群落生态学群落的组成与结构实用教案

1、1 生物群落生物群落(shn w qn lu)的概念的概念一、一、 群落的概念群落的概念 一般概念一般概念 在相同时间聚集在同一地段在相同时间聚集在同一地段 上的各物种上的各物种(wzhng)种群的集合种群的集合 ，包括植物、动物和，包括植物、动物和微生物等各分类单元的种群。微生物等各分类单元的种群。生态系统中生物成分的总和。生态系统中生物成分的总和。第1页/共101页第一页，共101页。第2页/共101页第二页，共101页。第3页/共101页第三页，共101页。第4页/共101页第四页，共101页。群落(qnlu)具有一定的种类组成第5页/共101页第五页，共101页。群落内各物种(wzhn

2、g)相互联系第6页/共101页第六页，共101页。群落具有一定的内部(nib)环境第7页/共101页第七页，共101页。超冠层主冠层演替层更新层林下草灌层第8页/共101页第八页，共101页。q物种组成结构物种组成结构(jigu)和水平结构和水平结构(jigu)群落(qnlu)具有一定的结构特征第9页/共101页第九页，共101页。第10页/共101页第十页，共101页。群落具有一定的动态(dngti)特征第11页/共101页第十一页，共101页。群落具有一定的分布(fnb)范围第12页/共101页第十二页，共101页。群落具有(jyu)其边界特征第13页/共101页第十三页，共101页。14

3、 二、群落二、群落(qnlu)的基本特征的基本特征具有一定具有一定(ydng)的种类组成的种类组成 各物种之间是相互联系的各物种之间是相互联系的 具有自己的内部环境具有自己的内部环境 具有一定具有一定(ydng)的结构的结构 具有一定具有一定(ydng)的动态特征的动态特征 具有一定具有一定(ydng)的分布范围的分布范围 具有边界特征具有边界特征 /群落交错区群落交错区 第14页/共101页第十四页，共101页。15 三、群落三、群落(qnlu)的性质的性质群落是自然界基本群落是自然界基本(jbn)的组织单位的组织单位吗？吗？第15页/共101页第十五页，共101页。群落(qnlu)性质的机

4、体论群落是和生物体、种群相似的自然单位，是有生命群落是和生物体、种群相似的自然单位，是有生命的系统的系统 群落演替的定向性相当于生物的生活史或生物的发群落演替的定向性相当于生物的生活史或生物的发育，具有机体特征育，具有机体特征 都要经历从先锋都要经历从先锋(xinfng)阶段到顶级阶段的演替过阶段到顶级阶段的演替过程程 顶级群落受破坏后重复演替过程达到顶级群落阶段顶级群落受破坏后重复演替过程达到顶级群落阶段 第16页/共101页第十六页，共101页。 群落性质的个体论：群落是自然界空间和时间连续变化系列中的一个区段 在连续变化的环境下，群落组成逐渐变化，群落间无明显的边界 群落和物种的关系不是

5、有机体和组织器官的关系 群落发育过程是物种更替和种群数量消长的过程 群落不象有机体那样在不同生境下保持(boch)繁殖的一致性 同一群落类型之间无遗传上的联系 第17页/共101页第十七页，共101页。第18页/共101页第十八页，共101页。19 8.3群落的种类群落的种类(zhngli)组成组成 一、群落最小面积一、群落最小面积(min j)概念：概念：包含组成群落的大多数物种包含组成群落的大多数物种(95%)的最小面积的最小面积(min j) 第19页/共101页第十九页，共101页。 确定(qudng)方法种面积曲线法 序号新物种新种数目总种数/总面积第20页/共101页第二十页，共1

6、01页。种面积(min j)曲线样方面积样方面积(min j)最小面积最小面积(min j)面积物种数目将点1（x,y）及点2（1.1x, 1.1y）所得直线平行移动，直到平行线与种面积曲线相切，切点所对应的面积即可视为群落最小面积。第21页/共101页第二十一页，共101页。 组成群落的物种越丰富，群落的最小面积越大组成群落的物种越丰富，群落的最小面积越大 热带雨林，热带雨林，5050 常绿阔叶林，常绿阔叶林，2020 针叶林及落叶林，针叶林及落叶林，1010 灌丛灌丛(un cn)， 55 或或 1010 草地，草地， 11 或或 22第22页/共101页第二十二页，共101页。第23页/

