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1、生态学实习报告一一鹫峰林场群落最小面积分析摘要：鹫峰群落最小面积不是很大，其中包含的植物种数处于中等水平，说明鹫峰的环境条件谈不上优越，但也不是很差，可以满意肯定数量的植物的生长需求，群落结构不会特殊简单。通过数学模型拟合法能真实的从群落、景观到区域各种尺度上描述种一一面积关系，且不同的拟合曲线具有不同的适用性,可用来拟合不同的群落类型。巢式取样法对于鹫峰林场群落最小面积的调查并非完全适用，可以考虑在物种增加速率特别缓慢的同时适当缩小取样增加的面积，这样调查所得的结果会比较精确。关键词：群落最小面积、种一一面积曲线、样方面积、累计植物种数、巢式取样法、拟合曲线。1 .前言群落最小面积就是在最小
2、地段内，对一个特定群落类型能够供应足够的环境空间（环境和生物的特性），或者能保证呈现出该群落类型的种类组成和结构的真实特征所需要的面积1；它意味着取样面积的大小。生物群落的最小面积是生态学试验中进行野外调查，确定植被样方面积的基础，具有很重要的应用价值。如若调查某群落的植物种类组成和某种个体的数目，都可以使用最小样地面积的方法全面的统计出来。最小面积的大小能够用数字反映出群落结构的简单程度。组成群落的植物种类越多，群落的最小样地面积也就越大，群落最小取样面积的确立，对自然爱护区的建立和种群爱护等方面都具有特别重要的理论意义和实践意义。最小取样面积的变化幅度很大，并且受群落类型的影响比较大。最小
3、面积的确定，常见的方法有2种：种一一面积曲线和重要值一一面积曲线4。前者比较简便2,后者所确定的最小面积精度比较高3,同时还可以得出群落优势种相对稳定的重要值，并且对于比较简单的森林群落取样和结构争论而言有良好的有用性。如今，确定群落最小面积的方法中，比较新的方法是基于群落系数一一面积曲线，该方法能够更好的反映群落的种类组成及其结构2,3。目前有多种函数被用作曲线的拟合5,使得对同一个争论对象，因选取的函数不同，而导致拟合的结果有很大的差异，并且取样方法的差异与不同也会导致数据在拟合时存在很大的困难，如何用科学且有效的取样方法更好的应用于曲线的拟合还需要作进一步深化的科学争论。本文主要以鹫峰林
4、场群落为争论对象，选取六块样地进行群落最小面积调查，通过对种一一面积曲线进行拟合，进而确定群落的最小面积。不同海拔上灌木群落的种类组成、结构和分布格局等方面都存在着较大的差异，因而其最小面积也不同，故在进行林场群落的调查时，确定群落最小面积，对于植被调查和爱护工作将会发挥很大的作用；还能为林场生态系统的组成及其结构、植被演替、自然爱护区的建立及其种群爱护等方面的争论供应重要的科学理论依据和参考。2 .争论方法2.1 争论地区概况（1）地理概况鹫峰是北京名山之一，位于北京市西北方向30km处，林地面积832.04hm2,年均气温12.2Co主峰海拔465m,最高峰1153m。森林覆被率高达100
5、机有植物110科313属684种（包括变种和品种）；乔木以油松、侧柏、柞树居多，灌木以荆条、绣线菊为主，草本植物以白草和大油芒为主。（2）气候概况林场位置属于温带落叶阔叶林带的栓皮栋林带，代表华北大陆性季风气候。春季干旱多风，夏季酷热多雨，冬季寒冷干燥。年平均气温12.2,降雨量近700ml,集中在78月。（3）土壤特性由于林场地形地势变化比较简单，相对高差较大，基岩及由其所形成的成土母质以及坡向、坡度、局部地形的变化，而且在不同时期受到不同程度人类经济活动的影响，因此所形成的土壤也比较简单。林场范围内平均土层厚度约为19Cnb最小5cm（除去岩石暴露之地），最高厚度近2m。依据土壤的形态特征
6、将林场范围内的土壤划分为褐土型耕作土、淋溶褐土、暗淋溶褐土3种。（4）植被特征鹫峰植被丰富，生长良好，种类特别多。林场林地内植被成层性良好，形成了明显的“乔一灌一一草”分层。优势种突出，生态特征明显。林场地表植被随海拔、水分、土壤状况等的不同而呈不同的分布。褐土型耕作土上灌丛植被有：白草、荆条等；淋溶褐土上灌丛植被有：胡枝子、三裂绣线菊等；暗淋溶褐土上灌丛植被有：三裂绣线菊、蚂蚱腿子等。2.2调查方法最小面积确定的方法通常是采纳在森林群落代表性地段，渐渐成倍地扩大样方面积，简称“巢式取样法”。植物种的数目于样方面积的扩大，种类在不断增加，而当扩大到肯定面积时，种类则很少增加，此时即为争论群落种
