集合种群理论在生态恢复中的应用

环境问题的改善是生态与环境学家所面临的挑战之一 ,其核心是生态系统的稳定性和平衡性遭到极大的破坏 ,最明显的表现是生境破碎和栖息地丧失。本文探讨了集合种群理论的形成与成因 ,概述了该理论发展的最新成果及应用前景。在集合种群理论应用于生态恢复实践的论述中 ,阐述了一些原则性问题 ,包括集合种群平衡观、最小可存活集合种群、最适斑块密度以及高质量生境斑块等 ,以求在人们设计物种保护和恢复对策时 ,有一定的指导价值。     

中国东北森林生长演替模拟模型及其在全球变化研究中的应用

 NEWCOP模型是一个新的适于模拟东北森林的种类组成动态的林窗类计算机模拟模型,它通过模拟在每一个林分斑块上的每株树木的更新、生长和死亡的全过程来反映森林群落的中长期生长和演替动态。由于 NEWCOP模型是一个由气候变量驱动的生态系统模型,故可用于评价气候变化对东北森林生长和演替的影响。在东北大兴安岭、小兴安岭和长白山地区对NEWCOP模型进行了验证和校准。沿环境梯度对NEWCOP模型的数字模拟实验表明：它能准确地再现顶极森林中树种组成及其在东北地区的垂直分布规律和水平分布规律;能准确地再现大兴安岭、小兴安岭和长白山的主要类型森林的生长和演替规律;在一定的场合NEWCOP还可反映林分的径级结构;NEWCOP模型还具有对现有森林的跟踪模拟能力。应用NEWCOP模型评估了东北森林生态系统对可能气候变化的敏感性。在GFDL 2×CO2和GISS 2×CO2气候变化情景下,东北森林的种类组成将发生很大变化,落叶阔叶树将取代目前长白山、小兴安岭的红松(Pinus koraiensis)和大兴安岭的兴安落叶松(Larix gmelinii)成为东北森林主要树种,而针叶树将在地带性森林中占很小的比重,阔叶树中蒙古栎(Quercus mongolica)将是最重要的树种,它将成为小兴安岭和大兴安岭最主要树种;东北地区适于森林生长的区域将大幅度减少,这些变化主要发生在气候变化过渡期。东北森林对不同的气候变化情景有不同响应。但是,总的趋势是未来东北森林中落叶阔叶树的比重将大幅度增加。这些结论对在全球气候变化背景下,我国东北合理地选择造林树种和制定现有森林的保护经营策略具有一定参考价值。     

集合种群模拟模型及其在竞争共存机制与物种多样性研究中的应用

以荒漠区人工植被的恢复与重建为背景,从宏观尺度研究了很集合种群的空间分布新模式,建立了基于Levins集合种群模型的数值模拟方法。对两物种的模拟结果表明：在适当选择参数下,模拟植被区的集合种群可以形成“海藻式”稳定的时空分布结构,在理论上表明相同生态特征的物种在空间生境中可以达成共存。为了达到物种丰富度和生产力最佳,实现持续发展,对多物种集合种群进行了模拟。模拟结果显示当物种的种数为5时,空间上随机播种的模拟种群覆盖率达到最大,因而可发挥最大的治沙作用。另外,模拟还显示在播种时应采取集聚式的空间播种模式,以使种群具有较高的防沙能力。该结果可为生物防沙治沙领域提供理论依据。     

木荷种群在演替系列群落中的遗传多样性

利用ISSR分子标记对木荷种群在3个演替系列群落中的遗传多样性进行了研究。12个随机引物共检测到203个可重复的位点,其中多态位点183个,总多态位点百分率（P）为90.15%,平均多态位点百分率为82.27%。Shannon信息指数（I）估算的总遗传多样性为0.524 4,平均为0.477 8。Nei指数（h）计算的总基因多样性为0.358 7,平均为0.326 5。3个种群的P、I、h大小顺序均为针叶林>针阔混交林>常绿阔叶林。AMOVA分子变异显示91.56%变异来源于种群内,8.44%变异来源于种群间。种群间的遗传分化系数（G_ST）为0.089 7,基因流（N_m）为5.073 1。种群间的遗传相似度平均为0.928 4,遗传距离平均为0.074 4,针叶林种群与针阔混交林种群遗传相似度最高。     

