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AEFN. 水域生态学概论 An Introduction of Aquatic Ecology. 王 岩 上海水产大学水域生态学与鱼类营养实验室. AEFN. 第五章 水生生物群落. AEFN. 群落的概念. 生物群落 (Community) :特定空间或生境下若干生物种群有规律的组合,它们之间以及它们与环境之间彼此影响,相互作用,具有一定的形态结构与营养结构,执行一定的功能(李博, 1993 )。 1807 年近代植物地理学创始人 Humboldt, A. 首先注意到自然界植物的分布遵循一定的规律而集合成群落;

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Presentation Transcript
an introduction of aquatic ecology

AEFN

水域生态学概论An Introduction of Aquatic Ecology

王 岩

上海水产大学水域生态学与鱼类营养实验室

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AEFN

群落的概念

  • 生物群落(Community):特定空间或生境下若干生物种群有规律的组合,它们之间以及它们与环境之间彼此影响,相互作用,具有一定的形态结构与营养结构,执行一定的功能(李博,1993)。
  • 1807年近代植物地理学创始人Humboldt, A.首先注意到自然界植物的分布遵循一定的规律而集合成群落;
  • 丹麦植物学家Warming Eug.(1909)在其经典著作《植物生态学》中将群落定义为“一定的种所组成的天然群聚”;
  • 德国生物学家Mobius K. (1877)年注意到海底牡蛎种群总是以一定的规律与其它动物生长在一起,将这一有机整体称为生物群落(Biocoenosis);
  • Shelford(1911)将群落定义为“具一致的种类组成且外貌一致的生物聚集体”。
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水生生物群落划分—按生境划分

  • 海洋群落:
    • 大洋群落:
    • 深海群落:
    • 近岸水域群落
  • 湖泊群落:
  • 沿岸带群落 湖沼带群落
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海洋近岸水域生物群落

  • 海草(Sea grass)、沼泽草与红树林系统;
  • 以海藻为基础的系统;
  • 以浮游植物为基础的系统;
  • 珊瑚礁;
  • 河口湾。
  • Nybakken ,1993
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AEFN

红树林和盐沼

  • 红树林:指生长在热带和亚热带潮汐沼泽地的不同树种的生态组合。
  • 盐沼(Salt marshes):温带和亚极地的河口以及有掩护的海岸和海湾特有的植物群丛,通称盐沼。
  • 盐沼是温带的特征,在热带和亚热带,它们被红树林替代 (Chapman, 1975)。

Nybakken ,1993  

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AEFN

群落种类组成的数量特征

  • 密度(density):单位面积上植物株数
  • 盖度(Coverage): Post H V 最先提出此概念,指植物地上部分垂直投影面积占样地面积的百分比。
  • 频度(Frequency):某个物种在调查范围内出现的频率。
  • 群集度(sociality):描述植物在群落中的生长方式。
  • 高度(height)
  • 重量(weight)
  • 体积(volume)
  • 优势度(dominance)和重要值(important value):重要值用以确定优势度

重要值=相对密度+相对频度+相对优势度

  • 综合优势比(SDR):日本学者提出。

李博,1993

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AEFN

群落结构

  • 时间结构:短期:季节变化和物候期

长期:演替

  • 空间结构:水平:镶嵌

垂直:成层

  • 营养结构:

李博,1993

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AEFN

群落结构—空间结构

  • 垂直:成层现象
  • 水平:镶嵌
    • 镶嵌性(mosaic):层片在二维空间中的不均匀配置,使群落在外形上表现为斑块相间,称之为镶嵌性,具有这种特征的群落叫做镶嵌群落。每一个斑块叫做一个小群落,它们彼此组合,形成了群落的镶嵌性,所有相似的小群落的联合叫小群聚。镶嵌可分为融合型(在小群落间无明显的边界)和轮廓型(在小群落间有明显的边界)。
    • 复合体(complex):由于环境条件(主要是地形、水分和土壤条件)在一定空间地段有规律地交替,而使得两个或两个 以上的群落或群落片段多次的、有规律的出现所组成的植被。群落复合体是不同群落之间水平分布格局的一个特征。复合体也可分为两类:融合型(在小群落间无明显的边界)和轮廓型(在小群落间有明显的边界)。

(见李博,1993) 

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AEFN

群落结构—营养结构

  • 食物链:把来自植物的食物能转化为一连串食物重复取食与被取食的有机体,叫做食物链。

牧食链(Grazing circuit):以绿色植物为基础。

腐屑链(Detritus circuit) :以死的有机物基础。

  • 食物网:
  • 营养级:

