2012-森林动态与生物多样性-博士生

森林动态与生物多样性保育概述中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所臧润国研究生科研工作概述学生的来源与背景上研究生的目标与目的态度决定一切。研究题目的选择：导师、兴趣、基础与条件、学习主要工具性课程文献与理论预备：真正阅读大量相关高水平文献，计划研究对象，形成系统研究思路；开题与讨论；外业与实验计划：相关仪器设备、辅助人员；外业计划修订，系统外业调查与试验（3-12）；数据整理与处理；论文写作：写作计划、第一篇、导师深入修改、写作与系统完善。答辩第一部分个体生态学概述一、几个基本概念生物环境生态学生态学的几个层次生态因子的作用规律：–（1）综合作用；–（2）主导作用；–（3）直接作用与间接作用；–（4）阶段性作用；–（5）不可替代与补偿作用二、森林的能量环境1、光环境与生物的适应：–光强：光饱和点、光补偿点、光合速率–光质：光合有效辐射（PPFD）、可见光、不可见光（红外线、紫外线UV）–光周期：白天与黑夜的相对长短；LDP,SDP–耐荫性：阳性与耐荫植物2、温度环境与生物的适应：–温度三基点–变温与生物的适应–极端温度与生物的长期生存–物候–有效积温三、森林的物质环境1、森林的水分环境–生命的基本介质及水的不同形态；–蒸发散、水分循环、水分平衡与涵养水源作用2、森林的土壤环境–土壤的物理性质与生物–土壤化学性质与生物–土壤的生物性质与生物3、森林的大气环境–大气的成分对生物的影响–大气的运动对生物的影响4、森林的生物环境：植物-动物-微生物第二部分种群与群落生态学概述种群生态学•生活史与性状•生活史对策•能量分配与权衡•种群增长动态•种内关系•种间关系模型种群数量时间指数增长逻辑斯谛增长环境阻力逻辑斯谛增长模型：积分式为：)(KNKrNdtdN/r)-r(t-rt-11eKeKNt外源性种群调节理论强调外因，认为种群数量变动主要是外部因素的作用。该理论又分为非密度制约的气候学派和密度制约的生物学派。（一）外源性种群调节理论（二）内源性种群调节理论内源性种群调节强调种群内部的调节，认为种群内部成员在行为、生理和遗传上的差异，导致了种群数量的变化。包括：行为调节学说和内分泌调节学说R－C－S生活史样式(Grime,1979)三种生活史样式：R(ruderal);C(competition);S(stress)–R(干扰型)：在资源丰富的临时生境中的选择–C(竞争型)：在资源丰富的可预测生境中的选择–S(胁迫忍耐型)：在资源胁迫生境中的选择三种生活史样式与三种可能的资源分配方式相一致–R－选择：主要分配给繁殖–C－选择：主要分配给生长–S－选择：主要分配给维持种内关系一、密度效应二、性别生态学三、社会等级四、领域性五、群聚与分散六、合作行为和利他行为七、通讯八、他感作用种间关系种间关系–指两个或多个不同物种在共同的时间和空间环境中生活，由于不同物种相互成为环境因子，形成了不同物种之间的相互作用主要研究方向–相互动态：相互作用的不同物种的种群动态–协同进化：物种在进化上的相互作用关系类型–种间竞争–捕食作用–寄生和共生超冠层主冠层演替层更新层林下草灌层垂直结构物种组成结构和水平结构群落的常见称呼方法1.根据群落所占的自然生境来命名：如岩壁植被。2.根据群落中的优势种来命名：如马尾松林群落，木荷林群落。3.根据优势种的主要生活型来命名：如亚热带常绿阔叶林群落，草甸沼泽群落。4.根据群落中的特征种来命名：如木荷群丛5.根据群落动态来进行分类和命名，如先锋群落。群落动态§1.动态与演替§2.原生演替和次生演替§3.演替的其他分类§4.演替的顶极概念和理论§5.演替观和演替的机理学说§6.森林的演替单元演替顶级学说单元演替顶级学说（mono-climaxtheory）–由美国的Clements(1916)提出–认为一个气候区中，植物群落演替朝向一个共同的终点，其终点的植物群落是该气候作用下的最中性的稳定群落，称气候顶级群落。