群落生态学

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群落生态学(community ecology)

①community定义、组成

②结构(structure of community)

③物种多样性(species diversity)

④生境与生态位(habitats ,niches)

⑤群落演替(community succession)

㈠群落(community)

群落(生物群落biotic community):一定时间内居住在一定空间或生境的各种生物种群的集合。它包括植物、动物和微生物等各个物种的种群,共同组成生态系统中有生命的部分。生物群落=植物群落+ 动物群落+ 微生物群落

植物群落学研究得最深入,理论体系完整。群落学的一些基本原理多半是在植物群落学研究中获得的。本章概念基本都是关于植物群落的:

特征(Basic character):

优势度(Dominance):一个群落中的不同种群在群落中的地位和影响是不同的。

空间、时间格局(Spatial and temporal patterns)

演替(Succession)

营养结构(Trophic structure):

㈡群落组成

⒉1 生长型(Growth form)

生物对外界环境适应的外部表现形式,同一生长型的生物在形态外貌、适应特点上相似。主要有:乔木(Arbor) 灌木(Shrub) 藤本植物(Liana) 附生植物(Epiphyte) 草本植物(Herbage)

⒉2生活型(Life form of plants)

按休眠芽(或复苏芽)所处的位置高低和保护方式,高等植物可分为五个生活型:

①高位芽植物(Phanerophytes):距地面h>25㎝

②地上芽植物(chamaephytes):0<h<25㎝

③地面芽植物(Hemicryptophytes):h=0 冬季地上部分全部枯死,多为多年生草本植物。

④隐芽植物(Cryptophytes):h<0芽位于较深土层或水中,多地茎类多年生草本植物或水生植物。

⑤一年生植物(Therophytes)以种子越冬。

生活型谱(life form spectrum):统计某一地区或某群落内各类生活型(Ph。,Ch。,H。,Cr。,T。)的数量对比关系所得图表。地区的生活型谱可反映该地区气候特征。群落的生活型谱可反映该群落的生境特点。

每类植物群落都是由几种生活型的植物所组成,但常有一种生活型占优势。高位芽植物占优势是温暖、潮湿气候地区群落的特征,如热带雨林群落;地面芽植物占优势的群落,反映了该群落环境具有较长的严寒季节,如温带针叶林、落叶林群落;地上芽植物占优势,反映了该环境比较湿冷,如长白山寒温带暗针叶林;一年生植物占优势则是干旱气候的荒漠和草原地区群落的特征,如东北温带草原。

⒉3空间格局(Spatial patterns)

Ⅰ垂直分层(Vertical stratification)

群落的垂直结构,指群落的分层现象(stratification),这主要取决于植物生活型。植物群落的分层与光的利用有关,水生群落的分层主要取决于水中的透光情况、水温和溶解氧的含量等是为了更有利地利用资源、环境、空间。

森林群落:水生群落:

乔木层(the canopy) 漂浮动物(neuston)

下木层(the understory tree) 浮游动物(plankton)

灌木层(the shrub layer) 游泳动物(nekton)

草本层(the herb layer) 底栖动物(benthos)

地被层(the forest floor) 附底动物(epifauna)

底内动物(infauna)

Ⅱ水平格局(Horizontal patttern)

主要因内部资源不均形成,受气候、土壤、植物、动物影响。大多数群落,各物种常形成相当高密度集团的斑块状镶嵌。具有:斑块性(Patchness) 镶嵌性(Mossicism)

Eg:泰加林:北方针叶林。树种单一,如大、小兴安岭,长白山。

萨王纳:热带稀树草原。有长颈鹿、狮子、大象等动物。有明显的旱季、雨季。

群落交错区(Ecotone)(生态交错区、生态过渡带)

两个或多个群落之间的过渡区域。如森林草原过渡带,沼泽滩涂。

群落交错区是一个交叉地带或种群竞争的紧张地带。发育完好的群落交错区,可包含相邻两个群落共有的物种以及群落交错区特有的物种(边缘种),交错区一些物种的多样性及种群密度增大,甚至活动强度和竞争力提高的现象叫边缘效应(Edge effect)。例:潮间带(intertidal zone,涨潮的最高潮位和退潮的最低潮位间的海岸)生物抗逆性强,抗干旱抗失水。

⒉4时间格局(temporal patterns)

