底栖动物的群落分析:实验原理

衡量或比较群落结构的优劣取决于群落的组成以及各组分对群落的贡献,基于不同思维而建立的评价方法也因此有所不同。常见的评价方法包括群落生物多样性指数(Diversity Index)、丰度等级排序(Rank Abundance Diagrams)、群落相似性(Similarity)等。

1.群落生物多样性指数(Diversity Index)

(1)总物种数Sn(Number of Species)。

计算一个样方中的物种数目,Excel中学会使用“countif”命令。Sn取决于样方大小,一定条件下采样面积越大,物种数越多(Sn=cA )。

(2)优势度D BP (Dominance Index)。

计算一个样方中的优势物种的相对丰度,优势度越大,说明这个群落越单调。Excel中学会使用sum($)命令以及相对丰度的计算。

(3)辛普森指数D (Simpson Index)(1-D or 1/D )。

计算某样方中,随机取出2个分属于不同的概率(也可以理解为,各物种相对丰度偏离中值的差异度)。D 越大,多样性越低,因此常用1/D 计算一个样方中来表示。

=∑{[n (n-1)]/[N(N-1)]}或D =∑[(n /N)2](n 为第i个物种的丰度,N为总丰度)

优缺点:对最优势物种加权厉害;稀有物种几乎无所贡献,但比优势度指标更精确。

(4)香农-威纳指数H′(Shannon-Wiener Index)。

基于信息统计的一种指数,强调每一物种在群落中均发挥作用,稀有物种影响群落的H′;等比放大丰度,H′数值不变;样方依赖性弱,香农-威纳指数反映的是群落内部各组分之间的平衡性或系统内部的紊乱程度(熵值),切不要过分夸大此指数的意义。其计算公式为:

(S为种数;n 为i种的个体数;N为总个体数,对数以2或e为底)。

其常用评价标准是1≤H′<3为中污染,处于这个区间之外为重污染和轻污染,仅适用于底栖动物有机污染评价,切不要滥用在其他类群或其他污染评价上。

(5)香农均匀度(Shannon’s Evenness Index),计算公式如下:

J=H′/ln(S),其中H′是香农指数,S是物种数目,注意H′与S进行对数运算的时候,要取相同的底。

其优点是独立于样方大小,突出每个个体和每个物种对群落作出的贡献。

(6)马格里夫指数D Mg (Margalef’s Diverstiy Index),计算公式如下:

Mg =(S-1)/ln(N)(Mg=Margalef),其中,S为总物种数,N为总个体数。优点:同时考虑丰度和物种数目,但是其样方依赖性高,不适合在小群落中应用。D Mg

2.丰度等级排序(Rank Abundance Diagrams)

主要有4种类型,学会按照丰度等级大小,进行梯度排序,从而将一个群落中每个物种的信息组织架构均反映在一张图上。

常见的丰度曲线包括以下4种:几何分布模型Geometric Series、对数正态分布模型Log Normal Distribution、断棒分布模型Broken-stick Model和对数数列模型Log Series。

群落中常有几个明显优势种,整个群落显得相对失衡的,呈几何分布模型;群落稀有物种较多,常形成一种“拖尾”的对数数列模型;而群落最为平衡的是断棒分布模型;其次是对数正态分布模型。

3.群落相似性系数(Community Similarity Coefficients)

群落相似性系数是生态学中最基本的概念之一,其主要意思是:两个群落,比较同物种在两个群落(A群落和B群落)中的分布情况:

a:两个群落均出现;

b:仅在A群落中出现;

c:仅在B群落中出现;

d:在两个群落中都不出现。

基于上述四种情况,发展出以下3种群落相似性指数:

a:Jaccard coefficient(Jaccard,1901)C =a/(a+b+c)

b:Sorensen coefficient(Srensen,1948)C =2a/(2a+b+c)

c:The simple matching coefficient(Sokal&michener,1958)C sm =(a+d)/(a+b+c+d)

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