第四章-植物群落(二).ppt

第二节植物群落的种类组成,植物群落的物种数量和区系成分植物种群特征群落成员型,1.植物群落的物种数量和区系成分,1.1种-面积曲线和种丰富度,群落最小面积,1.2种的多样性,含义二：每一物种的个体数目,含义一：物种的数目,种的数目或丰富度,种的均匀度,指一个群落或生境中物种数目的多寡;,指一个群落或生境中全部物种个体数目的分配状况;,多样性含义,多样性测定,辛普森多样性指数,设种i的个体数占群落中总个体数的比例为Pi，那么，随机取种i两个个体的联合概率就为，如果我们将群落中全部种的概率合起来，就可得到辛普森指数D,辛普森多样性指数的最低值是0，最高值是（1-1s）；,属于种i的个体在全部个体中的比例,多样性指数,香农-威纳指数,S为物种数目，Pi为属于种i的个体在全部个体中的比例，H为物种的多样性指数；公式中对数的底可取2，e和10。,属于种i的个体在全部个体中的比例,多样性指数,(刘赛思,2009),多样性：栖息地或群落中的物种多样，测度群落内的物种多样性。多样性：测度区域尺度上物种组成沿着某个梯度方向从一个群落到另一个群落的变化率。多样性：测度最大地理尺度上的多样性，体现一个地区或许多地区内穿过一系列群落的物种多样性总和。,不同空间尺度范围,物种多样性梯度变化特征,多样性随纬度的变化多样性随海拔高度的变化在海洋和淡水水体物种多样性随深度而降低,从热带到两极随纬度的增加，物种多样性有逐渐减少的趋势,随海拔的增高，物种多样性随海拔增加而逐渐降低,温度低、含氧少、黑暗,1.3植物区系成分,科属种,反映一定的群落性质;,有助于对群落的进一步认识(如地理成分);,2.植物种群特征,2.1种群数量特征和年龄结构,多度(A.abundance),表示一个种在群落中单位面积上的个体数目;,直接计算法,目测估计法,密度（density）,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分比；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；,盖度(C.coverage),投影盖度:植物地上器官垂直投影所覆盖土地的面积;,基部盖度:植物基部实际占的面积;,多用于森林群落,多用于草本群落,目测法,盖度系数:各类生活型植物的总盖度与群落内所有植物的总盖度之比.,显著度：特指乔木的基盖度。相对显著度（RDE）：某树种胸径断面积总和与全部树木总断面积之比。,频度(F.frequency),指群落中某种植物出现的样方数占整个样方数的百分比，即某个物种在调查范围内出现的频率；,相对频度（RF）：某种群的频度与样地中全部种类的频度总和之比值。,高度(H.height),植物个体在地面以上垂直方向伸展的长度;,表征种群和群落生物量以及生产能力的重要指标;,重量（weight）,用来衡量种群生物量或现存量多少的指标;,可分鲜重与干重，在草原植被研究中，这一指标特别重要;,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比称为相对重量;,在森林经营中，通过体积的计算可以获得木材生产量（称为材积）。形数是树干体积与等高同底的圆柱体体积之比。（可由森林调查表中查到），就获得一株乔木的体积。草本植物或小灌木体积的测定，可用排水法进行。,体积（volume）,是生物所占空间大小的度量，在森林植被研究中，这一指标特别重要。,材积V=（断面积s）（树高h）（形数f）,重要值(H.height),方法：从株数、胸径和频度来进行统计，根据相对密度、相对频度和相对显著度的综合，即这三项指标之总和等于一个常数（300）。,用来表示某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标,樊后保.格氏栲群落的结构特征.林业科学.2000,36(2):6-12邵彬，邓坤枚.长白山北坡亚高山云冷杉林的植物种类组成及重要值.自然资源学报.2000,15(1):66-73,总优势度(SDR.Sumofdominanceratio),主张一：以盖度、所占空间大小或重量来表示优势度，并指出在不同群落中应采用不同指标。主张二：多度，体积或所占据的空间、利用和影响环境的特性、物候动态均应作为某个种优势度指标。