高级森林生态学-植物群落的数量分析方法
群落生态学 野外植物群落取样和调查和方法
如：假定一位调查者在一块面积大约 为30km×50km的森林中用10m×10m的 样方计数蕨类植物，因为森林面积大， 需要较长的时间走到随机设的样方地 点
但是在每一样方中计数蕨类植物所需 的时间较短。
如果在每一个样方点取一些样方—— 比如可能计数一个40m×40m的网格中 的每一个10m×10m样方，这样可能工 作效率更高
图2 巢式样方法
不同群落类型最小面积经验值
群落类型
地衣群落 苔藓群落 沙丘草原 干草原 草甸 高草地 灌丛 温带森林 热带雨林
群落最小面积
0.1~0.4 m2 1~4 m2 1~10 m2 1~25 m2 1~50 m2 5~50 m2 10~50 m2 200~500 m2 500~4000 m2
野外植物群落取样和调查 方法
邵小明
目录
?取样（ sampling ） ?植物群落特征描述 ?植被的环境特征
一、取样
1、基本原理
在群落调查时，由于人力、物力和时间的限制，一般只能抽取 其中的一部分作为样本来获取数据并进行分析，进而推断群落总体 的特征，这个过程称为取样。
为了既保证取样研究的结果能够反映群落总体的特征，又使取样 所花费的人力，物力和时间尽可能少，选择合适的取样方法是至关 重要的。
6）（依据）环境因子取样
群落的分布与某些环境因子有关，比如海拔高度、坡度、坡向和小 地形变化等。因此，该方法要先依某一环境因子设置环境梯度，沿环境 梯度分层（类），后在每层中抽取若干个个体，得到所需要样本的取样 方法。
适用范围：总体中个体的分布样式与环境因子有关。
3、取样单位和大小
<1> 取样单位（ sampling unit ）
森林生态学讲稿-第四章森林群落结构特征
森林⽣态学讲稿-第四章森林群落结构特征森林植物群落结构特征⼀、森林植物群落概念（⼀）群落概念群落的概念很模糊，没有⼀个概念能让所有⽣态家都满意的定义。
群落或⽣物群落（biological community）是指特定空间或⽣境下⽣物种群有规律的组合，它们之间及其与环境间相互影响，具有⼀定的结构和功能。
植物群落（plant community）：⽣活在同⼀⽣境⽽彼此相互作⽤的各种植物有规律的组合。
森林群落（forest community）指以⽊本植物为主体的植物群落。
植被（vegetation）：某⼀地区或整个地球表⾯全部植物群落总和称为植被。
（⼆）群落的基本特征群落都具有以下共同特征：1具有⼀定的种类组成：每个群落都是由⼀定的植物、动物、微⽣物种群组成的，因此，物种组成是区别不同群落的⾸要特征。
2具有⼀定的群落结构：如⽣活型组成、种的分布格局、成层性、季相等3具有⼀定的外貌：⼀个群落中的植物个体，分别处于不同⾼度并具有不同密度，从⽽决定了群落外部形态。
如森林、灌丛或草丛等。
4形成群落环境：⽣物群落对其居住的环境产⽣重⼤影响，并形成群落环境，包括光照、温度与⼟壤等都经过了⽣物群落的改造。
5不同物种间存在相互影响：群落的形成和发展必须经过⽣物对环境的适应和⽣物种群之间的相互适应。
⽣物群落并⾮种群的简单集合。
种群组合成群落取决于两个条件：第⼀，必须共同适应它们所处的⽆机环境；第⼆，它们内部的相互关系必须取得协调、平衡。
6具有⼀定的动态特征：群落运动形式为季节、年际动态、演替与演化。
7具有⼀定的分布范围：任⼀群落都分布在特定地段或特定⽣境上，不同群落的⽣境和分布范围不同。
8具有特定的群落边界特征：在⾃然条件下，有些群落具有明显的边界，可以清楚地加以区分；有的则不具有明显边界，⽽处于连续变化中。
（三）群落的性质机体论（离散论）：以美国的Clements（1916，1928）为代表。
群落是⾼度有组织的物种组合，边界清楚，可象物种那样进⾏⾃然分类；⾼度强调种间相互作⽤的重要性，演替被类⽐为个体发育。
植被数量分析生态数据的多元分析
• 检验植物群落之间的物种组成关系； • 减少决定物种或群落分布环境变量的噪音，减少
数据冗余
