《园林群落生态》PPT课件.ppt

第四章 园林植物群落生态,第一节 植物群落及其种类组成,第二节 生物多样性,第三节 植物群落结构,第四节 植物群落动态,第一节 植物群落及其种类组成,1,一.植物群落及其特征,1.植物群落概念 在特定空间或特定生境下植物种群有规律的组合，它们具有一定的植物种类组成，物种与其环境之间彼此影响、相互作用，具有一定的外貌结构，并具有一定的功能。或简单地说，在一定的地段上，群居在一起的各种植物种群所构成的一种集合体。,2,3,2.植物群落的基本特征,（1）具有一定的物种组成。物种组成是区别不同植物群落的首要特征。,热带雨林,针叶林,阔叶林,3,（2）不同物种之间的相互影响，有规律地共处。a.必须共同适应它们所处的无机环境；b.它们内部的相互关系必须取得协调、平衡,3,（3）具有形成群落的环境功能 如，森林群落和草原群落与周围祼地的环境,4,4.具有一定的外貌和结构 包括形态结构、生态结构与营养结构,水平结构,垂直结构,（5）一定的动态特征 其运动形式包括季节动态、年际动态、演替与演化等。,春季,夏季,秋季,冬季,（6）一定的分布范围,（7）群落的边界特征,二.植物群落的种类组成,我国亚热带常绿阔叶林：群落乔木层优势种类由壳斗科、樟科、枫香科、木兰科、山茶科等植物组成，下层则杜鹃科、山矾科、冬青科等植物组成高山上的植物群落：主要由虎耳草科、石竹科、龙胆科、十字花科、景天科的某些种类构成,优势种（dominant species)对群落的结构和群落环境的形成起主要作用的植物。（它们通常是那些个体数量多生物量高、体积大，生活能力较强）,如，以馬尾松为例，分布在南亚热带的马尾松其乔木层一般以馬尾松占优势，灌木层可以有桃金娘占优势，草本层可能以芒萁占优势，层间植物可能以断肠草占优势。,马尾松,芒萁,桃金娘,断肠草,2.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植物种。,如，南亚热带雨林中的红鳞蒲桃和大针茅草原中的小半灌木冷蒿在有些情况下成为亚优势种。,3.伴生种（companion species or common species)为群落的常见物种，它与优势种相伴存大，但不起主要作用。如马尾松中的乌饭树、米饭花等。,4.偶见种或罕见种（rare species)是那些群落中出现频率很低的物种，多半数量稀少。,如，常绿阔叶林或南亚热带雨林中分布的观光木,木兰科，二级保护植物,（二）群落种类组成的数量特征,群落种的个体数量指标,相对密度：样地内某一物种的个体数占全部物种个体数的百分比,（1）密度与多度 密度（density):指单位面积或单位空间内的个体数目。对乔木、灌木以植株计数，丛生草本以株丛计数，根茎植物以地上枝条计数。,多度（abundance):指调查样地上某物种的个体数目，是不同物种个体数目多少的一个相对指标。,直接计算法,目测估计法,物种多度调查方法,群落内草本植物的调查，多采用目测估计法。,1.群落的个体数量指标,（2）盖度与显著度,投影盖度（盖度）：植物地上器官垂直投影所覆盖土地的面积,乔木层的投影盖度调查方法：树冠投影法、统计法、样线法等。灌木和草本层的投影盖度常以目测法。,基盖度：植物基部实际占的面积,多用于草本群落,多用于森林群落,1.群落个体数量指标,显著度：特指乔木的基盖度。相对显著度（RDE）：某树种胸径断面积总和与全部树木总断面积之比。,（3）频度,指群落中某种植物出现的样方数占整个样方数的百分比，即某个物种在调查范围内出现的频率；,相对频度（RF）：某种群的频度与样地中全部种类的频度之和的百分比。,（4）高度或长度,植物个体在地面以上垂直方向伸展的长度,高度或长度常作为测量植物的一个指标，测量时取其自然高度或绝对高度，藤本植物测其长度。,（5）重量,用来衡量种群生物量或现存量多少的指标;,可分鲜重与干重，在草原植被研究中，这一指标特别重要;,单位面积或容积内某一物种的重量占全部物种总重的百分比称为相对重量;,（6）体积,是生物所占空间大小的度量，在森林植被研究中，这一指标特别重要。