–即，一个气候相当一致的区域，最终将有一个连续的和整齐一致的植被普遍地覆盖着。对于一些特殊情况的解释：–亚顶级：到达顶级前的一个相当稳定的阶段。–后顶级：特定气候区域内，因局部气候条件较差而产生的稳定群落。–先顶级：由于局部气候条件较好而产生的较优越气候区的顶级–偏途演替顶级：由于强烈而频繁的干扰而引起的相对稳定的群落多元演替顶极（Poly-climaxtheory）学说英国学者坦斯利提出如果一个群落在某种生境中基本稳定，能自行繁殖并结束它的演替过程，就可看作是顶极群落，而不必汇集于一个共同的气候顶极终点。因此除气候顶极之外，也有土壤顶极，地形顶极，火烧顶极等。我国学者刘慎鄂的观点地带性顶极和非地带性顶极地带性顶极在水平分布上与气候带相适应，成带状分布；非地带性顶极虽然也受大气候的影响，但局部环境条件起决定性作用；有多少个演替系列就有多少个顶极。多元演替顶极学说顶极格式假说顶极格式假说(Climaxpatternhypothesis)由美国Whittaker（1953）提出任何区域的环境因子都是不断变化的，随着环境梯度的变化，各种类型的顶极群落不是截然呈离散状态，而是连续变化的。一个区域的植被形成连续的顶极类型，构成一个顶极群落连续变化的格局。优势顶极＝气候顶极森林在重大干扰后的发育模式StageI:初始发育阶段StageII:竞争排斥阶段StageIII:下层再发育阶段StageIV:老龄林阶段世纪演替(1000a)弃耕地的植物演变一年生杂草多年生杂草灌木早期演替树木晚期演替树木耕地有机体论—整体论——强调环境的作用（观察尺度大，对现象作解释），强调系统的整体特征和综合特征。–主要代表人物是美国生态学家E.P.Odum。–整体论者认为，生态系统演替是有序的，定向的，从而可预见的群落内部控制过程，而且终止于具有内控自调特征的稳定阶段（即顶级）。个体论—简化论——整体等于其组分之和，系统可以简化或分解到组分水平，最终可根据物理或化学原理加以解释。–主要代表人物是美国人H.A.Gleason。–简化论者认为，群落只不过是种群动态的总和，因而它的演替并不是有序的或可预见的。演替的两种哲学观接力植物区系学说(整体论)若干演替系列群落循序渐进逐步取代的过程。包括立地裸化、迁移、定居、竞争、反应、稳定态几个阶段。资源比率学说(整体论)种的竞争力与限制性资源比率相关，演替是通过资源的变化而引起的竞争关系变化实现的，资源改变，群落组成也发生改变。三重机制学说(个体论)Connell&Slayter(1977)–促进模型–抑制模型–忍耐模型现在的证据大多数支持促进模型或抑制模型，或三者的复合C-S-R对策与演替轨迹群落的分类与排序群落的分类，就是对群落按照其属性、数据所反映的相似关系把它们分成组，使组内的成员尽量相似，而不同组的成员尽量相异。群落分类的途径：外貌、区系、演替、优势度、排序、生态系统。。。生态学分类通常以植物群落本身的特征作为分类依据，属于自然分类。排序的类型直接梯度分析–利用环境因素的排序，即以群落生境或其中某一生态因子的变化，排定样地生境的序位，又称直接排序、梯度分析间接梯度分析–用植物群落本身属性排定群落样地的序位，称间接排序、组成分析直接梯度分析Whitaker简单的湿度梯度分析用与坡向垂直设置的样带，将坡向从深谷到南坡分为5级，将样带中的树种分为4等，计算样带的湿度指标，然后在高度对湿度的二维空间中排序。间接梯度分析——主成分分析（PCA）法将一个综合考虑许多性状的问题，在尽量少损失原有信息的前提下，找出少量几个主成分量，然后将各个实体在一个2－3维的空间中表示出来，从而达到直观地排序实体的目的。