第四章II群落的生物多样性

1、第四章第四章ii 群落的生物多样性群落的生物多样性王娓(北京大学城环学院生态系)1. 生物多样性格局生物多样性格局多样性：一个局部群落内的物种多样性。具两层涵义：群落所含物种的多寡，即物种丰富度群落中各物种个体数目分配的均匀程度, 即物种均匀度 2. 生物多样性的测度生物多样性的测度多样性：沿着环境梯度的变化，物种替代的程度或不同群落间物种组成的差异程度。多样性：指一个地区内在某一研究系列上的群落总体的物种多样性多样性测度(magurran, 1988) shannon-wiener指数：simpson指数(优势度指数)： 该指数的本质是随机取样的两个个体属于不同物种的概率。pielou指数(

2、均匀度指数)：其中： 为为第 种的个体数()占群落中总个体数(n)的比例，即，或种的相对胸高断面积或重要值 (), s=出现的种数。siipp121sheln/ 多样性测度：srensen指数：jaccard指数： cody指数：其中， 和 分别为两群落的物种数， 为两群落的共有物种数，为沿生境梯度 增加的物种数，为沿生境梯度 失去的物种数。srensen指数和jaccard指数反映群落或样方间物种组成的相似性；cody指数则反映样方物种组成沿环境梯度的替代速率。 cbaccj222)()(cbahlhgcbacsi2 多样性指数计算：设有甲，乙两个群落，各有三个物种组成，其中各种个体数组成如

3、下。请计算它们的物种多样性指数。 多样性指数计算示例物种物种 群落甲群落甲群落乙群落乙a30 (0.83)12 (0.33)b5 (0.14)12 (0.33)c1 (0.03)12 (0.33)simpson指数：d甲= 1-pi2= 1-(ni/n)2=1-0.832+0.142+0.032=0.29d乙=1-0.332+0.332+0.332=0.67pielou均匀度指数：j甲= h甲/lns= 0.54/ln3= 0.49j乙= h乙/lns= 1.10/ln3= 1.00 shannon-wiener指数：h甲= -pi lnpi = -0.83ln0.83+0.14ln0.14+

4、0.03ln0.03= 0.54h乙= -(0.33ln0.33+0.33ln0.33+0.33ln0.33)= 1.10 相似性系数计算：设有甲，乙两个群落的物种名录如下，请计算它们的相似性系数 ： 甲和乙共有的物种数 c =2；甲中物种数 a = 4；乙中物种数 b = 3；物种物种群落甲群落甲群落乙群落乙a+b+c+d+e+jaccard指数 = c/(a+b-c) = 2/(4+3-2) = 0.40srensen指数 = 2c/(a + b) = 4/(4+3) = 0.57cody指数 = (a + b - 2c)/2 = (4+3-4)/2 = 1.53. 生物多样性格局的影响因

5、素生物多样性格局的影响因素进化时间时间假说时间假说 alfred russel wallace 1878:气候变迁气候的逐步变化对动植物分布有深刻地影响。冷暖交替导致北半球多数高纬度地区地冰盖推进和退缩，引起树种迁移。生物地理区反生物地理区反映大区域的长映大区域的长期进化隔离期进化隔离区域种库的大小生产力更高的栖息地生产力更高的栖息地包含更多种类，但在包含更多种类，但在群落结构简单的栖息群落结构简单的栖息地，多样性低。地，多样性低。 植被结构植被结构沼泽生产力高但结构单一，植物种类相对较少。荒沼泽生产力高但结构单一，植物种类相对较少。荒漠植物生产力比沼泽低，但结构变化大，可为更多漠植物生产力比

6、沼泽低，但结构变化大，可为更多物种提供生存空间。物种提供生存空间。结构复杂性与多样性结构复杂性与多样性北美，多数动植北美，多数动植物类群的物种数物类群的物种数从北向南增加，从北向南增加，地理异质性和半地理异质性和半岛隔离的影响也岛隔离的影响也很明显。很明显。环境异质性环境异质性潜在蒸散是平均气温和湿度条件下，土壤中蒸发和潜在蒸散是平均气温和湿度条件下，土壤中蒸发和植物蒸腾的水分总量。整合了温度与太阳辐射植物蒸腾的水分总量。整合了温度与太阳辐射输入环境输入环境的总能量的总能量岛屿平衡理论生态位理论的核心内容生态位理论的核心内容l 如果两个种在同一稳定的群落中占据了相同的生态位，如果两个种在同一稳