光、温度和湿度等许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,群落的组成与结构也随时间序列发生有规律的变化。这就是群落的的时间格局。

季相(Seasonal change):随季节交替,群落呈现不同外貌。植物群落如温带草原外貌的四季变化明显;动物群落如鸟类迁徙、变温动物的休眠和苏醒,鱼类的回游等。

昼夜变动(change of day and night):常见水生生物、昆虫等。

⒉5营养结构(Trophic structure)

生态系统中生产者、各级消费者和分解者之间的取食和被取食的关系网络

⑴食物链(food chain)生物群落中由摄食而形成的链状食物关系。能量在食物链的传递表现为单向传导、逐级递减的特点

食物链的长度是有限的,通常只由4~5个环节构成,很少有超过6个环节的。原因:

林德曼效应(Lindeman's Effect):是指n+1营养级所获得的能量占n营养级获得能量之比,相当于同化效率、生产效率和消费效率的乘积,即:

林德曼效率=(n+1)营养级摄取的食物/n营养级摄取的食物

林德曼定律(Lindeman's law)(十分之一定律、百分之十定律):在一个生态系统中,从绿色植物开始的能量流动过程中,后一营养级获得的能量约为前一营养级能量的10%,其余90%的能量因呼吸作用或分解作用而以热能的形式散失,还有小部分未被利用。

⑵成分(components):生产者(Producers),消费者(consumers),分解者(decomposers)。

⑶食物网(Food webs):食物链彼此相互交错连结成的复杂营养关系。

㈢生物多样性(biodiversity)

主要组成:通常包括遗传多样性(genetic diversity)、物种多样性(species diversity)、生态系统多样性(ecosystem diversity)和景观多样性(landscape diversity)四个部分。

⒊1群落的物种组成(Species composition of community)

一个群落中的不同种群在群落中的地位和影响是不同的。优势度(Dominance)是确定物种在群落中生态重要性的指标,优势度大的种就是群落中的优势种。根据物种在群落中的作用、地位分类:

⑴优势种(dominant species)对群落结构和环境形成有明显控制作用的植物,一般个体数量多,生物量大,体积较大。例林冠层的乔木

建群种(constructive species)优势层中的优势种。作用更大,更重要。

在森林群落中,林冠层是优势层,其中的优势种既是优势种,又是建群种;而灌木层中优势种就不是建群种,因为灌木层在森林群落中不是优势层。

⑵亚优势种(subdominant species):数量与作用都仅次于优势种,在决定群落环境方面也起着一定作用的种类。例灌木。

⑶伴生种(Companion species):群落常见种类,量不太多,与优势种相伴存在,但不起主要作用。

⑷偶见种(rare species):在群落中出现频率很低,数量稀少。

关键种(key species):生物量不高,但对维护生物多样性、群落结构与功能、生态系统稳定性方面起着较大的作用的物种,弱消失或削弱会导致其他物种的丧失,引起整个群落和生态系统发生根本性的变化。数量可能不占优势,但作用很大。

判断方法:去除法。

例:巨藻森林中的海獭(关键捕食者;巨藻是巨大蓝棕色草一样的海生植物,根部生长着其他小型海藻,为鱼、海胆等提供栖身之处。海胆是以巨藻为食的动物,海獭捕食海胆。若某处的海獭灭绝,海胆就会把巨藻吃光。最终这片海域变得非常荒凉。一片海獭很少的海域来了新海獭,海獭将大量捕食海胆。而巨藻林会很快恢复原貌,其他藻类鱼类也会重新出现),潮间带的海星(肉食棘皮动物,防腐,再生能力极强)。

外来物种入侵(生物入侵biological invasion、生态入侵):某种外来生物进入新分布区成功定居,并得到迅速扩展蔓延的现象。外来物种入侵会严重破坏生物的多样性。入侵种被引入后,由于其新生环境缺乏能制约其繁殖的自然天敌及其他制约因素,其后果便是迅速蔓延,形成优势种群,竞争有限的食物资源和空间资源,直接导致当地物种的退化,甚至灭绝。植物区系(flora):某一区域内所有植物种类的总和。

⒊2物种多样性的量度(Measures of species diversity)

多样性指数(Diversity index) :主要有Shannon-Wiener(香浓-威纳)指数(H),物种丰度(S)、相对多度(J)

ⅰShannon-Wiener指数(H, H′):H= -∑P i㏑P i