第四章生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落

第四章生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落 1生物群落及群落生態(tài)學(xué) 2群落的組成 3群落的結(jié)構(gòu) 4群落的演替 第一節(jié)生物群落及群落生態(tài)學(xué) 1 群落的定義丹麥植物學(xué)家E Warming在其經(jīng)典的著作 植物生態(tài)學(xué) 中指出 一定的種所組成的天然群聚即群落 生物群落 是一定地段或生境中各種生物種群所構(gòu)成的集合 由于群落中生物的相互作用 群落絕不是其組成物種的簡(jiǎn)單相加 而是一定地段上生物與環(huán)境相互作用的一個(gè)整體 下列敘述中 屬于群落的是 A 一片森林中的各種喬木 灌木和草本植物B 一個(gè)湖泊中的各種魚類C 一片草地上的各種雜草 昆蟲D 淺海中的魚類 節(jié)肢動(dòng)物 海藻等生活在一起的全部生物 D 同一時(shí)間內(nèi)聚集在一定區(qū)域中 的集合 包括這個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的生物 群落的概念 各種生物種群 第一節(jié)生物群落及群落生態(tài)學(xué) 1 具有一定的種類組成 2 具有一定的結(jié)構(gòu) 3 具有一定的動(dòng)態(tài)特征 4 不同物種之間存在相互影響 5 具有一定的分布范圍 6 形成一定的群落環(huán)境 7 具有特定的群落邊界特征 2 群落的基本特征 群落的物種組成 群落中物種 的多少 常綠闊葉林 常綠針葉林 不同群落的物種數(shù)目和類別有差別 豐富度 數(shù)目 一般來(lái)說 環(huán)境條件愈優(yōu)越 群落發(fā)育的時(shí)間愈長(zhǎng) 物種的數(shù)目 群落的結(jié)構(gòu)也 武夷山西伯利亞低等植物840種低等植物670種高等植物2888種高等植物139種動(dòng)物5000種動(dòng)物1000種脊椎動(dòng)物475種 群落的物種組成 愈多 愈復(fù)雜 第一節(jié)生物群落及群落生態(tài)學(xué) 3 群落生態(tài)學(xué) 以生物群落為對(duì)象 研究群落的這些特征的生態(tài)分支就是群落生態(tài)學(xué) 群落生態(tài)學(xué)研究聚集在一定空間范圍內(nèi)的不同種生物與生物之間 生物個(gè)體之間的關(guān)系 分析生物群落的組成 特征 結(jié)構(gòu) 機(jī)能 分布 演替及群落分類 排序等問題 第二節(jié)群落的組成 1 物種組成的性質(zhì)分析 1 群落的組成成員優(yōu)勢(shì)種 在群落中能有效控制能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)并對(duì)群落的結(jié)構(gòu)和群落環(huán)境的形成具有明顯的控制作用的生物種 特征 個(gè)體數(shù)量多 投影蓋度大 生物量高 體積大 生活能力強(qiáng) 建群種 把優(yōu)勢(shì)層的優(yōu)勢(shì)種稱為建群種 其決定著群落的外貌 而且控制著群落的生態(tài)環(huán)境和群落的其他組成成員 關(guān)鍵種 群落中有些生物種雖然生物量及豐度不高 但對(duì)維護(hù)生物多樣性 群落結(jié)構(gòu) 功能 整體和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面其較大作用 第二節(jié)群落的組成 1 群落的組成成員亞優(yōu)勢(shì)種 個(gè)體數(shù)量與作用都次于優(yōu)勢(shì)種 在決定群落性質(zhì)和控制群落環(huán)境方面起著一定作用的物種 在復(fù)層群落中 他通常居于較低的亞層 關(guān)鍵種 