贡嘎山亚高山森林自然演替特征与模拟

通过对贡嘎山典型天然林样地动态的调查和群落结构的研究,基本掌握了青藏高原东部亚高山森林植被的演替特征和过程,在自然生态竞争条件下,树木的种源通过扩散,就地下种和萌发新技产生的幼苗只有极少数能够生长成大树,在树木繁育过程中,光照,水分,温度和养分竞争是决定性条件,山地灾变干扰对森林的更新也具有重要作用,提出的贡嗄山森林演替模型（GFSM）在树木个体生命史模型的基础上重现了群落的演替动态,特别是将土壤形成与树木演变结合起来,采用随机过程模拟气候波动及单木生长死亡的不确定性,揭示了亚高山天然条件下的森林个体与群落的行动态,对于解决天然林更新与保护提供了系统的分析预测技术与理论。     

庐山森林景观格局变化的长期动态模拟

在以植被格局为基础的森林景观动态分析中,可通过森林演替推断景观格局的动态变化以及相应的景观生态过程。运用空间直观景观模型LANDIS,以庐山风景区为案例地,模拟森林植被在未来300 a的自然演替动态,在此基础上选取斑块面积比、聚集度、分维数、多样性指数和均匀度指数等景观格局指数,分析森林景观格局随森林演替的动态变化。结果表明：（1）阔叶林树种的绝对优势地位保证其斑块面积比呈现持续增长的稳定趋势,森林植被将朝着地带性常绿阔叶林方向演替;（2）景观聚集度特征方面,阔叶林树种在前150 a缓慢增长,而后150 a保持相对稳定,杉木林一直保持平稳,毛竹林在整个模拟阶段一直在不断下降直至演替结束;（3）各优势树种植被斑块的分维数都保持在1-1.1之间,说明各景观斑块的边缘相对较规则且变化较小;（4）景观多样性指数呈现出先上升后缓慢下降的趋势,而均匀度指数则呈现出先下降后上升再缓慢下降的变化态势。景观格局指数的变化特征与植被向顶极群落演替的趋势相吻合,该模拟结果可运用到庐山森林景观的管理实践中。从长远来看,应该继续实行严格的封山育林政策。     

森林演替在南亚热带森林生态系统碳吸存中的作用

研究了鼎湖山南亚热带森林同一演替系列中3个不同演替阶段(马尾松针叶林、马尾松荷木混交林和季风常绿阔叶林)生态系统碳贮量和分配格局特征,并探讨了该地区森林演替过程中生态系统碳吸存潜力和速度。结果表明:(1)针叶林各组分碳素含量高于阔叶林对应组分的碳素含量(后者是前者的72.0%～94.5%)。两个森林植物碳素含量,不同层次比较,均为乔木层>灌木层>草本层,不同器官比较,以根或干最高。(2)乔木层生物量随森林演替进展而增加。针叶林、混交林和阔叶林乔木层生物量分别为:143.5t/hm2、270.1t/hm2和407.8t/hm2,其中大部分由干和皮组成(各器官占乔木层生物量的比例平均为:叶2.8%、枝19.3%、干和皮混合57.0%、根20.9%)。林下层生物量为4.23～14.10t/hm2,是乔木层的1.0%～9.8%,随森林演替进展而减少。(3)土壤容重随深度增加而增加,但随森林演替进展而减少。与土壤容重相反,土壤有机碳含量随深度增加而明显减少,但随森林演替进展而增加。(4)3种类型森林生态系统碳总贮量分别为135.8t/hm2、215.1t/hm2和259.7t/hm2。生态系统碳贮量在各组分的格局十分相似,植被、土壤和凋落物层所占比例均分别约为67.6%、30.2%和2.2%。与其它地带森林比较,鼎湖山保护区森林植被与土壤碳贮量之比和表层(0～20cm)的土壤碳占整个     

