第四章生态系统中的生物群落

第四章生态系统中的生物群落 1生物群落及群落生态学 2群落的组成 3群落的结构 4群落的演替 第一节生物群落及群落生态学 1 群落的定义丹麦植物学家E Warming在其经典的著作 植物生态学 中指出 一定的种所组成的天然群聚即群落 生物群落 是一定地段或生境中各种生物种群所构成的集合 由于群落中生物的相互作用 群落绝不是其组成物种的简单相加 而是一定地段上生物与环境相互作用的一个整体 下列叙述中 属于群落的是 A 一片森林中的各种乔木 灌木和草本植物B 一个湖泊中的各种鱼类C 一片草地上的各种杂草 昆虫D 浅海中的鱼类 节肢动物 海藻等生活在一起的全部生物 D 同一时间内聚集在一定区域中 的集合 包括这个区域内所有的生物 群落的概念 各种生物种群 第一节生物群落及群落生态学 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 2 群落的基本特征 群落的物种组成 群落中物种 的多少 常绿阔叶林 常绿针叶林 不同群落的物种数目和类别有差别 丰富度 数目 一般来说 环境条件愈优越 群落发育的时间愈长 物种的数目 群落的结构也 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 群落的物种组成 愈多 愈复杂 第一节生物群落及群落生态学 3 群落生态学 以生物群落为对象 研究群落的这些特征的生态分支就是群落生态学 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 第二节群落的组成 1 物种组成的性质分析 1 群落的组成成员优势种 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 把优势层的优势种称为建群种 其决定着群落的外貌 而且控制着群落的生态环境和群落的其他组成成员 关键种 群落中有些生物种虽然生物量及丰度不高 但对维护生物多样性 群落结构 功能 整体和生态系统稳定性方面其较大作用 第二节群落的组成 1 群落的组成成员亚优势种 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起着一定作用的物种 在复层群落中 他通常居于较低的亚层 关键种 它与优势种伴存 但在群落性质和控制群落环境方面不起决定主要作用 罕见种或偶见种 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 也是是衰退的残遗种 第二节群落的组成 2 群落的生活型组成饶基耶尔的生活型系统高位芽植物 芽或顶端嫩枝位于离地较高的枝条上 如乔木 其中根据体型又可分为大型 中型 小型和矮型 地上芽植物 植物的芽或顶端嫩枝位于地表或近地表处 因而受土表或残落物保护 地面芽植物 植物在不利季节 其地上部分死亡 但被土壤保护 地下部活着 并在地面处有芽 地下芽植物 植物芽位于土表下 或水中 一年生植物 植物只能在良好的季节生长 他们以种子的形式度过不利季节 第二节群落的组成 2 群落的生活型组成不同气候和土壤条件下的植物群落 他们的生活型组成不同 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 第二节群落的组成 2 物种组成的数量特征 1 数量特征密度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算 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之和的百分比称作相对密度 密度D q RQ为某一特定种的个体数R为统计地总数 即包括物该种样地 第二节群落的组成 1 数量特征多度是对物种个体数目多少的一种估计指标 多用群落内草本植物的调查 国内多采用Drude七级制多度 即 Soc极多 植物地上部分郁闭 形成背景 Cop3数量很多 Cop2数量多 Cop1数量尚多 Sp数量不多而分散 Sol数量很少而稀疏 UN个别或单株 第二节群落的组成 1 数量特征盖度盖度分为投影盖度和基盖度两种 投影盖度 植物枝条所覆盖的土地面积 称为投影盖度 可用目测法和量测法 目测法是用盖度的百分比表示 即一种植物的枝条所覆盖的土地面积占总的面积的百分比 量测法事将乔木树冠直径测出长轴和短轴长度 去平均值 算面积 基盖度 植物基部着生的面积 称为基盖度 