8-群落的组成与结构.ppt

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1、群落生态学,第六章 生物群落的组成和结构,主要内容,生物群落的概念和性质 群落的种类组成 群落的结构 影响群落组成和结构的因素,1、这个池塘中有哪些生物？,2、假如池塘中的肉食性鱼大量减少，池塘中其他种群的数量将会出现什么变化？,讨论,肉食性鱼、浮游动物、浮游植物、植食性鱼、水草、微生物等,同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合，叫做群落。,例：一个池塘中的鱼类是一个种群，还是一个群落，或都不是？,包括这个区域内所有有生命的物质,1、群落的概念 群落(community)： 特定空间或特定生境下生物种群有规律的组合，它们之间以及它们与环境之间彼此影响，相互作用，具有一定的形态结构与营养结

2、构，执行一定的功能。 生物群落： 植物群落 + 动物群落 + 微生物群落,一、 生物群落的概念,群落生态学：是研究生物群落与环境相互关系的科学。 瑞士学者Schrter （1902）首次提出。,不同群落的优势种不同。,物种的组成是区别不同群落的重要特征。,常绿阔叶林,常绿针叶林,2、群落的基本特征,2、群落的基本特征,具有一定的外貌与种类组成 不同物种之间的相互影响 形成群落环境 具有一定的结构 具有一定的动态特征 具有一定的分布范围 具有边界特征 各物种不具有同等的群落学重要性,不同物种之间的相互影响：,形成群落环境：,垂直结构,物种组成结构和水平结构,3、群落性质,机体论学派 个体论学派

3、现代生态学观点,争论的焦点：群落到底是一个有组织的系统，还是一个纯自然的个体集合。,机体论学派,群落是一个和生物个体、种群相似的自然单位，是有生命的系统 群落演替的定向特征类似生物的生活史或生物的发育过程，具有机体特征 群落都要经历“先锋阶段顶级阶段”的演替过程 顶级群落受破坏后重复演替过程达到顶级群落阶段 代表人物：美国生态学家Clements,个体论学派,群落是自然界中在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的群落组成是逐渐变化的，群落间没有明显的边界，不同群落类型只能是任意认定的 群落和物种的关系不是有机体和组织器官关系 群落的发育过程是物种的更替和种群数量消长过程 群

4、落不可能在不同生境下保持繁殖的一致性 同一群落类型之间无遗传上的联系 代表人物：H.A.Gleason,机体论与个体论主要争论焦点的比较,现代生态学观点,群落存既在着连续性的一面，也有间断性的一面 群落的连续性和间断性之间并不一定要相互排斥，关键在于研究者从什么角度和尺度看待这个问题。,群落的常见称呼方法,根据群落所占的自然生境来命名：如岩壁植被。 根据群落中的优势种来命名：如马尾松林群落，木荷林群落。 根据优势种的主要生活型来命名：如亚热带常绿阔叶林群落，草甸沼泽群落。 根据群落中的特征种来命名：如木荷群丛 根据群落动态来进行分类和命名，如先锋群落。,1、群落成员的性质分析 2、种类组成的数

5、量指标,二、 群落的种类组成,（一）种类组成的性质分析,优势种(dominant species)：对群落结构和群落环境的形成有明显控制作用的物种 通常是群落某一层中个体数最多、盖度大、生物量高的种 建群种(constructive species/edificator)：群落优势层中的优势种 一个群落只有一层（优势层）中有建群种,单优群落：只有一个建群种的群落,共优种群落(共建种群落)：有两个或两个以上同等重要建群种的群落混交群落,（一）种类组成的性质分析,亚优势种：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 伴生种：群落的常见种类，与优势种相伴存

6、在，但不起主要作用 偶见种：在群落中出现频率很低的种类，多是由于种群本身数量稀少的缘故,（二）种类组成的数量特征 怎样调查？ 什么指标表示？,典型样地的标准样方调查：,北温带不同生活型调查的样方面积： 苔藓：0.01-0.1m2 低草：1-2m2 高草：4m2 矮灌木：4m2 高灌木：16m2 树木：100m2,最小面积： 基本上能表现出某群落绝大多数植物种类的面积,热带雨林：5050m2 常绿阔叶林：2020m2 针叶林及落叶林：1010m2 灌丛：55或1010m2 草地：11或22m2,组成群落的种类越丰富，其最小面积越大,环境条件愈优越，群落发育的时间愈长，生物种的数目愈多，群落的结构

