生态系统多样性及保护

Tuesday,October20,2020-JIANG-1生态系统多样性及保护保护生物学——朱江2011年4月Tuesday,October20,2020-JIANG-2一、生态系统的概念和基本功能二、生态系统的多样性三、生态系统的物种多样性四、生态系统多样性的维持五、生态系统保护的意义和途径生态系统多样性及保护Tuesday,October20,2020-JIANG-3一、生态系统的概念和基本功能（一）生态系统的概念（二）生态系统的结构（三）生态系统的功能（四）生态系统的特征Tuesday,October20,2020-JIANG-4一、生态系统的概念和基本功能（一）生态系统的概念生态系统（Ecosystem）：就是在一定空间中共同栖居着的所有生物（即生物群落）与其环境之间由于不断进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。◆最初由英国生态学家A.G.Tansley提出；◆生态系统主要是功能上的单位，而不是生物学中分类学的单位；◆生态系统是生命系统中重要的组织层次，是现代生态学的基本单元；Tuesday,October20,2020-JIANG-6生态系统的构成：生物群落及其无机环境。一、生态系统的概念和基本功能（二）生态系统的结构生态系统模拟图超级微生物群落Tuesday,October20,2020-JIANG-7能量因子：辐射能、热能、化学能等。物质因子：无机物质（大气、矿物质等）、联系生物和非生物成分的有机物质（蛋白质、糖类、脂类、腐殖质等）。气候：能量因子和物质因子相互作用的产物。无机环境:生产者：能够将太阳能转化为化学能；将简单的无机物质制造成复杂的有机物质。绿色植物、光能自养和化能自养细菌。消费者：不能从无机物质制造有机物质，直接或间接依赖于生产者所制造的有机物。食草动物、食肉动物等。分解者：将复杂的有机物分解为生产者能重新利用的简单化合物，并释放能量。细菌和真菌、一些无脊椎动物。生物群落:Tuesday,October20,2020-JIANG-8一、生态系统的概念和基本功能（三）生态系统的功能生态系统在特定环境中发挥的作用称为生态系统的功能。生态系统具有不断进行着物质循环、能量流动和信息传递，并具有系统自我调节的功能。物质循环：系统内物质通过食物网流动的，是一种循环运动能量流动：是伴随着物质循环进行的，但能量流动是一种单向的过程，最终以热能的形式散失掉。信息传递：生态系统中产生着大量、复杂的信息，进行着不断运送和交流。自我调节：生态系统具有在一定范围内保持系统处于动态平衡的能力。Tuesday,October20,2020-JIANG-9一、生态系统的概念和基本功能（四）生态系统的特征♫结构特征生态系统是生命系统（生物群落）与非生命系统（无机环境）构成的有机整体。♫功能特征生命系统与非生命系统之间进行能量流动和物质循环，从而保持系统的运转，并发挥其正常功能。（生态系统的功能发挥与结构关系密切。结构合理，功能才得以正常发挥，结构最优，功能发挥最隹，二者相统一）♫动态特征生态系统是一个动态系统，都有随时间推移而不断地发生、发展、进化、演化的过程，随昼夜、季节、年份而变化，即生态演替。Tuesday,October20,2020-JIANG-10♫相互作用相互联系特征生态系统各组分之间相互作用，相互联系。某一成分的变化将影响其它成分和整体功能的变化。♫稳定平衡特征生态系统内部各成分间保持一定平衡关系，使系统各成分间处于稳定、持久、物种间相互协调共存的特点。外力干扰在一定限度内，生态系统具有自动较正平衡能力和自我调节机制。♫对外开放特征生态系统是一个开放系统，必需有物质、能量的输入和输出。（如生物地球化学循环），因此，任一生态系统并不是狐立的，从而形成了系统之间的联系性。