• 空间的概念
– 物种空间：每个物种构成空间的一维 – 样地空间：每个样地构成空间的一维 – 环境空间：每个环境变量构成空间的一维
• 物种－样地之间具有对称性，因此在以后的介绍中 仅针对样地，进行群落的分类与排序 (排序研究样地在物种空间的分布, 或者物种在样地 空间的分布, 并分别探讨它们与环境的关系)
• 需要非常深厚的知识来对群落进行划分, 具有很强的主观性
指示种分析实例
3. 植物群落的排序
群落排序的概念
样地在一维或多维空间中的排布
“...an arrangement of units in a uni- or multi-
dimensional order...” Goodhall 1953
排序与环境
假设： • 排序相邻的样地具有相似的植被类型； • 如果两个样地具有相同的植被类型，就必然具有相
同的环境条件； • 排序相差很远的样地具有不同的植被特征； • 具有不同植被的样地之间环境不同
直接排序 vs. 间接排序
• 直接排序：
– 分析植被与已知环境梯度之间的关系
• 间接排序：
– 通过排序轴与环境变量之间的相关性来分析植 被环境关系
• 推荐使用：
• Flexible beta聚类方法(Sorenson距离): beta =-0.25
• Ward方法 • Group Average方法
• 距离度量的选择应该与联结方法所使用 的距离度量一致
TWINSPAN
• TWINSPAN的优势在于提供了各个类型的物种分布，而且物种 和样地同时进行分类。
植物群落多样性调查与分析
计算方法：通过比较两个群落的物种组成、 数量和比例来计算，具体计算公式因物种 和群落类型而异。
应用场景：用于比较不同地区、不同时间 或不同生境下的群落相似性，有助于了解 群落的演替和变化趋势。
意义：群落相似性系数是生态学研究中 的重要指标，对于保护生物多样性、恢 复生态系统和评估环境变化具有重要意 义。
生态优势度
定义：指一个种在群落中的重要程度和支配力，反映该种在群落中的地位和作用
计算方法：通常采用重要值进行计算，包括相对多度、相对频度和相对盖度等指标 作用：用于评估群落中不同物种之间的相对重要性和优势度，进而了解群落的物种组成 和结构特征
应用：在生态恢复、生物多样性保护和生态系统管理中具有重要的应用价值
影响因素：物种丰富度受到多种因 素的影响，包括环境条件、生境类 型、干扰程度等。
物种多样性指数
物种均匀度：衡量群落中物 种分布的均匀程度
物种丰富度：表示一个群落 中的物种数目
物种优势度：一个或少数物 种对群落的优势程度
生态优势度：一个物种在群 落中的生态作用和地位
群落相似性系数
定义：群落相似性系数是衡量两个群落之 间相似程度的指标，取值范围为0-1。
和准确性。
加强国际合作 与交流有助于 推动植物群落 多样性保护和 可持续发展的 实践，促进全 球生态平衡。
植物群落多样 性研究需要关 注跨学科、跨 领域的合作与 交流，以拓展 研究的广度和
深度。
THANK YOU
汇报人：
植物群落多样性有助于维护农业生态平衡，促进农业的可持续发展
植物群落多样性的研究展望
加强基础研究
深入研究植物群落的生态学和生物学特性，了解其生长规律和相互作用机制。 加强植物群落与环境因子之间的相互作用研究，揭示环境变化对植物群落的影响。 开展全球变化对植物群落多样性影响的研究，预测未来气候变化对植物群落的可能影响。 深入开展植物群落多样性与生态系统功能关系的研究，揭示植物群落多样性的生态学意义。
植被的数量分析
1.2.3对应分析
对应分析又称相互平均法。他可以同时对实体和属性进行排列，也就是说，在一次分析过程中同时进行正分析和逆分析。它一方面用迭代法求特征向量，对样方（实体）进行排序，这一点与PCA相似，同时也得到了对属性（物种）的排序，很接近于梯度分析。在对应分析中，物种坐标值是样方坐标值的加权平均，相应的，样方坐标是物种坐标的加权平均，他们之间构成不可分割的整体，对应分析可以提供较客观的分析结果，无须主观选择端点和权重，结果的解释与计算无关，它的计算随着数据的增加只呈线性增长，可以分析大量的数据。此法对数量数据和二元数据同样适用。