7、类成分所需要的最小面积。因此，作的种-面积曲线一般表现为由陡峭提升渐渐趋于平缓，曲线开头平滑的拐点即群落的最小面积。我们实习共分为六组，每组均选取块样地进行群落最小面积调查，故最终得到六组调查数据，因样地选取位置和成倍扩大面积的不同，所得群落最小面积也不尽相同，样地最小面积内植物种类数目也相应地不同。45312巢式样方合并扩大挨次图2 .3数据处理方法种一一面积曲线(SAC)为确定最小取样面积的基本方法。种的数目随取样面积的增大而增加，但增加是有限度的,最终稳定在一个详细的数目。而后,各种原始的数据在此范围内获得，以确保获得的信息与群落所包含的整体信息基本吻合。我们实习有六个小组，总共获得了六
8、组群落最小面积调查的数据。通过对六组的数据进行处理，可以获得六个不同样地的种一一面积曲线。然后运用SPSS软件6对数据进行处理，拟合种一一面积曲线，可以大致获得植物种数利取样面积之间的函数关系，由此可以估量争论区域的群落最小面积。数据处理用到了数学模型拟合法。3 .结果及分析第一组种-面积曲线1248163264128256512面积(*)分析：从折线图中可以看出，累计消失种数在032m2增长速度较快，累计种数提升较快；面积从32m2256m2增长速度较慢，从2565122植物种数停止增长。累计种数稳定在34种。采用统计软件SPSS对数据进行处理，令A为面积，S为A中消失的物种数，a,b为待估
9、参数，植物群落最小面积采纳饱和曲线S=aA(l+bA)7进行计算。第一组数据经过处理得到待估参数和相关系数R的平方结果如下所示：参数估计值参数估计标准误95%置信区间下限上限ab10.229.300.591.0198.865.25611.593.344ANOVAa源平方和df均方回归残差未更正的总计已更正的总计7333.4555.5457339.000836.500281093666.728.693因变里:累计出，和)=.993o见植物种数(残差平方和)八已更正的平方所以S=10.229A/(1+0.3A),相关系数达到了0.9以上，说明拟合的种面积曲线方程求得的最小面积相接近且基本上与群落的
10、实际植被状况相符合。对应于上述饱和种一一面积曲线，要得到群落总种数肯定比例p(0p1)的物种所需要的最小面积(或临界抽样面积)5为面=p(b-bp)7.取比例因子P分别为0.8,0.9,计算第一组样地的群落最小面积。当p=0.8时,A=13.33；当P=O.9时，A=30.所以样地大小设置为30m即可满意求得包括群落90%的全部植物种的最小面积的高精度争论要求。其次组种-面积曲线（栓皮栋林）种-面积曲线分析：从折线图中可以看出，累计消失种数在016m2增长速度较慢，在16M32（2累计种数提升较快，从320r2368m2植物种数停止增长。累计种数稳定在40种。其次组数据经过处理得到待估参数和相
11、关系数R的平方结果如下所示：参数估计值参数估计标准误95%置信区间下限上限ab1.717.042.362.010.910.0192.524.066ANOVAa源平方和df均方回归残差未更正的总计已更正的总计8671.550123.4508795.0001930.91721012114335.77512.345因变里:累计出现种数PR方=1（残差平方和）/（已更正的平方和）=.936o所以S=1.717A/（1+0.042A）,相关系数达到了0.9以上，说明拟合的种一一面积曲线方程求得的最小面积相接近且基本上与群落的实际植被状况相符合。对应于上述饱和种一一面积曲线，要得到群落总种数肯定比例p（0
12、p1）的物种所需要的最小面积（或临界抽样面积）为:A=p/（b-bp）.取比例因子P分别为0.8,0.9,计算第一组样地的群落最小面积。当p=0.8时，A=95.238；当P=O.9时，A=214.286.所以样地大小设置为214疗即可满意求得包括群落90%的全部植物种的最小面积的高精度争论要求。分析：从折线图可以看出，累计消失种数在04)2增长速度较慢，在4m2256)2累计种数提升较快，从256m2900m2植物种数增加不多，在900m2122512植物种数停止增长。累计种数稳定在38种。第三组数据经过处理得到待估参数和相关系数R的平方结果如下所示：参数估计值参数估计标准误95%置信区间下
13、限上限a1.436.243.9081.965b.038.007.023.054ANOVAa源平方和df均方回归残差未更正的总计已更正的总计10016.19390.80710107.0002186.35721214135008.0977.567因变里:累计出现植物种数2.R方=1-(残差平方和)，(已更正的平方和)=.958o所以S=1.436A/(1+0.038A),相关系数达到了0.9以上，说明拟合的种一一面积曲线方程求得的最小面积相接近且基本上与群落的实际植被状况相符合。对应于上述饱和种一一面积曲线，要得到群落总种数肯定比例p(0p1)的物种所需要的最小面积(或临界抽样面积)为:A=p(b
