大学课程生态学—群落生态学1课件.ppt

1、第4章 群落生态学：群落的组成与结构 组成性质组成的数量特征群落的结构要素群落的外貌与季相水平与垂直结构一.生物群落的概念及特征二.生物群落的种类组成三.生物群落的结构四.生物群落组成与结构的影响因素一生物群落的概念与特征 1.生物群落（biotic community）的概念 指在一定地段或一定生境中，各生物种群相互联系、相互影响所构成的组合结构单元 2.生物群落的基本特征（8个）（1）物种的多样性 多样性：RAFisher等人（1943）第一次使用种的多样性名词，指群落中物种的数目和每一物种的个体数目目前“多样性”含义：种的数目或丰富度（species richness）种的均匀度（spe

2、cies evenness or equitability）例：甲群落：有100个个体，其中90个属于种A，10个属于种B 乙群落：有100个个体，种A、B各占一半 则甲群落的均匀度就比乙群落低得多 多样性测定 RAFisher等人（1943）第一次使用种的多样性名词，指群落中物种的数目和每一物种的个体数目 丰富度指数 1951年,R.Margalef 提出多样性指数公式S 群落总种数，N 群落观察到的个体总数缺点:该公式只考虑种数和个体数的关系，没有考虑个体在各种类间的分配情况，容易掩盖不同群落的种类和个体的差异,易受计数样品大小的影响 多样性指数 是丰富度和均匀性的综合指标，或称异质性指数

3、（Letero-genity indices）或种的不齐性（species heterogenity）a辛普森多样性指数（Simpsons diversity index）S 物种数目，Pi 属于种i的个体在全部个体中的比例siiP121D例：甲群落：A、B两个种的个体数分别为99和1；乙群落：A、B两个种的个体数均为50辛普森多样性指数计算：造成这两个群落多样性差异的主要原因是种的不均匀性，从丰富度来看，两个群落是一样的(1/4.605=0.217)，但均匀度不同b香农-威纳指数（Shannon-Weiner index）S为物种数目，Pi为属于种i的个体在全部个体中的比例前例计算=0.08

4、1=1.00siiiPPH1ln例：设有A，B，C三个群落，各有两个物种组成，各种个体数组成为括号数字Pi群落 A香农-威纳指数：H=-（1.0log 21.0）+0=0群落B：H=-（0.50log 2 0.50）+（0.50log 2 0.50）=1群落 C：H=-（0.99log 2 0.99）+（0.01log 2 0.01）=0.081（2）植物的生长型和群落结构生长型：即外貌（Physiognomy）特征乔木：阔叶乔木、针叶乔木等灌木草本苔藓温带落叶林温带落叶林亚热带常绿阔叶林亚热带常绿阔叶林热带雨林热带雨林 （3）优势现象（群落组成结构的不等性）群落优势种（dominant sp

5、ecies）：群落组成中少数物种凭借个体大小、数量、活力等决定着群落的性质，对群落产生重大影响 特点：具有高度的生态适应性 （4）物种的相对数量 各种生物数量间的比例 指标：多度、密度、盖度、频度、体积和重量 （5）营养结构营养结构 群落中各种生物之间的取食关系 特点：决定物质与能量流动方向 （6）形成群落环境生物群落作用于环境，对其产生重大影响 如：森林环境 经过了生物群落的改造群落生物间相互作用 形成生物种群间相互适应与竞争的内环境 （7）动态特征生命特征的运动 决定群落的动态性 季节动态 年际动态 演替与演化 （8）分布范围与边界特征分布范围 特定地段与特定生境，决定群落的分布范围边界特

6、征 环境梯度的陡变与中断（形成清晰边界）环境梯度缓慢变化，形成过渡带 群落成分沿环境梯度发生变化的三种假说 梯度假说 竞争假说 生态交错区假说 梯度假说 gradient hypothesis 物种的分布界限，决定于缓慢连续变化着的环境因素即：物种分布随梯度而缓慢变化预测：物种分布是典型钟形分布曲线，群落相似性沿环境梯度均匀发生变化 竞争假说 Competition hypothesis 物种因竞争会被突然替代，突然性的程度却因种而不同，所以群落相似形的变化具有一定的渐变性（中等程度）即：物种分布界限决定于物种间的竞争排除关系预测：物种分布曲线将被平截，在平截处，一个物种会取代另一物种 生态交