计算机模拟在野生动物种群遗传学研究中的应用

野生动物进化是遗传变异和环境变化相互作用的结果,其过程复杂、难以预测。进化过程包括基因突变、疾病、自然选择、空间扩散等自然因子,也包括驯化、栖息地破碎化、人工选择等人为干扰因子。计算机模拟能够揭示该复杂过程的历史特征,同时也能预测环境变化造成的遗传影响,正成为种群遗传学领域关注的研究方向。随着计算机模拟技术的发展,各种模拟软件层出不穷,功能全面且易操作,越来越多的计算机模拟软件被应用于野生动物的保护与管理。对计算机模拟应用于野生动物保护进行综述,总结了simu POP、ms、CDPOP、Sim Coal、Bayes SSC、DIYABC等近20种计算机模拟软件的功能,包括统计预测功能、统计推理功能和统计验证功能,并筛选了约20个典型的野生动物研究案例,展示了多达30个具体功能;同时,梳理了它们在推测生活史特征、推测进化历史特征、预测种群管理、预测遗传多样性受环境变化的影响、验证取样和验证统计方法等六大方面的适用性;从计算机模拟面临的挑战(准确率的监测)和机遇(多学科合作),对计算机模拟应用于未来野生动物保护提出了展望。     

集合种群动态:理论与应用

集合种群是指一相对独立地理区域内各个局域种群的集合,这些局域种群通过一定程度的个体迁移而连结在一起。集合种群理论是生态学最新分支领域——空间生态学的主要研究途径之一;它关注的是局域种群之间个体迁移的动力学后果,以及具有不稳定局域种群物种的区域续存的条件。本文较为全面地介绍了集合种群理论的基本内容,并展望其应用前景。     

东南石栎种群在演替系列群落中的遗传多样性

在浙江省天台山,利用RAPD技术对东南石栎种群演替系列群落针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林中的遗传多样性和遗传分化进行了研究。结果表明,12个随机引物在60株个体中共检测到173个可重复位点,其中多态位点152个,总多态位点百分率为87.86%,3个种群平均多态位点百分率为65.32%。采用Shannon信息指数计算的3个种群总的遗传多样性为0.4529,平均为0.3458。采用Nei指数计算的3个种群总的基因多样性为0.3004,平均为0.2320。3个种群的多态位点百分率、Shannon信息指数、Nei指数大小顺序均为针叶林种群>针阔混交林种群>常绿阔叶林种群。AMOVA分子变异显示,72.85%变异来源于种群内,27.15%变异来源于种群间。种群间的遗传分化系数为0.2277,基因流为1.6949。东南石栎这种遗传结构是其本身生物学特性的反映,同时也与群落的微环境密切相关。3个东南石栎种群间的遗传相似度平均为0.8662,遗传距离平均为0.1442。针阔混交林种群与常绿阔叶林种群的遗传相似度最高,常绿阔叶林种群与针叶林种群最低。根据Nei的遗传距离对不同种群进行非加权成组配对法(UPGMA)聚类表明,针阔混交林种群与常绿阔叶林种群先聚合,再与针叶林种群聚在一起。     

拉格朗日逆分析在森林蒸散模拟中的应用

以长白山阔叶红松林为研究对象,根据Raupach提出的LocalizedNearField(LNF)理论为依据,耦合垂直速度标准差σ_w(z)和拉格朗日时间尺度T_L(z),建立林冠内水汽源汇强度和平均浓度廓线之间的关系;利用拉格朗日逆分析法(inverseLagrangiandispersionanalysis,IL)提出了通过林冠水汽浓度梯度计算林冠内的水汽源汇强度进而推算森林蒸散的方法.最终得到的结果与开路涡动相关系统的观测数据比较显示,对于白天水汽累积通量的模拟精度达到87.3%;IL模拟值高于EC实测值,大约高出15%～25%;林冠白天水汽通量远大于夜间,占日水汽总通量的70%以上.6～8月的水汽白天累积总通量高于5月和9月.     