,材积V=（断面积s）（树高h）（形数f）,在森林经营中，通过体积的计算可以获得木材生产量（称为材积）。形数是树干体积与等高同底的圆柱体体积之比。（可由森林调查表中查到），就获得一株乔木的体积。草本植物或小灌木体积的测定，可用排水法进行。,2.群落种的综合数量特征,（1）优势度：用以表示一个种在群落中的地位与作用。,主张一：以盖度、所占空间大小或重量来表示优势度，并指出在不同群落中应采用不同指标。主张二：多度，体积或所占据的空间、利用和影响环境的特性、物候动态均应作为某个种优势度指标。主张三：认为盖度和密度为优势度的度量指标。主张四：认为优势度即“盖度和多度的总和”或“重量、盖度和多度的乘积”等等,（2）重要值,用来表示某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标,方法：从株数、胸径和频度来进行统计，根据相对密度、相对频度和相对显著度的综合，即这三项指标之总和等于一个常数（300）。,(3)综合优势比(summed dominace ratio,SDR),一种综合数量指标，包括两因素、三因素、四因素和五因素等四类。,乔木的重要值：相对多度+相对频度+相对显著度灌木和草本的重要值：相对多度+相对频度,第二节 生物多样性,一.生物多样性概念,是指生命形式的多样化，各种生命形式之间及其与环境之间的多种相互作用及各种生物群落、生态系统及其生境与生态过程的复杂性。,生物多样性通常从两方面进行衡量：种的数目或丰富度，即一个群落或生境中物种数目的多少；种的均衡度，即一个群落或生境中全部物种个体数目的分配状况，它反映的是各物种个体数目分配的均匀程度，即群落的异质性。,生物多样性从三个层次去描述：遗传多样性、物种多样性、生态系统与景观多样性,1.遗传多样性（基因多样性）,是指所有生物个体中所包含的各种遗传物质和遗传信息，既包括了同一种的不同种群的基因变异，也包括了同一种群内的基因差异。,遗传多样性对任何物种维持和繁衍其生命、适应环境、抵抗不良环境与灾害都是十分必要。在现代农育种中，作物与家畜的遗传多样性更具有物殊意义,2.物种多样性,是指多种多样的生物类型及种类（丰富度），强调物种的变异性（均匀度）。,物种多样性代表着物种演化的空间范围和对特定环境的生态适应性，是进化机制的最终产物。中国是生物性较高的国家，居世界第八位，北半球第一位。,3.生态系统多样性和景观多样性,生态系统多样性：是指生态系统中生境类型、生物群落和生态过程的丰富程度。,生态系统由植物群落、动物群落、微生群落及其环境（包括光、水、空气、土壤等）所组成。,生态系统中的主要生态过程中包括能量流动、水分循环、养分循环、生物之间的相互关系。,景观多样性：是指与环境和植被动态相联系的景观斑块的空间分布特征。,目前，景观水平上定义生物多样性还处于初始阶段，没有一个统一的分类系统。,二.生物多样性测定,1.物种丰富度指数2.辛普森多样性指数3.香农维纳指数4.Pielou 均匀度指数,三.物种多样性分布格局(梯度变化规律）,1.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,Shannon-Wiener（香农-威纳）指数等对比研究我国从东北到海南的阔叶林中木本植物的物度多样性表明，越靠近热带地区，单位面积内的物种越丰富，物种多样性指数越高。,2.多样性随海拔高度的变化 随海拔的增高，物种多样性随海拔增加而逐渐降低,3.水体物种多样性随深度变化 在海洋和淡水水体物种多样性随深度而降低,四.决定多样性梯度的因素,时间因素 热带群落比较古老，进化时间长，并且在地质年代中环境条件稳定，群落多样性高；温带则相反。,2.空间异质性因素 从寒带经温带到热带，环境的复杂性随之复杂，物理环境也随之复杂，或空间异质程度越高物种多样性越大。,3.气候稳定因素 环境稳定因素，变化越小，动植物的物种就越丰富。,4.竞争因素 生物之间的竞争则成进化和生态位分化的主要动力。则热带动植物要求的生境条件更狭隘，其食性也特化，物种之间的生态位重叠比较多，因此，热带物种多样性比温带少。,5.