生物群落的种—面积关系

种—面积关系主要探讨物种数量随面积扩大而变化的规律,它联系不同尺度的生物多样性,是生物多样性尺度转换的重要依据。利用种—面积关系可以估算群落或区域的物种数量、评价区域生物多样性的丧失。由于构建方式、尺度效应以及区域差异,种—面积关系的具体形式及其普适性还存在争议。本文主要从构建、尺度效应、区域分异以及与种—多度分布的联系等方面综述种—面积关系的主要进展,并探讨它在不同方面的适用性。最后给出了利用基于组合样方系列构建的种—面积关系来估算秦岭山地物种数的实例,结果表明估算精度良好。

取样方式对喀斯特和非喀斯特混合分布区森林种－面积关系的影响

种—面积关系是生态学研究中的基本格局之一,是生物多样性保护实践和生物地理学研究的重要工具之一。不同区域最优种—面积关系模型的选择和取样调查方式对种—面积关系的影响目前仍未十分明确。广西北热带是喀斯特和非喀斯特混合分布的区域,生物多样性丰富,其中保护较好的有喀斯特区的弄岗国家级自然保护区和非喀斯特区的十万大山国家级自然保护区。依据典型性和代表性的原则,分别在两个保护区中建立典型群落的调查样地,对所有胸径大于2 cm的木本植物进行取样调查。为了明确该区域典型森林的优选模型,探讨取样方式对种—面积关系的影响,采用组合样方法建立对数模型、逻辑斯蒂克模型和幂函数模型,用赤池信息准则(AIC)检验模型的拟合优度,并用秩相关分析检验最小取样单元和起测胸径对不同模型的影响。结果表明:逻辑斯蒂克模型在两种区域均为优选模型,最小取样单元和起测胸径对种—面积关系的模型均有影响,但不同模型对取样方式变化的敏感性不一致;逻辑斯蒂克模型是一种较为稳健的模型,可用于描述广西北热带喀斯特区和非喀斯特区森林树种种—面积关系;在种—面积关系研究和模型的应用时,需要特别注意取样方式的影响。

皖西多枝尖山区不同生活型植物种-面积关系研究

根据皖西大别山多枝尖山区的植物群落调查数据,采用对数函数、幂函数和Logistic 3种模型分别拟合了乔木、灌木和草本植物的种-面积关系。结果表明,大别山多枝尖山区不同生活型植物种-面积关系的形式存在差异,其中乔木植物以Logistic模型拟合效果最好,而灌木植物和草本植物的最优模型均为对数函数模型。生境异质性、扩散限制和区域生态过程是乔木植物种-面积关系的主要影响因素,而灌木和草本植物的种-面积关系受到生长习性以及上层群落结构和生境异质性的共同作用。因而,对种-面积关系的研究需要区分物种生活型。

两步采样可产生三段式种面积关系

解析在不同尺度下引起三段式种面积关系(triphasic species-area relationship,triphasic SAR)的潜在机制对于理解生物多样性的空间格局非常重要。相较于理论构建和野外数据推导,本研究采用了种面积关系的幂函数来拟合对数正态分布的物种多度。研究结果表明,一步采样可引起两段式SAR,n步采样可引起2n段SAR。因为大面积时的Preston和Pan效应,实际的两步采样可产生三段式种面积关系。此外,我们在探索自然现象的生物学或生态学机制之前,我们应该识别或排除潜在的数学、统计或者采样原因。

