第V部分群落生态学

1、第第V部分部分 群落生态学群落生态学群落群落 (community)：An association of interacting species inhabiting some defined area (指生活在特定区域里相互作用的种群集合体指生活在特定区域里相互作用的种群集合体)第第12章章 Species Abundance and Diversity(物种数量和多样性物种数量和多样性)昆虫昆虫细菌细菌真真菌菌病毒病毒Species richness of main groups of organisms植物和藻植物和藻蛛形纲蛛形纲线虫线虫脊索动物脊索动物One of pioneers

2、leading biodiversity conservation 12.1 species abundance12.1 species abundance(1) (1) The Lognormal Distribution ( (对数正态分布对数正态分布) )Prestons graph plots log2 of species abundance against the number of species in each abundance interval. (把物种的个体数量从少到多分组，如把物种的个体数量从少到多分组，如12，24，48，以，以2的倍数为分组标准（的倍数为分组标准（

3、log2 N），作为横坐标，各组的物种数为），作为横坐标，各组的物种数为纵坐标，得到的图形均为纵坐标，得到的图形均为“钟形钟形”曲线，即曲线，即正态曲线正态曲线，称此为，称此为“对数正态（对数正态（lognormal)”分布分布。Most species are moderately abundant; few are very abundant or extremely are思考题思考题I画一个典型的画一个典型的“对数正态分布对数正态分布”图，包括纵坐标和横坐标名图，包括纵坐标和横坐标名称称12 3 4 5 6 7 8 9 11 （log 2）2 4 8 16 32 64 128 256

4、512 1024 （个体数）（个体数）物种数物种数Preston(1962) plotted forest birds in Ohio, USA Log2 1 2 3 4 5 6 7 8 9Whittaker (1964) plotted species abundance of the desert community盖度盖度 样本大小与对数正态分布样本大小与对数正态分布Why are most of plots not normal (bell-shaped)? 291 species （277 species) sample sizes rare species 12.2 Species

5、 Diversity (物种多样性物种多样性) (1) species richness 物种丰富度物种丰富度 ，（，（2）species evenness 均匀度均匀度b25 trees in 5 species（1 1）Measuring Species Diversity Measuring Species Diversity siiiPPH1InMost often used index: Shannon-Wiener Index（H）：）： pi the proportion of ith species, s = the number of species ，H is lowest

6、 at 0 (only 1 species)， His highest at InS (all species are equal in relative abundance) 。 Shannon Evenness Measure, J InSmaxs1iIniiPPHHJ H in the sample A:物种物种 数量数量 比例（比例（pi) loge pi pi loge pi 1 21 0.84 0.174 0.1462 1 0.04 0.312 0.1293 1 0.04 0.312 0.1294 1 0.04 0.312 0.1295 1 0.04 0.312 0.129合计合计

7、 25 1.00 （H） 0.6621 5 0.20 1.609 0.3222 5 0.20 1.609 0.3223 5 0.20 1.609 0.3224 5 0.20 1.609 0.3225 5 0.20 1.609 0.322Total 25 1.00 (H) 1.610Sample BSample B The weakness of index in describing biodiversity?（两个假想森林的等级多度曲线两个假想森林的等级多度曲线把物种的把物种的个体相对个体相对数量数量与其与其丰盛度等丰盛度等级级（按从多到少的（按从多到少的等级排列）作图，等级排列）作图，来表

8、示物种多样性来表示物种多样性和相对丰富度，就和相对丰富度，就得到得到等级多度曲等级多度曲线线。该等级该等级-多度曲线表明，群落多度曲线表明，群落a中以中以1种树为优势，而群落种树为优势，而群落b中中的的5种树各占相等比例种树各占相等比例丰盛度等级（从高到低）丰盛度等级（从高到低）数量所占比例数量所占比例较小的斜率表较小的斜率表明均匀度较大明均匀度较大线长度代表丰富度线长度代表丰富度2 2）Rank-Abundance Curve ( (等级多度曲线）等级多度曲线）Plot the relative abundance of species against their rank in abund

9、ance加利福尼亚海湾两暗礁鱼群落的等级多度曲线加利福尼亚海湾两暗礁鱼群落的等级多度曲线葡萄牙北部两水生栖息地石蛾群落的等级多度曲线葡萄牙北部两水生栖息地石蛾群落的等级多度曲线思考题思考题II1 1 何为物种丰富度和均匀性？何为物种丰富度和均匀性？Shannon-WienerShannon-Wiener指数指数由哪几项组成？丰富度和均匀性是如何影响等级由哪几项组成？丰富度和均匀性是如何影响等级多度曲线的？多度曲线的？12.3 Environmental Complexity 12.3 Environmental Complexity (1) Forest Complex and Bird Sp

10、ecies DiversitySpecies diversity is higher in complex environmentsMcArthur studies the relationship between foliage height diversity and the number of bird species。植被高度与鸟种数植被高度与鸟种数森林叶多样性与鸟物种多样性森林叶多样性与鸟物种多样性鸟物种多样性（鸟物种多样性（ H）Foliage diversity measure: 3 levels: 0-0.6 m、 0.6-7.6 m, 7.6 m 。13 communitie

