群丛是植物群落分类的基本单位,有如植物分类中的种。凡是层片结构相同,各层片的优势种或共优种相同的植物群落联合为群丛。如羊草+大针茅这一群丛组内,羊草+大针茅+黄囊苔草原和羊草+大针茅+柴胡草原都是不同的群丛。凡是层片结构相似,而且优势层片与次优势层片的优势种或共优种相同的植物群丛联合为群丛组。如在羊草+丛生禾草亚群系中,羊草+大针茅草原和羊草+丛生小禾草(糙隐子草、落草)就是两个不同的群丛组。在群丛范围内,由于生态条件的某些差异,或因发育年龄上的差异往往不可避免地在区系成分、层片配置、动态变化等方面出现若干细微的变化。亚群丛就是用来反映这种群丛内部的分化和差异的,是群丛内部的生态-动态变型。
根据上述系统,我国植被分为11个植被型组、29个植被型、550多个群系,至少几千个群丛。
法瑞学派的群落分类
法国蒙伯利埃大学J.Braun-Blanquet于1928年提出了一个植物区系—结构分类系统,被称为群落分类中的归并法,是影响比较大而且在西欧和一些其他国家被广泛承认和采用的一个系统。该系统的特点是以植物区系为基础,从基本分类单位到最高级单位,都是以群落的种类组成为依据。
该系统中的群丛门是指在大的植物区系地理范围内,具有共同分类特征的有关群丛纲的联合。它的分类特征可以是种或属,或者两者。它大体上与英美学派的群系和我国的植被型相当。
群丛纲、群丛目、群丛属的确切定义,文献中意见并不一致,但相同的群丛纲、群丛目和群丛属应具有类似的特征种和区别种。群丛是具有一个或较多特征种的基本分类单位。
较低级的分类单位,没有自己的特征种,通常主要用区别种(区别种是指在不同样方组内互相排斥的种)进行划分。研究群丛内的变异有3条途径:土壤—生态的、历史—地理的和群落动态的。因此,划分群丛中的亚群丛可以根据局部土壤的或微气候的差别;变型则以历史地理的或微气候的差异为依据;群丛相是用一个或几个种的优势度或盖度级来表示。假如某个种具有较高的优势度,而该种的高优势度是这个群丛的正常特性,这种情况下,就不把这一群落片段视为群丛相。因此,群丛相是一个偏离现象,它可能是由特殊的、有时是极端的非生物因素或人为干扰而引起的。
该学派的分类过程是通过排列群丛表来实现的。首先在野外做大量的样方,样方数据一般只取多度-盖度级和群集度。然后通过排群丛表,找出特征种、区别种,从而达到分类的目的。
美国的群落分类
英美学派早期的群落分类
英美学派是根据群落动态发生演替原则来进行群落分类的。代表人物是Clements和Tansley。有人将该系统称为动态分类系统。他们对顶级群落和未达到顶级的演替系列群落,在分类时处理的方法是不同的,因此他们建立了两个平行的分类系统(顶级群落和演替系列群落),因而称该系统为双轨制分类系统。
该系统中,群系是高级的基本分类单位。他们认为:群系是气候的产物,并受气候的控制。它是占据着一定生境或者一定土壤类型的顶级群落,或者是与一定气候相联系的演替顶级群落。如果地球上不同大陆上的群系,优势种具有相似的生活型,则这些群系就组成一个泛顶级。
该系统的群系与我国的植被型大致相当,外貌相似和具有相似环境条件的群系联合成群系型,与我国的植被型组相当。群丛是中级分类单位,是指大气候范围内的亚气候所决定的顶级群落,大致相当于我国所用的群系或植被亚型。
群丛之下分为两种:单优种群丛和群丛相(或称亚群丛)。单优种群丛是指只有一个优势种的群落,该群丛生境比较均一,变化幅度小。群丛相是指具有一个以上优势种的植物群落,用共优种的署名来联合命名,如Stipa—Aneurolepidium群丛相。它们大体上相当于我国的群丛、亚群丛。
组合是在单优种群丛或亚群丛内,一个或若干个次优势种所构成的群落的局部集合体。组合及其以下的分类单位已不是群落了,而是群落内部的结构单位。
演替系列群落的分类方法与上述顶极群落分类系统基本相同,它们是未达到成熟和稳定的演替系列群落,因此没有群系以上的高级分类单位。
美国FGDC植被分类系统