“引进各种动物如果没有把它们原来自然或人为的控制技巧也引进该地区的话,常常会成为严重的灾难”。

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AEFN

生境和生态位

  • 生境(Habitat):物种在自然界中出现的栖息环境。
  • 生态位(Ecological niche):群落中某个种群的职能(occuption);或某个种的特殊生境。生态位不仅包括生物占有的物理空间,还包括它在群落中的功能作用以及它们在环境条件变化梯度中的位置。 ( Smith,李建东等1988译)
  • “生态学或环境的生态位”是一个物种或亚种的根本分布单元( Grinnell ,1917,1924,1928)。
  • 生态位是群落中某个种占据的地位和职能(occuption)(Elton, 1927) 。
  • 生态位是某个种能够生存的所有机能变量和环境变量的上下极限。( Hutchinson )
  • 生态位与遗传学中的表现型的概念平行(Mac Arthur,1968)
  • 有机体在生态系统中的功能和生境的统一构成其生态位。(Vesilind & Peirce, 1983)
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AEFN

生态位划分

基础生态位:单种存在时,物种所具有的理论上的生态位。

实际生态位:在生物抑制存在下所占有的生态位大小和范围。

( Hutchinson,1965)

基础生态位:单种存在时,物种所具有的潜在生境。

局部生态位:当竞争存在但不充分时,一个物种所占的生境。

实际生态位:是一个物种所占有的生境的实际大小和范围,它是物种和环境相互作用的结果。

(Vandermeer,1972) 见Dawes (厦门大学植物生态学研究室1989译),

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群落格局

  • 格局(Pattern):由于生物在环境中的分布,它们与环境的相互关系的结果所形成的结构(Hutchinson,1965)。
  • 群落格局:生物在现存量中的不同的排列有助于群落格局多样性的形成,例如:

(1)分层格局(垂直分布);

(2)带状格局(水平分布);

(3)活动性格局(周期性);

(4)食物网格局;

(5)生殖格局;

(6)社会格局;

(7)协同活动格局(是竞争、抗生、互利共生等);

(8)随机格局(被任意力量影响的结果)。

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AEFN

边缘效应

  • 关键种:
  • 群落交错区:两个或更多个不同群落之间的过渡区,它是个交叉地带或紧张地带,有着相当于线形的大片地区,但比本身毗连的群落地区要狭窄。在交错区,通常包含各个交迭群落的生物有机体,种的数目和一些种群密度要比相邻群落大。
  • 边缘效应:群落交汇处种的数目和一些种群密度增大变化的趋势。
  • 边缘种:在群落交汇处度过大部分时间,或原发于此的,或数量丰富的有机体。
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AEFN

生物多样性

  • 生物多样性(Bio-diversity):指地球上形形色色的生物体及其所构成的生态综合体。
  • 一般认为生物多样性有三个水平:

遗传多样性:地球上生物个体中所包含的遗传信息总和,或指一个物种内基因和基因型的多样性;

物种多样性:地球上生物种的多样性或物种的丰度;

生态系统多样性:指生物圈内生物群落、生境或生态过程的多样化。

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AEFN

物种多样性

  • 物种多样性(Species diversity) : Fish, R.A.(1947)首次使用多样性名词时,指群落中物种的数目和每一物种的个体数目。
  • 目前物种多样性有三方面含义:

种的数目或丰富度(species richness):指一个群落或生境中物种数目的多寡。

种的均匀度(species evenness):指一个群落或生境中全部物种个体数目的分配情况,反映了种属组成的均匀程度。

种的异质性(species heterogeneity):是上述两种含义的综合,又称总多样性。

  • 物种多样性包括两方面内容:

物种丰富性:

均匀性或均衡性:种间各个体按比例分配。把变异性和均匀性组分结合起来构成完整的多样性指数。

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AEFN

  • 多样性指数
  • 物种多样性指数(Species diversity indices):物种种类数及个体的重要价值(数目、生物量、生产力等等)之间的比例。
  • 辛普森指数(Simpson’s diversity index):

D=1-pi2=1-(Ni/N)2

D变动范围:0-(1-1/S)

  • 香农-威纳指数:(Shannon-Weiner index):

H= -pilog2pi

H变动范围:0-log2S

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AEFN

物种多样性变化趋势

  • 多样性梯度:
    • 从热带到两极,随纬度增加多样性降低。
    • 随海拔升高多样性降低。在海洋或淡水水体中,多样性随深度增加而降低。
  • 决定多样性梯度的因素:
    • 进化时间学说:古老的群落多样性较高。
    • 生态时间学说:物种分布区的扩大需要一定的时间。
    • 空间异质性学说:物理环境越复杂,动植物群落的复杂性越高,多样性越大。
    • 气候稳定学说:气候越稳定,变化越小,动植物的种类越丰富
    • 竞争学说:在气候温和而稳定的地区,生物之间的竞争能够成为进化和生态位分化的主要动力。
    • 捕食学说:捕食导致多样性增加。
    • 生产力学说:群落的生产力越高,物种多样性就越高。李博,1993
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AEFN

