第五章生态系统中生物群落

第五章生态系统中的生物群落第一节生物群落及群落生态学第二节群落的组成第三节群落的结构第四节群落的演替第五节生物多样性与群落稳定性第一节生物群落及群落生态学一、生物群落的基本特征1、定义一定空间和一定生境下具有一定生物种类组成、具有一定结构和功能的生物集合体。2、基本特征（1）具有一定的种类组成（2）具有一定的结构（3）具有一定的动态特征（4）不同物种之间存在相互影响（5）具有一定的分布范围（6）形成一定的群落环境（7）具有特定的群落边界特征二、群落生态学群落生态学研究聚集在一定空间范围内的不同种生物与生物之间、生物个体之间的关系，分析生物群落的组成、特征、结构、机能、分布、演替及群落分类、排序等问题。第二节群落的组成一、群落成员的组成（以植物群落为例）1、优势种在群落中能有效控制能量流动和物质循环并对群落的结构和群落环境的形成具有明显的控制作用的生物种。特征：个体数量多、投影盖度大、生物量高、体积大、生活能力强。2、建群种把优势层中的优势种称为建群种。特征：决定着群落的外貌，而且也控制着群落的生态环境和群落中的其他组成成分。举例：分布在南亚热带的一些马尾松林，其乔木层以马尾松占优势，灌木丛以桃金娘占优势，草本层以芒萁占优势。各层有各自的优势种，其中优势层中的优势种起着构建群落的作用，称为建群种。即马尾松为该群落的建群种。3、亚优势种个体数量与作用都次于优势种，在决定群落性质和控制群落环境方面也起着一定作用的物种。在复层群落中，它通常居于较低的亚层。4、伴生种为群落的常见物种，它与优势种相伴存在，但在决定群落性质和控制群落环境方面不起主要作用。5、偶见种或罕见种是那些在群落中出现频率很低的物种，有些偶见种的出现具有生态指示意义，可能是入侵种，也可能是衰退中的残遗种。6、关键种群落中有些生物种虽然生物量及丰度并不高，但对维护生物多样性、群落的结构、功能、整体性和生态系统稳定性方面起着较大的作用。如果它们消失或削弱，可以导致其他一些物种的丧失，整个生态系统就可能发生根本性的变化，这样的物种称为关键种。图6.4Paine的岩石海岸群落（引自Begonetal.1986）海星荔枝螺石鳖帽贝贻贝藤壶龟足Paine(1969)在一个海湾的岩石潮间带的试验观察表明：赭色豆海星取食石鳖、帽贝、藤壶和龟足，在有海星存在的区域，有30个物种共存，因为它经常取食数量最多的物种。而去除海星的试验区，则藤壶很快成为优势种。一年后藤壶又被贻贝和龟足所排挤，三年后群落中的物种从30个减到8个。因此，海星具有控制群落结构稳定性的能力。海獭海胆褐藻优势种关键种二、物种组成的数量特征1、密度：指单位面积或单位空间内的个体数。2、多度：对物种个体数目多少的一种估测指标。3、盖度：植物地上部分垂直投影面积占样地面积的百分比，即投影盖度。4、频度：某个物种在调查范围内出现的频率。5、高度：常作为测量植物体的一个指标，测量时取其自然高度或绝对高度，藤本植物则测其长度。6、重量：用来衡量种群生物量或现存量多少的指标。7、体积：生物所占空间大小的度量。第三节群落的结构一、群落的水平结构二、群落的垂直结构三、群落的时间结构四、群落的交错区与边缘效应五、岛屿效应六、干扰对群落结构的影响一、群落的水平结构1、定义：是指群落在水平方向上的配置状况或水平格局，生物种群在水平上的镶嵌性，也称作群落的二维结构。例如：斑块状镶嵌2、导致水平结构的复杂性有三方面原因：(1)亲代的扩散分布习性(2)环境异质性(3)种间相互作用的结果例如：陆地群落中植被的水平格局的主要决定因素二、群落的垂直结构主要是指群落成层现象。三、群落的时间结构很多环境因素具有明显的时间节律，如昼夜节律和季节节律，所以群落结构也随时间而有明显的变化，这就是群落的时间结构。浮游动物浮游植物四、群落的交错区与边缘效应1、群落的交错区：两个或多个群落或生态系统之间的过渡区域。