第十二章生态演替课件.ppt

1、 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日 随时间推移，优势树种发生明显改变引起整随时间推移，优势树种发生明显改变引起整个森林组成的变化过程个森林组成的变化过程 为什么要研究森林演替？为什么要研究森林演替？揭示森林生态系统发展变化过程的模式、原因、速揭示森林生态系统发展变化过程的模式、原因、速度等等，由生态系统的现状推测过去，预见未来。度等等，由生态系统的现状推测过去，预见未来。使森林经营符合自然发展规律。使森林经营符合自然发展规律。一一 演替演替（Succession）东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日二 森林植物群落的形成过程群落的形成过程，可简单地分为三个阶

2、段群落的形成过程，可简单地分为三个阶段：先锋群落阶段先锋群落阶段 这一阶段的特征是一些生态幅度较大的物种侵入定居并获得成功，这一阶段的特征是一些生态幅度较大的物种侵入定居并获得成功，郁闭未稳定的阶段郁闭未稳定的阶段 随着群落的发展，生长条件逐渐得到改善。资源的利用逐渐由不随着群落的发展，生长条件逐渐得到改善。资源的利用逐渐由不完善到充分利用。物种之间竞争激烈，通过竞争，各物种之间逐完善到充分利用。物种之间竞争激烈，通过竞争，各物种之间逐渐达到相对平衡。渐达到相对平衡。郁闭稳定的阶段郁闭稳定的阶段 物种由竞争转入协调进化，使资源的利用更为充分、有效。发物种由竞争转入协调进化，使资源的利用更为充分

3、、有效。发展成为与当地气候相一致的顶极群落，这时群落有比较固定的展成为与当地气候相一致的顶极群落，这时群落有比较固定的物种组成和数量比例，群落结构也较为复杂。物种组成和数量比例，群落结构也较为复杂。东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日三 演替原因q 物种特性在演替中的作用物种特性在演替中的作用 树种特性间的差异是引起森林演替的内在原因。树种特性间的差异是引起森林演替的内在原因。先锋种属于先锋种属于r对策种，演替后期种属于对策种，演替后期种属于K对策种对策种q 生境是演替发生的条件生境是演替发生的条件.外界生境条件发生变化，将引起树种适应和竞争能外界生境条件发生变化，将引起树种适

4、应和竞争能力的改变，从而引起演替。力的改变，从而引起演替。生境条件在渐变中的演替生境条件在渐变中的演替生境条件的突然改变：干扰作用生境条件的突然改变：干扰作用 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日四 演替模式 1 按起点裸地性质归类的演替模式按起点裸地性质归类的演替模式 原生演替原生演替(primary succession）：）：开始于原生裸地上的植物群落演开始于原生裸地上的植物群落演替。替。原生裸地：指以前完全没有植物的地段，或原来存在过植被，原生裸地：指以前完全没有植物的地段，或原来存在过植被，但被彻底消灭，甚至植被下的土壤条件也不复存在。例如：火但被彻底消灭，甚至植被下

5、的土壤条件也不复存在。例如：火山喷发熔岩破坏植被形成的裸地、湖泊等。山喷发熔岩破坏植被形成的裸地、湖泊等。原生演替特点：从极端条件开始，向水分适中方向，即中生化原生演替特点：从极端条件开始，向水分适中方向，即中生化方向发展，经历的时间长，阶段多。方向发展，经历的时间长，阶段多。东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日 次生演替（次生演替（secondary succession）:开始于次生裸地上的植物开始于次生裸地上的植物群落演替。群落演替。次生裸地：是植物现已被消灭，土壤

6、中仍保留原来群落中次生裸地：是植物现已被消灭，土壤中仍保留原来群落中的植物繁殖体。例如森林采伐后的皆伐迹地、开垦草原、的植物繁殖体。例如森林采伐后的皆伐迹地、开垦草原、火灾和毁灭性的病虫害，都能造成次生裸地。火灾和毁灭性的病虫害，都能造成次生裸地。次生演替特点：由外部干扰所引起，演替速度往往较快。次生演替特点：由外部干扰所引起，演替速度往往较快。东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日2 按演替初始生境水分条件归类的演替系列模式按演替初始生境水分条件归类的演替系列模式 旱生演替系列：旱生演替系列：原生演替中开始于裸露岩石、山地等干旱基质上原生演替中开始于裸露岩石、山地等干旱基质上的