11、s in North America.(2) Niches(2) Niches(生态位生态位), heterogeneity(), heterogeneity(环境异质性环境异质性), and ), and Diversity of Algae and PlantsDiversity of Algae and Plants（1）水藻和陆生植物的生态位）水藻和陆生植物的生态位Tilman（1977）研究了两种硅藻的竞争，）研究了两种硅藻的竞争，竞争结果取决于环竞争结果取决于环境中主要营养元素硅与磷的比值境中主要营养元素硅与磷的比值（图）。（图）。Hutchinsons “Paradox of p

12、lankton” : why are communities of plankton (浮游植物浮游植物,藻藻) so diverse in relatively simple environments? Lake Tahoe， Nevada（2）Environment Heterogeneity一块旧农田（一块旧农田（4761 m4761 m2 2）中氮和土壤水分的空间变化）中氮和土壤水分的空间变化Robertsonteam (1988）measured spatial variation in nitrate (NO3) and soil moisture in an old agricu

13、ltural field.非洲加纳非洲加纳0.1ha0.1ha雨林样地上植物种数与土壤肥力雨林样地上植物种数与土壤肥力营养与植物和水藻物营养与植物和水藻物种多样性存在负相关种多样性存在负相关关系关系(3) Algal and Plant Species Diversity and increased (3) Algal and Plant Species Diversity and increased Nutrient AvailabilityNutrient Availability英国洛桑地区土壤肥力与植物多样性英国洛桑地区土壤肥力与植物多样性Competition: 营养丰富时就会减少限

14、制性营养元素，营养丰富时就会减少限制性营养元素，最后，植物或水藻就只竞争唯一的资源光，那些最后，植物或水藻就只竞争唯一的资源光，那些能最有效地利用光的物种占绝对优势。能最有效地利用光的物种占绝对优势。12.4 Disturbance (12.4 Disturbance (扰动扰动) and Biodiversity ) and Biodiversity W. Sousa（1984） defined Disturbance as： 一种不连续的、间断性的杀死、替代或损害一个或多个个体，一种不连续的、间断性的杀死、替代或损害一个或多个个体，从而为新来的个体或集群的建立创造机会的现象。从而为新来的个

15、体或集群的建立创造机会的现象。The Intermediate Disturbance hypothesis: Intermediate levels of disturbance promote higher diversity.（2 2） The Intermediate Disturbance Hypothesis (中度扰动假说中度扰动假说)J. Connel （1975，1978）预测，）预测，中度水平的扰动会促使多中度水平的扰动会促使多样性提高，而低强度和高强度扰动都使多样性降低。样性提高，而低强度和高强度扰动都使多样性降低。他认为，如果扰动频繁而且强度大，则群落中仅有少数几个他认

16、为，如果扰动频繁而且强度大，则群落中仅有少数几个物种能够完成生活周期；如果扰动少而轻，群落则仅限于那物种能够完成生活周期；如果扰动少而轻，群落则仅限于那几个最有效的竞争者；但当扰动适中时，在扰动间隔期间物几个最有效的竞争者；但当扰动适中时，在扰动间隔期间物种有足够的时间定居，但不足以发生竞争性排除。种有足够的时间定居，但不足以发生竞争性排除。中度扰动假说中度扰动假说（3 3） 潮间带的扰动和多样性潮间带的扰动和多样性SousaSousa（19791979）的研究：）的研究：问题问题：潮间带石头滚动程度与无脊椎动物：潮间带石头滚动程度与无脊椎动物多样性之间的关系。多样性之间的关系。方法方法：根据

17、风浪对不同大小石头的推动强度（用：根据风浪对不同大小石头的推动强度（用力力表示）分为三个扰动水平，用照像的方法监表示）分为三个扰动水平，用照像的方法监测石头被推动的程度：每月照测石头被推动的程度：每月照1次，连续次，连续2年。观察年。观察石头上的海藻和无脊椎动物数量。石头上的海藻和无脊椎动物数量。扰动水平与潮间带石头上海藻和无脊椎动物的多样性扰动水平与潮间带石头上海藻和无脊椎动物的多样性（4 4） 温带草原的温带草原的扰动和多样性扰动和多样性草原鼠的扰动与植被的缀块分布草原鼠的扰动与植被的缀块分布草原鼠的扰动和植物多样性草原鼠的扰动和植物多样性草原鼠的扰动 植物多样性在适中扰动水平的地方最大（

18、图）。植物多样性在适中扰动水平的地方最大（图）。WHY？ 因为扰动太大的地方，因为扰动太大的地方，只有个别强有利的只有个别强有利的定殖定殖者者占统治地位；扰动太占统治地位；扰动太小的地方，较强的小的地方，较强的竞争竞争者者占优势，排挤了其它占优势，排挤了其它竞争者；在扰动适中的竞争者；在扰动适中的地方，竞争者可以共存，地方，竞争者可以共存，因而使禾本科、非禾本因而使禾本科、非禾本科植物都存在，植物多科植物都存在，植物多样性增高。样性增高。植物多样性植物多样性相反的证据相反的证据溪流无脊椎溪流无脊椎动物种数与动物种数与扰动程度扰动程度草原植物种数草原植物种数与火烧频率与火烧频率第第12章章 Species Abundance and Diversity(物种数量和多样性物种数量和多样性)关键概念关键概念Most species are moderately abundant; few are very abundant o