主张三：认为盖度和密度为优势度的度量指标。主张四：认为优势度即“盖度和多度的总和”或“重量、盖度和多度的乘积”等等,总优势度相对盖度相对密度相对高度相对频度/4,总优势度相对盖度相对密度相对高度相对重量/4,2.2种群的年龄结构,种群年龄结构的类型(Komondy，l976)A增长型B稳定型C衰退型,2.3.1种群的增长类型,2.3种群动态变化,2.3.2单种群落的个体数量变化,自疏现象（self-thinning）:同一种植物因密度引起的死亡。Wa=Cd-aa为一个恒定数值等于3/2，因此上式被称为-3/2自疏法则。,生态位：指物种在生物群落或生态系统中的地位和作用。基础生态位：在生物群落中，能够为某一物种所栖息的、理论上最大的空间。实际生态位：一个种实际占有的空间。,2.4生态位与种群间竞争,高斯假说,高斯假说（竞争排斥原理）：生态位相同（例如食物相同、利用资源的方式相同等）的两个种不能在同一地区长期共存。（若生活在同一地区，由于剧烈竞争，他们必然会出现栖息地、食物、活动时间或其他特征上的生态位分化。）,生态位重叠：,生态位压缩：,生态位释放：,(a)图生态位狭，相互重叠少；(b)图生态位宽，相互重叠多。,a,b,a,b,资源状态,优势种(dominant),3.群落成员型,指群落中占优势的种类，它包括群落每层中在数量、体积上最大、对生境影响最大的种类；,伴生种(companian),共优种,建群种,共建种,相当稳定地与优势种伴生在一起，可作为群落分类地一个参考；,偶遇种,标志种,植物群落的生物量与第一生产力植物群落内的物质循环,第三节植物群落功能,1.植物群落的生物量与第一性生产力,生产：,太阳能,生物所需能量,光合作用,第一性（初级生产）,总第一性生产量,净第一性（初级）生产量,呼吸,1.1植物群落生产力的空间差异净第一性生产量差别较大,沼泽,海藻床和珊瑚礁,河口,全球初级生产量概况及分布特点,陆地比水域的初级生产量大陆地上初级生产量有随纬度增加而逐渐降低海洋中初级生产量由河口湾向大陆架和大洋区逐渐降低,1.2植物群落生产力的时间变化,生物小循环：环境中元素经生物吸收，在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利用。,2.植物群落中的物质循环,元素在生态系统外进行的循环，开路循环；,流动途径,2.1物质循环途径,2.2能量流动与物质循环的关系,空气水无机盐,生产者,食草动物,食肉动物,分解者,热,热,热,热,热,Sun,第二级食肉动物,物质流,能量流,2.2.1水循环途径,2.2.2碳循环,2.2.3氮循环,固氮作用的两条主要途径，一是通过闪电等高能固氮，形成的氨和硝酸盐，随降水落到地面；二是生物固氮，如豆科植物,第四节植物群落的动态,1.植物群落的波动,原因：生态环境的年际变化；人类逐年活动的形式和强度；动物的影响；植物生活周期特征和种子产量的逐年不一致；寄生植物的大量繁殖等。,概念：限于群落内部的短期可逆的变化，不产生群落的更替现象。,类型：1）不明显波动群落成员的数量关系变化很小，群落外貌和结构基本保持不变。2）摆动性波动群落成分在个体数量和生产量方面的短期变动(15年)。3）偏途性波动气候和水分条件长期偏离正常状况而引起，波动的时期可能较长(510年)。4）周期性波动,特点：区系成分相对稳定；变化方向的不定性；变化是可逆的.,2.1群落演替(ecologicalsuccession):,指一个群落被另一个群落，或者说一个生态系统被另一个系统代替的过程。,动态(dynamic),稀疏草地,草丛,顶级群落,2.植物群落演替,茂兰喀斯特植被群落主要物种的演替,演替阶段,主要物种,物种基本功能与特点,草地,灌丛,乔木,顶级,密毛蕨,金丝草,芒,三毛草,刺儿菜；腊莲绣球,野牡丹,悬钩子蔷薇,茅莓,多一年生植物,隐芽植物；根系浅,固土能力较弱。,白茅,地瓜,千里光,薯蓣,羊耳菊,香茶菜；盐肤木,白叶莓,算盘子,小果蔷薇,地桃花。,多隐芽植物或地面芽植物;植物水分利用效率较高,同时具备一定程度的耐阴能力,江南卷柏,江南星蕨,肾蕨,吊石苣苔,石韦,鸢尾；火棘,齿叶黄皮,香叶树,短萼海桐,光皮木来木,川钓樟,华夏子楝树,榔榆,笔罗子,石岩枫,老虎刺,菝葜,小叶柿，细叶青冈栎等,多地面芽植物或地上芽植物，多为落叶树种,物种个体高大；树种根系深,云贵鹅耳枥,日本杜英,圆果化香,椤木石楠,川黔润楠,掌叶木,丝栗栲,朴树,青檀，大叶新木姜,黄连木,巴东荚,十大功劳等,多地面芽植物或地上芽植物;多为常绿阔叶树种,个体高大,种实大且寿命长。