生态学第四节 影响群落结构的因素

教研室：生物系基础教研室 教师姓名：刘铸 授课时间: 2011.9.21

课程名称 授课内容 教学目的 教学重点 教学难点 教具和媒体使用 教学方法 生态学 授课专业和班级 生物科学09 1、2班 授课学时 2学时 第三部分生物群落4 掌握生物群落影响因素 生物因素 岛屿的生物群落 投影、幻灯、录像、CAI(计算机辅助教学) 讲授法、讨论法、演示法、练习法 包括复习旧课、引入新课、重点难点讲授、作业和习题布置、问题讨论、归纳总结及课后辅导等内容 1、提问：群落的主要特征？导入新课 2、讲解本节内容 影响群落结构的因素 生物因素 干扰对群落结构的影响 空间异质性与群落结构 岛屿的生物群落 3、课堂教学效果反馈及辅导答疑 4、概括总结本节讲授的主要内容,强调重点内容 5、布置作业： 第三章 群落生态学 第四节 影响群落结构的因素 一、 生物因素 二、 干扰对群落结构的影响 三、 空间异质性与群落结构 四、 岛屿的生物群落 生物因素实例分析 教研室主任签字 年 月 日

教 学 过 程 时间分配(90分钟) 8 75 3 3 1 板 书 设 计 讲授新 拓展内容 课后总结 讲 稿 讲 授 内 容 备注 第三章 群落生态学 第四节 影响群落结构的因素 我们已经学习了群落的结构的两个决定要素，即生活型和层片，又学习了群落结构，那么我们接下来来看一下影响群落结构的各种因素。 一、生物因素 生物群落结构总体上是对环境条件的生态适应，但在其形成过程中，生物因素起着重要作用，其中作用最大的是竞争与捕食。接下来将对竞争和捕食对群落结构的影响进行逐一讲解。 1.竞争对群落结构的影响：竞争：引起种间的生态位的分化，使群落中物种多样性增加。 例如，鸟嘴长度：有的岛上只有一种地面取食的鸟，其嘴长约10毫米，而在有二种或数种地面取食鸟时，则发生了竞争使其生态位发生分化，导致其最小型的嘴平均长8毫米，大一些的嘴平均长12毫米，但没有10毫米的。北美针叶林中5种林莺，因对食物的竞争引发生态位发生分化，在树的不同部位取食，出现资源分隔现象。个体大小可作为资源分隔的指标，我们可以从图片上看出新几内亚食果鸠鸽因对食物的竞争引发生态位发生分化，个体大小与被食果实大小存在必然的关系。 图片显示的是夏威夷的蜜旋木雀种类，我们看到这些种类喙的形状各异说明他们的趋势范围是不同的，谁能想到这些种类都是由一个物种对食物的竞争引发生态位发生分化而形成的呢？ 那么图片显示在一个高物种多样性的群落中的生态位可能出现的关系，a代表种内竞争十分激烈时各物种的生态位将增加重叠，b代表种间竞争十分激烈时各物种的生态位宽度减少。c代表种内竞争和种间竞争都十分激烈时，如果还有未利用资源，那么将增加资源利用范围。 群落中的种间竞争通常出现在生态位比较接近的种类间。通常将群落中以同一方式利用共同资源的物种集合称为同资源种团。资源种团内的种间竞争通常十分激烈，在群落中有相同的功能地位的同资源种团物种我们称为等价种。当然群落中不可能都是等价种，对群落具有重要影响的物种，移出对群落影响严重的物种为关键种。关键种就像是拱形门的处，移去它就会导致结构的塌陷。关键种不一定是食物链最顶端的物种，例如：传粉昆虫在维持群落结构中，扮演着关键性的作用，因而传粉昆虫可以被认为是关键种。 目前大家应该不再怀疑竞争在影响群落结构的作用了，然而，对于高等植物的竞争与生态位分化和共存的研究有相当难度，因为植物是自养生物，因此所需的物质基本相同，这样研究起来比较困难。不过目前有两个解释可以说明植物物种共存是有根据的，Tilman的研究结果表明许多种植物在竞争少数相同资源中能够共存；另一方面就是，在一个生境中各种生态因素并不是均匀分布的，空间的异质性是物种共存的另一根据。 2.捕食对群落结构的影响：对于捕食对群落结构的影响我们必须分不同类的捕食者来分别讨论。 1） 泛化捕食者：对于泛化捕食者存在两种规律：捕食压力的加强，将有竞争能力的物种吃掉，使物种多样性增加；捕食压力过高时，因为需吃一些不适口的物种，物种多样性降低。兔随着食草压力的加强，草地上的植物种数有所增加，因兔把有竞争力的植物种吃掉，可以使竞争力弱的种生存，所以多样性提高。但是吃食压力过高时，植物种数又随之降低，因为兔不得不吃适口性低的植物。 2） 选择性捕食者：如果被选择的喜食种属于优势种能提高多样性。如果捕食者喜食的是竞争上占劣势的种类，则降低了多样性。袋鼠喜食的是占劣势的种类，因此，相关实验证明，把袋鼠移除的地域物种多样性将增加。海星以滕壶、贻贝、帽贝、石鼈等为食。Paine讲 稿 讲 授 内 容 在一个8米长2米宽的试验样地中连续数年把所有海星都去除掉，结果在几个月后，样地中膝壶成了优势种。以后滕壶又被贻贝所排挤而成为优势种，变成了“单种养殖”地。这个试验证明了顶级食肉动物成为决定群落结构的关键种。这两个例子是关于捕食者喜食的是竞争上占劣势的种类，则降低了多样性。 