吉林蛟河阔叶红松林样地种-面积关系

种-面积关系是群落生态学的核心问题之一,是生物多样性尺度转换的重要依据。利用吉林蛟河阔叶红松林30 hm^2的样地数据,采用随机取样与巢式取样方法,分别在10、20、30 hm^2尺度上建立对数模型(Logarithmic function)、幂函数模型(Power function)和逻辑斯蒂模型(Logistic function)拟合局域种-面积关系,并利用赤池信息准则(AIC)进行拟合结果优度检验。结果表明,取样方法对种-面积关系的构建有显著影响,随机取样优于巢式取样。种-面积关系的构建与尺度(取样上限)密切相关:在小尺度上(10 hm^2),对数模型与逻辑斯蒂模型拟合效果优于幂函数模型;在中尺度和大尺度上(20、30 hm^2),相对于对数模型和幂函数模型,逻辑斯蒂模型能更好地拟合阔叶红松林的种-面积关系。据AIC值可知,随机取样下的逻辑斯蒂模型拟合效果最好,是拟合30 hm^2阔叶红松林样地种-面积关系的最适模型。因此研究时需要根据区域森林群落的实际情况选择种-面积模型。

小兴安岭阔叶红松林木本植物种-面积关系

种-面积关系研究是了解植物群落结构的重要途径,是群落生态学的基本问题。不同的研究方法对种-面积关系影响很大。利用黑龙江省小兴安岭两个10.4 hm2样地和5个1.0 hm2样地的调查数据,采用移动窗口法确定各样地的最小取样面积,避免了巢式取样法及随机样方法的不足。并采用4种种-面积关系模型进行拟合,评价各关系模型的适合度。在此基础上,基于最小面积进行模拟随机取样,探讨取样大小对物种数估计精度的影响。研究结果表明:由于拟合曲线模型的适用性及曲线外推可靠性问题的存在,采用拟合曲线的方法所估计的最小面积与实际值偏差较大。实际调查得到的各样地最小面积40 m×40 m—45 m×45 m,说明小兴安岭地区阔叶红松林群落所需的最小面积基本一致,但各样地群落结构的差异却在对取样数量的要求上体现出来。其中丰林与大亮子河样地物种数分布相对均匀,所需最小样方数量较少;而方正与胜山样地物种数分布异质性较大,差异的机理还有待于进一步研究。

种-面积关系理论在本科生生态学教学中的应用

在简要介绍了种-面积关系的形式和理论机制的基础上,结合本科生生态学课程教学中的特点,具体分析了其在群落取样、生境异质性、群落结构以及生物多样性保护等相关教学内容中的应用.并指出其有助于更好地开展相关教学,以扩大学生的知识面,培养学生对生态学问题的综合分析能力,激发学生对生态学问题的思考,加强创新能力的培养,并且可以达到很好的教学效果.

北京山区河岸带植物群落种-面积关系

种-面积关系是群落生态学的基本问题之一,是了解植物群落结构的重要途径。为摸清北京山区河流河岸带植物群落调查最小样方面积,在北京市怀柔区怀九河河岸带沿线,采用基于河岸带立地条件逐步扩大样地面积的方法布设50个80m长样地,调查计算并拟合不同类型河岸带所需的最小样地面积。研究结果表明:北京市怀柔区怀九河河岸带植物种数255种,隶属于70科185属。通过聚类分析将怀九河河岸带分为自然河岸带、近自然河岸带、人工岸坡乔灌草河岸带、人工岸坡观赏性乔灌草河岸带、人工岸坡疏乔灌草干砌石河岸带和人工岸坡浆砌石河岸带6种类型。根据赤池信息量准则AIC可知自然河岸带、近自然河岸带、人工岸坡乔灌草河岸带和人工岸坡疏乔灌草干砌石河岸带优先选取S=c-ae^(-bA),人工岸坡观赏性乔灌草河岸带优先选取S=aA/(1+bA),人工岸坡浆砌石河岸带优先选取S=c/(1+ae^(-bA))。满足相同比例植物种调查,不同类型河岸带所需最小样地面积存在明显差异,当满足河岸带植物调查80%植物种时,人工岸坡浆砌石河岸带(84m^2)和自然河岸带(217m^2)所需样地面积较小,其次是人工岸坡疏乔灌草干砌石河岸带(362m^2),近自然河岸带(450m^2)和人工岸坡乔灌草河岸带(460m^2)所需样地面积相似,而人工岸坡观赏性乔灌草河岸带所需样地面积最大为571m^2。所得出的河岸带植物调查最小样地面积对于河岸带生物多样性保护和指导河岸带生态修复具有重要意义。