群落内的种间关系

  • 种内关系(intraspecific relationship):存在于各个生物种群内部的个体与个体之间的关系。
  • 种间关系(interspecific relationship):生活在同一生境中的所有种群之间的关系。
  • 李博,1993
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AEFN

群落内的种间关系

  • 捕食(Predation):一种以另一种作为食物

同类相残(Cannibalism):是一种颇为特殊的、在种群内或在亲缘种种群之间进行的竞争干涉(Competitive interference)。

  • 竞争(competition):在同一群落中的两个种利用同一资源(如食物和空间),由于资源短缺,或由于相互作用而影响其生长和生存。
  • 共生(symbiosis)或互惠共生(mutualism):两个中之间存在密切、永久和专一联系的状况,这种关系对两个种彼此都有利。
  • 共栖(commensalism):对一种有利而对另一种也无害。
  • 独生(amensalism):指种群独立生活不受影响,并明显地抑制另一个种群。
  • 寄生(parasitism):一种从另一种中得到营养。

群居寄生:寄生物将它的幼体强加给寄主抚育。

Smith (李建东等1988译)

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AEFN

群落内的种间关系—捕食

  • Lotka-Volterra(1925,1928)捕食模型:

对于种群1:dN1/dt=r1N1 (K1-N1-αN2)/ K1

对于种群2:dN2/dt=r2N2 (K2-N2-βN2)/ K2

  • Nicholson-Bailey模型:
  • 功能反应:随着被捕食者密度的变化,每个捕食者可获得被捕食者的数量或速度的变化。
  • 数量反应:随着被捕食者密度的变化,捕食者数量的变化。
  • 综合反应:功能反应和数量反应的综合。
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AEFN

群落内的种间关系—竞争

  • 竞争排斥原理:竞争使亲缘关系密切或其它方面相似的物种之间产生生态分离,所有竞争者不能共存(Hardin, 1960)或称Gause原理。
  • 竞争的结果:(1)稳定;(2)不稳定性;(3)排斥。
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AEFN

群落内的种间关系—竞争

  • 他感作用(Allelopathy): 目前被称为化感作用,是植物界种与种之间相互影响的方式之一。
  • Hiolich(1937)提出Allelopathy这一术语,指由植物体分泌的化学物质对别种或本种发生影响的现象。植物分泌的这种化学物质叫做他感作用物质。
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主要参考书

AEFN

  • 孙儒泳著.1993.普通生态学.人民教育出版社(北京)
  • 李博主编.1993.普通生态学.内蒙古大学出版社(呼和浩特)
  • 尚玉昌编著.2002.普通生态学.北京大学出版社(北京)
  • Odum, E.P(孙儒泳等译).1981.生态学基础.人民教育出版社(北京).
  • Odum, H.T(蒋由绪等译).1993.系统生态学. 科学出版社(北京).
  • 蔡哓明编著.2002.生态系统生态学. 科学出版社(北京).
  • 刘建康主编.1999.高级水生生物学. 科学出版社(北京).
  • 何志辉主编.2000.淡水生态学. 农业出版社(北京).
  • 沈国英、施并章主编.2002.海洋生态学(第二版).海洋出版社(北京).
  • Barnes, R.K.,Mann, K.H.,1980. Fundamentals of Aquatic Ecosystems. Blackwell Science
  • Barnes, R.S.K, Hughes, R. N. 1982. An introduction to marine Ecology. Black Well Scientific Publications
  • Giller, P.S., Hildrew, A.G., Raffaelli, D.G. 1992. Aquatic ecology- Scale, Pattern and Process. The 34th symposium of the British ecological society with the American society of limnology and oceanography. University College, Cork. Published for the British Ecological Society by Blackwell Science.
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Kinne, O. (Edit), 1977. Marine Ecology Vol I Environmental factors. John Wiley &Sons
  • Kinne, O. (Edit), 1976. Marine Ecology Vol III Cultivation Part 1. John Wiley &Sons
  • Kinne, O. (Edit), 1977. Marine Ecology Vol III Cultivation Part 2. John Wiley &Sons
  • Kinne, O. (Edit), 1977. Marine Ecology Vol III Cultivation Part 3. John Wiley &Sons
  • Kinne, O. (Edit), 1982. Marine Ecology Vol V Ocean management Part 1. John Wiley &Sons
  • Mann, K.H. 2000. Ecology of Coastal Waters (2nd Edition) . Blackwell Science.
  • Nybakken, J.W. 1993. Marine Biology:An Ecological Approach (3rd Edition). Harper Collins College Publishers
  • Parsons, T. R., Takahashi, M., Hargrave, B. 1984. Biological Oceanographic Progresses (3rd edition). Pergamon Press
  • Wetzel, R.G. 1983. Limnology (3rd Edition). CBS College Publishing.
  • Vanni M J. 1986. Competition in zooplankton communities:Suppression of small species by Daphnia pulex. Limnol. Oceanogr., 31, 1039-1056.