7、共101页第二十三页，共101页。 第24页/共101页第二十四页，共101页。25 二、群落二、群落(qnlu)成员型成员型优势种优势种 (dominant species) (dominant species)：对群落结构与：对群落结构与环境的形成有明显控制作用的种类环境的形成有明显控制作用的种类 ，优势层，优势层中的优势种中的优势种 称为建群种称为建群种 (constructive (constructive species)species)亚优势种亚优势种 (subdominant species) (subdominant species)：伴生伴生(bn shn)(bn shn)种

8、种 (companion species) (companion species)：群落中与优势种相伴存在的常见种类群落中与优势种相伴存在的常见种类 ，但不，但不起主要作用起主要作用 偶见种偶见种 (rare species) (rare species)：出现频率很低的种：出现频率很低的种类，多由于种群本身数量稀少的缘故类，多由于种群本身数量稀少的缘故 指示种、特征种指示种、特征种第25页/共101页第二十五页，共101页。阔叶红松林混交林群落(qnlu)的物种（乔木层）：优势种：红松、紫椴亚优势种：水曲柳、胡桃楸、黄波罗、榆伴生种：槭、云冷杉偶见种：落叶松、山杨第26页/共101页第二十六

9、页，共101页。27 群落成员型的确定种类组成的数量群落成员型的确定种类组成的数量(shling)特征特征多度多度 (abundance)：物种个体数目的多少：物种个体数目的多少密度密度 (density)：物种在单位：物种在单位(dnwi)面积或空面积或空间上的数量间上的数量相对密度：样地内某物种个体数占全部物种个相对密度：样地内某物种个体数占全部物种个体数的百分比。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。物种密度的百分比。 第27页/共101页第二十七页，共101页。28 几种几种(j zhn)常用的多度等级常用的多度

10、等级DrudeDrude ClementsClements Braun-Braun-BlanquetBlanquet Soc.Soc. 极多极多 DominantDominant 优势优势 DD 5 5 非常多非常多 Cop.Cop. CopCop3 3 很多很多 AbundantAbundant 丰盛丰盛 A A 4 4 多多 CopCop2 2 多多 3 3 较多较多 CopCop1 1 尚多尚多 FrequentFrequent 常见常见 F F 2 2 较少较少 SpSp 少少 OccasionalOccasional 偶见偶见 OO Sol.Sol. 稀少稀少 RareRare 稀少

11、稀少r r1 1 少少 Un.Un. 个别个别 Very rareVery rare 很少很少 VrVr + + 很少很少 第28页/共101页第二十八页，共101页。29 盖度盖度 (coverage) ：植物体地上垂直投影面积：植物体地上垂直投影面积占样地面积的百分比，又称投影盖度。占样地面积的百分比，又称投影盖度。基盖度：植物基部覆盖面积占样地面积的百基盖度：植物基部覆盖面积占样地面积的百分比，也称真盖度。乔木分比，也称真盖度。乔木(qiom)的基盖度称的基盖度称显著度。显著度。总盖度，层盖度，种盖度。森林群落林木层总盖度，层盖度，种盖度。森林群落林木层的盖度称为郁闭度。的盖度称为郁闭度

12、。相对盖度：某一物种的分盖度占所有分盖度相对盖度：某一物种的分盖度占所有分盖度之和的百分比。之和的百分比。盖度比：某物种分盖度占群落中最大分盖度盖度比：某物种分盖度占群落中最大分盖度的百分比称为盖度比。的百分比称为盖度比。第29页/共101页第二十九页，共101页。30 投影投影(tuyng)盖度和基盖度盖度和基盖度第30页/共101页第三十页，共101页。31 频度频度 (frequency) ：群落：群落(qnlu)中某种植物出现的样方数占中某种植物出现的样方数占整个样方数的百分比。整个样方数的百分比。相对频度：某物种频度占所有种频度和的百分比相对频度：某物种频度占所有种频度和的百分比频度

