第V部分群落生態(tài)學(xué)

1、第第V部分部分 群落生態(tài)學(xué)群落生態(tài)學(xué)群落群落 (community)：An association of interacting species inhabiting some defined area (指生活在特定區(qū)域里相互作用的種群集合體指生活在特定區(qū)域里相互作用的種群集合體)第第12章章 Species Abundance and Diversity(物種數(shù)量和多樣性物種數(shù)量和多樣性)昆蟲昆蟲細(xì)菌細(xì)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綱蛛形綱線蟲線蟲脊索動(dòng)物脊索動(dòng)物One of pioneers

2、leading biodiversity conservation 12.1 species abundance12.1 species abundance(1) (1) The Lognormal Distribution ( (對(duì)數(shù)正態(tài)分布對(duì)數(shù)正態(tài)分布) )Prestons graph plots log2 of species abundance against the number of species in each abundance interval. (把物種的個(gè)體數(shù)量從少到多分組，如把物種的個(gè)體數(shù)量從少到多分組，如12，24，48，以，以2的倍數(shù)為分組標(biāo)準(zhǔn)（的倍數(shù)為分組標(biāo)準(zhǔn)（

3、log2 N），作為橫坐標(biāo)，各組的物種數(shù)為），作為橫坐標(biāo)，各組的物種數(shù)為縱坐標(biāo)，得到的圖形均為縱坐標(biāo)，得到的圖形均為“鐘形鐘形”曲線，即曲線，即正態(tài)曲線正態(tài)曲線，稱此為，稱此為“對(duì)數(shù)正態(tài)（對(duì)數(shù)正態(tài)（lognormal)”分布分布。Most species are moderately abundant; few are very abundant or extremely are思考題思考題I畫一個(gè)典型的畫一個(gè)典型的“對(duì)數(shù)正態(tài)分布對(duì)數(shù)正態(tài)分布”圖，包括縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)名圖，包括縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)名稱稱2 3 4 5 6 7 8 9 11 （log 2）2 4 8 16 32 64 128 256 5

4、12 1024 （個(gè)體數(shù)）（個(gè)體數(shù)）物種數(shù)物種數(shù)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蓋度蓋度 樣本大小與對(duì)數(shù)正態(tài)分布樣本大小與對(duì)數(shù)正態(tài)分布Why are most of plots not normal (bell-shaped)? 291 species （277 species) sample sizes rare species 12.2 Species

5、Diversity (物種多樣性物種多樣性) (1) species richness 物種豐富度物種豐富度 ，（，（2）species evenness 均勻度均勻度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:物種物種 數(shù)量數(shù)量 比例（比例（pi) loge pi pi loge pi 21 0.84 0.174 0.146 1 0.04 0.312 0.129 1 0.04 0.312 0.129 1 0.04 0.312 0.129 1 0.04 0.312 0.1291合計(jì)合計(jì) 25 1.

7、00 （H） 0.662 5 0.20 1.609 0.322- 5 0.20 1.609 0.322- 5 0.20 1.609 0.322-4 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?（兩個(gè)假想森林的等級(jí)多度曲線兩個(gè)假想森林的等級(jí)多度曲線把物種的把物種的個(gè)體相對(duì)個(gè)體相對(duì)數(shù)量數(shù)量與其與其豐盛度等豐盛度等級(jí)級(jí)（按從多到少的（按從多到少的等級(jí)排列）作圖，等級(jí)排列）作圖，來表示物種多樣性

8、來表示物種多樣性和相對(duì)豐富度，就和相對(duì)豐富度，就得到得到等級(jí)多度曲等級(jí)多度曲線線。該等級(jí)該等級(jí)-多度曲線表明，群落多度曲線表明，群落a中以中以1種樹為優(yōu)勢(shì)，而群落種樹為優(yōu)勢(shì)，而群落b中中的的5種樹各占相等比例種樹各占相等比例豐盛度等級(jí)（從高到低）豐盛度等級(jí)（從高到低）數(shù)量所占比例數(shù)量所占比例較小的斜率表較小的斜率表明均勻度較大明均勻度較大線長度代表豐富度線長度代表豐富度2 2）Rank-Abundance Curve ( (等級(jí)多度曲線）等級(jí)多度曲線）Plot the relative abundance of species against their rank in abundance加利

