第四章群落生态学 第一节生物群落的组成与结构 第二节生物群落的动态 第三节生物群落的分类与排序 第三节生物群落的分类与排序 §1生物群落的分类 中国的植物群落分类 法瑞学派的群落分类 美国的群落分类 群落的数量分类 中国的植物群落分类 中国植物群落分类原则以群落本身的综合特征作为分类依据 中国植物分类系统单位分类单位分三级:植被型(高级单位)、群系(中级 单位)和群丛(基本单位)。每一等级的上下再设一个辅助单位和补充单位。 中国的植物群落分类系统 植被型组:如草地 植被型:如温带草原 (植被亚型):如典型草原 群系组:如根茎禾草草原 群系:如羊草草原 (亚群系):如羊草+丛生禾草草原 群丛组:如羊草+大针茅草原 群丛:如羊草+大针茅+柴胡草原 亚群丛 植被分类单位 植被型:最主要的高级分类单位。建群种生活型相同或相似,同时对 水热条件、生态关系一致的植物群落联合。 群系:主要的中级分类单位。建群种或共建种相同的植物群落联合。 群丛:基本单位。层片结构相同,各层片优势种或共优势种相同的植 物群落联合
1 第四章 群落生态学 ⚫ 第一节 生物群落的组成与结构 ⚫ 第二节 生物群落的动态 ⚫ 第三节 生物群落的分类与排序 第三节 生物群落的分类与排序 ⚫ §1 生物群落的分类 ➢中国的植物群落分类 ➢法瑞学派的群落分类 ➢美国的群落分类 ➢群落的数量分类 中国的植物群落分类 ⚫ 中国植物群落分类原则 以群落本身的综合特征作为分类依据 ⚫ 中国植物分类系统单位 分类单位分三级：植被型（高级单位）、群系（中级 单位）和群丛（基本单位）。每一等级的上下再设一个辅助单位和补充单位。 中国的植物群落分类系统 植被型组：如草地 植被型：如温带草原 （植被亚型）：如典型草原 群系组：如根茎禾草草原 群系：如羊草草原 （亚群系）：如羊草＋丛生禾草草原 群丛组：如羊草＋大针茅草原 群丛：如羊草＋大针茅＋柴胡草原 亚群丛 植被分类单位 ⚫ 植被型：最主要的高级分类单位。建群种生活型相同或相似，同时对 水热条件、生态关系一致的植物群落联合。 ⚫ 群系：主要的中级分类单位。建群种或共建种相同的植物群落联合。 ⚫ 群丛：基本单位。层片结构相同，各层片优势种或共优势种相同的植 物群落联合
植被分类单位 植被型组:最高的分类单位。建群种生活型相近因而群落外貌相似的植物群落联 合 植被亚型:辅助单位。根据优势层片或批示层片的差异划分 群系组:根据建群种亲缘关系近似,生活型近似或生境相近而划分 亚群系:辅助单位。根据次优势层片及其所反映的生境条件而划分。 群丛组:片层结构相似,而且优势层片与次优势层片的优势种工共优势种相同的 植物群落联合。 ·亚群丛:反映群丛内部在区系成分、层片配置、动态变化等方面出现的若干微细 变化。 法瑞学派的群落分类 ·植物区系一结构分类系统,被称为群落分类中的归并法,以植物区系为基础。 群丛门 群丛纲 群丛目 群丛属 群丛 亚群丛 群丛变型 亚群丛变型 群丛相 美国的群落分类 ·双轨制分类系统根据群落动态发生演替原则的概念来进行群落分类的。 群落的数量分类一目标 用植物种的数据(属性)去划分样方(实体),可以较客观地揭示出植被本身可 能存在的自然间断。 用土壤、气候等环境因素的数据去划分样方,可能揭示植被间断的环境原因。 以植物种的分类与用土壤、气候等环境因素分类的结果进行比较,可以反映出植 被变化与环境变化的关系。 用样方数据去划分植物种的集合,结果会分成若干种组,它本身可能反映出种间 相互作用的规律 用样方数据去分割环境因素的集合,结果会分成若干环境梯度,反映不同环境之 间的组合关系。 以样方数据分割出的种组与环境梯度进行比较,可能找到种组与环境因素的关 系,这样的种组被称为生态种组。 群落的数量分类一方法 多元分析技术的一般特点
2 植被分类单位 ⚫ 植被型组：最高的分类单位。建群种生活型相近因而群落外貌相似的植物群落联 合。 ⚫ 植被亚型：辅助单位。根据优势层片或批示层片的差异划分。 ⚫ 群系组：根据建群种亲缘关系近似，生活型近似或生境相近而划分 ⚫ 亚群系：辅助单位。根据次优势层片及其所反映的生境条件而划分。 ⚫ 群丛组：片层结构相似，而且优势层片与次优势层片的优势种工共优势种相同的 植物群落联合。 ⚫ 亚群丛：反映群丛内部在区系成分、层片配置、动态变化等方面出现的若干微细 变化。 法瑞学派的群落分类 ⚫ 植物区系－结构分类系统，被称为群落分类中的归并法，以植物区系为基础。 ➢ 群丛门 ➢ 群丛纲 ➢ 群丛目 ➢ 群丛属 ➢ 群丛 ➢ 亚群丛 ➢ 群丛变型 ➢ 亚群丛变型 ➢ 群丛相 美国的群落分类 ⚫ 双轨制分类系统根据群落动态发生演替原则的概念来进行群落分类的。 