13、比：某物种频度占最大频度的百分比频度比：某物种频度占最大频度的百分比的频度(pn d)?第31页/共101页第三十一页，共101页。 Raunkiaer频度定律：频度定律： 将物种按将物种按20%的频度等差划分的频度等差划分(hu fn)到到A、B、C、D、E五个频度等级中，则群落中属于各五个频度等级中，则群落中属于各频度等级的物种数目符合频度等级的物种数目符合ABCD群落(qnlu)1第37页/共101页第三十七页，共101页。38 物种物种(wzhng)多样性指数多样性指数以以Pi代表第代表第i种个体数占群落总个体数的比例：种个体数占群落总个体数的比例： 即：即：Pi=Ni/N Simps

14、on物种物种(wzhng)多样性指数：多样性指数：D=1-Pi2 Shannon-Weiner指数指数 H =-PilnPi Pielou均匀度指数：均匀度指数：E=H/Hmax Hmax为群落可能的最大多样性指数：为群落可能的最大多样性指数：Hmax=LnS 第38页/共101页第三十八页，共101页。39 多样性指数多样性指数(zhsh)计算计算nSimpson指数指数(zhsh)：D=1-Pi2 nDA=0 nDB=1-(50/100)2+(50/100)2=0.5000 nDc=1-(99/100)2+(1/100)2=0.0198 nShannon-Wiener指数指数(zhsh)：

15、 H =-PilnPi nHA=0 nHB=-(0.50ln0.50+0.50ln0.50)=0.69 nHC=-(0.99ln0.99+0.01ln0.01)=0.056 nPielou均匀度指数均匀度指数(zhsh)： E=H/Hmax nHmax=lnS=ln2=0.69 nEA= H/Hmax=-0/0.69=0 nEB=-0.69/0.69=1 nEC=0.056/0.69=0.081 物种甲 物种乙 群落A 100(1.00) 0(0.00) 群落B 50(0.50) 50(0.50) 群落C 99(0.99) 1(0.01) ln2=0.69 ln0.01=4.605 ln0.9

16、9=0.01 第39页/共101页第三十九页，共101页。陆地物种多样性具明显纬度陆地物种多样性具明显纬度(wid)梯度梯度第40页/共101页第四十页，共101页。a.贝类b.蝴蝶(hdi)c.蜥蜴d.鸟类第41页/共101页第四十一页，共101页。第42页/共101页第四十二页，共101页。物种(wzhng)多样性的海拔梯度a.鸟类b.哺乳动物(brdngw)c.维管植物(zhw)第43页/共101页第四十三页，共101页。 深海物种(wzhng)多样性的水深梯度第44页/共101页第四十四页，共101页。45 物种多样性的时空变化物种多样性的时空变化(binhu)纬度：随纬度升高而降低纬

17、度：随纬度升高而降低 海拔：随海拔升高而降低海拔：随海拔升高而降低 水体：随深度增加而降低水体：随深度增加而降低 演替早期渐增，后期逐渐下降。演替早期渐增，后期逐渐下降。第45页/共101页第四十五页，共101页。46 为什么热带群落物种多样性温带群落？为什么热带群落物种多样性温带群落？进化时间长进化时间长温带地区温带地区(dq)物种未饱和物种未饱和空间异质性高空间异质性高气候稳定气候稳定生产力高生产力高竞争导致生态位充分分化竞争导致生态位充分分化捕食降低被食者间的竞争捕食降低被食者间的竞争第46页/共101页第四十六页，共101页。第47页/共101页第四十七页，共101页。48 8.3群落

18、群落(qnlu)的结构的结构一、群落结构单元一、群落结构单元Raunkiaer生活型生活型概念：植物地上部分的高度与其多年生组织（不良季节休概念：植物地上部分的高度与其多年生组织（不良季节休眠直到眠直到(zhdo)下一个生长季节）之间的关系。下一个生长季节）之间的关系。 第48页/共101页第四十八页，共101页。49 Raunkiaer植物生活型分类系统植物生活型分类系统根据不良季节休眠芽或枝梢所处位置分为：根据不良季节休眠芽或枝梢所处位置分为： 高位芽：地上高位芽：地上25以上以上 大大 (30m)、中、中 (8-30m)、小、小 (2-8m)、矮、矮 (25cm2m) 地上芽：地上地上芽