14、-bp).取比例因子P分别为0.8,0.9,计算第一组样地的群落最小面积。当p=0.8时,A=105.263；当P=O.9时，A=236.842.所以样地大小设置为237m?即可满意求得包括群落90%的全部植物种的最小面积的高精度争论要求。笫四组种-面积曲线分析：从图中可看出，植物种数在0512m2增长速度基本不变，从512m22048m2增长趋于平缓，2048124096m2植物种数停止增长。累计总数稳定在42种。第四组数据经过处理得到待估参数和相关系数R的平方结果如下所示：参数估计值参数估计标准误95%置信区间下限上限a2.453.4491.4643.442b.062.012.035.08
15、9ANOVAa源平方和df均方回归残差未更正的总计已更正的总计11051.006115.99411167.0002117.07721113125525.50310.545因变重:累计物种数aR方=1(残差平方和)”已更正的平方和)二945。所以S=2.453A/(1+0.062A),相关系数达到了0.9以上，说明拟合的种一一面积曲线方程求得的最小面积相接近且基本上与群落的实际植被状况相符合。对应于上述饱和种一一面积曲线，要得到群落总种数肯定比例p(0p1)的物种所需要的最小面积(或临界抽样面积)为:A=p/(b-bp).取比例因子P分别为0.8,0.9,计算第一组样地的群落最小面积。当p=0.
16、8时，A=64,516;当p=0.9时，A=145.16.所以样地大小设置为145m2即可满意求得包括群落90%的全部植物种的最小面积的高精度争论要求。第五组数据经过处理得到待估参数和相关系数R的平方结果如下所示:参数估计值参数估计标准误95%置信区间下限上限a5.402.3814.5226.281b.137.011.112.163ANOVAa源平方和df均方回归残差未更正的总计已更正的总计8081.78311.2178093.0001384.900281094040.8921.402因变里:累计出现植物种数PR方=I-(残差平方和)/(已更正的平方和)=.992o所以S=5.402A/(1+
17、0.137A),相关系数达到了0.9以上，说明拟合的种一一面积曲线方程求得的最小面积相接近且基本上与群落的实际植被状况相符合。对应于上述饱和种一一面积曲线，要得到群落总种数肯定比例p(0p1)的物种所需要的最小面积(或临界抽样面积)为:A=p/(b-bp).取比例因子P分别为0.8,0.9,计算第一组样地的群落最小面积。当p=0.8时，A=29.197；当P=O.9时，A=65.693.所以样地大小设置为66111?即可满意求得包括群落90%的全部植物种的最小面积的高精度争论要求。第六组种-面积曲线（针阔混交林）图表标题分析：植物种数在0812增长速度较为缓慢，从8M64m2增长速度较快，64
18、行256侦植物种数开头趋于稳定，256m240（2植物种数停止增长。累计消失植物种数稳定在45种。第六组数据经过处理得到待估参数和相关系数R的平方结果如下所示：参数估计值参数估计标准误95%走信区间下限上限a2.687.4541.6403.735b.058.012.031.085ANOVAa源平方和df均方回归残差未更正的总计已更正的总计8605.93982.0618688.0002031.600281094302.97010.258因变里:累积出现植物种数gR方=I-（残差平方和）/（已更正的平方和）=.960。所以S=2.687A/（1+0.058A）,相关系数达到了0.9以上，说明拟合的
19、种一一面积曲线方程求得的最小面积相接近且基本上与群落的实际植被状况相符合。对应于上述饱和种一一面积曲线，要得到群落总种数肯定比例p（0p1）的物种所需要的最小面积（或临界抽样面积）为:A=p/（b-bp）.取比例因子P分别为0.8,0.9,计算第一组样地的群落最小面积。当p=0.8时，A=68.97；当p=0.9时，A=155.17.所以样地大小设置为155m2即可满意求得包括群落90%的全部植物种的最小面积的高精度争论要求。总结：从六组数据可以看出，大致遵循群落的植物种类越多，相应的最小面积就越大的规律，不过受一些主观因素的影响可能存在一些偏差。六组的最小面积基本处于200m2300m2左右