,2.2群落演替的三个特征：,演替是群落发展的有顺序过程，它有规律地向一定方向发展，因而是能预见的；,演替是由于物理环境改变的结果，但演替是受群落本身控制的；,演替是以稳定的生态系统为发展的顶点，即在稳定的生态系统中有最大的生物量生物间共生功能；,一定的方向性、阶段性和不可逆性，从而导致群落组成和结构的变化；,2.3演替和波动的关系,联系：,两者同时发生，即演替一般会是波动的结果，是波动达到一定程度之后所发生的。,波动是群落不被毁灭；演替是被毁灭或被其他群落所代替；,区别：,2.4生态演替的类型：,按照演替发生的时间进程:,世纪演替,长期演替,快速演替,按演替发生的起始条件:,原生演替,次生演替,按控制演替的主导因素：,群落发生演替,内因生态演替,外因生态演替,按基质性质：,水生演替,旱生演替,群落演替从定居开始生物定居引起环境的变化对不同演替阶段的适应演替的顶级,2.5演替的过程,2.6控制演替的几种主要因素,植物繁殖体的迁移、散布和动物的活动性群落内部环境的变化种内和种间关系的改变外界环境条件的变化人类的活动,2.7演替的几个实例,从湖泊演替为森林从裸岩演替到森林沙丘演替弃耕农田的演替,裸底阶段,浮叶根生植物阶段,挺水植物和沼泽植物阶段,沉水植物阶段,木本植物阶段,草本植物阶段,举例1：水生群落的演替从湖泊演替为森林,举例2：从裸岩演替到森林,地衣植物群落,苔藓植物,草本植物群落,灌木群落,乔木群落,举例3：沙丘原生演替,举例4：发生在弃耕地上群落演替,2.8演替过程中物种取代机制,促进作用理论抑制作用理论耐受作用理论,2.9演替顶极,中生状态;稳定状态,任何一类群落演替都经历迁移、定居、群聚、竞争、反应、稳定6个阶段，到达稳定阶段的群落，这是演替的终点，这个终点就称为演替顶极(climax)。,2.9.1顶极群落的特征,群落能量学总生产量群落呼吸(B/R)总生产量生物量(P/B)单位能流维持的生物量(B/E)群落净生产量食物链,高低高线状，牧食为主,低高低网状、腐食,群落特征,演替中群落,顶极群落,2.9.1顶极群落的特征,群落结构有机质总量无机营养物种多样性生化多样性层次和空间异质性生活史生态位特化生物大小生活周期,少生物外低低简单宽小短、简单,多生物内高高复杂窄大长、复杂,群落特征,演替中群落,顶极群落,2.9.1顶极群落的特征,物质循环无机物质循环生物与环境的物质交换腐屑在营养物再生中的作用内稳定性内部共生营养保持抗干扰能力熵信息,开放快不重要不发达差弱高少,封闭慢重要发达好强低多,群落特征,演替中群落,顶极群落,单元顶极学说(F.E.Clements,1916)多元顶极学说(A.G.Tansley,1954)顶极格局学说(R.H.Whittaker,1953),2.9.2顶极群落的理论,单元顶极论（monoclimaxhypothesis）,Clements认为，在任何一个地区内，一般的演替系列的终点决定于该地区的气候性质，主要表现在顶极群落的优势种，能够很好地适应于地区的气候条件，这样的群落称之为气候顶极群落。,在同一气候区内，无论演替初期的条件多么不同，植被总是趋向于减轻极端情况而朝向顶极方向发展，从而使得生境适合于更多的植物生长。,多元顶极论（polyclimaxtheory）,多元顶极论由英国的A.G.Tansley于1954年提出。该学说认为：如果一个群落在某种生境中基本稳定，能自行繁殖并结束它的演替过程，就可看作顶极群落。在一个气候区域内，群落演替的最终结果，不一定都汇集于一个共同的气候顶极终点。,顶极-格局假说（climax-patternhypothesis）,该理论认为，在任何一个区域内，环境因子都是连续不断地变化的。随着环境梯度的变化，各种类型的顶极群落，如气候顶极、土壤顶极、地形顶极、火烧顶极等，不是截然呈离散状态，而是连续变化的，因而形成连续的顶极类型，构成一个顶极群落连续变化的格局。在这个格局中，分布最广泛且通常位于格局中心的顶极群落，叫做优势顶极（prevailingclimax），它是最能反映该地区气候特征的顶极群落，相当于单元顶极论的气候顶极。,第五节植物群落分类与排序,1.