园林植物种群与群落课件.pptx

1、一、植物种群一、植物种群 1、种群的概念种群是指特定空间内能自由交配、繁殖后代的同种生物个体的集合。2、自然种群具有三个特征：（1）空间特征：种群具有一定的分布区域和分存形式。（2）数量特征：每单位面积（或空间）上的个体数量（即密度）将随时间而发生变动。（3）遗传特征：种群具有一定的基因组成，即系一个基因库，以区别于其它物种，但基因组成同样是处于变动之中的。3、种群生物学与种群生态学、种群生物学与种群生态学种群生物学（种群生物学（population biology）：研究种群）：研究种群的结构、形成、发展和运动变化过程规律的科的结构、形成、发展和运动变化过程规律的科学。最主要组成部分是种群遗

2、传学和种群生态学。最主要组成部分是种群遗传学和种群生态学。学。种群遗传学（种群遗传学（population genetics）：研究）：研究种群的遗传过程。种群的遗传过程。种群生态学（种群生态学（population ecology）：研究种）：研究种群内各成员之间、它们与其他种群成员之间、群内各成员之间、它们与其他种群成员之间、以及它们与周围环境中的生物和非生物因素之以及它们与周围环境中的生物和非生物因素之间的相互关系。间的相互关系。二、种群的一般特征：二、种群的一般特征：1、种群的大小和密度（size&density）:（种群数量）(1)定义种群大小指该种群所包含的个体数目的多少。（绝对量

3、）种群密度是指单位空间内个体数目或生物量。（相对量）（2）密度的类型：天然密度：单位空间的生物数量（粗密度crude density）生态密度：单位栖息空间内生物的数量（特定密度或经济密度，specific,economic density）2、出生率、出生率出生率：种群产生新个体占总个体数的比率。出生率常分为：最大出生率（naximum natlity）实际出生率(realized natality)最大出生率：是在理想条件下即无任何生态因子限制，繁殖只受生理因素所限制产生新个体的理论上最大数量。实际出生率：表示种群在某个真实的或特定的环境条件下的增长。它随种群的组成和大小，物理环境条件而变

4、化的。3、死亡率、死亡率死亡率：是种群中单位时间内死亡个体数占总个体数的比率。或在一定时间内死亡个体的数量除以该时间段内种群的平均大小。4、存活率、存活率存活率:（survivorship）是在一定时间段内存活的个体数除以种群最初个体数。存活个体的数目通常比死亡个体的数目更有意义。生命期望:就是种群中某一特定年龄的个体在未来能存活的平均年数。对一个特定的种群，存活数据通常以存活曲线（survivorship Curve）表示。存活曲线:以对数的形式表示在每一生活阶段存活个体的比率。5、迁入和迁出（immigration&emigration）：迁入（immxigration）和迁出(emigr

5、ation)也是种群变动的两个主要因子，它描述各地方种群之间进行基因交流的生态过程。由于种群间的界限常不明确，研究迁入和迁出的空间变化过程很困难，目前，这类研究常采用遥测技术。迁入率：进入当前种群领地的同种个体占总个体数的比率为迁入率。迁出率：离开当前种群所在区域的个体占总个体数的比率为迁出率。6、种群的性比（sex ratio）：性比（Sex ratio）:种群中雄性个体和雌性个体数目的比例。或性比是反映种群中雄性个体（）和雌性个体（）比例的参数。7、年龄结构(age structure)：(1)定义：年龄结构是指种群中各个年龄级个体数的分布情况，也称年龄分布和年龄组成(age distri

6、bution or composition)。(2)年龄结构的表示法：年龄比例（age ratio）：种群中各年龄级的个体数占种群个体总数的比例。年龄金字塔(age pyramid)：按年龄级由小到大的顺序，将各龄级个体数或年龄比例用图形表示。三、种群的数量及其动态三、种群的数量及其动态 1、生命表和存活曲线(life table&survivorship)：1）生命表：描述种群死亡过程的表格。是分析种群动态的有效工具。编制方法：首先划分年龄阶段，记录各年龄级开始时的种群数量，直至该群动物全部死亡，最后据此计算各年龄级死亡率、存活分数、平均寿命等。2）生命表的类型：动态生命表：记录同一时间出生