安徽査湾自然保护区群落的种—面积关系研究

指出了生物多样性尺度转换的重要依据之一是种—面积关系。它将不同尺度的生物多样性有机地结合起来,主要研究物种的数量随面积的变化而发生变化的规律。应用三种模型研究了査湾自然保护区的12块样方的种—面积关系。结果表明:三种模型的R2值都较大,均能较好地拟合群落的种—面积关系,而拟合效果检验评价指标RSE、AAD、AARD显示:一次函数模型最优,幂函数次之,对数函数最末。

影响舟山群岛蛙类物种多样性的主要因素分析

分析了面积、海拔高度、离物种源的最小距离、岛屿形状和人类活动对舟山群岛蛙类物种多样性的影响。结果显示，物种多样性与岛屿面积和最高海拔明显相关。但物种多样性与离物种源的最小距离没有显著相关性，这说明岛屿形成后蛙类在岛屿间（或岛屿和大陆间）很少发生迁移和再定居，物种数处于“非平衡”状态。岛屿形状不影响物种多样性。人类活动对物种多样性影响较小，原因是舟山群岛没有专一性的林栖种类，除淡肩角蟾外，其余种类均能生活于农田栖息地。我们认为，岛屿面积是舟山群岛蛙类物种多样性的主要决定因素和最佳预测者。

南亚热带常绿阔叶林群落及其卫星样地物种多样性特征

群落生物多样性的研究一直备受关注。鼎湖山植被资源丰富,对其典型植物群落及其卫星样地物种多样性状况进行探索是一项非常有意义的研究工作。以鼎湖山20 hm^(2)样地及其周边5个1 hm^(2)卫星样地为研究对象,分别从种面积关系、α多样性和β多样性几个角度进行分析,研究发现:(1)20 hm^(2)南亚热带常绿阔叶林鼎湖山(DHS)大型固定样地经过10年的更新演替,总个体数出现了爆发式增长。DHS样地周边5个卫星样地之间总个体数差异较大,按个体数进行排序:1号(南亚热带山地常绿阔叶林)>3号(南亚热带常绿阔叶林)>5号(南亚热带针阔混交林)>4号(南亚热带常绿针叶林)>2号(南亚热带沟谷雨林)卫星样地。(2)DHS大样地的物种并未达到饱和,卫星样地群落可以有效补充该区域的物种。(3)DHS大样地的α多样性较高;卫星样地之中,2号样地的物种多样性最高,其次是3号样地,继而是1号和4号样地,最后是5号样地。除了2号样地由于大量大树和巨树的存在使得物种均匀度提升,从而导致多样性指数值偏大以外,其它样地的结果呈现出海拔高度与多样性正相关。(4)DHS大样地与其3号卫星样地处于相近演替阶段,因此物种相似度最高。DHS样地与其4号卫星样地(马尾松林)演替阶段相差最远,物种差异性也最大,Bray⁃Curtis指数检测出仅有5%的物种相同。卫星样地之间的β多样性检验显示:南亚热带常绿针叶林(马尾松林)与南亚热带针阔混交林的演替阶段相近,物种相似度最高,Bray⁃Curtis指数表明84%的物种相同;其他卫星样地群落间物种差异较大。故对于鼎湖山南亚热带常绿阔叶林群落的多样性研究,在考虑典型大样地群落的基础上,仍需要统筹考虑卫星样地,方可更完整地获取该区域植被群落的多样性特征。

基于无人机和地面调查的典型草原“种-面积”关系

本研究以呼伦贝尔市典型草原为研究对象,通过传统地面样方调查和无人机调查,系统研究了“种-面积”关系,确定了典型草原地面与无人机调查的最小调查面积.调查结果表明:1)典型草原的物种数量与调查面积呈非线性关系,“种-面积”关系呈现为S=aln(bA+1).基于组合样方法,至少要包括8个1m^(2)小样方,才能达到涵盖80%物种的目标,基于巢式样法,需要的最小调查面积为8.63m^(2);2)针对典型草原,无人机调查的平均物种发现率为传统地面调查方法的81.7%,无人机可作为地面调查的辅助手段,提高调查的效率;3)在典型草原物种监测中,可选取1个或2个组合样方,并使用无人机进行4~5次随机拍摄作为补充,此时可发现典型草原物种总数的84.7%~88.3%.该方法相对传统的3~5次重复样方调查,代表性更高,调查效率更高.