2、边缘效应：由于群落交错区生境条件的特殊性、异质性和不稳定性，使得毗邻群落的生物可能聚集在这一生境重叠的交错区域中，不但增大了交错区中物种的多样性和种群密度，而且增大了某些生物种的活动强度和生产力，这一现象称为边缘效应。中国的三大自然区西北干旱区青藏高寒区东部湿润区草原牧区-农牧交错带-农区生态—生产关系模式图农牧交错带待育肥家畜东部农区草原牧区饲草料农副产品深加工产品开拓有用边缘：1、人类生存环境的布置2、城市分布3、农作物间作套种4、桑基渔塘控制有害边缘：1、蝗虫的控制珠江三角洲基塘棉花与草莓套种麦、黑木耳间种农业世遗－－浙江青田稻田养鱼五、岛屿效应1、岛屿的物种数与面积的关系2、MacArthur的平衡说3、岛屿生态与自然保护1、岛屿的物种数与面积的关系岛屿效应：通常认为，岛屿的面积越大，生物种数越多。这是由于面积越大，生境复杂性程度越高，可以有更多的物种生活，这种规律称为“岛屿效应”。2、MacArthur的平衡说岛上无留居种时，任何迁入个体都是新的，因而迁入率高，随着留居种数加大，种的迁入率就下降；灭亡率则相反，留居种数越多，灭亡率也越高。迁入率曲线和灭亡曲线交叉点即为该岛上预测的物种数。根据平衡说，可预测下列四点：(1)岛屿上的物种数不随时间而变化；(2)这是一种动态平衡，即灭亡种不断地被新迁入的种所代替；(3)大岛比小岛能“供养”更多的种；(4)随岛距大陆的距离由近到远，平衡点的种数逐渐降低。岛屿生物地理学的平衡模型出现的物种数迁入率或灭绝率出现在平衡点处的物种数迁入的新物种随着岛屿物种数的增加，新物种的迁入率减少与此同时，随着岛屿上出现的物种数增加，物种的灭绝率上升物种灭绝物种库中的总物种数●●3、岛屿生态与自然保护在同样面积下，一个大保护区好，还是若干小保护区好，这决定于下列情况：(1)若每一小保护区内都是相同的一些种，那么大保护区能支持更多的种；(2)从传播流行病而言，隔离的小保护区有更好的防止传播作用;(3)如果在一个相当异质的区域中建立保护区，多个小保护区能提高空间的异质性，有利于保护物种多样性；(4)对密度低、增长率慢的大型动物，为了保护其遗传性，较大的保护区是必需的。保护区过小，种群数量过低，可能由于近交使遗传特征退化，也易于因遗传漂变而丢失优良物种的特征；(5)在各个小保护区之间的“通道”或走廊，对于保护是很有帮助的，它能减小被灭亡的风险，细长的保护区，有利于迁入。在那些有魔力的岛屿上加里曼丹岛(面积：73.4万km2)所属国：印度尼西亚、马来西亚、文莱是世界第三大岛，单位面积里能找到的植物种类比世界上其它任何地方都多，超过了非洲和美洲的热带雨林，森林中的树木也比非洲和美洲的热带雨林更加高大。这里的热带雨林以龙脑香科植物为特征，其中最高的龙脑香科植物可以高达80米，是最高大的热带雨林植物。龙脑香科植物在世界上有将近400种，其中加里曼丹岛种类最多，超过100种。加里曼丹岛和苏门达腊岛的猩猩是世界上最大的食果动物和树栖动物，各种长臂猿则是树上最敏捷的运动健将。龙脑香（DipterocarpustubinatusGaertn.f.）加里曼丹岛的长鼻猴苏拉威西岛(面积：17.94万km2)所属国：印度尼西亚苏拉威西岛同时拥有原始的有袋类的袋貂和先进的灵长类的几种猕猴，而岛上更出名的珍贵物种有长着奇特獠牙的鹿豚和个体十分矮小的倭水牛。在密林中则能看到世界上种类最多的鼯鼠、独特的鼯猴、飞蜥、飞壁虎、飞蛇和飞蛙等轻松地从一棵树转移到另一棵树。在苏拉威西岛上生活着全世界公认最美丽的蝴蝶。袋貂鼯猴鹿猪的相貌奇特。它有鹿一样的角、耳朵和尾巴，身体却是猪的模样。鹿猪对人类来说是个谜。它出没于亚洲、澳大利亚交界的林带，是苏拉威西岛独有的动物。鹿猪做为群居动物，每个群体有2到5只。在茂密的森林里，它们的行踪很难被发现。鹿猪胆小如鼠，警觉性很高，哪怕最轻微的响动也会使它们溜之大吉。二十世纪初，鹿猪还遍布苏拉威西全岛。而现在估计只有4千头还栖息在一小片雨林里。随着人们对森林的开发，丛林已经日益稀少。鹿猪在野外的生存变得困难重重。倭水牛，是牛族中体形最小的，体重150~300千克。