7、演替。的演替。地衣阶段地衣阶段 苔藓阶段苔藓阶段 旱生草本阶段旱生草本阶段 木本植物阶段木本植物阶段 水生演替阶段：水生演替阶段：从积水发生的原生演替。从积水发生的原生演替。沉水植物阶段沉水植物阶段 浮水植物阶段浮水植物阶段 挺水植物阶段挺水植物阶段 湿生草本植物阶段湿生草本植物阶段 中生演替系列：原生演替中开始于具有一定肥力土壤母质上的演中生演替系列：原生演替中开始于具有一定肥力土壤母质上的演替。替。裸露矿质土阶段裸露矿质土阶段 草本植物阶段草本植物阶段 木本植物阶段木本植物阶段 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日q逆行演替逆行演替植物群落由高级阶段退向低级阶段的演替。植物

8、群落由高级阶段退向低级阶段的演替。识别特征：识别特征：例如在强烈放牧情况下，草原会向旱生化的方向发展，并例如在强烈放牧情况下，草原会向旱生化的方向发展，并随着放牧强度的加大，草原会逐渐发展到接近于荒漠带的随着放牧强度的加大，草原会逐渐发展到接近于荒漠带的一些植物群落。一些植物群落。q 循环演替循环演替3 按演替方向归类的演替模式按演替方向归类的演替模式q 进展演替进展演替植物群落演替由低级阶段向高级阶段发展的演替。植物群落演替由低级阶段向高级阶段发展的演替。识别特征：识别特征：东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日4 按演替速度分类按演替速度分类 世纪演替：按地质时期计算的演替。

9、世纪演替：按地质时期计算的演替。长期演替：以几十年到几百年完成的演替。长期演替：以几十年到几百年完成的演替。快速演替：几年内完成的演替。快速演替：几年内完成的演替。影响演替速度的因素：影响演替速度的因素：生境条件的严酷程度生境条件的严酷程度组成群落的物种特性组成群落的物种特性 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日五 演替顶极的概念及理论q 单元演替顶极学说（单元演替顶极学说（mono climax theory）由美国的由美国的Clements（1916）提出）提出 认为一个气候区中，植物群落演替朝向一个共同的终点，其认为一个气候区中，植物群落演替朝向一个共同的终点，其终点的植

10、物群落是该气候作用下的最中生型的稳定群落，称终点的植物群落是该气候作用下的最中生型的稳定群落，称为气候顶极群落。为气候顶极群落。即一个气候相当一致的区域，最终将有一种连续的和整齐一即一个气候相当一致的区域，最终将有一种连续的和整齐一致的植被普遍的覆盖着。致的植被普遍的覆盖着。q对于各种特殊情况的解释对于各种特殊情况的解释亚顶极亚顶极后顶极后顶极前顶极前顶极偏途演替顶极偏途演替顶极 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日q 多元演替顶极（多元演替顶极（Poly climax theory）学说）学说 英国学者坦斯利提出英国学者坦斯利提出 如果一个群落在某种生境中基本稳定，能自行繁殖

11、，并结束如果一个群落在某种生境中基本稳定，能自行繁殖，并结束了它的演替过程，就可看作是顶极群落，而不必汇集于一个了它的演替过程，就可看作是顶极群落，而不必汇集于一个共同的气候顶极终点。共同的气候顶极终点。因此除因此除气气候候顶顶极极之外之外，也有土壤也有土壤顶极顶极，地形地形顶顶极极，火火烧烧顶顶极极等。等。q 我国学者刘慎鄂的观点我国学者刘慎鄂的观点q 地带性顶极和非地带性顶极地带性顶极和非地带性顶极q 地带性顶极在水平分布上与气候带相适应，成带状分布；非地带性顶极在水平分布上与气候带相适应，成带状分布；非地带性顶极虽然也受大气候的影响，但局部环境条件起决定地带性顶极虽然也受大气候的影响，但

12、局部环境条件起决定性作用；有多少个演替系列就有多少个顶极。性作用；有多少个演替系列就有多少个顶极。q 顶极格式假说顶极格式假说 由美国由美国Whittaker（1953）提出）提出 一个地区的顶极群落是渐变的一个地区的顶极群落是渐变的 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日q 关于顶极概念的讨论关于顶极概念的讨论 许多学者质疑演替顶极概念。（气候波动，新种侵入）许多学者质疑演替顶极概念。（气候波动，新种侵入）认为大面积的统一模式的渐变过程的观点是不现实的，因此认为大面积的统一模式的渐变过程的观点是不现实的，因此注重局部演替。注重局部演替。东北林业大学森林资源与环境学院 2022年

