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第 V 部分 群落生态学

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第 V 部分 群落生态学

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  1. 群落 (community):An association of interacting species inhabiting some defined area (指生活在特定区域里相互作用的种群集合体) 第V部分 群落生态学 第12章 Species Abundance and Diversity(物种数量和多样性)

  2. 植物和藻 Species richness of main groups of organisms 病毒 细菌 真菌 线虫 蛛形纲 昆虫 脊索动物

  3. One of pioneers leading biodiversity conservation

  4. Most species are moderately abundant; few are very abundant or extremely are 12.1 species abundance Preston’s graph plots log2 of species abundance against the number of species in each abundance interval. (把物种的个体数量从少到多分组,如1-2,2-4,4-8,以2的倍数为分组标准(log2 N),作为横坐标,各组的物种数为纵坐标,得到的图形均为“钟形”曲线,即正态曲线,称此为“对数正态(lognormal)”分布。 (1) The Lognormal Distribution (对数正态分布)

  5. 思考题I 画一个典型的“对数正态分布”图,包括纵坐标和横坐标名称 物种数 • 2 3 4 5 6 7 8 9 11 (log 2) • 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 (个体数)

  6. Log2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Preston(1962) plotted forest birds in Ohio, USA

  7. 盖度 Whittaker (1964) plotted species abundance of the desert community

  8. Why are most of plots not ‘normal’ (bell-shaped)? (277 species) sample sizes rare species 291 species 样本大小与对数正态分布

  9. 12.2 Species Diversity (物种多样性) (1) species richness 物种丰富度 ,(2)species evenness 均匀度 b 25 trees in 5 species

  10. (1)Measuring Species Diversity ′ Most often used index: Shannon-Wiener Index(H’): pi=the proportion of ith species, s = the number of species ,H’ is lowest at 0 (only 1 species), H’is highest at InS (all species are equal in relative abundance)。

  11. Shannon Evenness Measure, J

  12. H’ in the sample A: • 物种 数量 比例(pi) loge pipiloge 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 -0.129 • 合计 25 1.00 (H’) 0.662 The weakness of index in describing biodiversity? • 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 -0.322 • 5 5 0.20 -1.609 -0.322 • Total 25 1.00 (H’) 1.610 Sample B

  13. 该等级-多度曲线表明,群落a中以1种树为优势,而群落b中的5种树各占相等比例 把物种的个体相对数量与其丰盛度等级(按从多到少的等级排列)作图,来表示物种多样性和相对丰富度,就得到等级-多度曲线。 数量所占比例 较小的斜率表明均匀度较大 线长度代表丰富度 丰盛度等级(从高到低) 两个假想森林的等级-多度曲线

  14. 2)Rank-Abundance Curve (等级-多度曲线) Plot the relative abundance of species against their rankin abundance

  15. 加利福尼亚海湾两暗礁鱼群落的等级-多度曲线加利福尼亚海湾两暗礁鱼群落的等级-多度曲线

  16. 葡萄牙北部两水生栖息地石蛾群落的等级-多度曲线葡萄牙北部两水生栖息地石蛾群落的等级-多度曲线

  17. 思考题II 1 何为物种丰富度和均匀性?Shannon-Wiener指数由哪几项组成?丰富度和均匀性是如何影响等级-多度曲线的?

  18. Species diversity is higher in complex environments 12.3 Environmental Complexity (1) Forest Complex and Bird Species Diversity McArthur studies the relationship between foliage height diversity and the number of bird species。

  19. 植被高度与鸟种数

  20. Foliage diversity measure: 3 levels: 0-0.6 m、 0.6-7.6 m, >7.6 m 。 鸟物种多样性( H’) 13 communities in North America. 森林叶多样性与鸟物种多样性