三江平原残存湿地斑块特征及其对物种多样性的影响

景观破碎化是当前一个突出的生态学问题,破碎斑块的大小和形状特征对物种多样性具有重要影响。选取三江平原别拉洪河流域为研究区,通过调查残存湿地斑块的面积、形状和植物物种丰富度,利用相关分析和回归分析等方法研究了残存湿地斑块特征及其对物种多样性的影响。研究结果表明:在强烈的人为活动干扰下,三江平原湿地破碎化严重,残存湿地斑块面积较小,斑块形状规则、边界简单。斑块形状指数、分维数、形状特征点数和斑块面积、物种丰富度均没有显著相关关系,而斑块面积、周长和周长面积比对物种丰富度具有显著影响。但是斑块周长和周长面积比均受面积的直接影响,所以斑块面积是决定物种丰富度的主要因素,这点需在湿地生物多样性保护中予以重视。虽然斑块形状特征点数是农业景观物种丰富度的一个很好预测指标,但是该指标不适用于形状规则的残存湿地斑块物种丰富度预测。另外,对于残存湿地斑块种-面积关系的机理还有待进一步研究。

天目山米心水青冈群落物种组成特点与萌条更新

由于特定的温湿需求,中国的水青冈多分布于亚热带山地,而分布于欧洲和北美的水青冈则为温带的优势种。本文对浙江天目山自然保护区内米心水青冈群落物种组成特点和更新进行了研究。结果表明:在3个30m×30m样方中共发现132种高等植物,分属于51科86属;种-面积关系符合Arrhenius模型,lgS=0.384lgA+0.6443;log-series模型能很好地模拟米心水青冈群落中乔木层种-多度关系(R2=0.9596);乔木层优势种为壳斗科的米心水青冈、短柄枹、锥栗等;灌木层优势种有伞形绣球、宜昌荚蒾等;草本层优势种为箬竹、苔草等;群落物种多样性较高,而灌木层和草本层物种多样性与乔木层多样性呈负相关;群落结构表明,天目山米心水青冈群落是稳定的顶极群落,萌条更新在米心水青冈群落中十分常见,55%的乔木层物种具有萌条现象;尤其是米心水青冈,萌条数与母株的胸径呈显著的正相关。

福建海岛滨海特有植物种–面积关系及物种丰富度决定因素

福建海岛具有丰富的滨海特有植物资源,研究其物种丰富度的分布格局及机制,能够为滨海特有植物资源保护提供依据。本研究探讨了福建53个海岛滨海特有植物的种–面积关系,以及景观、人为干扰和气候3个方面10个环境因子对滨海特有植物物种丰富度的影响。同时还探讨了不同生活型(乔木、灌木、草本)对海岛环境因子的响应。结果表明:滨海特有植物和不同生活型植物的种–面积关系呈现物种丰富度随着面积增加而增加的趋势,滨海特有植物、乔木、灌木和草本的种–面积关系的斜率(z)分别为0.16、0.15、0.15和0.14。景观环境因子中的面积、形状指数和周长面积比是解释福建海岛滨海特有植物及不同生活型植物物种丰富度的主要决定因素,滨海特有植物及各生活型植物物种丰富度随着面积和形状指数的增加而增加,而滨海特有植物、灌木和草本的物种丰富度随着周长面积比的增加而减少。此外,不同生活型植物的物种丰富度对海岛环境因子的响应存在差异,除景观方面的因子外,气候对乔木的解释率最大,达9.82%。综上所述,相比于其他海岛生态系统,福建海岛滨海特有植物及不同生活型植物的物种丰富度与面积密切相关,其较低的斜率(z)表明滨海特有植物对海岛生境的敏感性较弱。景观方面的环境因子相比气候和人为干扰方面贡献了更多的解释率。以往研究发现岛屿环境因子与生境异质性显著相关,如岛屿越大、形状越不规则、周长面积比越低,则生境异质性越高。因此生境异质性的提升可能是解释滨海特有植物丰富度随景观环境因子变化的内在机制。