Tuesday,October20,2020-JIANG-11二、生态系统的多样性（一）生态系统类型划分的依据（二）全球生态系统多样性的概况（三）中国生态系统多样性的概况Tuesday,October20,2020-JIANG-12二、生态系统的多样性（一）生态系统类型划分的依据生态系统多样性：是指生物圈内环境系统、生物系统和生态过称的多样化以及生态系统内环境系统差异、生态过程的多样性。生态系统类型的划分主要依据地理分布、环境水分和热量条件，同时也要考虑动物群落及其作用。采用的标准和分类方法不同，划分的结果也不尽相同。Tuesday,October20,2020-JIANG-13按McNaughton观点分类按人为影响程度分类按利用方式分类按生态系统与外界环境的联系程度来分按系统的能量来源分类常用的分类标准：二、生态系统的多样性Tuesday,October20,2020-JIANG-19（二）全球生态系统多样性概况二、生态系统的多样性热带雨林稀树草原红树林亚热带常绿阔叶林常绿硬叶林除了在极端环境条件下无植物生长外，地球表面的大多数地区都生长着各种不同的植物，它们的有机组合构成了各种各样的群落类型。全球生态系统主要包括：温带落叶阔叶林针叶林温带草原荒漠冻原Tuesday,October20,2020-JIANG-20热带雨林：是现存地球表面物种最丰富、结构最复杂的生态系统。世界上热带雨林可以分为3个区：美洲热带雨林区、印度-马来西亚热带雨林区和非洲热带雨林区。稀树草原：是指热带和亚热带较干旱地区，其中含有散生乔木或灌木的草原生态系统。Tuesday,October20,2020-JIANG-21红树林：是分布在热带和亚热带海滩上的一种单层森林生态系统类型。构成群落的主要是红树科植物。亚热带常绿阔叶林：是分布在亚热带地区的大陆东岸的生态系统。群落层次明显，可分为乔木、灌木和草本3个基本层次。Tuesday,October20,2020-JIANG-22常绿硬叶林：是在夏季炎热干燥、冬季温和湿润的亚热带气候条件下发育而形成的生态系统类型。只分布于地中海沿岸以及纬度在30-40范围内的各大陆西部边缘地区。温带落叶阔叶林：是在温带海洋性气候条件下形成的生态系统类型。夏季盛叶、冬季落叶。Tuesday,October20,2020-JIANG-23针叶林：为寒温带由裸子植物为主组成的地带性森林系统。针叶林的北界也是地球森林带的北方界线。温带草原：为温带气候条件的一种以草本植物为主的群落类型，它是由多年生丛生性禾草本植物占优势构成的草本植物群落。Tuesday,October20,2020-JIANG-24荒漠：是在干燥的大陆气候条件下发育形成的极度耐旱的稀疏植被类型。主要分布于亚热带和温带地区，年均降水小于200mm。冻原：是以低矮灌木、草本植物、苔藓植物和地衣构成的灌木植被或草本植被类型。有极地冻原和高山冻原两种类型。Tuesday,October20,2020-JIANG-25（三）中国生态系统多样性概况森林生态系统热带季雨林、雨林亚热带常绿阔叶林和针叶林暖温带落叶阔叶林和针叶林温带针阔混交林寒温性针叶林草原生态系统温带草原高寒草原荒漠区山地草原荒漠生态系统农田生态系统湿地生态系统湖泊河流沼泽海岸与海洋生态系统海岸滩涂河口湾海岸湿地红树林珊瑚礁海岛大洋二、生态系统的多样性Tuesday,October20,2020-JIANG-26三、生态系统的物种多样性（一）α多样性的测度方法（二）β多样性的测度方法Tuesday,October20,2020-JIANG-27（一）α多样性的测度方法：α多样性反映群落内部物种数和物种相对多度的一个指标，只具有数量特征而无方向性。主要表明群落本身的物种组成和个体数量分布的特征。包括4种含义：物种丰富度指数、物种相对多度模型、物种丰富度与相对多度综合形成的指数、物种均匀度指数。物种丰富度指数物种多样性指数物种均匀度指数群落α多样性测度方法的比较三、生态系统的物种多样性Tuesday,October20,2020-JIANG-28物种丰富度指数：物种丰富度即群落中物种的数目。