  21. (2) Niches(生态位), heterogeneity(环境异质性), and Diversity of Algae and Plants (1)水藻和陆生植物的生态位 Hutchinson’s “Paradox of plankton” : why arecommunities of plankton (浮游植物,藻) so diverse in relatively simple environments? Tilman(1977)研究了两种硅藻的竞争,竞争结果取决于环境中主要营养元素硅与磷的比值(图)。

  22. Lake Tahoe, Nevada

  23. (2)Environment Heterogeneity

  24. Robertson’team (1988)measured spatial variation in nitrate (NO3) and soil moisture in an old agricultural field. 一块旧农田(4761 m2)中氮和土壤水分的空间变化

  25. (3) Algal and Plant Species Diversity and increased Nutrient Availability 营养与植物和水藻物种多样性存在负相关关系 非洲加纳0.1ha雨林样地上植物种数与土壤肥力

  26. 英国洛桑地区土壤肥力与植物多样性

  27. Competition: 营养丰富时就会减少限制性营养元素,最后,植物或水藻就只竞争唯一的资源-光,那些能最有效地利用光的物种占绝对优势。

  28. 12.4 Disturbance (扰动) and Biodiversity The Intermediate Disturbance hypothesis:Intermediate levels of disturbance promote higher diversity. W. Sousa(1984) defined Disturbance as: 一种不连续的、间断性的杀死、替代或损害一个或多个个体,从而为新来的个体或集群的建立创造机会的现象。

  29. (2) The Intermediate Disturbance Hypothesis (中度扰动假说) J. Connel (1975,1978)预测,中度水平的扰动会促使多样性提高,而低强度和高强度扰动都使多样性降低。 他认为,如果扰动频繁而且强度大,则群落中仅有少数几个物种能够完成生活周期;如果扰动少而轻,群落则仅限于那几个最有效的竞争者;但当扰动适中时,在扰动间隔期间物种有足够的时间定居,但不足以发生竞争性排除。

  30. 中度扰动假说

  31. Sousa(1979)的研究: 问题:潮间带石头滚动程度与无脊椎动物多样性之间的关系。 (3) 潮间带的扰动和多样性 方法:根据风浪对不同大小石头的推动强度(用‘力’表示)分为三个扰动水平,用照像的方法监测石头被推动的程度:每月照1次,连续2年。观察石头上的海藻和无脊椎动物数量。

  32. 扰动水平与潮间带石头上海藻和无脊椎动物的多样性扰动水平与潮间带石头上海藻和无脊椎动物的多样性

  33. (4) 温带草原的扰动和多样性 草原鼠的扰动与植被的缀块分布

  34. 植物多样性在适中扰动水平的地方最大(图)。WHY?植物多样性在适中扰动水平的地方最大(图)。WHY? 因为扰动太大的地方,只有个别强有利的定殖者占统治地位;扰动太小的地方,较强的竞争者占优势,排挤了其它竞争者;在扰动适中的地方,竞争者可以共存,因而使禾本科、非禾本科植物都存在,植物多样性增高。 植物多样性 草原鼠的扰动 草原鼠的扰动和植物多样性

  35. 相反的证据 溪流无脊椎动物种数与扰动程度 草原植物种数与火烧频率

  36. 第12章 Species Abundance and Diversity(物种数量和多样性) 关键概念 Most species are moderately abundant; few are very abundant or extremely are A combination of the number and their relative abundance defines species diversity Species diversity is higher in complex environments Intermediate levels of distribution promote higher diversity 物种丰富的索诺兰荒漠

  37. 应用与工具:人类对生态系统的扰动 荷兰生态学家发现,荷兰白畺草地的植物种数很高(50种/m2)是由于人类中度扰动促进了植物多样性的增加。 Robbink 和Williems(1987,1991)研究了荷兰的一处草地发现,如果不进行人为干扰(割草),短柄草数量迅速增大,但植物种数迅速下降(图) 人为扰动与白畺草地生物多样性

  38. 当短柄草的覆盖度增加时,物种数量减少。

  39. 思考题 1. 三峡定期冲刷泥沙对下游底栖生物多样性有何影响?如何避免?