7、的种群存活（死亡）过程的生命表。个体经历了相同的环境条件。适于寿命较短的种群。又称同生群（cohort）生命表，特定年龄生命表，水平生命表。静态生命表：根据某一特定时间对某一种群进行年龄结构的调查所编制的生命表。各年龄的个体经历了不同的环境条件。适于稳定的种群和寿命较长的动物。特定时间生命表，垂直生命表。3）存活曲线(Survival curve)存活曲线是以时间间隔为横坐标，以相应的存活个体数或存活率为纵坐标所作的曲线图。不同生物种群的存活曲线可以分为三种类型：A型：凸型存活曲线，种群接近生理寿命之前，死亡率一直很低，直到生命末期死亡率才迅速上升。如人类和大型兽类。B型：对角线型存活曲线，种

8、群下降速率（死亡率）各时期相等。如许多鸟类。C型：凹型存活曲线，早期死亡率高，以后死亡率很低并稳定。如鱼类、很多无脊椎动物等 2、种群的内禀增长率、种群的内禀增长率（instrinsic growth rate）1.概念：内禀增长率是指在理想条件（无限制因子）下的种群增长率，用rm表示。它充分表现了种群最大潜在生殖能力。又称生物潜能或生殖潜能。rm与实际增长率（r）之差被称为环境阻力。3、种群的增长模型：、种群的增长模型：逻辑斯谛增长又称自我抑制性方程逻辑斯谛增长又称自我抑制性方程（1）逻辑斯谛增长的条件和模型：条件（假定）：A.种群增长有一个环境条件所允许的最大值，称为环境容量或承载力（ca

9、rrying capacity），记作K。当种群大小增至K时，种群不再增长。1.开始期，由于种群个体数很少，密度增长缓慢，又称潜伏期。2.加速期，随个体数增加，密度增长加快。3.转折期，当个体数达到饱和密度一半（K/2),密度增长最快。4.减速期，个体数超过密度一半（K/2)后，增长变慢。5.饱和期，种群个体数达到K值而饱和。B.随着种群密度上升，种群增长率逐渐按比例降低，即每增加一个个体的影响是1/K（种群增长受密度的制约）。据此，种群增长曲线为“S”型。模型：dN/dt=rN(K-N)/K)该模型的积分式为：Nt=K/(1+e-rt)=K/(1+e-r(t-/r)当NK时，逻辑斯蒂系数是负

10、值，种群数量下降当NK时，逻辑斯蒂系数是正值，种群数量上升当N=K时，逻辑斯蒂系数等于零，种群数量不变（N表示种群大小，K表示环境容纳量或种群的稳定平衡密度4、种群的空间分布、种群的空间分布 空间格局指种群内个体的空间分布状况，又称为种群的分布（格局）。1）分布的类型：分布格局可以分为以下三种类型：随机分布（random dispersion）：每一个体在种群领域中各个点上出现的机会相等。如面粉中的黄粉虫。在资源和空间充足、较均匀时常呈此分布。均匀分布（uniform dispersion）：个体之间保持相近的距离。如人工林，海岸悬崖上的海鸥巢。这种分布要求空间资源均匀，再加上人为影响、虫害或

11、种内斗争等而引起。集中分布（aggregated dispersion）(成群分布)：个体的分布呈密集的斑块。自然界中大多数种群呈此分布。四、植物种群的种内关系与种间关系四、植物种群的种内关系与种间关系1、种内关系、种内关系种内关系：种群内部个体与个体之间的关系（1）最后产量恒值法则：在一定范围内，当条件相同时，不管一个种群的密度如何，最后产量差不多总是一样的。Donald研究不同密度三叶草的产量（植株干重），在发育过程中（62，131天），产量与密度正相关，发育末期（181天）产量与密度无关。c=w d c为总产量#，常数；w为平均每株重量；d密度 (#这里的总产量指整株，而非种子或其它食用

