群落生態(tài)學(xué)-群落相似性分類和排序

1、群落相似性、分類和排序,一 群落相似性,群落相似性分析是通過對樣地調(diào)查所得原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理的結(jié)果判斷兩個群落之間相似程度。群落相似程度的指標(biāo)有兩類：一類是相似系數(shù)；另一類是相異性系數(shù)。表征兩個群落間相似程度的指標(biāo)雖多，但在數(shù)據(jù)處理上一致：根據(jù)兩群落共有種的數(shù)量數(shù)據(jù)，計(jì)算其相似或相異程度。,(1) 相似性系數(shù)：根據(jù)群落中有無某個物種來估計(jì),(2) 百分率相似性系數(shù)：將群落中每一個種的密度以百分率表示,常用的兩種相似性系數(shù)

2、,二 群落的分類和排序,（一）群落的分類,分類與排序：可同時(shí)反映間斷性與連續(xù)性,分類：群落進(jìn)行相似性分組生物群落的分類與排序 分類—— 適于揭示群落的間斷性 排序—— 揭示群落的連續(xù)性,植被型組 植被型 植被亞型 群系組 群系

3、 亞群系 群叢組 群叢 亞群叢,三級分類單位,《中國植被》采用“不重疊的等級分類”方法，貫穿“群落生態(tài)”原則,1. 中國植物群落分類原則、系統(tǒng)和單位,中國植物群落分類原則

4、、系統(tǒng)和單位,分類系統(tǒng)：主要分類單位分三級 植被型 （高級單位） 群系 （中級單位） 群叢 （基本單位）每一等級之上和之下又各設(shè)一個輔助單位和補(bǔ)充單位高級單位的分類依據(jù)側(cè)重于外貌、結(jié)構(gòu)和生態(tài)地理特征，中級和中級以下的單位則側(cè)重于種類組成。,分類原則——以群落本身的綜合特征作為分類依據(jù),植被型（vegetation type）：最主要的高級分類單

5、位。 在植被型組內(nèi)，把建群種生活型相同或相似，同時(shí)對水熱條件的生態(tài)關(guān)系一致的植物群落聯(lián)合為植被型。,群系（formation）：主要的中級分類單位。 凡是建群種或共建種相同的植物群落聯(lián)合為群系。如果群落具共建種，則稱共建種群系，如落葉松、白樺混交林。,群叢（association）：基本單位。 凡是層片結(jié)構(gòu)相同，各層片的優(yōu)勢種或共優(yōu)種相同的植物群落聯(lián)合為群叢。,植被型組：最高的分類單位。 建群種生活型相近

6、因而群落外貌相似的植物群落聯(lián)合。植被亞型：輔助單位。 根據(jù)優(yōu)勢層片或批示層片的差異劃分。群系組：根據(jù)建群種親緣關(guān)系近似，生活型或生境相近而劃分。亞群系：輔助單位。 根據(jù)次優(yōu)勢層片及其所反映的生境條件而劃分。群叢組：片層結(jié)構(gòu)相似，而且優(yōu)勢層片與次優(yōu)勢層片的優(yōu)勢種工共優(yōu)勢種相同的植物群落聯(lián)合。亞群叢：反映群叢內(nèi)部在區(qū)系成分、層片配置、動態(tài)變化等方面出現(xiàn)的若干微細(xì)變化。,植被型組：草地 植被型：溫帶草

7、原 （植被亞型）：典型草原 群系組：根莖禾草草原 群系：羊草草原 （亞群系）：羊草＋叢生禾草草原 群叢組：羊草＋大針茅草原 群叢：羊草＋大針茅＋柴胡草原亞群叢

8、,示例,10個植被型組為： 針葉林、闊葉林、灌草和灌草叢、草原和稀樹干草原、荒漠包括肉質(zhì)刺灌叢、凍原、高山稀疏植被、草甸、沼澤、水生植被 。,29個植被型為： 寒溫性針葉林、溫性針葉林、溫性針闊葉混交林、暖溫性針葉林、熱性針葉林、落葉闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、常綠闊葉林、硬葉常綠闊葉林、季雨林、雨林、珊瑚島常綠林、紅樹林、竹林、常綠針葉灌叢、常綠草葉灌叢、落葉闊葉灌叢、常綠闊葉灌叢、灌草叢、草原、稀樹干草原、荒漠、肉質(zhì)刺灌

9、叢、高山凍原、高山墊狀植被、高山流石灘稀疏植被、草甸、沼澤、水生植被。,根據(jù)《中國植被》一書和中國植被圖的制作。中國植被分為10個植被型組、29個植被型、560多個群系、群叢則不計(jì)其數(shù)。,針葉林,闊葉林,灌草和灌草叢,草原和稀樹干草原,荒漠包括肉質(zhì)刺灌叢,凍原,高山稀疏植被,草甸,沼澤,水生植被,2. 植物群落的命名,群叢的命名方法： 凡是已確定的群叢應(yīng)正式命名，我國習(xí)慣于采用聯(lián)名法，即將各個層中的建群種或優(yōu)勢種和生態(tài)指示種的學(xué)名

