生态学实习报告群落最小面积分析.docx
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生态学实习报告群落最小面积分析
生态学实习报告——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，可以满足一定数量的植物的生长需求，群落结构不会特别复杂。
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——
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十分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准确。
关键词：
群落最小面积、种——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地段内，对一个特定群落类型能够提供足够的环境空间（环境和生物
的特性），或者能保证展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实验中进行野外调查，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复杂程度。
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，对自然保护区的建立和种群保护等方
面都具有非常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。
最小面积的确定，常见的方法有2种：
种——面积曲线和重要值——
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，并且对于比较复杂的森林群落取样和结构研究而言
有良好的实用性。
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——
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]，
使得对同一个研究对象，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入的科学研究。
1
本文主要以鹫峰林场群落为研究对象，选取六块样地进行群落最小面积调查，通过对种——
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，对于植被调查和保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、自然保护区的建立及其种群保护等方面的研究提供重要的科学理论依据和参考。
2.研究方法
2.1研究地区概况
（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12.2℃。
主峰海拔465m，最高峰1153m。
森林覆被率高达100%。
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栎林带，代表华北大陆性季风气候。
春季干旱多风，夏
季炎热多雨，冬季寒冷干燥。
年平均气温12.2℃，降雨量近700ml，集中在7~8月。
（3）土壤特性
由于林场地形地势变化比较复杂，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
较复杂。
林场范围内平均土层厚度约为19cm，最小5cm（除去岩石裸露之地），最高厚度近2m。
根
据土壤的形态特征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，种类非常多。
林场林地内植被成层性良好，形成了明显的“乔——
灌——
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
2
4
5
3
1
2
最小面积确定的方法通常是采用在森林群落代表性地段，逐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，而当扩大到一定面积时，种类则
很少增加，此时即为研究群落种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上升逐渐趋于平缓，曲线开始平滑的拐点即群落的最小面积。
我们实习
共分为六组，每组均选取一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。
巢式样方合并扩大顺序图
2.3数据处理方法
种——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,最后稳定
在一个具体的数目。
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——面积曲线。
然后运用spss软件[6]对数据进行处理，拟合种——
面积曲线，可以大致获得植物种数和取样面积之间的函数关系，由此可以估计研究区域的群落最小
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
3
分析：
从折线图中可以看出，累计出现种数在0~32m²增长速度较快，累计种数上升较快；面积
从32m²~256m²增长速度较慢，从256m²~512m²植物种数停止增长。
累计种数稳定在34种。
利用统计软件spss对数据进行处理，令A为面积，S为A中出现的物种数，a，b为待估参数，植
物群落最小面积采用饱和曲线S=aA/（1+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：
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实际植被状况相符合。
对应于上述饱和种——面积曲线, 要得到群落总种数一定比例p（ 0< p<
1）的物种所需要的最小面积（或临界抽样面积） [5] 为:
A=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=0
4
.9时，A=30.所以样地大小设置为30m²即可满足求得包括群落90%
的所有植物种的最小面积的高精度研究要求。
·第二组种-面积曲线（栓皮栎林）
分析：
从折线图中可以看出，累计出现种数在0~16m²增长速度较慢，在16m²~320m²累计种数上
升较快，从320m²~368m²植物种数停止增长。
累计种数稳定在40种。
第二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：
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——
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——面积曲线, 要得到群落总种数一定比例p（ 0< p<
1）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=
5
0.9时，A=214.286.所以样地大小设置为214m²即可满足求得包括群落90%
的所有植物种的最小面积的高精度研究要求。
·第三组种-面积曲线
分析：
从折线图可以看出，累计出现种数在0~4m²增长速度较慢，在4m²~256m²累计种数上升较
快，从256m²~900m²植物种数增加不多，在900m²~1225m²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：
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——
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——面积曲线, 要得到群落总种数一定比例p（ 0< p<
6
1）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=105.263；当p
=0.9时，A=236.842.所以样地大小设置为237m²即可满足求得包括群落90%
的所有植物种的最小面积的高精度研究要求。
·第四组种-面积曲线
分析：
从图中可看出，植物种数在0~512m²增长速度基本不变，从512m²~2048m²增长趋于平缓
，2048m²~4096m²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：
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——
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。
7
对应于上述饱和种——面积曲线, 要得到群落总种数一定比例p（ 0< p<
1）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=64.516；当p=
0.9时，A=145.16.所以样地大小设置为145m²即可满足求得包括群落90%
的所有植物种的最小面积的高精度研究要求。
·第五组种-面积曲线（栓皮栎林）
分析：
植物种数在0~4m²增长较慢，从4m²~64m²增长速度加快，64m²~256m²植物种数增长渐渐
趋于平缓，256m²~512m²植物种数停止增长。
累计出现植物总数稳定在39种。
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：
所以S=5.402A/（1+0.137A），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实际植被状况相符合。
8
对应于上述饱和种——面积曲线, 要得到群落总种数一定比例p（ 0< p<
1）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=
0.9时，A=65.693.所以样地大小设置为66m²即可满足求得包括群落90%
的所有植物种的最小面积的高精度研究要求。
·第六组种-面积曲线（针阔混交林）
分析：
植物种数在0~8m²增长速度较为缓慢，从8m²~64m²增长速度较快，64m²~256m²植物种数
开始趋于稳定，256m²~400m²植物种数停止增长。
累计出现植物种数稳定在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：
9
所以S=2.687A/（1+0.058A），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实际植被状况相符合。
对应于上述饱和种——面积曲线, 要得到群落总种数一定比例p（ 0< p<
1）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即可满足求得包括群落90%
的所有植物种的最小面积的高精度研究要求。
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200m²~300m²左右，除了
个别达到了1000m²~2000m²，尽管如此，每组样地大小设置为100m²~200m²左右基本可以满足包括群
落90%
的所有植物种的最小面积的高精度研究要求。
植物种类也处于34~45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.结论与讨论
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
研究中具有十分重要的意义。
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，群落的结构越复杂，组成群落的植物种类就越多，相应的最小面积就越大。
如在我国西双版纳热带雨林群落，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，可以满足一定数量的植物的
生长需求，群落结构不会特别复杂。
10
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讨论：
1.种——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息是基本吻合的, 具有较高的可信度,
因为它的出发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别, 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须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。
LepěJ. & Stursa 认为用种——
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，这种方法可以使群落的最小面积
得到真实的反映。
若要准确地求出群落的最小取样面积，通过种——
面积曲线的切线法求解是不可行的[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——
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须是前面面积的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[11]。
但对于物种不够丰富、群落组成较为简单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，物种增加速率十
分缓慢，样地面积却在成倍增长，这就可能导致最后的取样面积过分超出群落实际的最小面积，使
得调查结果不够准确。
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十分缓慢
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准确。
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