19、：地上25以下，受地被物或积雪保护以下，受地被物或积雪保护 地面芽：地面芽： 近地面土层内或紧贴地表，地上部分全近地面土层内或紧贴地表，地上部分全部枯死部枯死(k s) 地下芽地下芽(隐芽隐芽)植物：较深土层中植物：较深土层中(鳞状茎或块根鳞状茎或块根)或或水中水中 一年生植物：一年生植物： 以种子度过不良季节以种子度过不良季节 第49页/共101页第四十九页，共101页。标准生活型谱01020304050Ph高位芽Ch地上芽H地面芽Cr地下芽Th一年生Raunkiaer标准(biozhn)生活型谱 某地区或某植物群落(zhwqnlu)内5种生活型之间的比例（以百分数表示）称为该地区或该群落的

20、生活型谱。第50页/共101页第五十页，共101页。51 第51页/共101页第五十一页，共101页。52 生活型谱与植物气候型特点：生活型谱与植物气候型特点： 高位芽植物占优势，温暖、潮湿气候，如高位芽植物占优势，温暖、潮湿气候，如热带雨林热带雨林 地上芽植物占优势，反映寒带和高山气候地上芽植物占优势，反映寒带和高山气候特点。特点。 地面芽植物占优势，较长的寒季，如温带地面芽植物占优势，较长的寒季，如温带森林森林(snln) 一年生占优势，干旱的荒漠和草原，如东一年生占优势，干旱的荒漠和草原，如东北温带草原、热带亚热带沙漠等。北温带草原、热带亚热带沙漠等。第52页/共101页第五十二页，共1

21、01页。 生活型：生物的生态分类单位，外貌上具有相似适应特征的生物集合。 乔木、灌木、木质藤本、草质藤本、多年生草本、一年生草本、垫状植物、肉质植物。 以分布区中心成年个体(gt)为代表第53页/共101页第五十三页，共101页。 层片层片 定义：群落中生活型相同或生态要求相似的种组成的机能群落定义：群落中生活型相同或生态要求相似的种组成的机能群落 特点特点(tdin)：属于同一生活型、具有一定的小环境，不同层片小环境相互：属于同一生活型、具有一定的小环境，不同层片小环境相互作用的结果构成群落环境作用的结果构成群落环境 、占据特定的空间和时间。、占据特定的空间和时间。第54页/共101页第五十

22、四页，共101页。55 二、二、 群落的垂直群落的垂直(chuzh)结构结构概念：群落的分层现象概念：群落的分层现象 原因原因(yunyn)：资源：资源(光、矿质营养、食物等光、矿质营养、食物等)利用利用植物群落的成层现象植物群落的成层现象 地上、地下、层间地上、地下、层间(外外)植物植物 群落中动物的分层现象群落中动物的分层现象 主要与食物、微气候有关主要与食物、微气候有关 第55页/共101页第五十五页，共101页。热带雨林成层现象(xinxing)最复杂寒带针叶林成层结构最简单第56页/共101页第五十六页，共101页。第57页/共101页第五十七页，共101页。啄木鸟苇莺山雀戴菊柳莺丘

23、鹬榛鸡交嘴泰加林主要(zhyo)鸟类分布成层性第58页/共101页第五十八页，共101页。59 水生植物群落水生植物群落(zhwqnlu)的成层性的成层性主要与光照、主要与光照、温度、食物和温度、食物和溶氧量有关溶氧量有关(yugun) 挺水草本层、挺水草本层、飘浮草本层、飘浮草本层、水面高草层、水面高草层、沉水漂草层、沉水漂草层、沉水矮草层、沉水矮草层、水底层水底层 漂浮动物漂浮动物(dngw)浮游动物浮游动物(dngw)、游泳动物游泳动物(dngw)、底栖动物底栖动物(dngw)、附底动物附底动物(dngw)、底内动物底内动物(dngw)第59页/共101页第五十九页，共101页。60 三