群落的数量分类－目标 ⚫ 用植物种的数据（属性）去划分样方（实体），可以较客观地揭示出植被本身可 能存在的自然间断。 ⚫ 用土壤、气候等环境因素的数据去划分样方，可能揭示植被间断的环境原因。 ⚫ 以植物种的分类与用土壤、气候等环境因素分类的结果进行比较，可以反映出植 被变化与环境变化的关系。 ⚫ 用样方数据去划分植物种的集合，结果会分成若干种组，它本身可能反映出种间 相互作用的规律。 ⚫ 用样方数据去分割环境因素的集合，结果会分成若干环境梯度，反映不同环境之 间的组合关系。 ⚫ 以样方数据分割出的种组与环境梯度进行比较，可能找到种组与环境因素的关 系，这样的种组被称为生态种组。 群落的数量分类－方法 ⚫ 多元分析技术的一般特点
不需要随机取样,不涉及显著性检验。 ≯多元分析方法是施于原始数据集合的一套处理规则,从而揭示属性之间、实体之 间以及属性和实体之间的复杂关系。方法本身不依赖于对实体和属性具体内容的 解释,因些可用于多学科。 多元分析的基本单位叫实体,描述实体数量特征的各种数据项目称为属性,在群 落生态学研究中,实体可以是样方、样地、林分或群落等。 相似系数 距离系数 相关系数 信息系数 N个样方p个物种数 距离系数 绝对值距离 D= xA- XB +lyA- yBl 欧氏距离平方 D 2=(XA- XB)2+(yA -yB)2 Dg2=∑(x-Xk) · Bray-Curtis距离 B(k)∑|x一xk/∑|xxk 聚类分析 分类样方(Q分析) 计算实体间的相似矩阵c6 找出最相似的两个样方进行一次合并 重算(6-1)×(6-1)的相似距阵 重复合并过程直到全部样方并成一组 样方间的6×6欧氏距离距阵 2 3 6 3.3174.4724.3593.7422449 05.1956 64033 17323.7422.449 02.2363 3.742 0
3 ➢ 不需要随机取样，不涉及显著性检验。 ➢ 多元分析方法是施于原始数据集合的一套处理规则，从而揭示属性之间、实体之 间以及属性和实体之间的复杂关系。方法本身不依赖于对实体和属性具体内容的 解释，因些可用于多学科。 ➢ 多元分析的基本单位叫实体，描述实体数量特征的各种数据项目称为属性，在群 落生态学研究中，实体可以是样方、样地、林分或群落等。 ⚫ 相似系数 ➢ 距离系数 ➢ 相关系数 ➢ 信息系数 N个样方p个物种数 距离系数 ⚫ 绝对值距离 D＝| xA－ xB| ＋| yA － yB| Djk＝∑ | xj－ xk| ⚫ 欧氏距离平方 D 2＝ ( xA－ xB) 2 ＋( yA － yB ) 2 D jk2＝ ∑ (xj－ xk ) 2 ⚫ Bray-Curtis距离 B(jk)= ∑ | xj－ xk| / ∑ | xj+ xk| 聚类分析 ⚫ 分类样方（Q分析） ➢ 计算实体间的相似矩阵C6 ➢ 找出最相似的两个样方进行一次合并 ➢ 重算（6－1）× （6－1）的相似距阵 ➢ 重复合并过程直到全部样方并成一组 样方间的6×6欧氏距离距阵 1 2 3 4 5 6 0 3.317 4.472 4.359 3.742 2.449 0 5.195 6 6.403 3 0 1.732 3.742 2.449 0 2.236 3 0 3.742 0
第一次合并后的5×5欧氏距离距阵 2 3 5 6 0 3.3174.4163.7422.449 05.5986403 029892725 0 3.742 群落排序的概念 排序是把一个地区内所调查的群落样地,按照相似度来排定各样地的 位序,从而分析各样地之间及其与生境之间相互关系 ●排序的原理 排序的类型 排序类型 ·直接梯度分析 rect gradiant analys is):利用环境因素的排序,即 以群落生境或其中某一生态因子的变化,排定样地生境的序位,又称 直接排序 direct ordination),或梯度分析( gradiantanalysis) 间接梯度分析( indirect gradiant analysis):用植物群落本身属性 排定群落样地的位序,称间接排序( indirectordination),又称组成 分析( compositional analysis 间接梯度分析 极点排序法 主分量分析法 排序的原理 通过降维,使原来要用p个原始数据描述的实体,在尽量保留原数据特征的条件 下,利用最少数据(排序坐标)来描述,有利于揭示原始数据反映的规律。 按属性排序实体称正分析( normal analysis),或叫Q分析( Q analysis)。 按实体去排序属性的叫逆分析( inverse analysis)或叫R分析(R analysis)。 6个林分7个树种的多度数据 ·相异似数