它與優(yōu)勢(shì)種伴存 但在群落性質(zhì)和控制群落環(huán)境方面不起決定主要作用 罕見種或偶見種 是那些在群落中出現(xiàn)頻率很低的物種 有些偶見種的出現(xiàn)具有生態(tài)指示意義 可能是入侵種 也是是衰退的殘遺種 第二節(jié)群落的組成 2 群落的生活型組成饒基耶爾的生活型系統(tǒng)高位芽植物 芽或頂端嫩枝位于離地較高的枝條上 如喬木 其中根據(jù)體型又可分為大型 中型 小型和矮型 地上芽植物 植物的芽或頂端嫩枝位于地表或近地表處 因而受土表或殘落物保護(hù) 地面芽植物 植物在不利季節(jié) 其地上部分死亡 但被土壤保護(hù) 地下部活著 并在地面處有芽 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節(jié)生長(zhǎng) 他們以種子的形式度過不利季節(jié) 第二節(jié)群落的組成 2 群落的生活型組成不同氣候和土壤條件下的植物群落 他們的生活型組成不同 群落的生活型組成具有指示外界環(huán)境的作用 生活型譜 是分析一定地區(qū)或某一群落內(nèi)各類生活型的數(shù)量對(duì)比關(guān)系 其計(jì)算公式如下 某一生活型的百分率 該群落內(nèi)該生活型的植物種數(shù) 該群落內(nèi)全部生活型的種數(shù) 100 第二節(jié)群落的組成 2 物種組成的數(shù)量特征 1 數(shù)量特征密度單位面積或單位空間內(nèi)的個(gè)體數(shù) 一般對(duì)喬木 灌木和叢生草本以植株或株叢計(jì)算 根莖植物以地上枝條計(jì)數(shù) 樣地內(nèi)某一物種的個(gè)體數(shù)占全部物種個(gè)體之和的百分比稱作相對(duì)密度 密度D q RQ為某一特定種的個(gè)體數(shù)R為統(tǒng)計(jì)地總數(shù) 即包括物該種樣地 第二節(jié)群落的組成 1 數(shù)量特征多度是對(duì)物種個(gè)體數(shù)目多少的一種估計(jì)指標(biāo) 多用群落內(nèi)草本植物的調(diào)查 國(guó)內(nèi)多采用Drude七級(jí)制多度 即 Soc極多 植物地上部分郁閉 形成背景 Cop3數(shù)量很多 Cop2數(shù)量多 Cop1數(shù)量尚多 Sp數(shù)量不多而分散 Sol數(shù)量很少而稀疏 UN個(gè)別或單株 第二節(jié)群落的組成 1 數(shù)量特征蓋度蓋度分為投影蓋度和基蓋度兩種 投影蓋度 植物枝條所覆蓋的土地面積 稱為投影蓋度 可用目測(cè)法和量測(cè)法 目測(cè)法是用蓋度的百分比表示 即一種植物的枝條所覆蓋的土地面積占總的面積的百分比 量測(cè)法事將喬木樹冠直徑測(cè)出長(zhǎng)軸和短軸長(zhǎng)度 去平均值 算面積 基蓋度 植物基部著生的面積 稱為基蓋度 草本植物的基蓋度均以離地1英寸處草叢的斷面積計(jì)算 樹木的基蓋度 是測(cè)樹干距地面1 3米的直徑來(lái)計(jì)算 第二節(jié)群落的組成 1 數(shù)量特征頻度頻度是含有某個(gè)特定種的樣地占樣地總數(shù)的百分?jǐn)?shù) F r R 100 它反映的是群落中各種植物在水平分布是否一致 從而說明植物與環(huán)境或植物間的關(guān)系 群落中的某一物種的頻度占所有物種頻度的百分比 即為相對(duì)頻度 第二節(jié)群落的組成 1 數(shù)量特征高度常作為測(cè)量植物的一個(gè)指標(biāo) 測(cè)量時(shí)取其自然高度或絕對(duì)高度 藤本植物則測(cè)其長(zhǎng)度 重量用來(lái)衡量種群生物量或現(xiàn)存量 可分為干重與鮮重 在生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)與物種循環(huán)研究中 這一指標(biāo)特別重要 體積生物所占空間大小的度量 在森林群落研究中 