9、福尼亞海灣兩暗礁魚群落的等級(jí)多度曲線加利福尼亞海灣兩暗礁魚群落的等級(jí)多度曲線葡萄牙北部兩水生棲息地石蛾群落的等級(jí)多度曲線葡萄牙北部兩水生棲息地石蛾群落的等級(jí)多度曲線思考題思考題II1 1 何為物種豐富度和均勻性？何為物種豐富度和均勻性？Shannon-WienerShannon-Wiener指數(shù)指數(shù)由哪幾項(xiàng)組成？豐富度和均勻性是如何影響等級(jí)由哪幾項(xiàng)組成？豐富度和均勻性是如何影響等級(jí)多度曲線的？多度曲線的？12.3 Environmental Complexity 12.3 Environmental Complexity (1) Forest Complex and Bird Species

10、DiversitySpecies diversity is higher in complex environmentsMcArthur studies the relationship between foliage height diversity and the number of bird species。植被高度與鳥種數(shù)植被高度與鳥種數(shù)森林葉多樣性與鳥物種多樣性森林葉多樣性與鳥物種多樣性鳥物種多樣性（鳥物種多樣性（ H）Foliage diversity measure: 3 levels: 0-0.6 m、 0.6-7.6 m, 7.6 m 。13 communities in N

11、orth America.(2) Niches(2) Niches(生態(tài)位生態(tài)位), heterogeneity(), heterogeneity(環(huán)境異質(zhì)性環(huán)境異質(zhì)性), and ), and Diversity of Algae and PlantsDiversity of Algae and Plants（1）水藻和陸生植物的生態(tài)位）水藻和陸生植物的生態(tài)位Tilman（1977）研究了兩種硅藻的競爭，）研究了兩種硅藻的競爭，競爭結(jié)果取決于環(huán)競爭結(jié)果取決于環(huán)境中主要營養(yǎng)元素硅與磷的比值境中主要營養(yǎng)元素硅與磷的比值（圖）。（圖）。Hutchinsons “Paradox of plankto

12、n” : 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一塊舊農(nóng)田（一塊舊農(nóng)田（4761 m4761 m2 2）中氮和土壤水分的空間變化）中氮和土壤水分的空間變化Robertsonteam (1988）measured spatial variation in nitrate (NO3) and soil moisture in an old agricultural

13、 field.非洲加納非洲加納0.1ha0.1ha雨林樣地上植物種數(shù)與土壤肥力雨林樣地上植物種數(shù)與土壤肥力營養(yǎng)與植物和水藻物營養(yǎng)與植物和水藻物種多樣性存在負(fù)相關(guān)種多樣性存在負(fù)相關(guān)關(guān)系關(guān)系(3) Algal and Plant Species Diversity and increased (3) Algal and Plant Species Diversity and increased Nutrient AvailabilityNutrient Availability英國洛桑地區(qū)土壤肥力與植物多樣性英國洛桑地區(qū)土壤肥力與植物多樣性Competition: 營養(yǎng)豐富時(shí)就會(huì)減少限制性營養(yǎng)元素

14、，營養(yǎng)豐富時(shí)就會(huì)減少限制性營養(yǎng)元素，最后，植物或水藻就只競爭唯一的資源光，那些最后，植物或水藻就只競爭唯一的資源光，那些能最有效地利用光的物種占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。能最有效地利用光的物種占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。12.4 Disturbance (12.4 Disturbance (擾動(dòng)擾動(dòng)) and Biodiversity ) and Biodiversity W. Sousa（1984） defined Disturbance as： 一種不連續(xù)的、間斷性的殺死、替代或損害一個(gè)或多個(gè)個(gè)體，一種不連續(xù)的、間斷性的殺死、替代或損害一個(gè)或多個(gè)個(gè)體，從而為新來的個(gè)體或集群的建立創(chuàng)造機(jī)會(huì)的現(xiàn)象。從而為新來的個(gè)體或集群的建

