叠 竞争 生态位分化 性状替代、特化 共存竞争 排斥 同资源种团（集团）(guild):生物群落中，以同一方式利用共同资源的物种集合，即占据相似生态位的物种集合。竞争在形成群落结构上的作用可通过在自然群落中进行引种或去除试验，观察其它物种的反应。,A,B,资源1的供应率,B胜,A胜,B胜,A、B共存,资源2的供应率,A胜,AB不能共存,生物因素捕食,捕食对群落结构的影响泛化种的作用：捕食提高多样性、过捕多样性降低特化种的作用：捕食对象为优势种，多样性增加；捕食对象为劣势种，降低多样性。关键种(Keystone species)（Robert Paine1966,1969）:生物群落中，处于较高营养级的少数物种，其取食活动对群落的结构产生巨大的影响，称关键种。关键种可以是顶极捕食者，也可以是那些去除后对群落结构产生重大影响的物种。,海星,荔枝螺,石鳖,帽贝,贻贝,滕壶,龟足,关键种和冗余种,关键种理论的意义：对食物网理论有重要意义概念的含义上在实践中的意义作用方式上关键种和优势种的区别：冗余种（species redundancy）：在一些群落中，有些物种是冗余的，它们的去除不会引起生态系统内其他物种的丢失，同时，对整个群落和生态系统的结构和功能不会造成太在的影响。,干扰,干扰的意义中度干扰假说（T.W.Connell）:中等程度的干扰水平能维持高多样性。干扰理论与生态管理 干扰可以增加群落的物种丰富度。因为干扰使许多竞争力强的物种占据不了优势，其他物种乘机侵入。如果要保护自然界的生物多样性，就不要简单地去阻止干扰。实际上，干扰可能是产生多样性的最有力手段之一。这种思想在自然保护、森林和野生动物管理等方面有重要意义。,干扰,断层,抽彩式竞争,小演替,空间异质性,非生物环境的空间异质性,生物空间异质性,异质性越高，小生境越多，共存物种数越多,岛屿化,岛屿的物种数与面积关系：ScAz S种数，A-面积，z、c为常数岛屿上物种数预测：MacArthur 的平衡说岛屿群落的进化岛屿的物种进化较大陆快；远离大陆的岛屿上，地方种可能较多；岛屿群落可能是物种未饱和的群落。岛屿生态与自然保护区对自然保护区的设计有一定的指导意义,岛屿上物种数预测,岛屿上的物种数目决定于迁入物种和灭亡物种的平衡，而且是一种动态平衡，即不断有物种灭绝，由同种或别种的迁入而得到补偿。,不同类型岛屿的物种数,1 岛屿上的物种数不随时间变化；2 平衡是一种动态平衡，即灭绝不断被新迁入的种所代替；3 大岛屿比小岛屿能维持更多的物种数；4 随岛屿离大陆距离由近到远，平衡点的种数逐渐降低。,第二节 生物群落的动态,1 群落演替的基本概念2 演替的类型3 顶极群落,经典的演替模式,一年生杂草,多年生杂草,灌木,早期演替树木,晚期演替树木,发生在弃耕地上的群落演替：,1 群落演替的基本概念,群落演替(community succession):自然群落中，一种群落被另一群落所取代的过程称群落演替。多数群落的演替有一定的方向性，但也有一些群落有周期性的变化，即由一个类型转变为另一个类型，然后又回到原有的类型，称周期性演替，如：石楠石蕊熊果石楠。演替系列(succession sere):按顺序发生的一系列群落称演替系列。先锋种(pioneer species)和先锋群落(pioneer community):演替过程中，最早定居下来的物种称先锋种；演替过程中最初形成具在一定结构和功能的群落称先锋群落。演替顶极(climax)和顶极群落(climax community):任何一类演替都经过迁移、定居、群聚、竞争、反应、稳定6个阶段，当群落达到与周围环境取得平衡时(物种组合稳定)，群落演替渐渐变得缓慢，最后的演替系列阶段称演替顶极；演替最后阶段的群落称顶极群落。,2 演替的类型,按照演替发生的时间进程，可以分为：世纪演替长期演替快速演替按演替发生的起始条件，可以分为：原生演替次生演替按基质性质，可以分为：水生演替旱生演替,按控制演替的主导因素，可分为：内因性演替外因性演替按群落代谢特征，可分为：自养性演替异养性演替,群落演替的实例从湖泊演替为森林,一个湖泊经历一系列演替后，可以演变为一个森林群落，大体要经历以下几个阶段：裸底阶段沉水植物阶段浮叶根生阶段挺水植物和沼泽植物阶段森林群落阶段,群落演替的实例湖泊沙丘的群落演替,美国密执安湖沙丘上的群落演替（原生演替）裸露沙丘固沙草本植物（滨草Ammophila breviligulata、沙拂子茅Calamovilfa longifolia）固沙灌木(沙李Prunus pumila、沙柳Salix spp.、三角杨 Populus deltoides)松柏林黑栎林栎山核桃林山毛榉槭树林,群落演替的实例从裸岩演替到森林,在裸岩的演替基质上，如果当地的气候条件适合于森林生长，经过漫长艰难的演替，迟早会长出森林来。从裸岩到森林大致要经过以下几个演替阶段：地衣阶段苔藓阶段草本植物阶段灌木阶段森林阶段,群落演替的实例橡果上的异养演替,橡树果提供了生物群落演替的基质象甲等昆虫侵入橡果，进入橡果胚，在其中产卵，孵化后的幼虫利用橡果胚作为营养；象甲侵入时，亦把真菌带入橡果；象甲幼虫离开橡果，在果壳上留下洞，食真菌者和食腐动物进入，橡胚组织被降解为粪便；捕食螨等进入，捕食食腐动物；真菌软化橡果外壳；较大的动物如毛虫、多足类等进入，橡果崩裂，成土壤腐殖质的一部分。,3 顶极群落,顶极群落的特征演替顶极学说,顶极群落的能量学特征,群落能量学总生产量群落呼吸(B/R)总生产量生物量(P/B)单位能流维持的生物量(B/E)群落净生产量食物链,高低高线状，牧食为主,低高低网状、腐食,群落特征,演替中群落,顶极群落,顶极群落的结构和生活史特征,群落结构有机质总量无机营养物种多样性生化多样性层次和空间异质性生活史生态位特化生物大小生活周期,少生物外低低简单宽小短、简单,多生物内高高复杂窄大长、复杂,群落特征,演替中群落,顶极群落,顶极群落的特征物质循环和内稳定性特征,物质循环无机物质循环生物与环境的物质交换腐屑在营养物再生中的作用内稳定性内部共生营养保持抗干扰能力熵信息,开放快不重要不发达差弱高少,封闭慢重要发达好强低多,群落特征,演替中群落,顶极群落,