7、也愈复杂。,武夷山 西伯利亚 低等植物 840 种； 低等植物 670种 高等植物 2888 种； 高等植物 139种 动物 5000种； 动物 1000种 脊椎动物 475 种 ；,热带雨林,常绿阔叶林,落叶阔叶林,常绿针叶林,苔原,物种多样性,物种多样性的涵义： 丰富度(species richness) 一个群落或生境中物种数目的多寡 均匀度(species evenness) 一个群落或生境中全部物种个体数目的分配状况,物种多样性,物种多样性的测定 辛普森多样性指数(Simpsons diversity index) = 1 - 随机取样的两个个体属于同种的概率 香农-威纳多样性指数(

8、Shannon-Weiner index) 用来描述种的个体出现的紊乱和不确定性，不确定性越高，多样性也越高,例 甲群落中有A、B两个物种，其个体数分别为99和1，乙群落中也只有A、B两个物种，其个体数均为50，试计算这两个群落的辛普森指数和香农-威纳指数,物种多样性的时空变化规律,空间 纬度：随纬度升高物种多样性降低 海拔：随海拔升高物种多样性降低 水体：随深度增加物种多样性降低 时间 在群落演替的早期，随着演替的进展，物种多样性增加；在群落演替的后期，物种多样性会降低。,1、常用个体数量指标,密度 多度 盖度 频度 重量 体积,相对值 比率,几种常用的多度等级,种的小样方频度：,的频度?,

9、Raunkiaer 频度定律：,频度等级划分： A 120% B 2140% C 4160% D 6180% E 81100%,Raunkiaer 频度定律： A B C D E 即：在一个种类分布比较均匀一致的群落中，低频度种的数目较高频度种的数目多； 群落的均匀性与A级和E级的大小成正比。,适用于稳定性较高的种数分布较均匀的群落。,密度和频度之间的关系：,A.密度大且频度也大 B.密度较大而频度小 C.密度中等而频度较大 D.密度小而频度也小,优势度(dominance)：表示方法不一致 盖度 体积 重量 多度 密度等综合 重要值(important value): =(相对密度/相对多度

10、+相对显著度/相对盖度+相对频度)/3 综合优势(summed dominance ratio): SDR 密度比 盖度比 频度比 高度比 重量比等综合； 如 SDR4=(密度比+盖度比+频度比+高度比)/4,2、综合数量指标 表示某个种在群落中的地位和作用,3、 种间关联,种间关联：群落中物种间相互依存的程度 正关联：两个种一块出现的次数比期望值更高 负关联：两个种一块出现的次数比期望值更低 关联系数(association coefficients): 设：样方总数为n，a为两个种均出现的样方数 b、c 为只出现其中一个种的样方数 d 为两个种均不出现的样方数,正关联 a 、d型样方多，负

11、关联 b 、c型样方多，无关联 a、 b、c、d 各型样方出现几率相等 V = (ad-bc) / (a+b)(c+d)(a+c)(b+d)1/2 V-1+1 V 0 正关联；V 0 负关联；V=0 无关联,Whittaker：一个群落中，大部分种间无相互作用,少数为正关联(寄生)和负关联(排斥),三、群落的结构,群落的结构单元 群落的时间结构 群落的垂直结构 群落的水平结构 群落交错区与边缘效应,Raunkiaer 生活型系统,选择以休眠芽或枝梢在不良季节（寒温带的冬季、热带的旱季）所处的位置，把高等植物划分为五个生活型。,生活型谱（Raunkiaer, 1934）：,生活型是植物在进化过程