捕食因素,6.生产力因素,五.物种多样性与群落稳定性的关系,群落稳定性：指群落在一段时间过程中维持物种互相结合及各物种数量关系的能力及在受到扰动的情况下恢复到原来平衡状态的能力。,群落稳定性包括四个含义：现状的稳定时间过程的稳定抗变动能力变动恢复原状的能力。,热带雨林比温带森林更易受人类的干扰而不稳定,物种多样性是群落稳定性的一个重要尺度，多样性高的群落，食物链和食物网更加趋于复杂。,温带森林,热带雨林,1、生物种类多，食物网复杂，物质循环与能量流动的渠道多。,群落稳定性的特征：,2.各营养级的生物数量多，占有的能量多,群落在时间过程中的稳定性表现：,（1）一段时间过程中物种数量和物种间的相互组合能稳定地保持下来，这是维持群落稳定性的根本。（2）在一段时间过程中物种发生的某些数量关系能稳定地保持。（3）在经外界扰动以后，群落有自我调节维持稳定的能力。,如何判断一个群落的稳定程度？,（1）扰动一个群落系统时所需施加的扰动程度，所需外力越大，表明群落愈稳定；,（2）群落从平衡状态的位置上被扰动后产生波动的幅度，波动幅度越小，群落越稳定；,（3）群落变动后恢复到原来的平衡状态所需的时间，时间越短越稳定。,第三节 植物群落结构,植物群落的垂直结构植物群落的水平结构植物群落的时间结构群落结构的影响因素,1.植物群落的垂直结构,植物群落的分层现象，在不同的高度有不同的分层现象-即不同的植物占据不同的高度。陆地群落的分层与光的利用有关密切的关系。森林群落随着光强渐减，依次发展为乔木层、下木层、灌木层、草本层和地被层。,草本层,树冠层,灌木层,下木层（矮树）,地表层,森林群落的分层现象与光强密切相关，一个群落中的光照强度总是随着高度的下降而逐渐减弱。,北方混交林,草甸,特别提醒：在高山植物群落中，不同海拔地带的植物呈垂直分布主要是受温度制约的。,高山草甸,针叶林,落叶阔叶林,常绿阔叶林,热带雨林,高山,水生群落的垂直分层现象与阳光、温度、食物和溶氧等因素有关,水生植物的分层现象,1.群落的垂直结构,指植物群落各组成种在水平空间上的配置状况或分布格格局。,植物群落水平结构主要表现为均匀性和镶嵌性。植物的斑块状镶嵌结构是常见的水平格局。,人工种植果园、农田和一些城市植物群落（均匀分布）,2.植物群落的水平结构,（1）植物群落的水平结构,水平结构：在水平方向上由于地形的起伏、光照的明暗、湿度的高低等环境因素影响，不同生物分布于不同地段的现象。,导致水平结构的复杂性主要原因？,亲代的扩散分布习性 风播植物、动物传播植物、水播植物 分布可能广泛；而种子较重或无性繁殖植物，母株植物周围呈聚状。,2.环境异质性 由于成土母质、土壤质地和结构、水分条件的异质性，导致动植物形成各自的水平分布格局,3.种间相互作用的结果 植食动物明显地依赖于它所取食的植物的分布。植物之间还存在竞争、化感作用、互利共生、偏利共生等,（2）群落交错区与边缘效应,群落交错区（生态交错区或生态过渡带）：是两个或多个群落之间（生态地带之间）的过渡区域。,如，森林和草原之间有森林草原地带，软海底与硬海底的两个海洋群落之间,边缘效应：把群落交错区种的数目及一些种的密度增大的趋势称为边缘效应。,大兴安岭森林边缘具有呈狭带分布的林缘草甸，30种/m2，明显高于森林群落与外侧的草原群落。如，美国伊利诺伊州森林内部的鸟仅14种，但在林缘地带达22种。,岛屿生态在自然保护区规划上有什么指导意义？,在同样面积下一个大保护区好还是若干小保护区好这决定于下列情况(1)若每一小保护区内都是相同的一些种那么大保护区能支持更多的种。(2)从传播流行病而言隔离的小保护区有更好的防止传播作用。(3)如果在一个相当异质的区域中建立保护区多个小保护区能提高空间的异质性有利于保护物种多样性。(4)对密度低、增长率慢的大型动物为了保护其遗传性较大的保护区是必需的。(5)在各个小保护区之间的“通道”或走廊对于保护是很有帮助的它能减少被灭亡的风险细长的保护区有利于迁入。,群落随着时间的变化而变，群落呈现不同的外貌结构。由自然环境因素的时间节律引起群落各物种在时间上相应的周期变化。