7、错区假说Ecotone hypothesis 群落成分因环境的突然变化而急剧改变预测：物种分布曲线将在生态交错区处被平截 3.生物群落的性质 （1）两种观点I.机体论观点：著名植物生态学家 F.E.Clements（1916、1936）群落是具明确边界的离散单位，或自然界中存在的一个基本组织单位 理论依据：植物群落具有演替特征，在允许的时间内最终会完成通向顶极阶段的过程（如同一个有机体一样具有诞生、成长、成熟和死亡的不同发育阶段）机体论观点评价：A.C.Tansley（1920）有机体思想过于假设：植物群落 1在遗传上与其他相似群落没有关系，群落中的 2种群对群落本身也具有不同的依附程度，各组

8、成应视为一个整体考虑或研究 II.个体论观点：H.A.Gleason（1926）发表 任何群落与有机体的比拟都是不妥的：群落不是单个的离散单位，仅是 1一种偶然的生物组合，多数是时间与空间上相互连续的系列 二生物群落的种类组成 （一）、生物种类组成的意义：决定群落性质最重要的因素 鉴别不同群落类型的基本特征1.种类组成的性质分析 群落物种登记 样地选择 随即取样 群落物种登记 物种名录造册（代表性）群落成员型划分 （根据功能、作用）举例：（中国）亚热带常绿阔叶林（群落）乔木层优势种灌木层优势种壳斗科樟科山茶科（紫茎）杜鹃花科冬青科山茶科壳斗科，双子叶，多产北半球温带和亚热带地区，我国5属约27

9、9种，全国分布，多材用，或作染料，主要造林树种。乔木或灌木；柔荑、穗状或头状花序；子房下位37室，每室胚珠12颗；坚果，多少包藏于一个有刺或鳞片状的林状体内或总苞（壳斗）内栓皮栎青冈栎 举例：高山植物（群落）虎耳草科 虎耳草、鬼灯檠石竹科 中国繁缕、孩儿参、剪秋箩、王不留行、石竹龙胆科 荇菜、大叶龙胆十字花科 拟南芥、播娘蒿景天科 石连、火焰草 2.群落成员型分类 优势种和建群种 优势种（dominant species）：对群落结构和环境具显著控制作用显著控制作用的植物种 群落不同层次可以有各自的优势种群落不同层次可以有各自的优势种，如森林群落中的乔木层、灌木层、草本层和地皮层分别存在各自的

10、优势种 个体数量多投影盖度大生物量高体积大生活力强优势度较大的种 建群种（constructive species）：群落优势层中的优势种单优种群落：仅有一个建群中的群落 （多数北方森林和草原）共优种群落：具2个或2个以上同等重要的建群种的群落 （几乎所有的热带森林）优势种对群落的生态意义：群落结构的重要组成，影响和决定群落的性质和环境；具珍稀濒危物种，乃至整个生态系统上的保护意义 亚优势种（subdominant species）个体数量次于优势种，但对决定决定群落性质和控制控制群落环境具有一定作用的植物种 伴生种（companion species）群落常见种，与群落优势种共存，不起主要作

11、用 偶见种（rare species）或稀见种 群落中出现频率很低的物种（种群本身数量稀少）同一植物种可以在不同的群落中以不同的群落成员型出现 （二）、种类组成的数量特征：1.种的个体数量指标 丰富度（abundance）物种在群落中的个体数目，用于衡量群落中植物间的个体数量对比关系 记名计算法：（植物体大）样地某种群个体数目 多度=同一生活型全部个体数目 目测估算法（植物体小不易记名或概略性的勘察）预先确定多度等级，根据等级估计单位面积个体多少国内多采用Drude的七级制多度 密度 单位面积上的植物株数 N（样地某植物个体数目）d=S （样地面积）个体间距离：L=S ND（树木的平均胸径）相