這一指標(biāo)特別重要 在森林經(jīng)營(yíng)中通過體積的計(jì)算可以獲得木材生產(chǎn)量 材積 第二節(jié)群落的組成 2 植物群落特征分析根據(jù)植物群落調(diào)查所得的大量數(shù)據(jù) 可計(jì)算各種植物的重要值與總優(yōu)勢(shì)度 以判斷各種植物在群落內(nèi)部的地位和作用 并確定群落的優(yōu)勢(shì)種 重要值 主要用于喬木層 反應(yīng)植物在群落全部種類中的重要程度 重要值 相對(duì)密度 相對(duì)基蓋度 相對(duì)頻度總優(yōu)勢(shì)度 分析草本植物和灌木的重要性 總優(yōu)勢(shì)度 相對(duì)蓋度 相對(duì)高度 相對(duì)重量 相對(duì)密度 相對(duì)頻度 第三節(jié)群落的結(jié)構(gòu) 1 群落的外貌 群落的外貌是認(rèn)識(shí)群落的基礎(chǔ) 也是區(qū)分不同植被類型的主要標(biāo)志 決定群落外貌的因素 1 植物的生活型 2 組成物種優(yōu)勢(shì)種植物和優(yōu)勢(shì)種的多少堆起來(lái)的外貌起決定性作用 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組成的群落 外貌不同 第三節(jié)群落的結(jié)構(gòu) 2 群落的水平結(jié)構(gòu) 陸地群落的水平結(jié)構(gòu)一般很少呈現(xiàn)均勻型分布 在多數(shù)情況下群落內(nèi)各物種嘗嘗形成局部范圍相當(dāng)高密度集團(tuán)的片狀分布或斑塊狀鑲嵌 斑塊 斑塊 斑塊 斑塊 斑塊 例1 八面山 在湖南桂東縣 海拔2042米 800米以下為常綠闊葉林 800至1300米為針闊混交林 1300至1600米為針葉林 1600至1800米為灌木林 1800米以上為草地 植物的這種分帶現(xiàn)象屬于 水平結(jié)構(gòu) 分析 這種分帶由海拔 地形 造成的溫度和濕度差異引起而不是生物自身差異引起的 受水制約 蘆葦 澤瀉等水生植物只能長(zhǎng)在淺水或水邊 紅樹 柳樹等只能長(zhǎng)在水源附近 松 杉 柏樹等能長(zhǎng)在比較干旱處 仙人掌 沙棘等可長(zhǎng)在極干旱的沙漠 鴨子 青蛙只可在水中或水源附近活動(dòng) 而鷹 黃羊 沙鼠等可在干旱的陸地自由活動(dòng) 第三節(jié)群落的結(jié)構(gòu) 2 群落的水平結(jié)構(gòu) 親代的擴(kuò)散分布習(xí)性風(fēng)布植物 動(dòng)物傳布植物 水布植物分布可能廣泛 而種子較重或無(wú)性繁殖的植物 往往在母柱周圍 同樣是風(fēng)布植物 在單株 疏林 密林的情況不同 環(huán)境異質(zhì)性由于成土母質(zhì) 土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu) 水分條件的異質(zhì)性導(dǎo)致動(dòng)植物形成各自的水平分布 種間相互作用的結(jié)果植食動(dòng)物明顯的依賴它所取食的植物分布 還有競(jìng)爭(zhēng) 互利共生 偏利共生等結(jié)果 導(dǎo)致水平結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有三方面的原因 第三節(jié)群落的結(jié)構(gòu) 3 群落的垂直結(jié)構(gòu) 環(huán)境的逐漸變化 導(dǎo)致對(duì)環(huán)境有不同需求的動(dòng)物 植物生活在一起 這些動(dòng) 植物各有其生活型 其生態(tài)幅度和適應(yīng)特點(diǎn)也各有差異 他們各自占據(jù)一定的空間 并排列在空間的不同高度和一定土壤深度中 群落這種垂直分化就形成了群落的層次 稱為群落垂直成層現(xiàn)象 群落不僅地上部分成層 地下也具有成層性 群落層次的分化主要決定于植物的生活型 喬木層 灌木層 草木層 地被物層 池塘生物群落中 