12、部分)（2）高密度导致种群“自疏”定律2、种间关系、种间关系种间关系：同一生境中不同种群之间的关系1）竞争（competition）竞争：具有相似要求的物种（种群）（两种或多种）为了争夺空间和资源，相互抑制，给对方带来不利影响，被称为竞争。种间竞争结果有两个：（1）一个种群被另一个种群完全排挤掉；（2）一个种群迫使另一种群：占有不同的空间（空间分隔）；食性特化；其他生态习性分化，如时间分隔等。2）高斯假说（Gause hypothesis）生态习性相近（食物、利用资源的方式等相同）的两个不同种群不能在同一地区长期共存。即生态位相同的两个种群不能永久共存。这一假说被称为高斯假说，又称为竞争排斥原

13、理（competitive exclusion principle）3）他感作用（Allelopathy）偏害作用（Amensalism）他感作用指某些植物能分泌一些有害化学物质，对别种生物发生影响的现象。又称异种抑制作用。植物的分泌物在种间竞争中具有重要作用，他感作用是保证种群生存和繁衍的重要手段之一。黑核桃,氢化核桃酮,树下几乎没有草本植物的原因 植物排出分泌物的方式或途径：（1）挥发；（2）淋溶；（3）根的直接分泌。4）寄生（Parasitism）寄生：是指一种生物（寄生者）摄取另一种生物（宿主）的体液、组织或已消化物质、而维持生活的现象。5）共生（Symbiosis）共生这个术语广义地

14、可以理解为共同生活，包括互利共生（共生）、偏利共生（共栖）、甚至寄生等。这与传统解说相矛盾，所以我们应尽量避免使用共生，或将共生只理解为互利共生。互利共生（mutualism）：指对双方都有利的共同生活现象。抗生素,共生细菌 6）协同进化（coevolution）协同进化是指物种A的性状作为对物种B性状的反应而进化，物种B这一性状本身又是作为对物种A性状的反应而进化。例如一种植物由于食草昆虫所施加的压力而发生遗传变化，这种变化又导致昆虫发生遗传性变化。协同进化还在竞争物种间和共生物种间存在。进化过程中相互作用的物种间都向着适应统一的方向发展。一、植物群落及其基本特征一、植物群落及其基本特征1、

15、生物群落的定义 生物群落可定义为特定空间或特定生境下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。也可以说，一个生态系统中具生命的部分即生物群落。2、群落的基本特征 1）具有一定的种类组成 2）不同物种之间的相互影响 3）形成群落环境 4）具有一定的结构 5）一定的动态特征 6）一定的分布范围 7）群落的边界特征二、植物群落的组成与结构二、植物群落的组成与结构1、种类组成的性质分析 1）优势种和建群种 对群落的结构和群落环境的形成有明显控制作用的植物种称为优势种(dominant species)；乔木层的优势种，即优势层的优

16、势种常称为建群种(constructive species)。2）亚优势种(subdominant)指个体数量与作用都次于优势种，但在决定群落性质和控制群落环境方面仍起着一定作用的植物种。3）伴生种(companion species)伴生种为群落的常见种类，它与优势种相伴存在，但不起主要作用。4）偶见种或罕见种(rarespecies)偶见种是那些在群落中出现频率很低的种类，多半是由于种群本身数量稀少的缘故。2、种类组成的数量特征、种类组成的数量特征 有了所研究群落的完整的生物名录，只能说明群落中有哪些物种，想进一步说明群落特征，还必须研究不同种的数量关系。对种类组成进行数量分析，是近代群落