植被的数量分析
摘要：本文主要介绍了植被排序的一些概况,着重评述近年来较常用的排序方法及其应用,如主分量分析(PCA )、对应分析(CA或RA)、典范对应分析(CCA)、非度量多维度测度等，并对我国植被排序的发展前景及目前所存在的问题进行了分析。
关键词：植被数量分析;主分量分析;对应分析;非度量多维度测度
模糊数学排序法是以植物群落种类数据和环境因子数据为基础,通过模糊集的运算,得出排序坐标值,从而实现排序的方法。由于模糊数学排序是以模糊集合理论为基础,因而它适用于以研究植被连续性为特点的排序分析。最早的模糊数学排序用一个环境因子，后来可以将两个或三个环境因子结合在一个排序图上。但当环境因子多于三个是，就难以完成。这就限制了该方法的实际应用，因为植被研究所得到的环境数据往往是一个庞大的矩阵。先用DCA综合环境因子信息，然后再进行模糊数学排序，这样环境因子的数目理论上讲就没有限制，模糊数学排序的功能就得以扩展。张金屯采用该方法对英国北威尔士山地草甸的植被数据和环境因子数据进行了分析,结果较好地描述了草甸植被和环境之间的关系,生态意义明确。
植物群落调查方法
植物群落调查考察植物群落有各种方法，如样地法、样线法、距离抽样法、点样法等。
其中样地法是基础方法，用样地法进行调查的方法步骤说明如下：（一）样地的设置样地不是群落的全部面积，它仅是代表群落的基本持征的一定地段。
对植物群落考察应在确定的样地内进行，通过详细调查，以此来估计推断整个群落的情况。
样地选择的方法：选择样地应遵循下列原则：（1）种的分布要有均匀性。
（2）结构完整，层次分明。
（3）环境条件（尤指土壤和地形）一致。
（4）群落的中心部位，避免过渡地段。
1．样地的形状：大多采用方形，又称样方；除此还有样条，样线，弱圆等。
可根据不同研究内容具体选择。
小型样方用于调查草本群落或林下草本植物层，大型样方用于调查森林群落或荒漠中的群落。
为防止出现闭合差，在森林调查中，样方常沿着预定的测线方向呈菱形设置。
其方法是由中心点定出距离为样方对角线长度的两个点，然后从这两点分别拉直长度恰为样方边长的测绳，使其在每一侧都恰好交接，就是样方的边界。
2．样地面积下列样地面积的经验值可供考察时参考使用：草本群落1~10m2，灌丛16~100m2，单纯针叶林100m2，复层针叶林、夏绿阔叶林400~500m2，亚热带常绿阔叶林2，热带雨林2500m21000m3．样地数目样地数目多少取决于群落结构复杂程度。
根据统计检验理论，多于30个样地的数值，才比较可靠。
为了节省人力与时间，考察时每类群落根据实际情况可选择3~5个样地；所有样地应依照顺序进行编号，以免混乱。
4．样地布局：一般可选用主观取样法，即选择被认为有代表性的地块作为调查样地。
（二）植物群落样地调查内容与方法样地调查内容主要有环境条件，群落的空间结构，群落的组成特征，群落的外貌。
1．环境条件调查：包括以下五项：（1）地理位置，（2）地形条件。
（3）土壤条件。
（4）人类影响。
（5）气候条件。
2．组成特征调查：（1）种类组成。
记录一份完整的种类名单。
在设定的样地内调查，记录，完成。
野外植物群落调查和数据分析
8. 频度（Frequency） A>B>C>=<D<E 其中： A=0~20%频度 B=21%~40%频度 C=41%~60%频度 D=61%~80%频度 E=81%~100%频度
9. 高度（Height）
10. 根深（depth of root）或根长(length of root) 11. 生物量（Biomass）和产量（yield) 12. 体积（Volume） 13. 存在度（Presence）和恒有度（Constance）
植被的环境特征
1. 地理位置（GPS定位） 2. 气候数据 3. 地形数据 4. 土壤数据 5. 生物因子数据
物种多样性分析
• α多样性，指某个群落或生境内部的种的多样性。