24、、三、 群落的水平群落的水平(shupng)结构结构 概念：群落中植物种类在水平方向上不均匀配置，概念：群落中植物种类在水平方向上不均匀配置，使群落表现出斑块相间的外形。使群落表现出斑块相间的外形。 影响因素：环境异质性影响因素：环境异质性 、物种生物学特性、物种生物学特性(txng)、种间关系等、种间关系等第60页/共101页第六十页，共101页。干旱(gnhn)草原上的灌丛沃岛第61页/共101页第六十一页，共101页。第62页/共101页第六十二页，共101页。63 四、群落四、群落(qnlu)的时间结构的时间结构群落结构单元在时间上的更替与周期性变化群落结构单元在时间上的更替与周期性变

25、化 季相：群落外貌季相：群落外貌(wimo)的季节变化，由优势生的季节变化，由优势生活型和层片的季节变化决定活型和层片的季节变化决定第63页/共101页第六十三页，共101页。“金色的呼伦贝尔”第64页/共101页第六十四页，共101页。第65页/共101页第六十五页，共101页。第66页/共101页第六十六页，共101页。67 五、群落五、群落(qnlu)交错区与边缘效应交错区与边缘效应 第67页/共101页第六十七页，共101页。68 群落交错区：两个或多个群落群落交错区：两个或多个群落(或生态地带或生态地带)之间的过渡区域之间的过渡区域 特点：特点： 竞争程度高、可恢复性小、抗干扰能力弱

26、竞争程度高、可恢复性小、抗干扰能力弱 边缘效应边缘效应 (edge effect)：不同性质群落的交：不同性质群落的交互作用处，由于某些生态因子或群落属性互作用处，由于某些生态因子或群落属性(shxng)的差异或协同作用引起交错区群落的差异或协同作用引起交错区群落组分及其行为发生较大变化的现象。组分及其行为发生较大变化的现象。第68页/共101页第六十八页，共101页。ecotone第69页/共101页第六十九页，共101页。70 8.4 群落群落(qnlu)的组织的组织 一、生物因素对群落结构的影响一、生物因素对群落结构的影响 竞争：引起种间生态位的分化，使群落中物竞争：引起种间生态位的分化

27、，使群落中物种多样性增加种多样性增加 同资源种团：群落中以同一方式利用共同资同资源种团：群落中以同一方式利用共同资源的物种集合。同资源种团物种互为等价源的物种集合。同资源种团物种互为等价种种 关键种：对群落起独一无二且至关重要的作关键种：对群落起独一无二且至关重要的作用，决定着群落结构的物种。一旦移除将用，决定着群落结构的物种。一旦移除将对群落产生对群落产生(chnshng)严重影响。严重影响。 第70页/共101页第七十页，共101页。71 Fig. The rocky inter-tidal community 第71页/共101页第七十一页，共101页。去除(q ch)实验第72页/共1

28、01页第七十二页，共101页。73 捕食：捕食：泛化捕食泛化捕食 捕食压力增强，物种捕食压力增强，物种(wzhng)多样性多样性增加增加 捕食压力过高，物种捕食压力过高，物种(wzhng)多样性多样性降低降低 特化捕食特化捕食喜食优势种，提高物种喜食优势种，提高物种(wzhng)多样多样性性 喜食劣势种，降低物种喜食劣势种，降低物种(wzhng)多样多样性性 特化的捕食者，容易控制被食者物种特化的捕食者，容易控制被食者物种(wzhng)第73页/共101页第七十三页，共101页。第74页/共101页第七十四页，共101页。75 将将kangaroo rats移走后物种移走后物种(wzhng)明

29、显增多明显增多 第75页/共101页第七十五页，共101页。76 二、干扰二、干扰(gnro)对群落结构的影响对群落结构的影响第76页/共101页第七十六页，共101页。 干扰导致断层(gaps) 抽彩式竞争(competive lottery)提高多样性： 群落中具有许多入侵缺口(quku)和耐受缺口(quku)中物理环境能力相等的物种 其中任何一种入侵后能阻止其他物种再入侵。 小演替 断层中物种有规律地更替，在不同时期群落的多样性是不同的。第77页/共101页第七十七页，共101页。 断层中的小演替与群落(qnlu)的物种多样性干扰干扰(gnro)开始开始干扰干扰(gnro)后很久后很久物