10、按順序排列。在前面冠以Ass.（Association的縮寫），不同層之間的優(yōu)勢種以“-”相連。如Ass. Larix gmelini-Rhododendron dahurica-phyrola incarnata（即興安落葉松-杜鵑-紅花鹿蹄草群叢）。 從該名稱可知，該群叢喬木層、灌木層和草本層的優(yōu)勢種分別是興安落葉松、杜鵑和紅花鹿蹄草。,如果某一層具共優(yōu)種，這時(shí)用“+”相連。如 Ass. Larix gmelini

11、-Rhododendron dahurica-phyrola incarnata+Carex sp,單優(yōu)勢種的群落，就直接用優(yōu)勢種命名，如以馬尾松為單優(yōu)勢種的群叢為馬尾松群叢，即Ass. Pinus massoniana 或?qū)懗蒔inus massoniana Association。,當(dāng)最上層的植物不是群落的建群種，而是伴生種或景觀植物，這時(shí)用“<”來表示層間關(guān)系(或用“||”或“（）”)。如Ass. Caragana m

12、icrophlla <（或||）Stipa grandis-Cleistogenes squarrasa-Artemisia frigida，或Ass.(Caragana microphlla)<Stipa grandis-Cleistogenes squarrasa 。,在對草本植物群落命名時(shí)，我們習(xí)慣上用“+”來連接各亞層的優(yōu)勢種，而不用“-”。如Ass. Caragana microphlla<Stipa gra

13、ndis+Cleistogenes squarrasa+Artemisia frigida。,群系以上高級單位不是以優(yōu)勢種來命名，一般均以群落外貌—生態(tài)學(xué)的方法，如針葉喬木群落群系組，針葉木本群落群系綱，木本植被型等。,群系的命名依據(jù)是只取建群種的名稱。 如東北草原以羊草為建群種組成的群系，稱為羊草群系。 即Form. Aneurolepidium chinense。 如果該群系的優(yōu)勢種是兩個以上，那么優(yōu)勢種中間用+號連接。

14、 如兩廣地區(qū)常見的華栲+厚殼桂群系。 即 Form. Castanopsis chinensis+Cryptocary chinensis,請按照《中國植被》對該群落進(jìn)行分類和命名,（二）群落的排序,排序（ordination） ：就是把一個地區(qū)內(nèi)所調(diào)查的群落樣地，按照相似度來排定各樣地的位序，從而分析各樣地之間及其與生境之間的相互關(guān)系。,排序方法可分為兩類：直接梯度分析（direct gradiant analysis）

15、 利用環(huán)境因素的排序，即以群落生境或其中某一生態(tài)因子的變化，排定樣地生境的位序，又稱環(huán)境排序。間接梯度分析（indirect gradiant analysis） 用植物群落本身屬性（如種的出現(xiàn)與否，種的頻度、蓋度等等），排定群落樣地的位序，又稱群落排序。,排序是一個幾何問題，我們要把樣方（實(shí)體）作為點(diǎn)在P維種類（屬性）空間排列，使得排列結(jié)果能客觀地反映樣方間的相互關(guān)系，這種用屬性（種或環(huán)境因子）來對實(shí)體進(jìn)行

16、排序的過程叫做正排序（normal ordination）；如果反過來用實(shí)體去排列屬性則叫做逆排序（inverse ordination）。排序常用來檢驗(yàn)分類的結(jié)果，其方法是先用某一分類方法對樣方進(jìn)行分類，比如用傳統(tǒng)的定性方法或某一數(shù)量方法進(jìn)行分類，然后再在排序圖上圈定群落的界限，這樣可以直觀地看出各植被類型間的關(guān)系，以檢驗(yàn)分類的合理性，并且可以用排序軸所含的生態(tài)意義來幫助解釋分類的結(jié)果。正因如此，有些學(xué)者也將排序歸入植被數(shù)量分類方法

17、中。,沼澤化草甸群落在三個環(huán)境因子上的排序圖。(a)海拔高度； (b)泥炭深度；(b)坡度,,1. 直接梯度分析,2. 間接梯度分析（群落排序方法）,連續(xù)帶分析 主成分分析 非度量多維尺度分析 聚類分析,連續(xù)帶分析的步驟,1.對每一林分（林分是指森林的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。即樹種組成、森林起源、林層或林相、林型、林齡、地位級、出材量及其他因子大體相似，并與鄰近地段又有明顯區(qū)別的森林地段） 計(jì)算出每一種（主要樹種）的重要值：重要值=相對密