草本植物的基盖度均以离地1英寸处草丛的断面积计算 树木的基盖度 是测树干距地面1 3米的直径来计算 第二节群落的组成 1 数量特征频度频度是含有某个特定种的样地占样地总数的百分数 F r R 100 它反映的是群落中各种植物在水平分布是否一致 从而说明植物与环境或植物间的关系 群落中的某一物种的频度占所有物种频度的百分比 即为相对频度 第二节群落的组成 1 数量特征高度常作为测量植物的一个指标 测量时取其自然高度或绝对高度 藤本植物则测其长度 重量用来衡量种群生物量或现存量 可分为干重与鲜重 在生态系统的能量流动与物种循环研究中 这一指标特别重要 体积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 材积 第二节群落的组成 2 植物群落特征分析根据植物群落调查所得的大量数据 可计算各种植物的重要值与总优势度 以判断各种植物在群落内部的地位和作用 并确定群落的优势种 重要值 主要用于乔木层 反应植物在群落全部种类中的重要程度 重要值 相对密度 相对基盖度 相对频度总优势度 分析草本植物和灌木的重要性 总优势度 相对盖度 相对高度 相对重量 相对密度 相对频度 第三节群落的结构 1 群落的外貌 群落的外貌是认识群落的基础 也是区分不同植被类型的主要标志 决定群落外貌的因素 1 植物的生活型 2 组成物种优势种植物和优势种的多少堆起来的外貌起决定性作用 3 植物的季相 4 植物的生活期如一年生二年生和多年生植物组成的群落 外貌不同 第三节群落的结构 2 群落的水平结构 陆地群落的水平结构一般很少呈现均匀型分布 在多数情况下群落内各物种尝尝形成局部范围相当高密度集团的片状分布或斑块状镶嵌 斑块 斑块 斑块 斑块 斑块 例1 八面山 在湖南桂东县 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 植物的这种分带现象属于 水平结构 分析 这种分带由海拔 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 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 第三节群落的结构 2 群落的水平结构 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 而种子较重或无性繁殖的植物 往往在母柱周围 同样是风布植物 在单株 疏林 密林的情况不同 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 种间相互作用的结果植食动物明显的依赖它所取食的植物分布 还有竞争 互利共生 偏利共生等结果 导致水平结构的复杂性有三方面的原因 第三节群落的结构 3 群落的垂直结构 环境的逐渐变化 导致对环境有不同需求的动物 植物生活在一起 这些动 植物各有其生活型 其生态幅度和适应特点也各有差异 他们各自占据一定的空间 并排列在空间的不同高度和一定土壤深度中 群落这种垂直分化就形成了群落的层次 称为群落垂直成层现象 群落不仅地上部分成层 地下也具有成层性 群落层次的分化主要决定于植物的生活型 乔木层 灌木层 草木层 地被物层 池塘生物群落中 荷花 芦苇等将茎叶高高地挺出水面 睡莲 满江红 浮萍等浮于水面 金鱼藻等则生长于水底 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 思考 在池塘生物群落中 存不存在垂直结构 植物 动物 上 杜鹃等中 啄木鸟等下 画眉等 分层现象 保证群落在单位空间内充分利用自然条件 在一个发育良好的森林里 从树冠到地面划分为乔木层 灌木层 草本层和地被层 同时 林下透光度不同的地方 植物种类也有所区别 这表明群落有一定的 A 垂直结构和水平结构B 物种组成和数量比例C 对群落产生重大影响的优势种D 彼此间有直接或间接的营养关系 A 在森林群落中 乔木 灌木 草本植物三类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 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 C 第三节群落的结构 4 群落的时间结构 光 温度和水分等很多环境因子有明显的时间节律 如昼夜节律 季节节律 受这些因子的影响 群落的组成和结构也随时间序列发生有规律的变化 