植物群落生態(tài)學(xué)

一類生態(tài)學(xué)方法，即對植物群落（及其環(huán)境）的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析以求揭示其內(nèi)在的生態(tài)學(xué)規(guī)律。植物群落，不同于生物群落，只包括一定地區(qū)內(nèi)的植物，不包括動(dòng)物和微生物，而在具體研究時(shí)更常集中于某些重點(diǎn)考察的生活型。但在植物群落分析中，特別是在排序研究中，環(huán)境因子也是主要研究內(nèi)容，這所謂的環(huán)境因子也可以包括動(dòng)物和微生物在內(nèi)。植物群落分析方法，以從自然植物群落的統(tǒng)計(jì)學(xué)樣本中測取得的群落屬性與環(huán)境變化的定量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)學(xué)原理和計(jì)算技術(shù)，對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行兩種方法途徑的綜合：一種是把每個(gè)群落抽樣單元，按其屬性的相似性或相異性，聚合或劃分為許多組群（分類單元），這稱為群落的數(shù)值分類。另一種是把每個(gè)群落抽樣實(shí)體視為點(diǎn)，在生境梯度或群落屬性梯度的□維坐標(biāo)空間中，序化地標(biāo)記出來，這稱為群落排序。數(shù)值分類和排序是定量地客觀地對群落進(jìn)行分類，揭示植物群落類型及其組成種群與環(huán)境相互關(guān)系的新技術(shù)。由于電子計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，這些數(shù)值方法正在迅速發(fā)展，不斷完善。

1、植物群落抽樣：考察植物群落，選擇出可代表該群落整體并具有一致性的一定區(qū)限，叫做群落樣地。在樣地內(nèi)，為測計(jì)群落各項(xiàng)屬性，如種類組成、生活型、種群數(shù)量特征、及環(huán)境因子特征可設(shè)置一定面積、形狀或數(shù)量的小區(qū)(樣方)，這是常用的一種群落抽樣方法。為了進(jìn)行植物群落分析，要采取客觀抽樣法，即概率抽樣。可以按具體情況在隨機(jī)抽樣、系統(tǒng)（規(guī)則）抽樣、或分層抽樣三者中擇取一種。

2、樣方抽樣：樣方面積與形狀，原則上希望取最小表觀面積,最適的形狀。溫帶喬木群落最小面積一般為100～400平方米，熱帶森林更大些約1000～2000平方米；灌木群落約4～16平方米，草本群落1～4平方米，形狀多采用正方，也可視具體需要和種的分布格局、微地貌不同，取圓形或長條。樣方數(shù)目多少，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的要求，要有30～50個(gè)為好，如是分層抽樣,則每個(gè)層區(qū)中要有6～10個(gè)。群落性態(tài)變異大時(shí)，數(shù)目要多些，反之可以減少。

3、無樣方抽樣：也叫威斯康星學(xué)派的點(diǎn)樣法。是在群落樣地內(nèi)按隨機(jī)或規(guī)則抽樣，配置一定數(shù)目（通常是50～100個(gè)）樣點(diǎn)。再以點(diǎn)為中心，按最近單株法、最近鄰體法，隨機(jī)對法、或中點(diǎn)四分法,記錄每株喬木學(xué)名，測量株距(□)、胸徑(圖1無樣方的點(diǎn)樣抽樣示意)，集合□次測定的株距□，計(jì)算出喬木的平均株距：□。由□可算出每株喬木占有地表的平均面積：□，□是校正系數(shù)，上述4種無樣方抽樣方法的校正系數(shù)□，依次為□＝2，□＝1.87，□＝0.8，□＝1。從喬木單株平均面積□，可計(jì)算單位樣地面積的喬木密度：□＝1/(□□)□＝1/□。同時(shí)，在每個(gè)樣點(diǎn)上做灌木和草本記名小樣方，根據(jù)喬木、灌木、草本種類的分布，可計(jì)算各個(gè)種的頻度。

樣方抽樣和中心點(diǎn)抽樣，分別適合于不同的對象、地區(qū)和目的。平坦地區(qū)的大面積森林適合用中心點(diǎn)取樣，陡峭的山區(qū)森林適合用樣方抽樣。森林草地與荒漠植被則兩種抽樣都可適用。

4、原始數(shù)據(jù)的處理：抽樣調(diào)查取得的各項(xiàng)群落屬性的觀測數(shù)據(jù)，由于屬性的數(shù)據(jù)類型不同，量綱不一，數(shù)值大小懸殊，而各種分析方法對原始數(shù)據(jù)又各有一定要求，所以對原始數(shù)據(jù)要進(jìn)行適當(dāng)處理。首先要求類型統(tǒng)一，即把二元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成數(shù)量數(shù)據(jù)，或者反之，因多數(shù)方法只適合于分析同一類型的數(shù)據(jù)。其次，要對原始數(shù)據(jù)的數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即將原來數(shù)值□，轉(zhuǎn)換成□(只取正根)，或其對數(shù)、倒數(shù)，或角度、概率等，以求更合理地體現(xiàn)它們的數(shù)量關(guān)系，使其具有一定的分布形式(如正態(tài)分布)，或一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如線性結(jié)構(gòu)）。第三，將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化或中心化。原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，即用屬性或?qū)嶓w的總和、或最大值、或極差、或模來除該屬性的某個(gè)數(shù)據(jù)，實(shí)際上是把某個(gè)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化為屬性總和的比值，取值在0與1之間。例如群落分析中將種群絕對多度換算為相對多度。

