《群落生态学》PPT课件.ppt
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1、第五章.群落生态学,一.群落生态学 二.群落的组成 三.群落的结构 四.群落的演替 五.生物多样性,一.生物群落及群落生态学,群落的定义:一定的种所组成的天然群聚即群落。一定地段上多种生物组成的集合群。问题:地段多大?怎么划分?是客观还是主观?是固定还是随机?,1.机体论:认为群落是客观存在的实体,是一个有组织的生命系统,像有机体与种群那样,是一个有机整体。而且可以重复出现,其出现是必然的,有特定的组成、结构和特征。认为群落是自然单位。,机体论的理论依据,任何一个植物群落都要经历一个从先锋阶段(Pioneer stage)到相对稳定阶段的成长过程。在群落中,有些种群具有强烈的依附性,只能在一定
2、的群落中而不能在别的群落中生长。它们和有机体一样具有明确的边界,而且与其他群落是间断的、可分的,它们独立存在,可重复出现。可以象物种那样进行分类。,2.个体论:认为群落并非自然界的实体,而是生态学家为了便于研究,从一个连续变化着的植被连续体中,人为确定的一组物种的集合。,个体论的理论依据,群落的存在、组成及结构依赖于特定的生境与物种的选择性,但环境条件在空间与时间上都是不断变化的,由于环境变化而引起的群落的差异性是连续的。所以,群落是连续的,群落之间不具有明显的边界。在自然界没有任何两个群落是相同或相互密切关联的,人们研究的群落单元是连续群落中的一个片段。不连续的间断情况仅仅发生在不连续的生境
3、上,如地形、母质、土壤条件的突然改变。在通常情况下,生境与群落都是连续的。,(1)具有一定的种类组成。(2)具有一定的结构。(3)具有一定的动态特征。(4)不同物种之间存在相互影响。(5)具有一定的分布范围。(6)形成一定的群落环境。(7)具有特定的群落边界特征。,3.群落的基本特征,以生物群落为对象,研究群落的这些特征的生态学分支就是群落生态学(Community Ecology)。群落生态学研究聚集在一定空间范围内的不同种生物与生物之间、生物个体之间的关系,分析生物群落的组成、特征、结构、机能、分布、演替及群落分类、排序等问题。,二.群落的组成,优势种,优势层,亚优势种,伴生种,偶见种,建
4、群种,群落的物种组成情况在一定程度上能反映出群落的性质优势种:在群落中能有效控制能量流动和物质循环并对群落的结构和群落环境的形成具有明显的控制作用的生物种。特征:个体数量多,投影盖度大,生物量高,体积大,生活能力强。建群种:把优势层中的优势种称为建群种,其决定着群落的外貌,而且也控制着群落的生态环境和群落中的其他组成成分。,如何判断物种在群落中的重要性?Whitlaker(1975)认为以下三者是一致的:1.一个物种占据群落中的生态位超维空间的分数。2.该物种所利用的群落资源(如光、水、食物等)的分数。3.它所实现的群落生产力的分数。基于这三者的等价关系,只要测出其中的一个分数,就可以比较各个
5、物种在群落中的重要性。生产力是最可靠的比较标准。,关键种。群落中有些生物种虽然生物量及丰度并不高,但对维护生物多样性、群落的结构、功能、整体性和生态系统稳定性方面起着较大的作用。如果它们消失或削弱,可以导致其他一些物种的丧失,整个生态系统可能发生根本性的变化。亚优势种。个体数量与作用都次于优势种,在决定群落性质和控制群落环境方面也起着一定作用的物种。在复层群落中,它通常居于较低的亚层。伴生种。伴生种为群落的常见物种,它与优势种相伴存在,但在决定群落性质和控制群落环境方面不起主要作用。偶见种或罕见种。偶见种是那些在群落中出现频率很低的物种,有些偶见种的出现具有生态指示意义,可能是入侵种,也可能是
6、衰退中的残遗种。,共建种群落,群落的命名,单优种群落,以动物为优势种的草原,群落的生活型组成,不同气候和土壤条件下的植物群落,它们的生活型组成不同。类似的气候和土壤条件下的植物群落,虽地域上相隔很远,但却有着相似的生活型组成,并表现出相似的外貌。故群落的生活型组成具有指示外界环境的作用。生活型谱是分析一定地区或某一群落内各类生活型的数量对比关系,其计算公式如下:某一生活型的百分率=该群落内该生活型的植物种数/该群落内全部生 活型的种数100分析群落的生活型谱,在一定程度上可以反映一个地区和另一个地区在气候上的差异,以及同一气候区域内各植物群落内环境的差异。,我国几种植物群落生活型谱,(1)密度