荷花 蘆葦?shù)葘⑶o葉高高地挺出水面 睡蓮 滿江紅 浮萍等浮于水面 金魚藻等則生長(zhǎng)于水底 鰱魚在水體淺層 鯇魚在中層 青魚 蝦 蚌等在水底 泥鰍 鱔魚等則在水底淤泥中生活 思考 在池塘生物群落中 存不存在垂直結(jié)構(gòu) 植物 動(dòng)物 上 杜鵑等中 啄木鳥等下 畫眉等 分層現(xiàn)象 保證群落在單位空間內(nèi)充分利用自然條件 在一個(gè)發(fā)育良好的森林里 從樹冠到地面劃分為喬木層 灌木層 草本層和地被層 同時(shí) 林下透光度不同的地方 植物種類也有所區(qū)別 這表明群落有一定的 A 垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)B 物種組成和數(shù)量比例C 對(duì)群落產(chǎn)生重大影響的優(yōu)勢(shì)種D 彼此間有直接或間接的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系 A 在森林群落中 喬木 灌木 草本植物三類綠色植物在空間位置配備上形成了有序的組合 從而使它們能 A 有效避免競(jìng)爭(zhēng)B 合理利用環(huán)境資源C 提高群落的光合產(chǎn)量D 以上都正確 D 關(guān)于生物群落的結(jié)構(gòu) 以下不正確的是 A 在垂直方向 群落具有明顯的分層現(xiàn)象B 動(dòng)物在群落中的垂直分布依賴于植物C 動(dòng)物群落中沒有水平結(jié)構(gòu)D 在水平方向上 不同地段的生物種類分布有差異 C 第三節(jié)群落的結(jié)構(gòu) 4 群落的時(shí)間結(jié)構(gòu) 光 溫度和水分等很多環(huán)境因子有明顯的時(shí)間節(jié)律 如晝夜節(jié)律 季節(jié)節(jié)律 受這些因子的影響 群落的組成和結(jié)構(gòu)也隨時(shí)間序列發(fā)生有規(guī)律的變化 這就是群落的時(shí)間結(jié)構(gòu) 群落季相 氣候四季分明的溫帶 亞熱帶地區(qū) 植被的季節(jié)變化是時(shí)間結(jié)構(gòu)最明顯的反映 這種隨氣候季節(jié)交替 群落呈現(xiàn)的不同外貌稱為群落的季相 第三節(jié)群落的結(jié)構(gòu) 5 群落的交錯(cuò)區(qū)與邊緣效應(yīng) 群落的交錯(cuò)區(qū) 是兩個(gè)或多個(gè)群落或生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡區(qū)域 邊緣效應(yīng) 由于群落交錯(cuò)區(qū)生境條件的特殊性 異質(zhì)性和不穩(wěn)定性 使交錯(cuò)區(qū)內(nèi)生物種的數(shù)目及一些種的密度增大的趨勢(shì)被稱為邊緣效應(yīng) EdgeeffectandEcotone 第三節(jié)群落的結(jié)構(gòu) 6 島嶼效應(yīng) 島嶼的物種數(shù)與面積的關(guān)系島嶼面積越大容納生物種數(shù)越多的效應(yīng)成為島嶼效應(yīng) 主要與生物的遷入和遷出有關(guān) 生境多樣性導(dǎo)致物種多樣性 第三節(jié)群落的結(jié)構(gòu) 6 島嶼效應(yīng) MacArthur的平衡說 遷入率曲線與滅亡率曲線交點(diǎn)上的種數(shù) 即為島上預(yù)測(cè)的物種數(shù) 根據(jù)平衡說 可說明下列四點(diǎn) 1 島嶼上的物種數(shù)不隨時(shí)間變化 2 這是動(dòng)態(tài)的平衡 滅亡的種被新遷入的種代替 3 大島比小島能供養(yǎng)更多的種 4 隨島距大陸的距離由近到遠(yuǎn) 平衡點(diǎn)種數(shù)逐漸降低 第三節(jié)群落的結(jié)構(gòu) 7 干擾對(duì)群落結(jié)構(gòu)的影響 干擾 是一種有意義的生態(tài)現(xiàn)象 