12、中对气候适应的结果,四类植物气候 潮湿热带的高位芽植物气候。 中纬度的地面芽植物气候。 寒带和高山的地上芽植物气候。 热带和亚热带沙漠的一年生植物气候。,不同气候地区的植物群落生活型谱,生活型谱,温暖、潮湿气候,较长的严寒季节,干旱气候的荒漠和草原地区,生长型,木本植物 半木本植物 草本植物 叶状体植物,2、叶的大小,分为六级： 鳞叶、微叶、小叶、中叶、大叶、巨叶,叶面积指数： 光能利用率,3、层片群落的结构单元,植物群落中同一生活型的不同植物组合。 层片不是简单的分层，每一个层片均由同一生活型的植物所构成；而某些层可能由几个层片组成。 层片的特点： 同一层片的植物是同一个生活型类别。 每个层

13、片在群落中都具有一定小环境。 每一个层片具有时空变化特征。 每一个层片都具有相对独立性,（二）群落的时间结构,群落结构因环境因子变化而随时间呈现明显且有节律的变化，周期性 群落季相：群落优势生活型和层片结构的季节变化引起的群落外貌随季节的变化 时间格局：群落的组成与结构也随时间序列发生有规律的变化 动物的昼夜变化、季节性变化及动物调查的季节性,季相,群落内部动态！,时间性层片,（三）群落的垂直结构,是指群落在空间垂直方向上的分层现象。,上:各种昆虫、鸟类 中:树栖兽类、鸟类 下:昆虫、蜘蛛、蛇、 小型鸟和兽类 地下:蚯蚓等,群落层次性越明显分层越多、群落中的动物种类也就越多。,分层现象：,乔木

14、层、灌木层、草木层以及地被物层 ； 草本植物群落的垂直结构，也具有分层； 根系、根茎等在地下也是按深度分层分布的。,群落的分层现象，是自然选择的结果，是植物与环境相互矛盾统一的反映。,草本层,树冠层,灌木层,下木层 （矮树）,地表层,杜鹃、麻雀总是成群地在森林的上层活动，吃高大乔木的种子。,啄木鸟、煤山雀、黄腰柳莺、和橙红鹤等鸟类总是森林的中层营巢。,画眉、血雉和棕尾雉则是典型的森林底层鸟类，吃地面上的苔鲜和昆虫。,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,水生植物的成层现象 A.水底层群； B.沉水矮草层群； C.沉水漂草层群； D.水面高草层群；E.漂浮草

15、本层群；F.挺水草本层群,池塘生物群落中，荷花、芦苇挺水植物，睡莲、满江红、浮萍浮水植物，金鱼藻等沉水植物；鲢鱼在水体浅层，鲩鱼在中层，青鱼、虾、蚌等在水底，泥鳅、鳝鱼等则在水底淤泥中生活。,6-3,Q：群落成层结构有何生态意义和实际意义？,（）群落的垂直结构出现分层现象的意义是什么？,（1）引起植物分层分布的主要原因是：,光照强度,（）引起动物分层分布的主要原因是：,食物、栖息场所等,使生物群落在单位面积上能容纳更多的生物种类和数量，提高了群落利用环境资源（如阳光、空间、营养物质等）的能力。,思考讨论,分层现象的意义,缓解了植物之间争夺阳光、空间、水分和矿质营养等的矛盾，扩大了植物利用环境的

16、范围，提高了同化功能的强度和效率。 动物的分层现象，主要与食物有关，其次还与不同层次的微气候条件有关。 水域中，影响浮游动物垂直分布的原因主要有阳光、温度、食物和含氧量等。,群落中植物的分层现象决定了动物的分层现象,（四）水平结构层片的镶嵌性,不同种群在水平方向上的分区现象,（四）群落的水平结构,1、水平结构的特点：（植物群落） 镶嵌性(mosaic)：两个层片在水平空间上的不均匀配置而使群落在外形上表现出斑块相间的现象。 2、导致镶嵌性出现的原因：植物个体在水平方向上的分布不均匀造成的，从而形成了许多小群落。 3、分布不均匀的原因：地形、土壤湿度和盐碱度、光照强度、生物自身生长特点、人和动物