7、(Density)(2)多度(Abundance)(3)盖度(Coverage)(4)频度(Frequency)(5)高度(Height)(6)重量(Weight)(7)体积(Volume),群落组成的数量特征,1.密度(Density),单位面积或单位空间内的个体数。一般对乔木、灌木和丛生草本以植株或株丛计数,根茎植物以地上枝条计数。样地内某一物种的个体数占全部物种个体数之和的百分比称做相对密度。密度 D=q/R q为某一特定种的个体总数 R为统计样地总数,即包括无该种的样地。,2.多度(Abundance),Soc(Socides)极多,植物地上部分郁闭,形成背景Cop3(Copiosae
8、)数量很多Cop2 数量多Cop1 数量尚多Sp(Sparsal)数量不多而分散Sol(Solitariae)数量很少而稀疏Un(Unicum)个别或单株,是对物种个体数目多少的一种估测指标,多用于群落内草本植物的调查。国内多采用Drude的七级制多度,即:,3.盖度(Coverage),盖度分为投影盖度和基盖度两种。,投影盖度。植物枝叶所覆盖的土地面积,称为投影盖度(通常称为盖度)调查投影盖度可用目测法和量测法。目测法是将盖度用百分比表示,即一种植物的枝叶所覆盖的土地面积占样地总面积的百分比。量测法是将乔灌木树冠直径测出长轴和短轴的长度,取平均值,并换算成面积。基盖度。植物基部着生的面积,称
9、为基盖度。草本植物的基盖度均以离地1英寸处(牲畜吃草高度)草丛的断面积来计算,对于树木的基盖度,是测定树干距地面1.3米处的直径(相当于人体胸高处,故称为胸径)来计算。,4.频度(Frequency),频度是含有某特定种的样地数占样地总数的百分数,F=r/R100%它反映群落中各种植物在水平分布上是否均匀一致,从而说明植物与环境或植物之间的关系。群落中某一物种的频度占所有物种频度之和的百分比,即为相对频度。,5.高度、重量、体积,高度(Height)常作为测量植物体的一个指标,测量时取其自然高度或绝对高度,藤本植物则测其长度。重量(Weight)用来衡量种群生物量(Biomass)或现存量(S
10、tanding crop)多少的指标。可分干重与鲜重。在生态系统的能量流动与物质循环研究中,这一指标特别重要。体积(Volume)生物所占空间大小的度量。在森林群落研究中,这一指标特别重要。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)。,重要值:表示一个种在群落中的地位和作用 重要值=相对密度相对频度相对盖度 相对密度=该种的密度/所有种的密度和 相对频度=该种的频度/所有种的频度和 相对盖度=该种的盖度/所有种的盖度和,群落组成的数量特征,三.群落的结构,1.群落的外貌,是指生物群落的外部形态或表相。是群落中生物与生物,生物与环境间相互作用的综合反映。,(1)植物的生活型(2)
11、组成物种(3)植物的季相(4)植物的生活期,决定群落外貌的因素有:,2.群落的水平结构(群落在水平上的镶嵌性),镶嵌群落,小群落,群落的水平结构(群落在水平上的镶嵌性),是指群落在水平方向上的配置状况或水平格局。生物群落在水平上的镶嵌性,也称作群落的二维结构。,(1)亲代的扩散分布习性。风布植物、动物传布植物、水布植物分布可能广泛。而种子较重或行无性繁殖的植物,往往在母株周围。同样是风布植物,在单株、疏林、密林的情况下扩散能力不相同。(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
12、布。还有竞争、互利共生、偏利共生等的结果。,导致水平结构的复杂性有三方面的原因,3.群落的垂直结构(群落在垂直上的成层性),陆地植物的分层与光的利用有关,群落的垂直结构,乔,權,草,藻,成层结构是自然选择的结果,栎林中鸟类在不同层次中的相对密度,注:数字下划线表示某种鸟最喜好栖息的层次,动物群落的垂直成层性,动物群落的垂直成层性,4.群落的时间结构(群落在时间上的演替性),定义:光、温、水等很多环境因子有明显的时间节律,受这些因子影响,群落的组成和结构也随时间序列发生有规律的变化时间结构变化是种群动态特征之一:(1)自然环境因素的时间节律所引起的群落各物体在时间结构上相应的周期变化;(2)群落