樣方數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后，其幾何意義是各樣方點(diǎn)都從原來位置沿徑向投影到單位弦上，成為線性序列（圖2對樣方用總和標(biāo)準(zhǔn)化的二維圖形）。中心化主要是用平均值或離差來標(biāo)準(zhǔn)化各個(gè)原始數(shù)據(jù)。例如，平均值中心化是從屬性或樣方的各個(gè)原始數(shù)據(jù)中分別減去其平均值。中心化的幾何意義在使坐標(biāo)原點(diǎn)移到樣方點(diǎn)的形心，由此給數(shù)值運(yùn)算帶來很大方便，第四，原始數(shù)據(jù)的縮減，指去掉一些代表性不好或數(shù)據(jù)不完整的樣方，或者刪去各樣方中僅出現(xiàn)一次的孤種、或罕見種、或者生態(tài)學(xué)意義不大的常見種?？s減種數(shù)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)，不應(yīng)影響研究結(jié)果。

5、原始數(shù)據(jù)綜合表和數(shù)據(jù)矩陣：一般的群落調(diào)查，包括□個(gè)樣方，□個(gè)種的數(shù)據(jù)，可列成□列，□行的數(shù)據(jù)表：樣方1去掉表頭，將表中數(shù)據(jù)用大括號括起來，就成了原始數(shù)據(jù)矩陣□，其中□□(□＝1，2，3,…，□；□＝1，2，3，…，□)表示第□個(gè)樣方、第□個(gè)種的原始數(shù)據(jù)。矩陣有□行，□列，第一行是同一物種。在□個(gè)樣方中的數(shù)據(jù)，稱為行向量。矩陣中每個(gè)數(shù)據(jù)，稱為元素，其值可以是二元(定性)的，或數(shù)量（定量）的，但通常只取一種形式。

6、數(shù)值分類技術(shù)：是直接以樣地內(nèi)種的分布或種類組成的相對相似性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的群落分類方法。兩個(gè)樣地的相對相似性數(shù)值，叫做相似系數(shù)，相似與相異在數(shù)學(xué)上是互補(bǔ)的概念，兩者都同樣可表述兩個(gè)樣地相似的程度。相似系數(shù)的計(jì)算方法雖很多，但基本上可歸為2大類：一類是計(jì)算兩個(gè)樣地的群落種類組成成分的相似或相異程度，如匹配系數(shù)，關(guān)聯(lián)系數(shù)等；另一類是計(jì)算兩個(gè)樣地中共有種的數(shù)量數(shù)據(jù)的相似或相異程度，如各種距離系數(shù)。

7、匹配系數(shù)與關(guān)聯(lián)系數(shù)：依據(jù)數(shù)據(jù)矩陣中兩個(gè)列（樣地）的屬性(種)的二元數(shù)據(jù)“存在”與“不存在”，可構(gòu)成2×2列聯(lián)表：樣方2

□是兩個(gè)樣地都存在的共有種的數(shù)目；□是都不存在的種數(shù)；□是樣方1存在、樣方2不存在的種數(shù)；□是樣方2存在、樣方1不存在的種數(shù)。據(jù)2×2列聯(lián)表，可選以下任一公式，計(jì)算兩個(gè)樣地群落的相似性。

匹配系數(shù)的常用計(jì)算公式，有P.雅卡德(1901)的公式(1.1)和J.切卡諾夫斯基(1913)的公式(1.2)，這兩個(gè)公式取值均在[0，1]的區(qū)間內(nèi)。當(dāng)□＝0時(shí)，取值為0，表示完全相異；當(dāng)□＝□（總的種數(shù)）時(shí)，取值為1，表示完全相似。1-相似系數(shù)＝相異系數(shù)。

中文名稱：植物群落

英文名稱：plantcommunity;phytocoenosis;phytocoenosium;phytocommunity

定義1：特定的生境上，相互作用的植物種群的集合。

所屬學(xué)科：地理學(xué)（一級學(xué)科）；生物地理學(xué)（二級學(xué)科）

定義2：在特定空間和時(shí)間范圍內(nèi)，具有一定的植物種類組成和一定的外貌及結(jié)構(gòu)與環(huán)境形成一定相互關(guān)系并具有特定功能的植物集合體。

所屬學(xué)科：生態(tài)學(xué)（一級學(xué)科）；群落生態(tài)學(xué)（二級學(xué)科）

植物群落（plantcommunity）在環(huán)境相對均一的地段內(nèi)，有規(guī)律地共同生活在一起的各種植物種類的組植物群落(11張)合。例如一片森林、一個(gè)生有水草或藻類的水塘等。它的外貌特點(diǎn)常成為自然綜合體的表征。植物群落能起到固定能量、維持其內(nèi)部生物的生命活動(dòng)、推動(dòng)自然綜合體形成較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的作用。每一相對穩(wěn)定的植物群落都有一定的種類組成和結(jié)構(gòu)。一般在環(huán)境條件優(yōu)越的地方，群落的層次結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，種類也豐富。

如熱帶雨林；而在嚴(yán)酷、惡劣的生境條件下，只有少數(shù)植物能適應(yīng)，群落結(jié)構(gòu)也簡單。群落的重要特征，如外貌、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)量主要取決于各個(gè)植物種的個(gè)體，也決定于每個(gè)種在群落中的個(gè)體數(shù)量，空間分布規(guī)律及發(fā)育能力。不同的植物群落的種類組成差別很大，相似的地理環(huán)境可以形成外貌、結(jié)構(gòu)相似的植物群落，但其種類組成因形成歷史不同而可能很不相同。