基于竞争和扩散能力的非捕食-被捕食集合种群系统的竞争机制

对于非捕食 被捕食(食饵)生态系统,强弱物种之间存在一定的竞争影响.在不考虑栖息地毁坏的情况下,引进双向竞争机制,将Tilman的单向竞争模式推广为n集合种群双向竞争模型,并对6-集合种群的竞争动态进行了计算机模拟研究.结果表明,在平衡态,种群竞争共存的条件是其竞争能力与扩散能力呈现指数型负相关关系,竞争的结果使物种的强弱序列发生变化;物种竞争排除与共存受迁移扩散能力和竞争能力影响很大,在局域斑块上竞争排斥的集合种群在广域尺度上可以竞争共存,即逃亡共存.     

集合种群的理论框架与应用研究进展

集合种群的研究是当今国际生态学的重要前沿与热点。随着全球范围的生境破坏和破碎化,集合种群的研究方法已成为数学生态学、理论生态学和保护生物学的重要手段。由于其迅速的发展,集合种群的概念与理论得到迅速扩展与丰富。为了能总观集合种群进展的全局并开展进一步的工作．首先对集合种群的已有概念、理论和模型做了全面的分析和总结;其次对集合种群的发展和概念进行了探讨,以集合种群模型的中心框架：Levins的斑块占据模型为基础,展开对其它原理、效应和机制的探讨;主要包括了Levins原理．即当生境遭到破坏时,空斑块比例在集合种群灭绝前保持不变,然后还分析了Allee效应(集合种群的Allee效应主要是由于建群困难和扩散损失造成的);第三,分析了援救效应：迁入个体可以降低斑块中现有局域种群的灭绝风险。援救效应会增强集合种群的生存力,使空斑块比例下降。第四,探讨了两竞争集合种群的共存机制,即竞争,侵占妥协,其共存机制为空间生境中物种共存提供了有力的理论解释。最后,对集合种群群落中的灭绝债务进行了讨论。并给出了2种最为主要的集合种群空间模拟方法。     

稻螟赤眼蜂在稻螟种群演替中的作用雏议

<正> 我国为害水稻的螟虫,以三化螟Tryporyzaincertulas(Walker)和二化螟Chilo suppressalis(Walker)为主。我国水稻改制的经验证明,水稻栽培制度的改革,是稻螟种群演替的首要因素。在改制前,多数地区栽培制度比较简单,或单季中稻、单季晚稻,或双季间作,不利于三化     

黄土高原南部麻栎不同群落类型乔木种群结构及演替模拟

由于对黄土高原南部麻栎天然次生林的群落稳定机制缺乏了解,以不同群落类型麻栎天然次生林为研究对象,通过样地监测及时间序列模型预测的方法,重点研究了不同群落类型中重要乔木的种群结构动态,并根据不同群落类型重要乔木种群的年龄结构数据,用时间序列模型预测未来20、30、40和50年的种群发展趋势。结果表明：（1）不同群落类型中各重要乔木种群生存能力均较好,但松栎混交林中的槲栎种群及麻栎纯林中的茶条槭种群生存能力欠佳;（2）除麻栎纯林中杜梨种群及栎阔混交林中槲栎种群,其余乔木种群的存活曲线皆呈Deevey-Ⅲ型;（3）不同麻栎群落类型中各个重要值较高的乔木种群幼龄级个体数量相对丰富,时间序列分析表明,在未来20、30、40和50年中,不同群落类型中各重要乔木种群均可持续发育,并未出现衰退迹象。同时麻栎纯林具有向混交林演替的趋势,说明未来对不同类型麻栎林经营均应以顺应自然演替规律的近自然经营方式为主。研究结果可为促进次生林持续经营及恢复提供理论依据。     