吉林蛟河近熟林树种多样性格局组建机制研究

植物种在群落多样性格局组建过程中所起的作用一直是生态学重点关注的问题。2010年在吉林蛟河建立面积为21.12 hm2的近熟林监测样地,样地中记录到DBH≥1 cm木本植物32 405株,共计50种木本植物。利用单物种-面积关系模型分析了样地内30种木本植物对局域群落多样性格局的影响,利用完全空间随机化模拟计算植物对局域多样性促进或抑制的显著性程度。研究结果表明：1）由于ISAR模型没有考虑竞争的非对称性,在相同取样面积下,同一树种的m ISAR值普遍低于ISAR值。不同树种的m ISAR曲线更加分散、区分度更为明显,且具有明显的尺度依赖性。2）在0-50 m空间尺度上,簇毛槭、黑樱桃、翅卫矛、稠李、大果榆、花楷槭、毛榛和青楷槭为多样性促进种;水榆为中性种;红松、色木槭、胡桃楸在绝大多数空间尺度上表现为抑制种;其余树种绝大多数在小尺度上表现为促进种。3）在中小尺度上,促进种决定了局域群落多样性格局组建;在较大尺度上,促进种和中性种共同作用于群落多样性格局的组建,并且随机过程的影响相对更强。因此,促进种和抑制种所代表的确定性过程与中性种所代表的随机过程共同作用于森林群落多样性格局构建过程,并且二者起作用的空间尺度不同。

冀北山地针阔混交林优势种对邻体物种多样性格局的影响

【目的】评估河北小五台山自然保护区以华北落叶松为优势种的针阔混交林不同径级华北落叶松在不同尺度上对邻体物种多样性格局的影响,阐明不同生态过程对华北落叶松邻体物种多样性格局形成的作用,为理解森林群落物种多样性维持机制提供依据。【方法】在河北小五台山自然保护区,选取典型的针阔混交林,建立1块2.4 hm2(80 m×300 m)森林动态监测样地,分析群落的物种组成和结构特征,将群落优势种华北落叶松的胸径(DBH)以3 cm为间距划分为9个径级,利用个体种-面积关系函数(ISARs)结合异质泊松零模型,探讨不同径级华北落叶松在不同尺度上对邻体物种多样性格局的影响。【结果】样地共记录到DBH≥1 cm的木本植物4275株,隶属17科26属35种。9个径级华北落叶松的个体(共550株)整体呈现出近似正态分布,Ⅴ径级(19~22 cm)个体数最多(92株)。在30 m尺度范围内,9个径级华北落叶松的ISARs值均表现为随尺度增加逐渐增大的趋势,Ⅳ(16~19 cm)和Ⅸ径级(≥31 cm)华北落叶松分别表现为在所有尺度上最高的ISARs值和最低的ISARs值。Ⅲ(13~16 cm)、Ⅶ(25~28 cm)和Ⅷ(28~31 cm)径级华北落叶松在所有尺度上与邻体物种多样性的相互作用均表现为中性;其余6个径级华北落叶松对邻体物种多样性的促进或抑制作用均发生在较小尺度(≤11 m),有5个径级(Ⅰ级:<10 cm;Ⅱ级:10~13 cm;Ⅳ;Ⅴ;Ⅵ级22~25 cm)的华北落叶松在不同程度上表现出对邻体物种多样性的促进作用,仅有Ⅸ(≥31 cm)径级华北落叶松在2~4 m尺度上表现出对邻体物种多样性的抑制作用,随尺度增加均转变为中性作用。【结论】尺度依赖效应显著影响华北落叶松邻体物种多样性格局。虽然中性过程在多个尺度上主导不同径级华北落叶松邻体物种多样性格局,但是较小尺度上的促进作用对华北落叶松邻体物种多样性格局的影响也不可忽视。华北落叶松的Ⅳ和Ⅸ径级阶段对邻体物种多样性格局的形成和维持较为关键。