30、种丰富度物种丰富度第78页/共101页第七十八页，共101页。 中等(zhngdng)(zhngdng)干扰假说中等(zhngdng)(zhngdng)程度的干扰水平有利于维持较高的群落物种多样性。 频繁，先锋种不能发展到演替中期 干扰间隔时间长，演替发展到顶极期 中等(zhngdng)(zhngdng)程度：允许更多物种入侵和定居。第79页/共101页第七十九页，共101页。一个(y )美国的例子：第80页/共101页第八十页，共101页。81 三、空间异质性与群落三、空间异质性与群落(qnlu)结构结构环境空间环境空间(kngjin)异质性高则群落物种多异质性高则群落物种多样性高样性高 非

31、生物环境的空间非生物环境的空间(kngjin)异质性异质性 植物群落的空间植物群落的空间(kngjin)异质性异质性第81页/共101页第八十一页，共101页。热带雨林热带雨林(r di y ln)的空间异质性的空间异质性和植物多样性和植物多样性第82页/共101页第八十二页，共101页。300m2的样地中植物的样地中植物(zhw)种数与环境种数与环境异质性关系异质性关系第83页/共101页第八十三页，共101页。弃耕地土壤弃耕地土壤(trng)的空间异质性的空间异质性第84页/共101页第八十四页，共101页。鸟类多样性与枝叶鸟类多样性与枝叶(zhy)高度多样性高度多样性第85页/共101页

32、第八十五页，共101页。植物(zhw), 巴哈马群岛鸟类, 淡水湖泊(h p)生境蝙蝠, 岩洞(yndng)生境鱼类, 沙漠泉水生境第86页/共101页第八十六页，共101页。87 三、岛屿性与群落三、岛屿性与群落(qnlu)结构结构 广义岛屿概念广义岛屿概念 岛屿种面积岛屿种面积(min j)关关系方程系方程 S=CAZ (z=0.24-0.34) 第87页/共101页第八十七页，共101页。88 MacArthur岛屿物种平衡岛屿物种平衡(pnghng)说：岛屿说：岛屿上物种数目是迁入和消失之间的动态平衡上物种数目是迁入和消失之间的动态平衡(pnghng)第88页/共101页第八十八页，共

33、101页。岛屿岛屿(doy)(doy)距离距离vs.vs.鸟类种数鸟类种数( (巴布亚巴布亚新几内亚新几内亚) )第89页/共101页第八十九页，共101页。90 岛屿效应岛屿效应(xioyng)：岛屿面积越大物种数目越多。：岛屿面积越大物种数目越多。第90页/共101页第九十页，共101页。岛屿上的岛屿上的“新物种新物种”的迁入与的迁入与“老物种老物种”的灭绝的灭绝(miju)平衡平衡物种多样性速率迁入灭绝小大SsSLP物种多样性速率P灭绝迁入远近SNSF第91页/共101页第九十一页，共101页。岛屿岛屿(doy)生物地理平衡理论的预测生物地理平衡理论的预测1.岛屿上的物种数S最后为定值

34、2.物种不断地迁入和灭绝，表现(bioxin)为动态平衡3.岛屿越大，物种数量越多(面积效应)4.岛屿距大陆越远，物种数量越少(距离效应)第92页/共101页第九十二页，共101页。93 四、四、 一个一个(y )物种丰富度的简单模型物种丰富度的简单模型 平均生态位宽度 平均生态位重叠(chngdi)程度 资源利用范围第93页/共101页第九十三页，共101页。94 图片图片(tpin)：群落物种数：群落物种数平均生态位宽度和重叠程度一定平均生态位宽度和重叠程度一定(ydng)时，资源利用时，资源利用范围越大，群落将含有更多的种数。范围越大，群落将含有更多的种数。第94页/共101页第九十四页，共101页。95 图片：群落图片：群落(qnlu)的物种数的物种数 当资源利用范围一定时，群落物种当资源利用范围一定时，群落物种(wzhng)的平的平均生态位宽度越小，群落物种均生态位宽度越小，群落物种(wzhng)数越多。数越多。第95页/共101页第九十五页，共101页。96 图片：群落图片：群落(qnlu)的物种数的物种数 当资源利用范围一定时，群落物种平均当资源利用范围一定时，群落物种平均(pngjn)生生态位重叠越大