13、在长期历史发展过程中,由一种类型转变为另一种类型的顺序变化-群落的演替。,随气候季节交替,群落出现的不同外貌成为群落的季相。在不同的年度之间,生物群落常有明显的变动,这种变动如果限于同类群落内部的变化,不产生群落的更替,一般称波动。群落的波动具有可逆性,但这种可逆性是不完全的。,春,C G Cao,夏,秋,冬,5.群落的交错区与边缘效应,群落交错区,是两个或多个群落或生态系统之间的过度区域,由于群落交错区生境条件的的特殊性、异质性和不稳定性,使得毗邻群落的生物可能聚集在这一生境重叠的交错区域中,不但增大了交错区中物种的多样性和种群密度,而且增大了某些生物种的活动强度和生产力,这一现象称为边缘效
14、应(Edge effect),边缘效应,开拓有用边缘:1.人类生存环境的布置2.城市分布3.农作物间作套种4.桑基鱼塘控制有害边缘:蝗虫的控制,6.岛屿效应,生态学意义上的岛屿主要强调“隔离”和独立性。,C G Cao,水中的岛屿,C G Cao,陆地中“水”岛,C G Cao,群山中的农田,C G Cao,到林窗自然保护区其它相对独立的群落,岛屿效应,S=cAz,lgS=lgc+z(lgA),S:物种数,A:岛屿面积,S,A,S=cAz,lgS=lgc+z(lgA),岛屿效应:面积越大,容纳生物种数越多的效应,迁入率曲线与灭亡率曲线交点上的种数,即为该岛上预测的物种数。根据平衡说,可说明下列
15、四点:(1)岛屿上的物种数不随时间而变化;(2)这是一种动态平衡,即灭亡种不断地被新迁入的种所代替;(3)大岛比小岛能“供养”更多的种;(4)随岛距大陆的距离由近到远,平衡点的种数逐渐降低。,MacArthur 的平衡说,在同样面积下,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)从传播流行病看,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。保护区过小,种群
16、数量过低,可能由于近交使遗传特征退化,也易于因遗传漂变而丢失优良物种的特征。(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。,岛屿生态与自然保护,干扰是自然界的普遍现象,是指平静的中断,正常过程的打扰或妨碍。生物群落不断经受着各种随机变化的事件。有些学者认为干扰扰乱了顶极群落的稳定性,使演替离开了正常轨道。而近代多数生态学家认为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。,7.中度干扰假说,(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,因而多样性较低
17、;(2)如果干扰间隔期很长,使演替过程能发展到顶极期,多样性也不高;(3)只有中等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。,中度干扰假说,四.群落的演替,随时间的推移,生物群落内一些物种消失,另一些物种侵入,群落组成及其环境向一定方向产生有顺序的发展变化,称为群落的演替,1.演替的概念,2.演替的特征,(1)群落演替是有一定方向、具有一定规律的,随时间而变化的有序过程。(2)演替是生物和环境反复相互作用,发生在时间和空间上的不可逆变化(3)物理环境一定程度上决定着演替的类型、方向和速度,但演替是群落本身所控制的(4)当群落演替到与环境处于平衡状态时,演替就不再进行,以相对稳定的
18、群落为发展顶点。,在演替过程中的不同阶段,各种过渡性群落所出现的时期,称为系列期。1.系列期内物种也不断更替,早期出现的物种称先锋物种;2.中期出现的物种称过渡种或演替种;3.演替发展到最后出现在顶极群落中的物种称顶极种。,3.演替的过程,(1)互不干扰阶段:这是群落演替中从无到有的最初阶段,也是入侵阶段,此时物种数目少,种群密度低,在对自然资源的利用上没有什么竟争。(2)相互干扰阶段:这主要是指物种间的竟争。在竟争中的物种入侵后,能定居下来进行繁殖,而另一些物种则被排斥而趋于消失,所以也称定居阶段。,群落演替的过程也是物种不断入侵、定居、进化或灭亡的过程。就某一物种而言,一般在演替中的相互关
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