13、7月29日q 能量流和生产力的变化能量流和生产力的变化 演替早期阶段：系统能量输入大于消耗。生态系演替早期阶段：系统能量输入大于消耗。生态系统的现存量和生产力在演替中增加。统的现存量和生产力在演替中增加。顶极阶段：生态系统的能量输入输出相等，现存顶极阶段：生态系统的能量输入输出相等，现存量较少变化，净生产力趋于零。量较少变化，净生产力趋于零。q 生物地球化学生物地球化学 随着演替进展，生态系统保存养分能力提高，到达随着演替进展，生态系统保存养分能力提高，到达顶极阶段时，养分周转缓慢。顶极阶段时，养分周转缓慢。六 生态系统功能在演替中的变化 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日七

14、 生态系统稳定性与演替阶段的相互关系生态系统的稳定性生态系统的稳定性 生态系统保持现有状态及干扰后恢复的趋势。生态系统保持现有状态及干扰后恢复的趋势。恒定性（恒定性（constancy）：生态系统中物种数量，群：生态系统中物种数量，群落生活型或自然环境等某些因子很少变化，基本落生活型或自然环境等某些因子很少变化，基本处于恒定状态。处于恒定状态。持续性（持续性（persistence）：指一个系统或系统内某些：指一个系统或系统内某些成分的生存时间。成分的生存时间。惯性（惯性（inertia）：生态系统对风、火、病虫害等干：生态系统对风、火、病虫害等干扰因子能保持或坚持常态的能力。扰因子能保持或坚

15、持常态的能力。东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日 伸缩性（伸缩性（elasticity）：生态系统破坏后恢复到原初）：生态系统破坏后恢复到原初状态的速度。状态的速度。循环稳定性（循环稳定性（cyclical stability）：生态系统的状态）：生态系统的状态连续发生一系列变化后又返回原有状态的特性。连续发生一系列变化后又返回原有状态的特性。轨道稳定性（轨道稳定性（trajectory stability）：生态系统干）：生态系统干扰后成为多种新的状态，但最后仍能达到同一状扰后成为多种新的状态，但最后仍能达到同一状态。态。东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日

16、演替过程中稳定性的变化演替过程中稳定性的变化 演替早期演替早期:优势种趋向于优势种趋向于r选择，伸缩性大；选择，伸缩性大；演替后期：优势种趋向于演替后期：优势种趋向于K选择，系统恒定性、持选择，系统恒定性、持续性和惯性大。续性和惯性大。东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日八 森林演替模型 林木更替模型林木更替模型 主要用于模拟天然林演替过程，预测林分组成动主要用于模拟天然林演替过程，预测林分组成动态的长期变化。态的长期变化。模型的生物学依据：演替是不同树种间的取代过模型的生物学依据：演替是不同树种间的取代过程。大树死亡后出现的林冠空隙，将由死亡前大程。大树死亡后出现的林冠空隙，

17、将由死亡前大树冠下的幼树组成，最后也只能有一株幼树进入树冠下的幼树组成，最后也只能有一株幼树进入林冠层。林冠层。模型的数学依据：该模型把演替看成一个马尔可模型的数学依据：该模型把演替看成一个马尔可夫过程，即树木间的取代是一种随机过程。夫过程，即树木间的取代是一种随机过程。东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日 林窗模型林窗模型 是直接模拟单株林木生长的模型，根据林窗中林是直接模拟单株林木生长的模型，根据林窗中林木更替现象而建成。在样地逐株模拟以实现对整木更替现象而建成。在样地逐株模拟以实现对整个林分的预测，比较客观地表达异龄混交林的生个林分的预测，比较客观地表达异龄混交林的生长和

18、演替过程。长和演替过程。例如：例如：FORET模型；模型；FORSKA模型等。模型等。森林动态模型有助于预测森林的未来变化。森林动态模型有助于预测森林的未来变化。东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日九 森林演替举例q 阔叶红松林的演替阔叶红松林的演替 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日q 东北次生林演替东北次生林演替 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日q华北次生林演替华北次生林演替 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日q 长江中下游常绿阔叶林演替长江中下游常绿阔叶林演替 东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日十 森林经营与演替q主伐方式与演替主伐方式与演替q皆伐适用于早期演替阶段林分及其更新，或需要迅速改变后期演替阶段为早期演替林分时。q经营方向与演替经营方向与演替q处于早期演替阶段的林分，适于培育中小径材；后期演替阶段的林分，适于培育大径材，并有良好的生态效益。东北林业大学森林资源与环境学院 2022年7月29日The End