那么我们举一个捕食者选择的喜食种属于优势种能提高多样性。潮间带常见的浜螺是捕食者，它喜食浒台，随着浜螺捕食压力的增加，藻类种数也增加，捕食作用提高了物种多样性，其原因是藻类把竞争力强的浒苔的生物量大大压低了。 3）特化的捕食者：与其它物种关系不大，与被食物种关系紧密,很易控制被食物种，是进行生物防治的可选对象。那么从广义的捕食的角度出发我们可以看出，寄生或拟寄生都是捕食，我们举个有关拟寄生特化的捕食者的例子，美国从意大利引进象甲姬蜂防治紫苜蓿象甲。 二、干扰对群落结构的影响 1．干扰与群落的断层 自我修复，外来入侵。 2．断层的抽彩式竞争 平等地进入，进入后能阻止其他种的进入。随机。 3．断层与小演替 ：可预测的，有规律性。 新打开的断层常常被扩散能力强的一个或几个先锋种所入侵。 4．断层形成的频率： 断层形成的频率影响物种多样性，据此 Connell等提出了中度干扰说 。 ①在一次干扰后少数先锋种入侵断层，如果干扰频繁，则先锋种不能发展到演替中期，使多样性较低； ②如果干扰间隔期很长，使演替过程能发展到顶极期，多样性也不很高； ③只有中等干扰程度使多样性维持最高水平，它允许更多的物种入侵和定居。 5．干扰理论与生态管理 ：干扰理论对应用领域有重要价值。如要保护自然界生物的多样性，就不要简单地排除干扰，因为中度干扰能增加多样性。自然保护、农、林、野生动物管理 三、空间异质性与群落结构 1．非生物环境的空间异质性 植物群落研究中大量资料说明，在土壤和地形变化频繁的地段，群落含有更多的植物种，而平坦同质土壤的群落多样性低。 2．植物空间异质性 取食高度多样性是对植物垂直分布中分层和均匀性的测度。层次多，各层次具更茂密的枝叶表示取食高度多样性高。鸟类多样性与植物种数的相关，不如与取食高度多样性相关紧密。 四、岛屿与群落结构 1．海岛的种数-面积关系 ：岛面积越大，种数越多 （岛屿效应）。存在关系方程： S=CAZ (z=0.24-0.34) 2．MacArthur的平衡说：岛屿上物种数目是迁入和消失之间动态平衡的结果 不断有物种灭亡，也不断有同种或别种的迁入而补偿灭亡的物种，岛屿上的物种数不随时间而变化。动态平衡：灭亡种不断被迁入的种所代替。随岛距的距离由近到远，平衡点的种数逐渐降低。大岛比小岛能“供养”更多的种 3.岛屿和集合种群 4．岛屿群落的进化：岛屿的物种进化较迁入快，而在，迁入较进化快 。特有种。岛屿与是隔离的，根据物种形成学说，隔离是形成新物种的重要机制之一，因此，如备注 讲 稿 讲 授 内 容 Williamson所言，岛屿的物种进化较迁入快，而在，迁入较进化快。不过有一点需要说明，生物的迁移和扩散能力是不同的，所以对于某一分类群是岛屿，而对另一类群，相当于，实际上，也是四面围海的“岛”。 其次，离遥远的岛屿上，特有种（即只见于该地的种）可能比较多，尤其是扩散能力弱的分类单元更有可能。 5．岛屿生态与自然保护：一般说来，保护区面积越大，越能支持或“供养”更多的物种数 。一般说来，保护区面积越大，越能支持或“供养”更多的物种数；面积小，支持的种数也少，但有两点需要说明：①建立保护区意味着出现了边缘生境（如森林开发为农田后建立的森林保护区），适应于边缘生境的种类受到额外的支持；②对于某些种类而言，小保护区比大保护区可能生活得更好。 五、一个物种丰富度的简单模型 群落物种的平均生态位宽度和平均生态位重叠时一定值时，资源利用范围越大，群落将含有更多的种数。 当资源利用范围一定时，群落物种的平均生态位宽度越小(表示种在资源上越分化，生态位越窄)，群落有更高的物种数。 当资源利用范围一定时，群落物种平均生态位重叠越大(物种间利用资源中重叠较多)，群落将含有更多的种数。 当资源利用范围一定时，群落中利用资源越充分，含有更多的物种数；若群落种有一部分资源未被利用，所含种数就越少。 不同生境环境的模型： 竞争：群落中的资源利用的更加充分，物种丰富度取决于有效资源范围的大小，种的特化程度和生态位重叠的程度。 捕食：捕食者消灭某些猎物种，群落出现未被利用的资源，使种数少(d)；捕食者将一些种的数量长久保持在环境容纳量以下，降低种间竞争强度，允许更多生态位重叠，可更多物种共存(c)。 岛屿：由于面积小，资源范围减少(a)；种被消灭的风险大，群落的饱和度低(d)；能在岛上生活的种有可能尚未迁入岛中。 通过引发，引出第五节内容我们下节课讲解。 总结： 影响群落结构的因素 生物因素：重点掌握 干扰对群落结构的影响：重点掌握 空间异质性与群落结构：重点掌握 岛屿的生物群落：重点掌握 课后思考题： 1、如何理解岛屿的生物群落？ 2、什么是干扰，及断层？ 参考书目 1、《基础生态学》，孙濡泳主编，高等教育出版社，2002年 2、《植物生态学》，姜汉侨主编，高等教育出版社，2004年 3、《生态学》，李博主编，高等教育出版社，2000年 备注