南亚热带季风常绿阔叶林不同演替阶段物种-面积关系

通过对云南普洱地区季风常绿阔叶林演替15年、30年及原始林群落的调查,探讨了不同演替阶段群落的物种-面积关系.结果表明:不同演替阶段群落中,取样面积与总物种数,乔木、灌木和藤本物种数均具有极显著相关关系,其变化解释率均超过94%;演替30年群落中总物种和乔木的物种累积速率(Z)最低(0.334和0.394),演替15年群落中灌木和藤本的Z值最低(0.437和0.326);不同演替阶段中总物种、乔木、灌木和藤本的物种-面积曲线截距无显著变化,但原始林中总物种和藤本物种-面积曲线的决定系数(R2)显著高于演替15年和30年群落.演替15年群落中,初始乔木及灌木物种丰富度解释了Z值变化的99.9%,而其他演替阶段群落中初始乔木、灌木、藤本及总物种丰富度与Z值均无显著相关性.

吉林蛟河42hm^2针阔混交林样地植物种-面积关系

种-面积关系是生态学中的基本问题,其构建方式对种-面积关系的影响以及最优种-面积模型的选择仍然存在争议。该文利用吉林蛟河42hm2针阔混交林样地数据,分别采用巢式样方法和随机样方法建立对数模型、幂函数模型和逻辑斯蒂克模型,并通过赤池信息量准则(AIC)检验种-面积模型优度。结果表明,种-面积关系受到取样方法的影响,随机样方法的拟合效果优于巢式样方法。采用随机样方法构建的幂指数模型(AIC=89.11)和逻辑斯蒂克模型(AIC=71.21)优于对数模型(AIC=113.81)。根据AIC值可知,随机样方法构建的逻辑斯蒂克模型是拟合42hm2针阔混交林样地种-面积关系的最优模型。该研究表明:在分析种-面积关系时不仅应考虑尺度效应,还需注意生境变化及群落演替的影响。

温州沿海小型海岛植物丰富度和β多样性及其影响因子

于2012-2015年调查了温州沿海20个小型无居民海岛的植物组成,共记录到维管束植物366种,隶属于95科244属,其中草本植物226种木本植物140种。拟合了5个种-面积关系模型,采用赤池信息量AIC对模型进行选择,发现种-面积-生境类型关系模型SAH_nR权重系数最大,为40.26%,两种断点回归种-面积关系模型BR-SAR权重系数分别仅为6.94%和0.43%,表明基于这20个海岛拟合的种-面积关系不存在小岛屿效应。岛屿植物物种丰富度主要受面积A影响,离大陆距离,I_m对丰富度无显著作用;偏相关分析表明除A外,周长/面积比PAR和岛屿生境多样性指数H_d显著影响了植物丰富度,其逐步回归方程分别为:植物总丰富度S=76.714+1.696A-0.046PAR,R^2=0.839;木本植物丰富度S_(-woody)=6.525+0.455A+24.544H_d,R^2=0.697;草本植物丰富度S_(-herbaceous)=66.899+1.285A-0.04PAR-23.434H_d,R^2=0.865。偏最小二乘回归PLS分析中岛屿空间特征参数对岛屿物种相似性指数重要性排序为:I_m(0.61)>I_i(0.56)>PAR(0.49)>A(0.20)>岸线长度Per(0.14)>生境类型H(0.072)>岛屿高程E(0.065)>岛屿形状指数SI(0.05)。由此可见,近岸的小型海岛植物丰富度并不总是由岛屿面积来决定;隔离度对岛屿植物β多样性影响较大。