植物群落的分类,在研究植物群落结构和生态特征等基础上，把多种多样的植物群落，根据一定的标准和特征，进行类型的划分、归并，并由低级到高级，形成若干等级，这就是群落的分类。,1.1植物群落的分类系统,(1)基本单位：群丛,种类组成,结构,生态环境,各层的优势种必须相同；伴生种类或标志种类相同；,层和层片结构一致，表现为层次、生活型和种类一致；,具有相似的生态环境；具有相同的周期性变化；,拉丁文双名法：把拉丁文词尾etum加在群丛中起最主要作用的植物的属名上，把osum加在次要植物的属名上。列举出各层最主要的优势种:在各层间用“”连结，如果在同层间有多个共优种类，则用“”连结。,(2)群丛的命名,中国分类单位分三级：植被型（高级单位）、群系（中级单位）和群丛（基本单位）。每一等级的上下再设一个辅助单位和补充单位。,(3)植物群落的分类单位,植被型：最主要的高级分类单位。建群种生活型相同或相似，同时对水热条件、生态关系一致的植物群落联合。群系：主要的中级分类单位。建群种或共建种相同的植物群落联合。群丛：基本单位。层片结构相同，各层片优势种或共优势种相同的植物群落联合。,植被型组：最高的分类单位。建群种生活型相近因而群落外貌相似的植物群落联合。植被亚型：辅助单位。根据优势层片或批示层片的差异划分。群系组：根据建群种亲缘关系近似，生活型近似或生境相近而划分亚群系：辅助单位。根据次优势层片及其所反映的生境条件而划分。群丛组：片层结构相似，而且优势层片与次优势层片的优势种工共优势种相同的植物群落联合。亚群丛：反映群丛内部在区系成分、层片配置、动态变化等方面出现的若干微细变化。,辅助单位,中国植被共分为10个植被型组、29个植被型、560多个群系，群丛则不计其数。10个植被型组为：针叶林、阔叶林、灌丛和灌草丛、草原和稀树干草原、荒漠（包括肉质刺灌丛）、冻原、高山稀疏植被、草甸、沼泽、水生植被。29个植被型为：寒温性针叶林、温性针叶林、温性针阔叶混交林、暖温性针叶林、热性针叶林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林、硬叶常绿阔叶林、季雨林、雨林、珊瑚岛常绿林、红树林、竹林、常绿针叶灌丛、常绿草叶灌丛、落叶阔叶灌丛、常绿阔叶灌丛、灌草丛、草原、稀树干草原、荒漠、肉质刺灌丛、高山冻原、高山垫状植物、高山流石滩稀释植被、草甸、沼泽、水生植被。,中国的植物群落分类系统,植被型组：如草地植被型：如温带草原（植被亚型）：如典型草原群系组：如根茎禾草草原群系：如羊草草原（亚群系）：如羊草丛生禾草草原群丛组：如羊草大针茅草原群丛：如羊草大针茅柴胡草原,植被型组：针叶林植被型：亚热带针叶林（植被亚型）：中亚热带针叶林；中亚热带针阔混交林群系：马尾松林；杉木林群丛：马尾松芒箕群落；马尾松曾氏柿芒箕群落,植被型组：针叶林植被型：寒温性针叶林群系组：落叶松林群系：兴安落叶松林群丛：羊胡子草杜鹃兴安落叶松林,形态学原则生态学原则特征种原则生态外貌原则相似性排序植物群落学生态学原则,1.2植物群落的分类原则,植物群落学生态学原则,植物种类组成,外貌和结构,生态地理特征,动态特征,优势种原则或标志种,生活型,分布区气候,演替关系,1.3植物群落的数量分类,双向指示种分析法（TWINSPAN）,样方分类,植物种类分类,53,14,2.植物群落排序,将样方或植物种排列在一定的空间中，使得坐标轴能够反映一定的生态梯度，能够解释并揭示植物群落或植物种的分布与环境因子的生态关系。,梯度分析,海拔高度、坡度和坡向决定了植物群落内温度和湿度等生态因子的变化。,第六节植物图,1.植被图含义,广义不仅包括植被类型图（植物群分布图），还包括植被区划图和其他各类专性植被图,狭义仅指植被类型图，尤其是指现状植类型图；,展示该地区的植被分布类型，以及它们在水平空间和垂直空间基本分布格局；提供植被与一定地区的气候、土壤、地形、水文等生态因素间的相互关系及其规律的信息；为研究植被起源、分类、动态和分布规律等问题提供基础资料；完善植被分类系统；其他方面,2.植被图意义,2.1依性质和内容划分的植被图,2.植被图类型,综合性植被图现状植被图原始植被复原图潜在植被图生态植被图动态植被图,专业性植被图森林类型图草场类型图药用植物/野生经济植物分布图指示植被图植物物候图农业植被图生物地理图,潜在草地植被分布,现状草地植被分布,黄土高原祖历河流域,2