生态学常用指标分析.ppt

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1、生态系统分析-生态学常用指标分析生态学常用指标分析生态学常用指标分析主要内容生态学常用指标分析主要内容n个体个体常用分析指标n种群种群常用分析指标n群落群落常用分析指标组成种群的个体在其生活空间中的位置、状态或布局，称为种群的空间格局或内分布型（Internal distribution pattern）了解不同生物种群空间分布型的差异，不仅可以认识它的生活习性和对环境的适应性，还可以根据不同分布型进行抽样设计抽样设计和有关生物学实验设计实验设计。空间格局是种群的重要属性之一，受种群特性、种空间格局是种群的重要属性之一，受种群特性、种群关系和环境条件的综合影响群关系和环境条件的综合影响一、种群

2、空间分布格局及其测度一、种群空间分布格局及其测度种群分布格局的几种类型种群分布格局的几种类型种群分布格局的几种类型种群分布格局的几种类型均匀分布均匀分布随机分布随机分布集群分布集群分布玉米地虫卵块人工种植、动物领域行为如何定量分析描述？如何定量分析描述？分析该种群空间分布特征？分析该种群空间分布特征？(a)(b)(c)每个分布点的总数为16，平均每个取样单位点数m=4。但分布方差不同 A A A A B B B B C C C C3 3 3 32 2 2 20 0 0 04 4 4 42 2 2 27 7 7 73 3 3 35 5 5 58 8 8 84 4 4 47 7 7 70 0 0

3、0分析该种群空间分布特征？分析该种群空间分布特征？(a)V=0.3;m=3.5 (b)V=6;m=4 (c)V=18.9;m=3.75m为均值，为均值，m=XV为样本方差，为样本方差，V=S2生物种群空间分布型的聚集度指标生物种群空间分布型的聚集度指标m*=m+(V/m-1)m为均值，为均值，m=XV为样本方差，为样本方差，V=S2m*=2.6,4.5,7.8生物种群空间分布型的聚集度指标生物种群空间分布型的聚集度指标聚集指数聚集指数聚集度聚集度I=-0.9；0.5；4.0m*/m 接近接近1：随机分布；：随机分布；小于小于1：规则分布；：规则分布；大于大于1：集群分布：集群分布a.0.74;

4、b.1.13;c.2.08I=V/m-1生物种群空间分布格局测度指标生物种群空间分布格局测度指标C=V/mC=0.1；1.5；5.0CA=I/m-1；0.5；4.3I=-0.26；0.13；1.08CA=生物种群空间分布格局测度指标生物种群空间分布格局测度指标K=m2/(V-m)K=-3.9;8;0.93m*=10.398m-34.031 R2=0.9767生物种群空间分布格局测度指标生物种群空间分布格局测度指标lgV=lga+b lg mMatlab命令计算过程1.定义 变量p；2.计算方差 V=var(p);3.计算平均数M=mean(p);4.p1=M+V/M-1;%平均拥挤度5.p2=

5、V/M-1;%聚集指数6.p3=p1/M;%聚集度7.p4=p2/M;%CA指标8.p5=V/M;%扩散系数Matlab计算-自编函数population1.function population(p)2.V=var(p);3.M=mean(p);4.p1=M+V/M-1;%平均拥挤度5.p2=V/M-1;%聚集指数6.p3=p1/M;%聚集度7.p4=p2/M;%CA指标8.p5=V/M;%扩散系数9.fprintf(平均拥挤度为-%4.2fn,p1);1.fprintf(聚集指数I为 -%4.2fn,p2);2.if p20 fprintf(根据聚集指数，判断种群呈现聚集分布！n);end

6、4.if p2=0 fprintf(根据聚集指数，判断种群呈现随即分布！n);end5.fprintf(聚集度m*/M为-%4.2fn,p3);6.if p31 fprintf(根据聚集度，判断种群呈现聚集分布！n);end8.if p3=1 fprintf(根据聚集度，判断种群呈现随即分布！n);end1.fprintf(CA指标为 -%4.2fn,p4);2.if p40 fprintf(根据CA指标，判断种群呈现聚集分布！n);end4.if p4=0 fprintf(根据CA指标，判断种群呈现随即分布！n);end5.fprintf(扩散系数为 -%4.2fn,p5);6.if p51