常用指数： Patrick指数=S s Shannon-Wiener指数（H ′）：H ' Pi ln Pi
i 1
数据分析
• 数据经过初步处理 后，将各分物种在 不同样方中数量特 征（如相对盖度、 相对多度等）在 Excel表中按左图 要求列出。 • 另存为.csv文件
打开BIO-DAP软件， file菜单下open 前面保存 的.csv文件 Raw Data显示数 据 Diversity Indices 下有多个多样 性指数，可以 直接算出结果
植物群落的数量特征
数量特征调查记录应注意的问题
1、个人的误差 2、植物生长型引起的错觉 3、季节、年度的差异 4、种群格局分布问题 5、应用综合概念的估计
植物群落的数量特征
1. 多度（Abundance） 2. 密度（Density）: D=N/A 其中：D为密度； N为样方内某种植物个体的全部数目； A指样方面积; Am =1/D Am表示每个植株所占的平均面积
植物群落调查方法【范本模板】
植物群落调查考察植物群落有各种方法，如样地法、样线法、距离抽样法、点样法等.其中样地法是基础方法，用样地法进行调查的方法步骤说明如下：（一）样地的设置样地不是群落的全部面积，它仅是代表群落的基本持征的一定地段.对植物群落考察应在确定的样地内进行，通过详细调查，以此来估计推断整个群落的情况。
样地选择的方法：选择样地应遵循下列原则：(1）种的分布要有均匀性。
(2）结构完整，层次分明。
(3）环境条件（尤指土壤和地形）一致。
（4）群落的中心部位，避免过渡地段.1．样地的形状:大多采用方形，又称样方；除此还有样条，样线，弱圆等。
可根据不同研究内容具体选择.小型样方用于调查草本群落或林下草本植物层，大型样方用于调查森林群落或荒漠中的群落。
为防止出现闭合差，在森林调查中，样方常沿着预定的测线方向呈菱形设置。
其方法是由中心点定出距离为样方对角线长度的两个点，然后从这两点分别拉直长度恰为样方边长的测绳，使其在每一侧都恰好交接，就是样方的边界。
2．样地面积下列样地面积的经验值可供考察时参考使用：草本群落1～10m2，灌丛16～100m2，单纯针叶林100m2，复层针叶林、夏绿阔叶林400～500m2，亚热带常绿阔叶林1000m2,热带雨林2500m23．样地数目样地数目多少取决于群落结构复杂程度。
根据统计检验理论,多于30个样地的数值,才比较可靠。
为了节省人力与时间，考察时每类群落根据实际情况可选择3~5个样地；所有样地应依照顺序进行编号，以免混乱.4．样地布局：一般可选用主观取样法,即选择被认为有代表性的地块作为调查样地。
（二）植物群落样地调查内容与方法样地调查内容主要有环境条件，群落的空间结构,群落的组成特征,群落的外貌。
1．环境条件调查:包括以下五项：(1）地理位置，(2）地形条件。
（3）土壤条件.（4）人类影响。
（5)气候条件.2．组成特征调查：（1)种类组成。
记录一份完整的种类名单。
在设定的样地内调查，记录，完成。
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4. 植物群落的数量分类
生态学数量分类的研究是从1950年代开始的。
60年代电子计算机普遍应用之后，才迅速地发展起来。 许多具有不同观点的传统学派，如法瑞学派、英美学派 等，都进行数量分类的研究，并用它去验证原来传统分 类的结果。
群落数量分析的常用软件
Canoco ● PC-ORD ●R
●
2019/1/21 15
什么是群落?
群落(Community)：生活在同一区域内相互作
用的不同物种的集合。
传统群落学研究的基本目的：
1) 研究区域有那些群落?－分类 2) 群落和环境的关系?－排序 长白山岳桦林群落 小兴安岭红松针阔 混交林群落
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1
2019/1/21
2
群落的数量分析方法
为什么要进行数量分析?