物种丰富度与样方大小有关，而且二者之间没有确定的函数关系。物种丰富度是物种多样性测度中较为简单且生物学意义显著的指数。实践中，关键环节是样方大小的控制。解决方法：用单位面积的物种数目，即物种密度来测度物种的丰富程度。用一定数量的个体或生物量中的物种数目，即数量丰富度表示。物种丰富度另外一种表示方法：物种数目随样方增大而增大的速率d。a)Gleason(1922)指数：d=S/lnAb)Margalef(1958)指数：d=(S–1)/lnN，等式中：S为物种数目；N为所有物种的个体之和；A为样方面积。Tuesday,October20,2020-JIANG-29物种多样性指数：Simpson指数：又称为优势度指数，是对多样性的反面即集中性的度量。对于稀有种作用较小，而对于普通种作用较大。假设某一群落中有S个物种，共有N个个体，第i种有Ni个个体，抽取2个个体为同一种的概率为：(1)(1)iiNNNN对于一个很大的群落来说，Ni和N是不可知的量，转换得：22(1)(/)(1)iiiNNNPiPiNiNNNNGreenberg(1956)建议D=1-λ，作为多样性的度量。显然，λ和D是有偏的估计量。Tuesday,October20,2020-JIANG-30Shannon-Weaver指数：借用于信息论方法，预测未来事件的不确定性。如果从群落中随机抽取一个个体，它将属于哪个种是不确定的，不确定性大，则多样性就高。21logSiiiHPP式中H为群落的物种多样性指数,Pi为样地中属于种i的个体占全部个体的比例，S为种数。Tuesday,October20,2020-JIANG-31物种均匀度指数：Pielou均匀度指数：群落的实测多样性(H’)与最大多样性(H’max)，即在给物种数S下完全均匀群落的多样性之比率。'max1/log1/1log1loglogHSSSS'max'/JHHlog/logJPiPiSJ的取值范围是0~1。Tuesday,October20,2020-JIANG-32群落α多样性测度方法的比较目前已经提出较多的群落α多样性测度的指数和模型，如何选择合适的具有针对性的方法？参考指标：对数据的应用效果对某些既定标准的符合程度综合多数学者的分析结果Tuesday,October20,2020-JIANG-33β多样性指物种与种的多度沿群落内部或群落间的环境梯度从一个生境到另一生境的变化速率与范围。主要用以表明群落内或群落间环境差异性的大小对物种数和相对多度的影响。也就是说，不同群落或环境梯度上不同点之间的共有种越少，β多样性越大。（二）β多样性的测度方法测度β多样性的意义：指示生境被物种分隔的程度；用来比较不同地段的生境多样性；与α多样性一起构成总体多样性或一定地段的生物差异性。Tuesday,October20,2020-JIANG-34二元属性数据的β多样性测定Whittaker指数(βw)为βw=(S/mα)-1式中：S为所研究系统中记录的物种总数；mα为各样方或样本的平均物种数。如果两个样本A、B物种数分别为a+c和b+c(c为两个样本都出现的物种数)，那么βw=(a+b+c)/[(a+b+2c)/2]-1由式可知，0≤βw≤1，完全相同为0，完全不同为1。Cody指数(βc)为βc=[g(H)+l(H)]/2式中：g(H)是沿生境梯度H增加的物种数，l(H)是沿生境梯度H失去的物种数。Tuesday,October20,2020-JIANG-35相似性系数测度：与群落多样性相反的含义是群落的相似性。Jaccard指数：Cj=j/(a+b-j)Sorenson指数：Cs=2j/(a+b)式中：j为两个群落或样地共有种数，a和b分别为样地A和B的物种数。二元属性数据的β多样性没有考虑每一物种的个体数量或相对多度，仅考虑了群落中的物种数，虽计算简便，易于使用，但势必会高估稀疏种的作用，导致不合理的结