美国国家地理数据委员会为了在全国水平上获得一致的植被资源数据,便于准确地比较、集成,并将在野外水平上支持定量的植被建模、制图与分析,于1996年制订了一个植被分类系统和植被信息标准,并建立了通用的植被数据库。该分类系统所遵循的原则是:大面积适用;与地球覆盖/土地覆盖其他的分类系统一致;避免概念冲突;分类的应用前后一致并可重复;采用普通术语,避免难懂的行话;分类单位边界明确,互相排斥,加在一起占据地面的100%;分类系统是动态的,能容纳附加信息;反映现实植被生长季节的状态;为等级系统,高级单位反映少量的一般类型,较低级单位反映大量的详细类型;高级分类单位以外貌(生活型、盖度、结构、叶型)为划分基础,生活型指乔木、灌木、草本等;低级分类单位以实际种类组成为基础进行划分,数据必须用标准取样法在野外获取。
群落的数量分类
分类是对实体集合按其属性数据所反映的相似关系进行分组,使同组内的成员尽量相似,而不同组的成员则尽量相异。群落数量分类可能揭示出以下生态学现象:
(1)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。
(2)用土壤、气候等环境因素的数据去划分样方,可能揭示出植被间断的环境原因。
(3)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。
(4)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。
(5)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,反映出不同环境因素之间的组合关系。
(6)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。
群落数量分类一般采用不重叠的等级分类。
多元分析方法是施于原始数据集合的一套处理规则,方法本身不依赖于对实体和属性具体内容的解释,因此可用于多种学科。作为群落生态学中的多元分析,却要赋予它真实的生态学含义,即在数学手段的基础上,再从生态学专业知识的角度给以恰当的解释,达到揭示生态关系、反映生态规律的目的。
多元分析的基本单位叫做实体,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、标地、林分或群落,等等。
依据一定的数学规则,把相似的分类单位并在一起,得到分类或排序的结果。表示实体之间相似性的数值,称为相似系数。从大的类型上看,相似系数有5类:关联系数、距离系数、内积系数、信息系数、概率系数。
数量分类方法繁多,由于计算机技术的发展,已有不少多元分析软件可供使用,对数量分类方法的原理有了清楚的认识之后,结合专业知识,就可对计算机给出的计算结果和图形,作出合乎情理的生态学解释。
生物群落的排序
所谓排序,就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以及与生境之间的相互关系。
排序方法可分为两类。一是群落排序,用植物群落本身属性(如种的出现与否,种的频度、覆盖度,等等),排定群落样地的位序,称为间接排序,又称间接梯度分析或者组成分析。另一类排序是利用环境因素的排序,称为直接排序,又称为直接梯度分析或者梯度分析,即以群落生境或其中某一生态因子的变化,排定样地生境的位序。
排序基本上是一个几何问题,即把实体作为点在以属性为坐标轴的P维空间中(P个属性)按其相似关系把它们排列出来。简单地说要按属性去排序实体,这叫正分析或叫正排序。其结果能客观地反映样方间的相互关系。如果反过来按实体去排序属性,则称作逆分析或逆排序。
为了简化数据,排序时首先要降低空间的维数,即减少坐标轴的数目。如果可以用一个轴(一维)的坐标来描述实体,则实体点就排在一条直线上;用两个轴(二维)的坐标描述实体,点就排在平面上,都是很直观的。如果用三个轴(三维)的坐标,也可勉强表现在平面的图形上,一旦超过三维就无法表示成直观的图形。因此,排序总是力图用二、三维的图形去表示实体,以便于直观地了解实体点的排列。