4 第一次合并后的5×5欧氏距离距阵 1 2 3’ 5 6 0 3.317 4.416 3.742 2.449 0 5.598 6.403 3 0 2.989 2.725 0 3.742 0 群落排序的概念 ⚫ 排序是把一个地区内所调查的群落样地，按照相似度来排定各样地的 位序，从而分析各样地之间及其与生境之间相互关系。 ⚫ 排序的原理 ⚫ 排序的类型 排序类型 ⚫ 直接梯度分析(direct gradiant analysis)：利用环境因素的排序，即 以群落生境或其中某一生态因子的变化，排定样地生境的序位，又称 直接排序(direct ordination) ，或梯度分析(gradiant analysis)； ⚫ 间接梯度分析(indirect gradiant analysis)：用植物群落本身属性 排定群落样地的位序，称间接排序(indirect ordination )，又称组成 分析(compositional analysis) 间接梯度分析 ⚫ 极点排序法 ⚫ 主分量分析法 排序的原理 ⚫ 通过降维，使原来 要用p个原始数据描述的实体，在尽量保留原数据特征的条件 下，利用最少数据（排序坐标）来描述，有利于揭示原始数据反映的规律。 ⚫ 按属性排序实体称正分析（normal analysis）,或叫Ｑ分析（Q analysis）。 ⚫ 按实体去排序属性的叫逆分析（ inverse analysis）或叫Ｒ分析（ R analysis）。 6个林分7个树种的多度数据 ⚫ 相异似数
B(k)=∑|x-x/∑|x+xk 间接梯度分析-极点排序法 极点排序法( Polar ordination)(PO法)( Bray-Curtis方法)(Bc法) 1.计算相似和相异似数矩阵 间接梯度分析-极点排序法 间接梯度分析一极点排序法 2.第一排序轴X的选择 间接梯度分析-极点排序法 3.第二排序轴Y的选择 间接梯度分析一极点排序法 4.排序的图形表示 间接梯度分析一主成份量分析(PCA法 主成份量分析( principal components analysis) 将一个综合考虑许多性状的问题,在尽量少损失原有信息的前提下,找出少量几 个(1-3个)主成份量,然后将各个实体在一个23维的空间中表示出来,从 而达到直观明了地排序实体的目的。 直接梯度分析 Whittaker的梯度分析原理: 用与坡向垂直设置的样带,将坡向从深谷到南坡分为5级,将样带中的树种分四 等,计算样带的湿度指标,然后在高度对湿度的二维空间中排序。 (右图为示意图) 第八章参考文献 阳含熙,卢泽愚.植物生态学的数量方法.北京:科学出版社,1981 徐克学.生物数学.北京:科学出版社,1999 ·李春喜,王文林等.生物统计学.北京:科学出版社,1998 第八章思考题 ·1什么是直接梯度分析和间接梯度分析( direct gradient analysis and indirect gradient analysis) 2.为什么要进行群落分类? ·3.群落分类和排序有何异同?
5 B(jk)= ∑ | xj－ xk| / ∑ | xj+ xk| 间接梯度分析－极点排序法 ⚫ 极点排序法（Polar ordination）(PO法)（Bray-Curtis方法）（BC法） 1. 计算相似和相异似数矩阵 间接梯度分析－极点排序法 间接梯度分析－极点排序法 2 . 第一排序轴X的选择 间接梯度分析－极点排序法 3. 第二排序轴Y的选择 间接梯度分析－极点排序法 4. 排序的图形表示 间接梯度分析－主成份量分析（PCA法） ⚫ 主成份量分析（principal components analysis） ➢ 将一个综合考虑许多性状的问题，在尽量少损失原有信息的前提下，找出少量几 个（１－３个）主成份量，然后将各个实体在一个2－3维的空间中表示出来，从 而达到直观明了地排序实体的目的。 直接梯度分析 ⚫ Whittaker 的梯度分析原理： ➢ 用与坡向垂直设置的样带，将坡向从深谷到南坡分为5级，将样带中的树种分四 等，计算样带的湿度指标，然后在高度对湿度的二维空间中排序。 ➢ （右图为示意图） 第八章 参考文献 ⚫ 阳含熙，卢泽愚．植物生态学的数量方法．北京：科学出版社，1981． ⚫ 徐克学．生物数学．北京：科学出版社，1999． ⚫ 李春喜，王文林等. 生物统计学．北京：科学出版社，1998． 第八章 思考题 ⚫ 1.什么是直接梯度分析和间接梯度分析（direct gradient analysis and indirect gradient analysis） ？ ⚫ 2. 为什么要进行群落分类？ ⚫ 3. 群落分类和排序有何异同？