18、度+相對頻率+相對優(yōu)勢度2.根據(jù)各個林分中各物種的重要值，把各林分中最大重要值的樹種，確定為主要優(yōu)勢種。然后把同一主要優(yōu)勢種的林分合起來，將林分分成若干類。3.憑主觀意見，對每一物種視其在演替階段中發(fā)展的順序，給以從1到10的數(shù)值（等級），這個值稱為頂級適應(yīng)值。4.計(jì)算出每一林分的連續(xù)帶指數(shù)： 連續(xù)帶指數(shù)=Σ（種的重要值×頂級適應(yīng)值）5.以連續(xù)帶指數(shù)為橫坐標(biāo)，各樹種的重要性指數(shù)為縱坐標(biāo)作圖。,依連續(xù)帶指數(shù)計(jì)算公式

19、，樣方1的排序坐標(biāo)為： 同樣可得到樣方2-10的排序值為：3. 1，4.2，4.0，9.2，6.5，6.6，7.4，7.7和8.0。排序結(jié)果可以用一維直線圖表示，反映了群落的演替系列。 當(dāng)然，表中的頂級適應(yīng)值可換為植物種對某個環(huán)境因子的適應(yīng)程度，比如根據(jù)喜濕程度分為 1~6個等級，此時(shí)，該方法則分析群落在環(huán)境梯度上的適應(yīng)。,主成分分析（principal components analysis）,

20、將多個變量通過線性變換以選出較少個數(shù)重要變量的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法。 原理：設(shè)法將原來變量重新組合成一組新的互相無關(guān)的幾個綜合變量，同時(shí)根據(jù)需要從中可以取出幾個較少的總和變量盡可能多地反映原來變量的信息的統(tǒng)計(jì)方法叫做主成分分析或稱主分量分析，也是數(shù)學(xué)上處理降維的一種方法。,主成分分析的兩方面不足：,不適用非線性的點(diǎn)集不適用變量間相關(guān)性小，主分量不明顯的數(shù)據(jù),非度量多維尺度分析（non-metric multi-dimen

21、sional scaling analysis）,原理與主成分分析相似，優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)多維（多類型）的變量，缺點(diǎn)是原變量信息損失較多。,實(shí)例：重慶四面山常綠闊葉林群落（21個樣區(qū)，105個樣方）,數(shù)據(jù)組1：樣方的經(jīng)度、緯度、海拔、坡向、坡度和土壤水分含量,數(shù)據(jù)組2：樣方內(nèi)各植物的多度、蓋度、頻度和重要值,濕度由小到大,溫度由低到高,生態(tài)學(xué)意義——沿第1 排序軸：從左至右, 基本反映了植物群落所在環(huán)境中海拔由高到低或溫度由低到高的梯度。分布

22、于較高海拔的群落樣地在Axis1上的排序值在-0.11～-0.37之間, 而分布于較低海拔的群落樣地則在0.03～0.33之間. 沿第2 排序軸：從下至上, 基本反映出植物群落所在環(huán)境中土壤含水量由少到多或濕度由小到大的梯度。土壤含水量較低的群落樣地在Axis2上的排序值多在0～0.30之間, 而土壤含水量較高的群落樣地則多在0.25～0.45之間。,山頂相對冷涼偏旱,山體上部氣溫偏低, 土壤偏干,山體中部陡坡溫暖而相對干燥,山體下

23、部坡地溫暖偏濕,,,,Ⅰ類,II類,III類,IV類,經(jīng)NMDS 排序，21 個樣地被明顯地分為了4 個類型第Ⅰ類 ——黃杞(Engelhardtia roxburgtiana) 和杉木(Cunninghamia lanceolata)為主要建群種的群落，包括2、3、4、5和16 號樣地，其中，16號樣地位于海拔1410m 的山體上部，但由于地處背風(fēng)濕潤的山凹，杉木生長和保存良好， 因此被劃入此類；第II類 ——以元江栲(Casta

24、nopsis orthacantha) 為主要建群種的群落，包括1、6、7、8、9、10和11 號樣地； 第III類 ——以木荷( Schima superba) 和硬斗石櫟(Lithocarpus hanci) 為主要建群種的群落，包括12、13、14、15、17和18 號樣地。第Ⅳ類 ——以硬斗石櫟( Lithocarpus hanci) 為主要建群種的群落，包括19、20和21 號樣地。,聚類分析,聚類分析是根據(jù)各實(shí)體（或?qū)傩?/p>

25、）間的相似（或相異）關(guān)系，將實(shí)體或?qū)傩詺w納為若干組，使組內(nèi)的實(shí)體或者屬性盡量相似，而組間的實(shí)體或者屬性盡量相異，從而達(dá)到其客觀分類的目的。系統(tǒng)聚類法是目前應(yīng)用最多的聚類方法。,系統(tǒng)聚類法的幾種方法,1.最近鄰體法:以兩類中相距最近的兩個樣方之間的距離作為兩個類間的距離（即最大相似性或最小相異系數(shù)）。,2.最遠(yuǎn)鄰體法:以兩類間相距最遠(yuǎn)點(diǎn)之間的距離的為準(zhǔn)。,3.平均聚類法:其類間距離不取決于兩類中各某一樣方點(diǎn)間的極端距離，而是取決于兩類中