12、对密度（relative density）：样地内某一物种的个体数占全部物种个体数的百分比 盖度（coverage，cover degree）植物地上部分垂直投影面积占样地面积的百分比 基盖度：植物基部的覆盖面积 草原群落：以离地1英寸（2.54cm）高度断面计算 森林群落：以树木胸高（1.3m）断面计算 相对盖度：群落中某一物种的分盖度占所有分盖度之和的百分比 频度（frequency）某物种在调查范围内出现的频率 频度=（某物种个体出现的样方数/样方总数）100练习：根据下列样方调查数据，计算三物种A、B、C的频度A 5B 0C 0A 0B 2C 0A 3B 0C 7A 0B 6C 0A

13、1B 2C 6A 0B 8C 9A 5B 2C 8A 0B 0C 0A 0B 2C 3A 0B 4C 3A 5B 6C 9A 5B 2C 0A 6B 1C 9A 0B 2C 0频度计算：PA=（7/14）100=50.0 个体数 30 PB=（11/14）100=78.6 个体数 37 PC=（8/14）100=57.1 个体数 54标准频度图解 丹麦学者C.Raunkiaer根据8000多种植物的频度统计编制 各频度出现百分比%53149816频度级 A B C D ERaunkiaer标准频度图解物种出现频度 标准频度级 1%20%A 21%40%B 41%60%C 61%80%D 81%

14、100%ERaunkiaer 频率定律：在一个物种分布比较均匀一致的群落中，A级频度的物种通常很多，即群落中中低频率出现的物种数目多于高频率出现的物种的数目 中低频度物种数 高频度物种数 A B C D E E为群落优势种和建群种，数目较多，占有百分比较大 群落均匀性与A、E级大小成正比，E级越高，群落均匀性越大 B、C、D级比例增高时，说明群落种的分布不均匀，植被处于分化和演替之中 高度（height）植物体长的衡量指标。高度比：某种植物高度占最高的种的高度的百分比 重量（weight）衡量种群生物量（生产力）的指标 鲜重 干重 相对重量：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

15、比 体积（volume）生物所占有空间大小的度量。木材生产量（材积）单株乔木的材积由胸高断面积（s）、树高（h）和形数（f）三者的乘积，即V=shf形数：树干体积与等高同底的圆柱体体积之比 （二）、种类组成的数量特征 2.种的综合数量指标 优势度 衡量物种在群落中的地位与作用的指标 表示方法：盖度、体积、重量（J.Braun-Blanquet）多度、体积、占据空间、利用和影响环境的特性、物候动态等（B.H.Cykaqeb（1938）密度 重要值（美国学者）表示某物种在群落中的地位和作用的综合数量指标：重要值=相对密度+相对频度+相对（基）盖度相对密度：样地内某一物种的个体数占全部物种个体数的百

16、分比相对盖度：群落中某一物种的分盖度占所有分盖度之和的百分比相对频度：群落中某一物种的分频度占所有分频度之和的百分比以树木胸高（1.3m处）断面积 综合优势比（Summed dominnance radio,SDR）在密度比、盖度比、频度比、高度比和重量比5项指标中取任意两项，求平均值，再乘100%，即：SDR2=（密度比+盖度比）/2 100%SDR3=（密度比+盖度比+频度比）/3 100%（三）、种间关联 正关联 两个物种在群落中同时出现的次数较期望出现更为频繁，即 负关联 两个物种在群落中同时出现的次数少于期望出现值，即 关联系数的计算 A.2 2 列关联表 B.计算公式2 2 列关联

17、表计算公式 V=ad-bc(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)鄂尔多斯高原各类群落物种间的关联分析结果 R.Hwhittaker：群落中全部物种间的相互关联类型的分布是钟形的正态曲线，多数无相互作用（围绕中点），少数物种间处于曲线两端，即必然的正关联和必然排斥（负关联）三生物群落的结构 （一）群落的结构要素：1.生活型 生物对外界环境适应的外部表现形式，同一生活型的物种，体态和适应特点相似 C.Raunkiaer 生活型系统：（丹麦生态学家）生活型划分标准：休眠芽在不同季节的着生位置 系统内容：陆地植物具有5类生活型 高位芽植物 地上芽植物 地面芽植物 隐芽植物 一年生植物生活型 特点 高