,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,3.群落的时间结构,在城郭绿化中的有什么样的应用价值？,群落季相概念：随着气候的季节性交替,群落呈现不同外貌的现象。,（1）在城市的园林绿化中,植物的合理配置可以增强景观效应,在这个可以利用植物的创造不同景观（2）植物在不同季节营造出不同的景观特色可以构成多种多样变幻的植物空间呈现不一样的风光。（3）有些植物色叶期长是组成城市绿化模纹、装点城市的重要材料,宿根花卉和球根花卉有别于树木其栽培可在圃地进行迁地移栽应用可在短时间内增强季相效果.（4）植物配置季相变化提升城市绿色景观内涵等等。,4.影响群落结构的因素,环境因素。环境温暖潮湿更容易形成垂直结构复杂的群落。寒冷干旱的环境易形成垂直结构简单群落。,2.生物因素。竞争被认为是影响群落结构的重要生物因素。竞争导致生态位分离。,3.干扰。干扰对群落的某些层次影响较大。同时干扰还可以在群落中形成一些缺口，会被新的植物填充，在水平结构上具有更复杂的镶嵌性。,（1）什么是干扰？是一种有意义的生态现象，它引起群落的非平衡特性，强调了干扰在群落结构形成和动态中的作用。,（2）中等干扰假说一个生态系统处于中等程度干扰时，其物种多样性最高。由于过度的频繁干扰，不利于处于演替后期的物种种类生存；而干扰程度很低，由于竞争法则，不利于处于演替前期的种类生存,4.影响群落结构的因素,1.在一次干扰后少数先锋种入侵缺口，如果干扰频繁，则先锋种不能发展到演替中期，因此物种多样性低；,2.如果干扰间隔期很长，使演替过程能发展到顶极群落，多样性也不高；,3.只有中度干扰程度使多样性维持高水平，它允许更多的物种入侵和定居。,为什么中等干扰的强度能维持物种多样性？,一.群落动态类型,天-蒸腾作用、光合作用等植物生理过程，动物的昼夜活动节律年-植物生长及动物活动的季节动态几年-植物生产力及动植物种群的波动十年到百年-群落演替百年到千年-长期气候变化引起的生物地带界线的移动万年到亿年-地史尺度的群落演化,第四节 植物群落动态,二.群落波动及其成因,群落波动：是指短期内植物群落的年际变化，这种变化不涉及新物种的侵入，是围绕一个平均数的上下波动，是可逆的变化过程。,1.群落波动概念,（1）环境条件的波动变化-多雨年份与少雨年份、突发性灾变、地面水文状况年度变化等。,2.群落波动原因：,（2）生物本身的活动周期-种子产量的波动、动物种群的周期性变化及病虫害暴发等,（3）人为活的影响-放牧强度的变化，森林采伐的年度变化等。,1）不明显波动 群落成员的数量关系变化很小，群落外貌和结构基本保持不变。2）摆动性波动 群落成分在个体数量和生产量方面的短期变动(15年)。3）偏途性波动 气候和水分条件长期偏离正常状况而引起，波动的时期可能较长(510年)。4）周期性波动,特点：区系成分相对稳定；变化方向的不定性；变化是可逆的.,3.群落波动类型,1883年8月27日印度尼西亚喀拉喀托火山爆发。,火山爆发后环境条件发生了变化。在火山爆发中，有些物种可能会绝灭，在恢复过程中外来新物种可能会进入。群落结构因此而发生了变化，一般不能恢复到原来的群落结构。,怎样才能从火山融江上生长成树林？,三.植物群落演替及其成因,群落演替的概念,随着时间的推移，一定地域的植物群落发生变化而形成其他植物群落，被其他植物类型所取代的过程。,1.植物,群落是一个动态的开放的生命系统。由于气候变迁、洪水、火烧、山崩、动物的活动和迁移散布等自然原因，或者由于人类活动的结果，使群落发生根本性质的变化的现象也是普遍存在的。,随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程，就叫做演替。,2.群落演替的三个特征,（1）演替是群落发展的有顺序过程，它有规律地向一定方向发展，因而是能预见的；,（2）演替是由于物理环境改变的结果，但演替是受群落本身控制的；,（3）演替是以稳定的生态系统为发展的顶点，即在稳定的生态系统中有最大的生物量生物间共生功能；,特征：一定的方向性、阶段性和不可逆性，从而导致群落组成和结构的变化；,3.