17、的影响等。,自然界中群落的镶嵌性是绝对的，而均匀性是相对的,地球表面因降雨量、温度大小等生态因子从赤道到北极：,有热带雨林、温带森林、和苔原等不同类型的群落。,陆地生物群落中水平格局的主要决定因素,垂直结构与水平结构的区分,垂直结构的分层现象是由于生物本身的高度或活动空间的高度造成的； 水平结构的分段是由于环境的光、热、水及地形等条件对生物的选择造成的。,垂直结构和水平结构都是指不同种生物的分布差异。同种生物的不同不能构成垂直结构或水平结构。（也不因同种生物的一致而影响垂直或水平结构的存在。）,例：受水制约，芦苇、泽泻等水生植物只能长在浅水或水边；红树、柳树等只能长在水源附近；松、杉、柏树等能

18、长在比较干旱处，仙人掌、沙棘等可长在极干旱的沙漠。鸭子、青蛙只可在水中或水源附近活动，而鹰、黄羊、沙鼠等可在干旱的陆地自由活动。,例：八面山(湖南)海拔2042米，800米以下为常绿阔叶林，800至1300米为针阔混交林，1300至1600米为针叶林，1600至1800米为灌木林，1800米以上为草地。 植物的这种分布现象属于：,水平结构由海拔(地形)造成的温度和湿度差异引起而不是生物自身差异引起的。,3.下例说法正确的是（ ) 生长一致的稻田不存在垂直结构 高山长草，低处长大树的现象是垂直结构 只要有生物群落就有一定程度的垂直结构 沙漠上只有极少的生物，不构成生物群落 4.人类在北半球生产和

19、使用农药DDT，却在南极的磷虾体内发现了DDT。该现象可解释为( ) 全球的生物可看作一个大生物群落 全球的生物可看作一个大种群 人类对南极的资源进行了过度开发 磷虾特别容易吸收农药DDT,C,A,6.关于生物群落的结构，以下不正确的是（ ） A在垂直方向，群落具有明显的分层现象 B动物在群落中的垂直分布依赖于植物 C动物群落中没有水平结构 D在水平方向上，不同地段的生物种类分布有差异,5. 绿色植物在空间位置配备上形成了有序的组合，从而使它们能（ ） A.有效避免竞争 B.合理利用环境资源 C.提高群落的光合产量 D.以上都正确,D,C,（五）群落交错区与边缘效应,1、群落交错区(ecoto

20、ne)：又称生态过渡带。 是两个或多个群落之间的过渡区域。 过渡带有宽、窄；有的逐渐过渡，有的变化突然；群落边缘有的是持久性的（河口、潮间带），有的不断变化（火灾、砍伐）。 群落交错区环境条件明显区别于相邻两个群落的核心地带，是一个种群竞争的紧张地带。,2、边缘效应(edge effect)： 群落交错区种的数目及一些种的密度增大的趋势。 群落交错区往往包含两个重叠群落中的所有的种以及交错区本身特有的种。,85,Edge effect and Ecotone,3、群落交错区的特点：,多种要素联合作用强烈，生物多样性较高 生态环境变化快，恢复原状的可能性较小 抵抗外界干扰能力、系统稳定性和对生态

21、变化的敏感性以及资源竞争等方面都具有脆弱性。,（一）决定物种多样性的因素：,1、进化时间学说： 热带群落较古老，进化时间长，并且在地质年代中环境条件稳定，多样性较高；温带和极地群落较年轻，遭受灾难性气候比较多，所以多样性较低。 2、生态时间学说： 物种从多样性高的热带扩展到多样性低的温带需要足够的时间、畅通的道路，故温带较热带物种还未充分饱和。,四、影响群落组成与结构的因素,3、空间异质性学说 空间异质性程度越高，提供的生境类型就越多，导致动植物群落的复杂性也高，从而物种多样性也越大。 非生物环境的空间异质性（生境地质条件，如山区） 植物群落的空间异质性（如森林）,6-9,3、空间异质性学说