18、位芽植物 （phanerophytes）休眠芽位于距地面25以上，根据高度分4 亚类：大高位芽（高度30m）中高位芽（8-30m）小高位芽（2-8m）矮高位芽（25cm2m）地上芽植物 更新芽位于土壤表面之上，25之下，多半灌（chamaephytes）木或草本植物 地面芽植物 更新芽位于近地面土层内，冬季地上部分全部（Hemicryptophytes）枯死，多为多年生草本植物 隐芽植物 更新芽位于较深土层中或水中，多为鳞茎类、块（Cryptophytes）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（Therophytes）Raunkiaer 生活型谱 任选1000种种子植物

19、，分类计算各生活型百分比，即：46%9%26%6%13%高位芽Ph.地上芽Ch.地面芽H.隐芽Cr.一年生植物Th.100%生活型谱与植物气候（phytocli-mate）：Raunkiaer将不同地区植物区系的生活型谱进行比较，归纳得出四种植物气候 潮湿热带的高位芽植物气候；中纬度的地面芽植物气候（包括温带针叶林、落叶林与某些草原）；热带和亚热带沙漠的一年生植物气候（包括地中海气候）；寒带和高山地上芽植物气候4 类地区的生活型谱如下表 中国群落类型的生活型谱 自然状态下：每一类植物群落都由几种生活型的植物组成。其中仅有1 类生活型占优势 高位芽植物占优势：（群落所在区）生长季温热多湿 地面芽

20、：具较长严寒季节 地下芽：环境冷湿 一年生植物：气候干旱 2.群落的垂直结构 群落的垂直结构，主要指群落的分层现象。陆地群落的分层与光的利用有关 （1）森林群落：林冠层 乔木层 灌木层 草本层 地被层BCDEA 森林群落的植物分层：藤本植物、附寄生植物：不形成独立的层次，而分别依附于各层次直立的植物体上，称为层间植物（具体研究将归入实际依附层）水热条件越优越，群落垂直结构越复杂，动物的种类越多 热带雨林：亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林和寒温带 针叶林要复杂的多，其群落中动物的物种多样 性也远比上述三种群落要丰富的多 森林群落的动物分层：群落不同层次提供不同的食物，具有不同层次的微气候条件 森

21、林鸟类：栖息空间不同 中层栖息着山雀、啄木鸟等 林冠层则栖息着柳莺和戴菊等 多数鸟类可同时利用几个不同的层次，最喜好层次却仅1个（2）水生群落 分层主要取决于水中的透光情况、水温和溶解氧的含量等 水生群落按垂直方向，一般可分为：漂浮动物（neuston）浮游动物（plankton）游泳动物（nekton）底栖动物（benthos）附底动物（epifauna）底内动物（infauna）水生生物群落 3.群落的水平结构 指群落的水平格局，形成主要与构成群落的成员的分布状况有关 （1）群落的镶嵌性（mosaicism）大多数群落，各物种常形成相当高密度集团的斑块状(patch)镶嵌 群落水平方向上复

22、杂镶嵌性产生原因：群落内部环境因子的不均匀性（主要原因）群落水平方向上复杂镶嵌性产生原因 4.群落交错区与边缘效应 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 如森林草原：森林草原过渡带 水生群落陆地群落：湿地过渡带 （1）群落交错区是一个交叉地带或种群竞争的紧张地带；（2）发育完好的群落交错区，可包含相邻两个群落共有的物种以及群落交错区特有的物种，其中群落中物种的数目及一些种群的密度往往比相邻的群落大 （3）边缘效应：（edge effect）群落交错区物种的数目及一些种的密度具有增大趋势的现象称为 每样地群落数每样地鸟巢数图 不同群落组合对营巢鸟的边缘效应本章重点一.生物群落的概念及八个基本特征 群落成分沿环境梯度发生变化的三种假说 梯度假说 竞争假说 生态交错区假说二.生物群落的种类组成 种类组成数量特征及度量 Raunkiaer 频率定律 种间关联及关联系数的计算三.生物群落的结构 生活型的概念 C.Raunkiaer 生活型系统