发生群落演替的原因：,（1）内因,群落内种间种内关系发展的结果 群落组成种特别是优势种为自已的生长发育创造了不利条件，导致在新的竞争中失去优势，从而被替代。外来种的入侵。其他原因导致的原有优势种的衰退。（包括病虫害、火灾等）,（2）外因,外部环境条件的改变。如气候、地貌、土壤和火等可成为引起演替的生要条件。人为干优。如人为砍伐森林，农田的开垦、人工林的形成以及城市园林植物群等。,4.演替和波动的关系,联系：,两者同时发生，即演替一般会是波动的结果，是波动达到一定程度之后所发生的。,波动是群落不被毁灭；演替是被毁灭或被其他群落所代替；,区别：,四.群落演替的类型,四.群落演替的类型,1.按演替发生的起始条件分：,（1）初生演替 在一个从来没有被植物覆盖的地面，或者是原来存在过植被、但被彻底消灭了的地方发生的演替。如：沙丘、火山岩、湖底上进行的演替。,特点：其演替速度缓慢，所需时间漫长,初生演替,裸岩上的演替,【例】光裸的岩石上演替过程,2.次生演替 原有的植被虽已不存在，但原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他的繁殖体（如能发芽的地下茎）的地方发生的演替。如火灾过后的草原、过量砍伐的森林、弃耕的农田上进行的演替。（火烧演替、弃耕演替、放牧演替等）,特点：替速度较迅速，所需时间相对较短,弃耕农田,过渡放牧演替,次生演替,【例】弃耕上的农田的演替过程,所有弃耕的农田都能 演替成树林吗?,弃耕农田上的群落演替一年生杂草多年生杂草小灌木灌木丛乔木（森林）,在干旱的荒漠上很难形成,演替能否一直延续下去？,不能当群落演替与当地的气候和土壤等条件处于平衡状态，演替就不再进行，达到平衡点。顶极群落就是群落演替的最终平衡状态阶段，是最复杂也是最稳定的群落阶段。如果没有外力干扰，它将永远保持原状。,2.按基质的性质划分,（1）旱生演替,以祼岩等陆生生境为基础发生的演替。,地衣植物阶段,苔癣植物阶段,草本植物阶段,灌木阶段,乔木阶段,【例】沙丘原生演替,森林阶段,（2）水生演替,裸底阶段,沉水植物阶段,浮叶根生植物阶段,挺水植物和沼泽植物阶段,草本植物阶段,木本植物阶段,【例】怎样从湖泊演替到森林阶段？,在水体或湿地中发生的植物群落演替。,群落演替从定居开始 生物定居引起环境的变化 对不同演替阶段的适应 演替的顶级,五.演替的过程,六.顶极群落理论,任何一类群落演替都经历迁移、定居、群聚、竞争、反应、稳定6个阶段，到达稳定阶段的群落，这是演替的终点，这个终点就称为演替顶极(climax)。,单元顶极学说(Clements,1916)多元顶极学说(Tansley,1954)顶极格局学说(Whittaker,1953),顶极群落的理论,单元顶极论（monoclimax hypothesis）,Clements认为，在任何一个地区内，一般的演替系列的终点决定于该地区的气候性质，主要表现在顶极群落的优势种，能够很好地适应于地区的气候条件，这样的群落称之为气候顶极群落。,在同一气候区内，无论演替初期的条件多么不同，植被总是趋向于减轻极端情况而朝向顶极方向发展，从而使得生境适合于更多的植物生长。,多元顶极论（polyclimax theory）,多元顶极论由英国的A.G.Tansley于1954年提出。该学说认为：如果一个群落在某种生境中基本稳定，能自行繁殖并结束它的演替过程，就可看作顶极群落。在一个气候区域内，群落演替的最终结果，不一定都汇集于一个共同的气候顶极终点。,顶极-模式假说（climax-pattern hypothesis）,该理论认为，在任何一个区域内，环境因子都是连续不断地变化的。随着环境梯度的变化，各种类型的顶极群落，如气候顶极、土壤顶极、地形顶极、火烧顶极等，不是截然呈离散状态，而是连续变化的，因而形成连续的顶极类型，构成一个顶极群落连续变化的格局。在这个格局中，分布最广泛且通常位于格局中心的顶极群落，叫做优势顶极（prevailing climax），它是最能反映该地区气候特征的顶极群落，相当于单元顶极论的气候顶极。,The End!,