飞蜥飞蛇飞蛙马达加斯加岛(62万km2)所属国：马达加斯加由于地形上的封闭，马达加斯加岛得天独厚地孕育了许许多多的特有动植物与海洋生物，其中爬虫类就占有将近270种，有90种左右是岛上所特有的。仅生活在马达加斯加岛上的蛇类就有60种之多，分布在全岛各地，而且全部是没有毒性的蛇类。在马达加斯加岛上还拥有世界上最奇怪的食肉目哺乳动物——狐猴。相比于大猩猩而言，狐猴与人类的亲缘关系其实更近，狐猴属于原猴类，是一种低等猴子，其家族中最为人所知的当属节尾狐猴。马达加斯加岛(62万km2)所属国：马达加斯加无尾猬是同类古老哺乳动物中仅存下来的最后一种活标本。马达加斯加岛与世隔绝的环境，成了幸存的无尾猬的家园。无尾猬天生不适于爬行，却生来能预防不测。事实上，它身上的刺可以防御跌落下来时不堪设想的后果。指猴原本也是马达加斯加岛上一种非常厉害的动物，恼怒时会发出金属刮玻璃似的难听的声音，谁敢侵犯它们定会遭到强烈反击。指猴只爱吃昆虫的幼虫、小甲虫，特别是蛀干害虫，其习性颇似树木医生——啄木鸟。但由于生态环境遭到破坏，指猴已于20世纪60年代野生灭绝。无尾猬马达加斯加岛是狐猴的乐园非洲马达加斯加岛的环尾狐猴喜欢全家在一起玩耍，享受“天伦之乐”马达加斯加岛神秘动物Fossa由于马达加斯加岛的森林限制，fossa是岛屿上最大的野兽。它的身体长度可到达61-76厘米，尾巴大约66厘米。fossa有一条很长的尾巴，这样可以保持它在树上行动敏捷和平衡。这块陆地约在1.5亿年前从非洲和南美洲分离出来，它承载了大量的原始动植物。早期的食肉动物、灵长类动物和其它的哺乳动物漂浮在树木上到达这块陆地，在几乎隔绝的状态进化和发展直到现在。大约2000年前第一批探险者到达马达加斯加，他们看到了三米高的已不能飞行的鸟和猩猩般大小的狐猴。在人类到达之后这些巨型动物种类开始灭绝，皮姆说：“我们现在看到的只是这些千奇百怪的迷人动物中所剩下的少数而已。”科隆群岛(8000平方公里)所属国：厄瓜多尔科隆群岛距南美海岸966公里，是一群火山岛，由7个大岛、100多个小岛组成，是世界著名的“具有独特生态系统”的岛屿。岛上多高山峻岭，许多地方怪石嶙峋，因此，初发现这个群岛时，称它为“斯坎塔达斯岛”（西班牙语为“魔鬼岛”）。在科隆群岛上生存有许多很大的乌龟，所以后来又称它为“加拉帕戈斯群岛”（巨龟之岛）。厄瓜多尔统治这些岛后，将其改名为“科隆群岛”。岛上植物有700多种，其中250种是特有种。沿岸干旱低地疏落分布着仙人掌和灌木丛，高地生长着羊齿类植物和禾本科草类，介于低地和高地之间地区则覆盖着森林。动物约有700种，鸟类80种,昆虫众多。科隆群岛虽位于太平洋东部的赤道上，但气候凉爽干燥，草木茂盛，四周被汪洋大海阻隔，多少年来，这个群岛形成了一个特有的生态环境。据专家考察，在这个群岛上，生活着七百多种地面动物，八十多种鸟类和许多昆虫，其中以巨龟和大蜥蜴闻名世界，甚至海狮、海豹、企鹅等寒带动物也常在这里的海边出现。据气候学家分析，科隆群岛所以有如此奇特的景观，主要是秘鲁寒流影响的结果。秘鲁寒流把南极洲附近的冰水源源不断地向北方赤道方向输送，而科隆群岛正好处在秘鲁寒流前进的道路上，这样，科隆群岛受到强大的寒流影响，从而成为赤道上的寒冷岛。由于岛上生活着世界少见的珍奇动物，1978年被联合国教科文组织宣布为“人类自然财产保护区”，被称为“世界最大的自然博物馆”。科隆群岛(8000平方公里)所属国：厄瓜多尔科隆群岛企鹅科隆群岛上有巨龟和大蜥蜴六、干扰对群落结构的影响1、干扰：指平静的中断，正常过程的打扰或妨碍。2.主要包括：自然界的干扰（如风浪、雷电、地震、冰块袭击等）群落成员的干扰（如动物对底泥的挖掘、“翻耕”）人类的干扰（如农业、林业、狩猎、施肥、采捕、污染）……3、中度干扰假说——T.W.Connell中等程度的干扰水平能维持高多样性，其理由是：(1)在一次干扰后少数先锋种入侵缺口，如果干扰频繁，则先锋种不能发展到演替中期，因