22、4、气候稳定学说 热带的气候可能是最稳定的，出现了大量狭生态位和特化的种类，故物种多样性高；而在高纬度地区，气候不稳定，自然选择具广适应性的生物，所以物种多样性低。,5、生产力学说 群落的生产力越高，生产的食物越多，通过食物网的能流量越大，物种多样性就越高 6、竞争学说 气候稳定而温和的热带地区，生物之间的竞争成为进化和生态位分化的主要动力，由于生态位分化，热带动植物要求的生境条件往往很狭隘，其食性也较特化，物种之间的生态位重叠较多。,6、竞争对群落结构的影响,同资源种团群落的亚结构单位,概念：群落中以同一方式利用共同资源的物种集团称为同资源种团。 意义：同资源种团中的物种在群落中均为等价种，

23、可以对其进行物种竞争和群落结构的研究；,6-8,体长比：1.3 体重比：2,The diversity of honeycreeper species found on the Hawaiian islands.,7、捕食学说,泛化种 捕食压力的加强，将有竞争能力的物种吃掉，使物种多样性增加 捕食压力过高时，因为需吃一些不适口的物种，物种多样性降低 特化种 喜食的是群落的优势种，则捕食可以提高物种多样性； 喜食的是竞争上占劣势的种类，则捕食会降低物种多样性；,捕食作用提高了生物多样性,关键种（keystone species）,一般生物量不大，但具有强大的控制群落结构与稳定性的能力，多为顶级捕

24、食者。 食物链最顶端物种易成为关键种，但其它物种也可能，如非洲象、传粉的昆虫。,图：影响群落物种多样性的因子及相互作用,（二）干扰对群落结构的影响,干扰：即平静的中断或正常过程的打扰或妨碍，是自然界的普遍现象。 包括自然界的干扰（如风雨雷电等）、群落成员的干扰（如动物对底泥的挖掘、“翻耕”）或人类的干扰（如农业、林业、狩猎、施肥、采捕、污染）。,（二）干扰对群落结构的影响,干扰与群落的断层 断层的抽彩式竞争 群落断层后，在没有继续干扰的条件下会逐渐恢复，但断层也可能会被周围群落任何一个种侵入和占有，并发展为优势者，取决于随机因素。,不同程度的干扰，对群落的物种多样性的影响不同。 群落在中等程度

25、的干扰水平能维持高多样性。,断层形成的频率中度干扰假说,（三）岛屿与群落结构,1、岛屿的物种数-面积关系 岛屿中的物种数目与岛的面积有密切关系，岛面积越大，种数越多。 S=cAz S为物种数； A为岛屿面积； c、z为常数；,6-11,6-12,岛屿效应: 岛屿面积越大种数越多； 岛屿离大陆越远，其物种丰富度降低的效应越明显。,2、MacArthur平衡说 岛屿上的种数决定于物种迁入和灭亡的平衡，且这是一种动态的平衡。,107,平衡点,近岛,远岛,大岛,小岛, 岛屿上的物种数不随时间而变化； 处于动态平衡，灭亡种不断被新迁入物种替代； 大岛比小岛能“供养”更多的种； 岛距大陆的距离越远，平衡点

26、的种数越低。,大保护区好，还是小保护区好？,思考？,思考题： 名词解释：群落，最小面积，优势种，边缘效应，中度干扰假说 物种多样性随哪些条件而变化？为什么热带地区的物种多样性要高于温带和极地？,大保护区好，还是小保护区好？,自然保护区面积越大，保护的生态系统越稳定，其中的生物种群越安全，但自然保护区的建设必须与经济发展相协调，自然保护区的面积越大，可供生产和资源开发的区域就越小，则与人口众多和土地资源贫乏的国家发展经济是不相适应的，为兼顾长远利益和眼前利益，自然保护区只能限于一定的面积，因此保护区面积的适宜性是十分重要的,大保护区好，还是小保护区好？,根据岛屿物种数-面积关系，大保护区能支持更多物种 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异质性，有利于保护物种多样性 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 小保护区中的小种群容易近交，导致遗传漂变和遗传异质性的丢失 考虑到全球变化对保护区的影响，保护区的面积应尽可能的大，以允许生态系统对气候变化的自然适应,