17、分析技术的基础。1）种的个体数量（1）多度(abundance)多度是对物种个体数目多少的一种估测指标，多用于群落野外调查,用极多、很多、多、尚多、少、极少,单株单株。（2）密度(density)指单位面积或单位空间内的个体数。一般对乔木，灌木和丛生草本以植株或株丛计数，根茎植物以地上枝条计数。样地内某一物种的个体数占全部物种个体数的百分比称做相对密度(relativedensity)。某一物种的密度占群落中密度最高的物种密度的百分比称为密度比(density ratio)。（3）盖度(cover degree，或coverage)是指植物的地上部分垂直投影面积占样地面积的百分比,即投影盖度。

18、后来又出现了“基盖度”的概念，即植物基部的覆盖面积。对于草原群落，常以离地面1英寸(2.54cm)高度的断面计算；对森林群落，则以树木胸高(1.3m处)断面积计算。基盖度也称真盖度。投影盖度:植物地上器官垂直投影所覆盖土地的面积;基部盖度:植物基部实际占的面积;多用于森林群落多用于草本群落乔木的基盖度特称为显著度(dominant)。盖度可分为种盖度(分盖度)，层盖度(种组盖度)、总盖度(群落盖度)。林业上常用郁闭度来表示林木层的盖度。通常，分盖度或层盖度之和大于总盖度。群落中某一物种的分盖度占所有分盖度之和的百分比，即相对盖度。某一物种的盖度占盖度最大物种的盖度的百分比称为盖度比(cover

19、 ratio)。（4）频度频度(frequency)即某个物种在调查范围内出现的频率。常按包含该种个体的样方数占全部样方数的百分比采计算，即：频度=某物种出现的样方数样方总数100 除此之外，还有高度、重量、体积等指标。相对频度（相对频度（RFRF）：某种群的频度与样地中全部种类的频度总和之比值。2）综合数量指标（1）优势度(dominance)优势度用以表示一个种在群落中的地位与作用。（2）重要值(important value)也是用来表示某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标，因为它简单、明确，所以在近些年来得到普遍采用。计算的公式如下：重要值(I.V.)=相对密度十相对频度十相对优势

20、度(相对基盖度或其他)上式用于草原群落时，相对优势度可用相对盖度代替：重要值=相对密度十相对频度十相对盖度 3、群落的结构、群落的结构1）群落的结构单元 群落空间结构决定于两个要素，即群落中各物种的生活型及相同生活型的物种所组成的层片(synusia)，它们可看做群落的结构单元。生物群落空间形态结构的分化有利于资源的利用。生活型(life form)生活型是生物对外界环境适应的外部表现形式，同一生活型的生物，不但体态相似，而且在适应特点上也是相似的。2）群落的垂直结构 群落的垂直结构，主要指群落分层现象。陆地群落的分层，与光的利用有关。森林群落的林冠层吸收了大部分光辐射，往下光照强度渐减，并依

21、次发展为林冠层，下木层，灌木层，草本层和地被层等层次。3）群落的水平结构）群落的水平结构 群落的水平结构是指群落的配置状况或水平格局，有人称之为群落的二维结构。关于种在群落中的分布格局已在种群部分介绍，这里重点谈谈群落的镶嵌性与复合体。镶嵌性(mosaic)两个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，我们称之为镶嵌性，具有这种特征的植物群落叫做镶嵌群落。每一个斑块就是一个小群落，它们彼此组合，形成了群落的镶嵌性。群落内部环境因子的不均匀性，例如小地形和微地形的变化，土壤湿度和盐渍化程度的差异以及人与动物的影响，是群落镶嵌性的主要原因。4）群落的外貌和季相 群落的外貌决定于群