森林植被的地理分布森林植被分布的驱动因素：温度、水分及二者的组合状况，其它因素：地形、土壤、干扰、土地利用等；森林植被分布的三向地带性：纬度、经度、海拔；世界植被的主要类型及其地理分布规律；中国植被的主要类型及其地理分布规律TundraTemperateBroadleafDeciduousForestTropicalsavannaandgrazersinKenya上屏下屏第三部分生态系统生态学生态系统的基本概念生态系统的组成与结构食物链和食物网营养级和生态金字塔生态效率生态系统的反馈调节能量流动生态系统中的初级生产生态系统中的次级生产生态系统中的分解生态系统中的能量流动食物链类型1）捕食食物链2）碎屑食物链3）寄生食物链狼、狐、雪鸮、贼鸥、隼麝牛、驯鹿、雪兔旅鼠、雷鸟、雁鹬、雀类昆虫植被食物关系能量关系主线物质循环生命与元素物质循环的一般特征全球水循环碳循环氮循环磷循环硫循环TheCarbonCycleTheCarbonCycle929075061×1015gCCarbonaccumulationCO2hasincreasedfromitspre-industrialleveldata:recentrecordsplusolderdatasuchasicecoresmostlyfossilfuelburning第四部分生物多样性保育概述生物多样性的基本概念生物多样性的基本概念：–地球上各种各样的生物；–它们所携带的基因；–以及它们与环境形成的生态复合体的总和。生物多样性的科学研究也从两个方面纵深发展：一是在应用方面，生物多样性伴随着人类活动的几乎各个方面，已成为衡量自然资源经营管理和社会经济是否可持续的重要指标。生物多样性科学也正在不断地被渗入到人类社会经济和资源环境管理的各个学科领域，与这些领域互相交叉渗透，产生了诸多新型的增长点和更加细化的学科方向；二是在生物多样性本身的自然属性方面，近年来已从简单的概念和指标测度向更加深入的层次延伸。涉及到生物多样性的形成、维持、发展和调控等诸多方面，在对生物多样性本身自然属性进行深入探索发现的过程中，使传统的生物学、生理学、群落学等学科重新焕发了活力，也为生物多样性科学发展新的研究领域和延伸方向提供了机会，与此同时，一些较为发展迅速的新型学科，也在不断地与生物多样的相关传统领域进行交叉和渗透，使人们对生物多样性的科学本质逐渐有更加深刻的认识和思考。生物多样性是生物与环境以及生物之间相互作用的产物，在地球表面一定的时空范围内，生物多样性即以特定的表现形式出现，这就是生物多样性的格局：生物多样性在不同的时空尺度下，其格局的表现形式也不同:–如在区域尺度上研究时，生物多样性表现为不同景观类型的复合，在景观尺度上考察时，生物多样性表现为不同生态系统或群落类型的镶嵌-生态系统多样性;–在群落尺度分析时，生物多样性表现为群落内种群之间的相互作用和群落内的斑块组合－物种多样性;–在物种水平上研究时，则可分析不同种群间或种群内不同个体及其携带基因型的差异－遗传多样性。在森林生物多样性保育时，常常要考虑在有限的空间范围内，尽可能保持多个物种的生存和繁衍，这就需要我们了解群落或不同景观斑块内物种的共存和长期维持机制。森林生物多样性与现代林业如森林可持续经营自然保护生物种质资源保存与遗传改良退化森林的恢复与重建森林的效益和生态建设工程的评价等都与生物多样性有密切的关系。了解生物多样性保护的基本原理，对于正确认识现代林业的发展趋势，促进林业的可持续发展，具有重要的意义。生物多样性丧失概况现在是物种大量灭绝的开始阶段；地球上的物种大约90％为陆生的；其中大约80％被认为出现于热带，其中，又有约2/3生活在热带森林；正是这些生物多样性最丰富的热带森林是当今地球上生境损失和破坏最为严重的地区，是生物多样性大量灭绝最为严重的地区；温带地区森林开发较早，破坏更为严重，实际上很多物种或生态系统类型已消失关键区域与热点地区的多样性丧失只在某地区存在而在其它地方没有的种，就是特有物种生物多样性的热点地区（hotspots）热点地区仅占地球面积的0.5％，却拥有世界植物总数