这就是群落的时间结构 群落季相 气候四季分明的温带 亚热带地区 植被的季节变化是时间结构最明显的反映 这种随气候季节交替 群落呈现的不同外貌称为群落的季相 第三节群落的结构 5 群落的交错区与边缘效应 群落的交错区 是两个或多个群落或生态系统之间的过渡区域 边缘效应 由于群落交错区生境条件的特殊性 异质性和不稳定性 使交错区内生物种的数目及一些种的密度增大的趋势被称为边缘效应 EdgeeffectandEcotone 第三节群落的结构 6 岛屿效应 岛屿的物种数与面积的关系岛屿面积越大容纳生物种数越多的效应成为岛屿效应 主要与生物的迁入和迁出有关 生境多样性导致物种多样性 第三节群落的结构 6 岛屿效应 MacArthur的平衡说 迁入率曲线与灭亡率曲线交点上的种数 即为岛上预测的物种数 根据平衡说 可说明下列四点 1 岛屿上的物种数不随时间变化 2 这是动态的平衡 灭亡的种被新迁入的种代替 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 平衡点种数逐渐降低 第三节群落的结构 7 干扰对群落结构的影响 干扰 是一种有意义的生态现象 它引起群落的非平衡特性 缺口的抽彩式竞争缺口与小演替中度干扰假说 中等程度干扰能维持高生物多样性 1 在一次干扰后少数先锋种入侵缺口 如果干扰频繁 则先锋物种不能发展到演替中期 因而生物多样性降低 2 如果干扰间隔期很长 使演替过程能发展到顶极期 多样性也不会高 3 只有中等干扰程度使生物多样性维持高水平 它允许更多的物种入侵和定居 干扰理论与生态保护 自然 农林业 动物保护 第四节群落的演替 一 群落演替的概念二 演替序列三 群落演替的影响因素四 顶级群落 一 群落演替的概念 演替的概念随时间的推移 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 一 群落演替的概念 群落演替是有一定方向 规律的 随时间而变化的有序过程 演替是生物和环境反复作用 发生时间和空间的不可逆变化 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 群落演替到与环境处于平衡时 演替就不再进行 以相对稳定的群落为发展顶点 一 群落演替的概念 2 演替的过程 先锋期 演替初期 先锋物种 发展期 演替中期 过渡种 演替种 顶级群落 最后的稳定时期 顶级种 系列期 过渡性群落出现的时期 物种 一 群落演替的概念 3 演替的类型 原生演替 未被生物占领过的区域开始 次生演替 原有生物被破坏的地段上进行 旱生原生演替 岩石或裸地 水生原生演替 河湾或湖底 群落复生 具有土壤基础和种子库 逆行演替 失去土壤基础和种子库 二 演替的序列 在特定区域中 群落演替各个阶段由一种群落类型转变成另一种群落类型的整个取代顺序 称为演替序列 旱生原生演替水生原生演替次生演替 裸岩阶段 裸岩上的演替 1 旱生原生演替 地衣阶段 苔藓阶段 草本植物阶段 灌木阶段 森林阶段 裸岩上的演替 小结 裸岩阶段 请思考 光裸的岩地上首先定居的生物为什么不是苔藓和草本植物 而是地衣 地衣阶段为苔藓的生长提供了怎样的基础 为什么苔藓能够取代地衣 在森林阶段 群落中还能找到地衣 苔藓 草本植物和灌木吗 1 苔藓和草本植物无法直接从裸岩中获取养分 而地衣可以通过分泌有机酸而从裸岩中获取养分 地衣由真菌与蓝菌或绿藻所组成 其中真菌扮演着决定性的角色 首先是真菌提供一个保护层 这样藻类不至被晒或干死 藻类以其光合作用所获糖分除自用外还提供给真菌 也就是说它们首先能环境极其恶劣的地方生存下来并改造了那儿的生存条件 为其它生物的进驻提供了基础 地衣的这一特性有重大的生物学理论价值和生态学上的实际意义 有时人们将地衣称之为陆地生态环境的开路先锋 2 通过地衣分泌有机酸加速岩石风化形成土壤 并积累起了有机物 这为苔藓的生长提供了条件 而苔藓生长后 由于其植株高于地衣能获得更多的阳光 处于优势地位 其结果是逐渐取代了地衣 3 能找到这些植物 在群落演替过程中 一些种群取代另一些种群是指优势取代 而不是 取而代之 形成森林后 乔木占据了优势 取代了灌木的优势 但在森林中各种类型的植物都是存在的 PrimaryTerrestrialSuccession 2 水生原生演替 2 水生原生演替 SecondaryTerrestrialSuccession 3 次生演替 SecondaryTerrestria