在一般情况下,减少维数往往损失一些信息,排序的方法应该使得由降维引起的信息损失尽量少,即发生最小的畸变。
这种降维的简化,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,无疑有利于揭示原始数据反映的规律。
通过排序可以显示出实体在属性空间中位置的相对关系和变化的趋势。如果它们构成分离的若干点集,也可达到分类的目的;结合其他生态学知识,还可以用来研究演替过程,找出演替的客观数量指标。如果我们既用物种组成的数据,又用环境因素的数据去排序同一实体集合,以两者的变化趋势容易揭示出植物种与环境因素的关系,从而提出生态解释的假设。特别是,可以同时用这两类不同性质的属性(种类组成及环境)一起去排序实体,则更能找出两者的关系。
知识点行为信息
动植物的许多特殊行为都可以传递某种信息,这种行为通常被称为行为信息。如教材中所述,蜜蜂的舞蹈行为就是一种行为信息。草原中有一种鸟,当雄鸟发现危险时就会急速起飞,并扇动两翼,给在孵卵的雌鸟发出逃避的信息。
我国面临的资源挑战
我国是世界资源大国和人口大国,又是一个发展中国家。对我国的资源问题要从3个方面来分析:①要看到资源问题的严峻性。由于人口众多,经济发展对资源的需求日益增长,资源供需矛盾将十分尖锐。资源利用效率不高,环境代价大,资源管理不够完善等问题也普遍存在,从而加剧了资源基础的削弱和恶化。②要看到这些问题是发展中的问题,或者说,是发展中国家在摆脱贫困、走向工业化过程中难以避免的问题。③我国资源问题正在逐步解决中,我国资源问题及其解决将对世界产生重大影响。
在以上3个观点的前提下,我们侧重地分析一下我国资源及其开发利用的基本问题:
土地资源
土地资源是指已经被人类所利用和可预见的未来能被人类利用的土地。土地资源既包括自然范畴,即土地的自然属性,也包括经济范畴,即土地的社会属性,是人类的生产资料和劳动对象。
土地资源指目前或可预见到的将来,可供农、林、牧业或其他各业利用的土地,是人类生存的基本资料和劳动对象,具有质和量两个内容。在其利用过程中,可能需要采取不同类别和不同程度的改造措施。土地资源具有一定的时空性,即在不同地区和不同历史时期的经济技术条件下,所包含的内容可能不一致。如大面积沼泽因渍水难以治理,在小农经济的历史时期,不适宜农业利用,不能视为农业土地资源。但在已具备治理和开发技术条件的今天,即为农业土地资源。由此,有的学者认为土地资源包括土地的自然属性和经济属性两个方面。
土地资源是在目前的社会经济技术条件下可以被人类利用的土地,是一个由地形、气候、土壤、植被、岩石和水文等因素组成的自然综合体,也是人类过去和现在生产劳动的产物。因此,土地资源既具有自然属性,也具有社会属性,是“财富之母”。土地资源的分类有多种方法,在我国较普遍的是采用地形分类和土地利用类型分类:
(1)按地形,土地资源可分为高原、山地、丘陵、平原、盆地。这种分类展示了土地利用的自然基础。一般而言,山地宜发展林牧业,平原、盆地宜发展耕作业。
(2)按土地利用类型,土地资源可分为已利用土地如:耕地、林地、草地、工矿交通居民点用地等;宜开发利用土地如:宜垦荒地、宜林荒地、宜牧荒地、沼泽滩涂水域等;暂时难利用土地如:戈壁、沙漠、高寒山地等。这种分类着眼于土地的开发、利用,着重研究土地利用所带来的社会效益、经济效益和生态环境效益。评土地荒漠化价已利用土地资源的方式、生产潜力,调查分析宜利用土地资源的数量、质量、分布以及进一步开发利用的方向途径,查明目前暂不能利用土地资源的数量、分布,探讨今后改造利用的可能性,对深入挖掘土地资源的生产潜力,合理安排生产布局,提供基本的科学依据。
它有如下7个特征:
(1)土地资源是自然的产物。
(2)土地资源的位置是固定的,不能移动。
(3)土地资源的区位存在差异性。
(4)土地资源的总量是有限的。
(5)土地资源的利用具有可持续性。
(6)土地资源的经济供给具有稀缺性。
(7)土地利用方向变更具有困难性。
我国的内陆土地面积为960多万平方千米,在世界上继俄罗斯、加拿大之后居第三位。