22、落的种类组成和层片结构。随着气候季节性交替，群落呈现不同的外貌，这就是季相。温热地区四季分明，群落的季相变化十分显著，如在温带草原群落中，一年可有四或五个季相。5）群落交错区与边缘效应 群落交错区(ecotone)又称生态交错区或生态过渡带，是两个或多个群落之间(或生态地带之间)的过渡区域。4、种的多样性、种的多样性 生物多样性可定义为“生物中的多样化和变异性及物种生境的生态复杂性”。它包括植物、动物和微生物的所有种及其组成的群落和生态系统。生物多样性一般有三个水平，即遗传多样性，指地球上生物个体中所包含的遗传信息之总和；物种多物种多样性样性，指地球上生物有机体的多样化，包括种的丰富度和种的均

23、匀度；生态系统多样性，涉及的是生物圈中生物群落、生境与生态过程的多样化。本节从群落特征角度，讨论物种的多样性。多样性的测定 测定多样性的公式很多，我们这里仅选取其中几种有代表性的作一说明。（1）丰富度指数 由于群落中物种的总数与样本含量有关，所以这类指数应限定为可比较的。生态学上用过的丰富度指数很多，现举几例。a.Gleason格利森(1922)指数：式中A为单位面积，S为群落中物种数目。bMargalef马加莱夫(1951，1957，1958)指数：式中S为群落中的总种数，N为观察到的个体总数(随样本大小而增减)。除此外还有辛普森指数和香浓维纳指数三、植物群落的动态三、植物群落的动态动态(d

24、ynamics)一词包含的意义十分广泛，按我们的理解，生物群落的动态至少应包括三方的内容：群落的内部动态(包括季节变化与年际间化)；群落的演替；地球上生物群落进化。这里着重谈前两个问题。1、生物群落的季节动态、生物群落的季节动态 环境条件(特别是气候)周期性变化引起生物群落的季节变化，并与生物种的生活周期关联。群落的季节动态是群落本身内部的变化，并不影响整个群落的性质，有人称此为群落的内部动态。在中纬度及高纬度地区，气候的四季分明，群落的季节变化也最明显。持续时间持续时间变化类型举例变化类型举例天天蒸腾作用，光合作用等植物生理过程蒸腾作用，光合作用等植物生理过程年年植物生长的季节动态植物生长的

25、季节动态几年几年植物生产力的波动植物生产力的波动十年到百十年到百年年群落演替群落演替百年到千百年到千年年气候变化引起的生物地带界限的移动气候变化引起的生物地带界限的移动万年到亿万年到亿年年群落的演化群落的演化2、生物群落的年变化、生物群落的年变化 在不同年度之间，生物群落常有明显的变动。这种变动也限于群落内部的变化，不产生群落的更替现象，一般称为波动(fluctuation)。群落的波动多数是由群落所在地区气候条件的不规则变动引起的，其特点是群落区系成份的相对稳定性，群落数量特征变化的不定性以及变化的可逆性。3、生物群落的演替、生物群落的演替 1)演替的概念 生物群落演替(succession

26、)，就是指某一地段上一种生物群落被另一种生物群落所取代的过程。动态动态(dynamic)稀疏草地稀疏草地草丛草丛顶级群落顶级群落定居定居 竞争竞争2)演替的基本类型可以分为：(1)世纪演替 延续时间相当长久，一般以地质年代计算。常伴随气候的历史变迁或地貌的大规模改造而发生（冰川）。(2)长期演替 延续达几十年，有时达几百年，云杉林被采伐后的恢复演替可作为长期演替的实例。(3)快速演替 延续几年或十几年。侵入侵入按演替发生的起始条件划分可以分为：按演替发生的起始条件划分可以分为：(1)原生演替(primary succession)开始于原生裸地或原生芜原(完全没有植被并且也没有任何植物繁殖体存