20、，除了个别达到了IOoOnI2-200(2,尽管如此，每组样地大小设置为Ioom2200裙左右基本可以满意包括群落90%的全部植物种的最小面积的高精度争论要求。植物种类也处于3445之间，差异不大，但由于六组所选位置比较集中，不能代表鹫峰整体群落的特点，故所得结果只能体现该片区域的群落特点，不具普遍性。4.结论与争论最小面积的调查有助于群落结构调查的进行，它是能够反映群落基本特征的最小面积，在生态争论中具有特别重要的意义。不同的群落类型、不同的环境条件下，群落的最小面积会有所差别。一般环境条件越优越，群落的结构越简单，组成群落的植物种类就越多，相应的最小面积就越大。如在我们国家西双版纳热带雨林
21、群落，最小面积至少为2500平方米，其中包含的主要高等植物多达130种；而在东北小兴安岭红松林群落中，最小面积约400平方米，包含的主要高等植物有40余种；在戈壁草原，最小面积只要1平方米左右，包含的主要高等植物可能在10种以内。从鹫峰群落最小面积调查结果来看，在该片调查区域最小面积不是很大，其中包含的植物种数处于中等水平。由此说明鹫峰的环境条件谈不上优越，但也不是很差，可以满意肯定数量的植物的生长需求，群落结构不会特殊简单。除上述结论外，关于调查最小面积的方法和数据处理方式作以下争论：1 .种一一面积关系科学界定取样面积，在此面积中所得的数据反映了整个群落性质，获得的信息与群落所包含的整体信
22、息是基本吻合的，具有较高的可信度，由于它的动身点是将群落作为一个有机的整体。换句话说，群落的最小面积中包含的信息可以较完整、客观的代表群落生物学基本特征，尽管如此以来，不同群落对应的面积在数值上有区分，但在生物学意义上是统一的。例如“物种丰富度”，此概念本身就限定了必需在一个合理的范围去描述种群所包含的物种，否则，将无法正确说明。LepJ.&Stursa认为用种一一面积曲线关系比单一的物种数目可以更好地描述植物群落的物种丰富度8,我同意这个观点，在这一范围内，群落所包含的物种既不会被重复统计，又不会被遗漏。2 .对于群落的最小面积的确定，我认为确定最小取样面积的科学有效的方法是用数学模型拟合法
23、，这种方法可以使群落的最小面积得到真实的反映。若要精确地求出群落的最小取样面积，通过种一一面积曲线的切线法求解是不行行的9。通过数学模型拟合法能真实的从群落、景观到区域各种尺度上描述种一一面积关系，且不同的拟合曲线具有不同的适用性,可用来拟合不同的群落类型10。3 .巢式取样法要求，取样时每次取样增加的面积必需是前面面积的1倍，所以，随着取样面积的增大，每次增加的面积也越来越多，从而导致物种增加速率过快H。但对于物种不够丰富、群落组成较为简洁的鹫峰林场植物群落来说，物种增加速率过快的问题基本不存在；相反，在取样面积接近最小面积时，物种增加速率特别缓慢，样地面积却在成倍增长，这就可能导致最终的取
24、样面积过分超出群落实际的最小面积，使得调查结果不够精确。因此，巢式取样法对于鹫峰林场群落最小面积的调查并非完全适用，可以考虑在物种增加速率特别缓慢的同时适当缩小取样增加的面积，这样调查所得的结果会比较精确。参考文献：1王伯芯，余世孝，彭少麟，等.植物群落学试验手册.广州：广东高等教育出版社，1996.2游水生,王小明,王海为.福建中亚热带常绿阔叶林(米棺林)最小面积的确定.武汉植物学争论，2002,20(6):438-442.3邓红兵,吴刚,郝占庆,等,马尾松一一林类自然混交林群落最小面积确定及方法比较.生态学报，1999,19(4):499-503.4代力民,王青春,邓红兵,等.二道白河河岸
25、带植物群落最小面积与物种丰富度.应用生态学报，2002,13(6):641-645.5刘灿然,马克平,余顺当,等.北京东灵山地区植物群落多样性争论VlL几种类型植物群落临界抽样面积的确定.生态学报，1998,18(1):1523.6 WilkinsonL.SYSTAT:Thesystemforstatistics.Evanston,IL:SYSTAT,Inc.,1990.677.7 陈泓，黎燕琼，郑绍伟，王玲，何飞，刘军，慕长龙.岷江上游干旱河谷灌丛群落种一一面积曲线的拟合及最小面积确定.生态学报，第27卷第5期，2007年5月.8 Lepj.&Stursa.Species2areacurve
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