它引起群落的非平衡特性 缺口的抽彩式競(jìng)爭(zhēng)缺口與小演替中度干擾假說 中等程度干擾能維持高生物多樣性 1 在一次干擾后少數(shù)先鋒種入侵缺口 如果干擾頻繁 則先鋒物種不能發(fā)展到演替中期 因而生物多樣性降低 2 如果干擾間隔期很長(zhǎng) 使演替過程能發(fā)展到頂極期 多樣性也不會(huì)高 3 只有中等干擾程度使生物多樣性維持高水平 它允許更多的物種入侵和定居 干擾理論與生態(tài)保護(hù) 自然 農(nóng)林業(yè) 動(dòng)物保護(hù) 第四節(jié)群落的演替 一 群落演替的概念二 演替序列三 群落演替的影響因素四 頂級(jí)群落 一 群落演替的概念 演替的概念隨時(shí)間的推移 生物群落內(nèi)一些物種消失 另一些物種侵入 群落組成及其環(huán)境向一定方向產(chǎn)生有順序的發(fā)展變化 稱為群落的演替 一 群落演替的概念 群落演替是有一定方向 規(guī)律的 隨時(shí)間而變化的有序過程 演替是生物和環(huán)境反復(fù)作用 發(fā)生時(shí)間和空間的不可逆變化 物理環(huán)境一定程度上決定著演替的類型 方向和速度 但演替是群落本身所控制的 群落演替到與環(huán)境處于平衡時(shí) 演替就不再進(jìn)行 以相對(duì)穩(wěn)定的群落為發(fā)展頂點(diǎn) 一 群落演替的概念 2 演替的過程 先鋒期 演替初期 先鋒物種 發(fā)展期 演替中期 過渡種 演替種 頂級(jí)群落 最后的穩(wěn)定時(shí)期 頂級(jí)種 系列期 過渡性群落出現(xiàn)的時(shí)期 物種 一 群落演替的概念 3 演替的類型 原生演替 未被生物占領(lǐng)過的區(qū)域開始 次生演替 原有生物被破壞的地段上進(jìn)行 旱生原生演替 巖石或裸地 水生原生演替 河灣或湖底 群落復(fù)生 具有土壤基礎(chǔ)和種子庫(kù) 逆行演替 失去土壤基礎(chǔ)和種子庫(kù) 二 演替的序列 在特定區(qū)域中 群落演替各個(gè)階段由一種群落類型轉(zhuǎn)變成另一種群落類型的整個(gè)取代順序 稱為演替序列 旱生原生演替水生原生演替次生演替 裸巖階段 裸巖上的演替 1 旱生原生演替 地衣階段 苔蘚階段 草本植物階段 灌木階段 森林階段 裸巖上的演替 小結(jié) 裸巖階段 請(qǐng)思考 光裸的巖地上首先定居的生物為什么不是苔蘚和草本植物 而是地衣 地衣階段為苔蘚的生長(zhǎng)提供了怎樣的基礎(chǔ) 為什么苔蘚能夠取代地衣 在森林階段 群落中還能找到地衣 苔蘚 草本植物和灌木嗎 1 苔蘚和草本植物無(wú)法直接從裸巖中獲取養(yǎng)分 而地衣可以通過分泌有機(jī)酸而從裸巖中獲取養(yǎng)分 地衣由真菌與藍(lán)菌或綠藻所組成 其中真菌扮演著決定性的角色 首先是真菌提供一個(gè)保護(hù)層 這樣藻類不至被曬或干死 藻類以其光合作用所獲糖分除自用外還提供給真菌 也就是說它們首先能環(huán)境極其惡劣的地方生存下來(lái)并改造了那兒的生存條件 為其它生物的進(jìn)駐提供了基礎(chǔ) 地衣的這一特性有重大的生物學(xué)理論價(jià)值和生態(tài)學(xué)上的實(shí)際意義 有時(shí)人們將地衣稱之為陸地生態(tài)環(huán)境的開路先鋒 2 通過地衣分泌有機(jī)酸加速巖石風(fēng)化形成土壤 并積累起了有機(jī)物 這為苔蘚的生長(zhǎng)提供了條件 而苔蘚生長(zhǎng)后 由于其植株高于地衣能獲得更多的陽(yáng)光 處于優(yōu)勢(shì)地位 其結(jié)果是逐漸取代了地衣 3 能找到這些植物 在群落演替過程中 一些種群取代另一些種群是指優(yōu)勢(shì)取代 而不是 取而代之 形成森林后 喬木占據(jù)了優(yōu)勢(shì) 取代了灌木的優(yōu)勢(shì) 但在森林中各種類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