稻螟赤眼蜂在稻螟种群演替中的作用的一点补充

<正> 关于稻螟赤眼蜂Trichogramma japonicamAshmead在稻螟种群演变中的作用,周圻同志已有论述(本刊1986,23(5):193—196),他的结论“三化螟种群的盛衰,又能强烈地影响稻螟赤眼蜂的盛衰,稻螟赤眼蜂的盛衰,又转而强烈地影响二化螟种群的消长”,揭示了稻田诸种昆虫之间微妙联系之一例,是很有意义的。我们也曾形象而又诙谐地提出过“三化螟可以防治二化螟”这一说法,其原因也在于此。除周文中已说到的①三化螟是稻螟赤眼蜂在田间最大的补充和繁殖寄主;②赤眼蜂对二化螟控制有效果,即二化螟卵块单层,卵寄生率可高达90％以上这两点原因外,我们认为还有一点,即三化     

不同迁移能力和竞争能力的集合种群竞争模式及其模拟

种群竞争是影响生态系统演化的莺要生态过程之一。本文是在徐彩琳和Tilman研究工作的基础上,将竞争系数引入集合种群动力模式,建立了集合种群之间竞争的数学模型,并对5-集合种群的竞争动态进行了计算机模拟研究。结果表明：种群竞争排除与共存受迁移扩散能力和竞争能力影响很大,排除原理在理论上是存在的,在广域集合种群和实际中物种是竞争共存的．共存的条件是其竞争能力与扩散能力呈非线性负相关关系,竞争的结果使物种的强弱序列发生变化。     

变维矩阵模型在温室白粉虱种群动态模拟中的应用

自七十年代以来,温室白粉虱(Trialeurodes vaporariorum Westw.)已成为我国北部温室中的主要害虫。为了最经济地将害虫控制在经济允许水平以下,必须进行数量预报和最优管理。为此,建立种群动态的模拟模型是必不可少的一步。 当然,影响昆虫种群动态的因子是很多的。但作为变温动物,温度因子是最基本的因子之一。尤其对那些象温室白粉虱的昆虫,温室系统相对地简单,天敌从种类到数量上都很     

甘肃兴隆山森林演替过程中的土壤理化性质

在森林群落恢复演替过程中,由于森林类型及其所处立地环境不同,森林与土壤相互作用过程具有复杂性。以甘肃兴隆山6种森林类型(青杄林、青杄-白桦林、山杨-白桦林、灌丛林、落叶松林和油松林)0—60 cm土壤层为研究对象,探讨森林恢复演替过程中土壤理化性质的变化规律,旨在为该区域退化森林生态系统恢复与重建提供依据。结果表明:1)在土壤剖面上,兴隆山森林土壤容重随深度的增加而逐渐增大,总孔隙度、毛管孔隙度、自然含水量、最大持水量、毛管持水量、田间持水量均随深度的增加而减小;pH值差异不显著,无明显变化规律;土壤有机质、全N、水解N、有效P、速效K均随深度的增加而变小,表聚效应明显;全P差异不显著,呈"圆柱体"分布模式;2)在森林恢复演替过程中,天然林容重、孔隙度、持水能力、渗透性明显好于人工林,随森林正向演替的进行,天然林容重不断减少,孔隙度明显改善,通透性能不断增强,而人工林土壤物理性质出现明显退化现象;天然林pH值在演替方向上并未表现出酸化现象;天然林土壤有机质、全N、水解N、有效P和速效K变化规律不明显,但总的变化趋势为先增加后减小;3)有机质与全N、水解N、最大持水量、毛管持水量、田间持水量呈显著正相关,而与容重呈显著负相关;全N与水解N呈显著正相关;土壤有机质在改善土壤理化性质和促进养分循环方面具有重要作用,已成为植被恢复过程中土壤变化的一个重要标志。