1. 高黎贡山阔叶混交林群落 2. 可重复性：任何人只要按同样的 方法进行分析，都会得到一致的 结果。 相对客观性：基于群落的数量特 征，而不是主观判断。
A key criterion for sound scientific results is repeatability. 复杂群落
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13 +
+ 9 + 12 -
-
种分布，而且物种和样地同 时进行分类。
缺点：是基于CA排序发展起
+ 2 -
11 +
+ 8 4 +
+ 7 -
来的一种分类方法，继承了 北京周边山地植被TWINSPAN CA排序的一切问题。 分类图
2019/1/21 16
TWINSPAN
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17
4.2 聚类分析
一个类群。
基于欧氏空间距离
RDA: Redundancy analysis
CA: 对应分析 (Correspondence analysis)，基于
Chi-square距离
DCA: 去趋势对应分析 (Detrended correspondence
analysis)
CCA: 典范对应分析 [Constrained (canonical)
步骤(以聚合法为例)：
1. 计算出距离矩阵
2. 找出最相似的两个单元
3. 将二者合并为1个单元
4. 重新计算距离矩阵
5. 重复步骤2-4
6. 当所有样地合并为1个单元时停止
2019/1/21
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聚类方法
聚合(agglomerative)
从单个样方开始，逐步聚合，最后成为
可选－仅用于排序 中的直接或间接梯 度分析
必需－聚类、排序
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3. 植物群落的距离量度
—距离是群落数量分析的基础
Hale Waihona Puke 空间距离必须满足以下条件: • 当两者完全相同时，距离值必须为0 • 两者不同时，距离值必须为正值 • 对称：A到B的距离等于B到A的距离 • 满足三角形三边关系定理：A,B,C三点, AB<(AC+BC)
排序：基于个体论观点
群落是连续的，没有明确的边界，它不过是不同 种群的组合，而种群是独立的。
主要目的：研究不同群落、物种对环境梯度的反 应。
2019/1/21 6
群丛单位理论和个体论的群落分类示意图
有机体论
个体论
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分类和排序：区别和联系
都是基于空间距离 所得结果具有相似性和互补性 可以同时使用以获得最佳分析效果
2019/1/21 13
欧氏距离和Sorenson距离
Sorenson (Bray-Curtis) =shared /total abundance Cs = 2w/(a+b) probably most popular distance measure in community ecology
2019/1/21 14
4.1 TWINSPAN
Two-way indicator species
46, 48 3 + 49, 50 51, 52, 53 47, 54
A B B C D E F G F H H H I H
analysis 对数据进行CA排序，得到样 方和物种第一排序轴，分别 用于样方分类和物种分类。
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神农架南坡50个样方的TWINSPAN分类和DCA排序(沈泽昊等，2004)
8
2. 植物群落的数量特征
— 数量特征是数量分析的基础
物种有无、多度、盖度、高度、频
度、基面积等
物种多样性 物种之间的关系：种间联结 环境数据：地形、气候、土壤等
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群落数量分析的数据： 物种矩阵和环境矩阵
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空间距离矩阵
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12
空间距离的种类
欧氏距离
Sorenson (Bray-Curtis)
Jaccard Chi-square distance Correlation distance Relative Sorenson, Euclidean 在分析中注意应选取适当的距离测度
correspondence analysis]
NMDS: Non-metric Multidimensional scaling
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分类和排序：区别和联系
分类：基于整体论观点
群落类型是自然单位，和有机体一样具有明确的边界， 而且与其他群落是间断的、可分的，因此可以象物种 那样进行分类。 主要目的：划分群落类型。
1. 常用群落数量分析方法
数量分类(Classification)
TWINSPAN 聚类分析
群落排序(Ordination)
间接梯度分析：PCA，CA，DCA，NMDS 直接梯度分析：CCA，RDA
2019/1/21 4
排序方法之间的关系
PCA: 主成分分析 (principal components analysis)，
优点：提供了各个类型的物
+ 6 -
10
+
-
1 +
58~61 5 + 13~16, 73 17, 21, 26, 31, 44, 62, 66, 67 33, 34, 36~39, 63~65, 68~72, 74, 75 1 8 ~ 2 0 , 2 2 ~ 2 5 , 2 7 ~ 3 0 ,3 2 , 3 5 , 4 0 ~ 4 3 , 4 5 1, 10 2, 9, 11 12 3, 4, 8 5~7