7、定的群落中占据了相同的生态位，一个种终究将被消灭，或被迫改变生态位。一个种终究将被消灭，或被迫改变生态位。l 一个稳定的群落，没有任何两个种是直接的竞争者，因一个稳定的群落，没有任何两个种是直接的竞争者，因为生态位的差别，减少了它们之间的竞争，使自然界的生物为生态位的差别，减少了它们之间的竞争，使自然界的生物物种各就各位，达到有序的平衡；物种各就各位，达到有序的平衡；l 由多个种群组成的群落比单一种群更能有效地利用环境由多个种群组成的群落比单一种群更能有效地利用环境资源，增强了系统的稳定性。资源，增强了系统的稳定性。生态位生态位- -代表一个个体或物代表一个个体或物种能够生存和繁殖的环境种能够

8、生存和繁殖的环境条件和资源质量的范围。条件和资源质量的范围。不改变任何生态位不改变任何生态位( (宽度和宽度和重叠重叠) )关系，关系，群落总生态位群落总生态位空间与物种数成正比增加空间与物种数成正比增加不改变生态位宽度，不改变生态位宽度，增加增加生态位重叠生态位重叠可以容纳添加可以容纳添加的多样性的多样性不增加生态位重叠，不增加生态位重叠，提高提高特化特化可在群落的生态位空可在群落的生态位空间重容纳额外的物种间重容纳额外的物种生态位生态位种间竞争与生态位分化种间竞争与生态位分化 同一生境中不同种生物共同利用某一种环境资源时，就因生态位重叠而产生种间竞争，可能有三种基本情况l 完全重叠，竞争力

9、强的将竞争力弱的种类排除；l 部分重叠，各自占有部分无竞争的生态位，两个种可能共存，但竞争优势种终将占有那部分重叠的生态位空间；l 不重叠，这种情况很可能是已经回避竞争的结果。生态位分化方式生态位分化方式 栖息地分化(habitat differentiation) 领域的分化(territorial differentiation) 食性的分化 (feeding differentiation) 生理的分化(physiological differentiation) 体型的分化(body-size differentiation)生态位理论的缺陷生态位理论的缺陷与实际情况似乎存在矛盾：与实

10、际情况似乎存在矛盾： 浮游生物悖论：浮游生物悖论：环境条件非常均一的水体内共环境条件非常均一的水体内共存着至少数十种浮游植物存着至少数十种浮游植物 热带雨林：热带雨林：太高的物种多样性，无法确定每种太高的物种多样性，无法确定每种植物的生态位植物的生态位中性理论中性理论graham bellstephen hubbell中性理论引起巨大反响中性理论引起巨大反响evolutiontreenaturescienceecology中性理论：局域群落与集合群落中性理论：局域群落与集合群落集合群落的物种集合群落的物种多样性取决于物多样性取决于物种灭绝和物种分种灭绝和物种分化之间的动态平化之间的动态平衡；局

11、域群落中衡；局域群落中的物种多样性取的物种多样性取决于物种灭绝和决于物种灭绝和新物种迁入之间新物种迁入之间的动态平衡的动态平衡局域群落局域群落通过迁移通过迁移与集合群与集合群落相连接落相连接alonso et al. 2006中性理论基本假设中性理论基本假设1 1、零和，、零和，即即群落是由同一营养级的物种组群落是由同一营养级的物种组成的，群落大小保持不变并且是饱和的。成的，群落大小保持不变并且是饱和的。2 2、中性，、中性，即所有个体在生态学上是相同的即所有个体在生态学上是相同的：相同的出生率、死亡率、迁移率以及新：相同的出生率、死亡率、迁移率以及新物种形成的概率物种形成的概率全世界已经记录

12、植物和全世界已经记录植物和动物接近动物接近150150万种，昆万种，昆虫占一半左右。虫占一半左右。最终的物种数可能达到最终的物种数可能达到10001000万万-3000-3000万种。万种。4. 生物多样性的灭绝与保护生物多样性的灭绝与保护4.1 热点地区热点地区4.2 我们为什么要对生物多样性如此关心？我们为什么要对生物多样性如此关心？生态旅游给生物多样性提供经济价值生态旅游给生物多样性提供经济价值 某些物种的重要价值可作某些物种的重要价值可作为广大而深远环境变化的为广大而深远环境变化的指示生物。指示生物。 20世纪世纪50和和60年代，美年代，美国许多捕猎和吃鱼的鸟类国许多捕猎和吃鱼的鸟类

13、（如游隼，白头海雕等）（如游隼，白头海雕等）种群数量猛降。原因在于种群数量猛降。原因在于水生栖息地受水生栖息地受ddt降解物降解物或残留而的污染。在动物或残留而的污染。在动物组织中通过食物链累积，组织中通过食物链累积，消费最高的捕食鸟类，其消费最高的捕食鸟类，其生理和生殖受到干扰。生理和生殖受到干扰。 环境质量的指示环境质量的指示n社会对生物多样性保护的热切关注，始于第二次世界大战以后工业的巨大进步和人口扩张对环境的影响n占地球7%的热带雨林生存着70%以上的物种。70年代中后期，热带雨林，特别是亚马逊河流域热带雨林的大量砍伐，引起科学界的广泛关注。人类活动引起的人为灭绝人类活动引起的人为灭绝