15、立創(chuàng)造機(jī)會(huì)的現(xiàn)象。The Intermediate Disturbance hypothesis: Intermediate levels of disturbance promote higher diversity.（2 2） The Intermediate Disturbance Hypothesis (中度擾動(dòng)假說中度擾動(dòng)假說)J. Connel （1975，1978）預(yù)測，）預(yù)測，中度水平的擾動(dòng)會(huì)促使多中度水平的擾動(dòng)會(huì)促使多樣性提高，而低強(qiáng)度和高強(qiáng)度擾動(dòng)都使多樣性降低。樣性提高，而低強(qiáng)度和高強(qiáng)度擾動(dòng)都使多樣性降低。他認(rèn)為，如果擾動(dòng)頻繁而且強(qiáng)度大，則群落中僅有少數(shù)幾個(gè)他認(rèn)為，如果擾動(dòng)

16、頻繁而且強(qiáng)度大，則群落中僅有少數(shù)幾個(gè)物種能夠完成生活周期；如果擾動(dòng)少而輕，群落則僅限于那物種能夠完成生活周期；如果擾動(dòng)少而輕，群落則僅限于那幾個(gè)最有效的競爭者；但當(dāng)擾動(dòng)適中時(shí)，在擾動(dòng)間隔期間物幾個(gè)最有效的競爭者；但當(dāng)擾動(dòng)適中時(shí)，在擾動(dòng)間隔期間物種有足夠的時(shí)間定居，但不足以發(fā)生競爭性排除。種有足夠的時(shí)間定居，但不足以發(fā)生競爭性排除。中度擾動(dòng)假說中度擾動(dòng)假說（3 3） 潮間帶的擾動(dòng)和多樣性潮間帶的擾動(dòng)和多樣性SousaSousa（19791979）的研究：）的研究：問題問題：潮間帶石頭滾動(dòng)程度與無脊椎動(dòng)物：潮間帶石頭滾動(dòng)程度與無脊椎動(dòng)物多樣性之間的關(guān)系。多樣性之間的關(guān)系。方法方法：根據(jù)風(fēng)浪對(duì)不同大

17、小石頭的推動(dòng)強(qiáng)度（用：根據(jù)風(fēng)浪對(duì)不同大小石頭的推動(dòng)強(qiáng)度（用力力表示）分為三個(gè)擾動(dòng)水平，用照像的方法監(jiān)表示）分為三個(gè)擾動(dòng)水平，用照像的方法監(jiān)測石頭被推動(dòng)的程度：每月照測石頭被推動(dòng)的程度：每月照1次，連續(xù)次，連續(xù)2年。觀察年。觀察石頭上的海藻和無脊椎動(dòng)物數(shù)量。石頭上的海藻和無脊椎動(dòng)物數(shù)量。擾動(dòng)水平與潮間帶石頭上海藻和無脊椎動(dòng)物的多樣性擾動(dòng)水平與潮間帶石頭上海藻和無脊椎動(dòng)物的多樣性（4 4） 溫帶草原的溫帶草原的擾動(dòng)和多樣性擾動(dòng)和多樣性草原鼠的擾動(dòng)與植被的綴塊分布草原鼠的擾動(dòng)與植被的綴塊分布草原鼠的擾動(dòng)和植物多樣性草原鼠的擾動(dòng)和植物多樣性草原鼠的擾動(dòng) 植物多樣性在適中擾動(dòng)水平的地方最大（圖）。植物多

18、樣性在適中擾動(dòng)水平的地方最大（圖）。WHY？ 因?yàn)閿_動(dòng)太大的地方，因?yàn)閿_動(dòng)太大的地方，只有個(gè)別強(qiáng)有利的只有個(gè)別強(qiáng)有利的定殖定殖者者占統(tǒng)治地位；擾動(dòng)太占統(tǒng)治地位；擾動(dòng)太小的地方，較強(qiáng)的小的地方，較強(qiáng)的競爭競爭者者占優(yōu)勢(shì)，排擠了其它占優(yōu)勢(shì)，排擠了其它競爭者；在擾動(dòng)適中的競爭者；在擾動(dòng)適中的地方，競爭者可以共存，地方，競爭者可以共存，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，植物多樣性增高。樣性增高。植物多樣性植物多樣性相反的證據(jù)相反的證據(jù)溪流無脊椎溪流無脊椎動(dòng)物種數(shù)與動(dòng)物種數(shù)與擾動(dòng)程度擾動(dòng)程度草原植物種數(shù)草原植物種數(shù)與火燒頻率與火燒頻率第第12章章 Species Abundance and Diversity(物種數(shù)量和多樣性物種數(shù)量和多樣性)關(guān)鍵概念關(guān)鍵概念Most species are moderately abundant; few are very abundant o