27、在的襻露地段)上的群落演替。(2)次生演替(secondary succession)开始于次生裸地或次生芜原(不存在植被，但在土壤或基质中保留有植物繁殖体的裸地)上的群落演替。举例举例2：从裸岩演替到从裸岩演替到森林森林苔藓苔藓植物植物草本植物草本植物 群落群落灌木灌木群落群落乔木群落乔木群落地衣植地衣植物群落物群落按基质的性质划分可分为：（1）水生演替（hydrorarch succession）演替开始于水生环境中，但一般都发展到陆地群落。如淡水湖或池塘中水生群落向中生群落的转变过程。（2）旱生演替（xerarch succession）演替从干旱缺水的基质上开始。如裸露的岩石表面上生物

28、群落的形成过程。裸底阶段裸底阶段浮叶根生植物阶段浮叶根生植物阶段挺水植物和沼泽植挺水植物和沼泽植物阶段物阶段沉 水 植 物 阶 段沉 水 植 物 阶 段木 本 植 物 阶 段木 本 植 物 阶 段草 本 植 物 阶 段草 本 植 物 阶 段举例举例1 1：水生群落的演替水生群落的演替从湖泊演替为森林从湖泊演替为森林举例举例4：发生在弃耕地上群落发生在弃耕地上群落演演一年生一年生杂草杂草多年生多年生杂草杂草灌木灌木早期演替早期演替树木树木晚期演替晚期演替树木树木3）演替顶极）演替顶极演替的顶极学说(climax theory)是英美学派提出的。近几十年来，得到不断的修正，补充和发展。有关演替顶极

29、理论主要有3种：单元顶极论、多元顶极论和顶极格局假说。（1）单元顶极论(monoclimax hypothesis)单元顶极论在上世纪末、本世纪初就已经基本形成。这个学说的首创人是H.CCowles考勒斯和FE.Clements(1916)。Clements指出，演替就是在地表上同一地段顺序地分布着各种不同植物群落的时间过程。任何一类演替都经过迁移、定居、群聚、竞争、反应、稳定6个阶段。到达稳定阶段的植被，就是和当地气候条件保持协调和平衡的植被。这是演替的终点，这个终点就称为演替顶极(climax)。在某一地段上从先锋群落到顶极群落按顺序发育着的那些植物群落，都可以称作演替系列群落(sere)

30、。（2）多元顶极论(polyclimax theory)由英国的AG.Tansley(1954)提出。这个学说认为：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，就可看作顶极群落。在一个气候区域内，群落演替的最终结果，不一定都汇集于一个共同的气候顶极终点。除了气候顶极之外，还可有土壤顶极(edaphic climax)、地形顶极(topographic climax)、火烧顶极(fire climax)、动物顶极(zootic climax)；同时还可存在一些复合型的顶极，如地形土壤顶极(topo-edaphic climax)和火烧-动物顶极(firezootic clim

31、ax)等等。一般在地带性生境上是气候顶极，在别的生境上可能是其他类型的顶极。（3）顶极格局假说(climax-pattern hypothesis)由Whittaker(1953)提出，实际是多元顶极的一个变型，也称种群格局顶极理论(population pattern climax theory)。他认为，在任何一个区域内，环境因子都是连续不断地变化的。随着环境梯度的变化，各种类型的顶极群落，如气候顶极、土壤顶极，地形顶极、火烧顶极等，不是截然呈离散状态，而是连续变化的，因而形成连续的顶极类型(continuouity climax type)，构成一个顶极群落连续变化的格局。四、植被类型与分布四、植被类型与分布1、陆地生物群落的分布格局陆地生物群落的水平分布(1)纬度 由于热量沿纬度的变化，出现群落类型有规律的更替,如从赤道向北极依次出现热带雨林，常绿阔叶林，落叶阔叶林，北方针叶林与苔原，即所谓纬向地带性。(2)经度 由于海陆分布格局与大气环流特点，水分梯度常沿经向变化，因此导致生态系统的经向分异，即由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原到干旱区的荒漠。3)陆地生物群落的垂直分布 由于海拔高度的变化，常引起自然生态系统有规律地更替，有人称此现象为垂直地带性。野外考察遥感技术