14、背景灭绝背景灭绝- -是自然系统的一种正常是自然系统的一种正常特性，随生态系统的变化，某些物特性，随生态系统的变化，某些物种消失了，另一些替代他们，物种种消失了，另一些替代他们，物种的这种周转，速度比较低。的这种周转，速度比较低。大量灭绝大量灭绝- -由于自然灾害而发生的由于自然灾害而发生的大规模物种死亡。如火山，飓风，大规模物种死亡。如火山，飓风，地震地震人为灭绝人为灭绝- -由于人类引起的灭绝，由于人类引起的灭绝，其受影响的类群数、影响到全球范其受影响的类群数、影响到全球范围和源于自然灾害，这些与大量灭围和源于自然灾害，这些与大量灭绝相同，但其引起的原因在理论上绝相同，但其引起的原因在理论

15、上是人类可以控制的。是人类可以控制的。4.3 灭绝灭绝栖息地缩小，特别是栖息地破碎成小片，栖息地缩小，特别是栖息地破碎成小片，对于某些野生动物类群具有极大的威胁。对于某些野生动物类群具有极大的威胁。人类通过几种机制引起灭绝通过几种机制引起灭绝(1)栖息地减少和片断化栖息地减少和片断化在漫长的地球历史时期，全球气候变化已经产生大陆漂移和在漫长的地球历史时期，全球气候变化已经产生大陆漂移和大洋环流的改变。在气候带变化以后，有物理屏障的地方，大洋环流的改变。在气候带变化以后，有物理屏障的地方，其物种分布的扩散被阻止，局部种群灭绝。其物种分布的扩散被阻止，局部种群灭绝。(2) 过度利用过度利用(3)

16、小种群与外来物种引入小种群与外来物种引入(4)(4)对易灭绝的物种缺乏了解对易灭绝的物种缺乏了解最小可存活种群最小可存活种群-面对环境变化时能够自我维持的最小种群，面对环境变化时能够自我维持的最小种群，必须足够大，以保证不受偶然事件带来的随机灭绝的威胁。必须足够大，以保证不受偶然事件带来的随机灭绝的威胁。种群的分布也必须足够大，使局部灾难事件，不会影响整种群的分布也必须足够大，使局部灾难事件，不会影响整个种群。个种群。4.4 生物多样性保护生物多样性保护4.4.1 保护栖息地当种群在不同季节要求有不同栖息地或大规当种群在不同季节要求有不同栖息地或大规模迁移时，保证适合栖息地变得更加复杂。模迁移

17、时，保证适合栖息地变得更加复杂。是什么使一个地区成为保护的关键地区？是什么使一个地区成为保护的关键地区？最有价值的地区是能够为最多物种提供最有价值的地区是能够为最多物种提供栖息地而又没有其他可以替代的地区。栖息地而又没有其他可以替代的地区。在大陆上的保护区，其数量和面积必然在大陆上的保护区，其数量和面积必然受经济考虑的限制，也必须针对有特殊受经济考虑的限制，也必须针对有特殊生物学意义的地区和栖息地。生物学意义的地区和栖息地。从生物多样性的立场出发，设置几个包从生物多样性的立场出发，设置几个包括多种类型的栖息地和具有高特化现象括多种类型的栖息地和具有高特化现象地区的小保护区，要比设置同样面积的地

18、区的小保护区，要比设置同样面积的单一栖息地类型的保护区更有好处。单一栖息地类型的保护区更有好处。利益和价值的冲突成为保护的障碍利益和价值的冲突成为保护的障碍4.4.2 保护关键地区保护关键地区自然保护区的设计：自然保护区的设计：物种物种- -面积关系面积关系避免边缘效应避免边缘效应有迁移的自由有迁移的自由在辽阔的热带雨林单一栖息地在辽阔的热带雨林单一栖息地中规划保护区时：中规划保护区时：较大的保护区优于小的较大的保护区优于小的一个大面积的保护区优于同样一个大面积的保护区优于同样总面积的几个小保护区总面积的几个小保护区连接隔离地域的廊道十分有用连接隔离地域的廊道十分有用圆形的保护区比长形的更好。圆形的保护区比长形的更好。4.4.3 建立自然保护区建立自然保护区核核心心区区实验区实验区缓冲区缓冲区4.4.4 生物多样性保护进程生物多样性保护进程n1992年巴西里约热内卢召开联合国环境与发展大会(unced)，通过,150个国家签字n1993年12月29日，公约生效，宗旨是保护生物多样性 ，持续利用生物多样性及公平共享利用遗传资源所取得得惠益n2004年5/25，188个国家成为缔约方n建立div