7、 fprintf(根据扩散系数，判断种群呈现聚集分布！n);end8.if p5=1 fprintf(根据扩散系数，判断种群呈现随即分布！n);end9.if p20&p31&p40&p50&p31&p40&p51 fprintf(综合判断，种群呈现聚集分布！n);return;11.elseif p2=0&p3=1&p4=0&p5=1 fprintf(综合判断，种群呈现随即分布！n);return;12.fprintf(指数矛盾，无法判断！n);13.end键入自编函数population和参数，种群个体分布向量作业作业1：请定量描述两种昆虫在田间自然分布的聚集情况。(用Matlab计算V/

8、M;I;M2;M2/M等4种指标。（如果数据量不够，请编加几组数据），说明2个种类的聚集情况。)种类1种类22.群落多样性量度Shannon 指数指数Simpson指数指数 水稻水稻甘蔗甘蔗花生花生番薯番薯大豆大豆H(自然自然对数对数)A县县35201015201.526B县县50408200.9934A县和县和B县作物构成比例县作物构成比例单位：单位：%作物作物地点地点Shannon 指数指数 H=PilogPi PiPi为第为第i i种类型出现比例。种类型出现比例。LogLog可以用可以用2,e2,e或或1010为底为底2.2016 1.43320.66280.4314以以2为底时为底时以

9、以10为底时为底时群落多样性量度群落多样性量度从群落中随即排出一个一定个体种的平均不定数Matlab命令计算过程1.定义a，b；a=35 20 101520;b=50 40822.计算Pi；api=a/100;bpi=b/100;3.计算logPi；logapi=log(api);logbpi=log(bpi);4.计算-Pi*logPi;A_shannon=-sum(api.*logapi);B_shannon=-sum(bpi.*logbpi);Matlab自编函数1.function a_shannon=calshannon(a)2.for i=1:length(a),3.if a(i)

10、0 4.fprintf(错误，组份数量不应为零！n);5.return;6.end7.i=i+1;8.end9.s=sum(a);10.pi=a/s;11.a_shannon=-sum(pi.*log(pi);Simpson指数指数 D=N(N-1)/Ni(Ni-1)群落多样性量度群落多样性量度群落群落类型型物种物种1 12 23 34 45 56 67 7稻田田稻田田埂02215198稻田内稻田内2m17282141距离距离10m024502220稻田节肢动物群落多样性调查稻田节肢动物群落多样性调查3.89474.19012.6602Ni为每种类型个体数为每种类型个体数，N=Ni。从具有N

11、个个体S种的样方中随即抽出两个个体不再放回，此两个个体属于相同种的概率大小。Matlab命令计算过程1.定义定义a；a=0 2 215198;2.计算计算 ni*(ni-1)sumani=sum(a.*(a-1);3.计算计算nn=sum(a);4.计算计算N(N-1)/Ni(Ni-1)a_simpson=n*(n-1)/sumani;Matlab自编函数1.function a_simpson=calsimpson(a)2.for i=1:length(a),3.if a(i)=0 4.fprintf(错误，组份数量为零时应略过！n);5.return;6.end7.i=i+1;8.end9

12、sumani=sum(a.*(a-1);10.a_simpson=sum(a)*(sum(a)-1)/sumani;群落多样性的量度n多样性指标的特点：多样性指标的特点：1.各类型比例相等时多样性最大；2.增加类型数量时，如果群落没有这些种，不会改变多样性值；3.如果类型下又分子类型，多样性也可以分解，各层次的多样性加权和等于总的多样性。群落多样性的量度n多样性可以分解：1.农业收入多样性可分为四产业多样性和各产业内部收入多样性；2.群落品种多样性可以分成属的多样性和各属内品种的多样性；3.群落品种多样性还可以分成生境的多样性和每个生境内品种的多样性。农业结构多样性的量度第一层作物林木畜牧渔

13、业多样性占总收入(A2i)60%5%20%15%H1=第二层粮食经济饲料经济用材草食杂食海洋淡水 H2=占总收入比例18366231010015占第二层比例(A1ij)306010406050500100多样性H21=H22=H23=H24=H=PilogPi H1=H2-(A2i*H2i)作业1.根据某市农业收入构成比例，计算各层shannon多样性。某市农业收入构成比例：作业2.根据某市农业收入构成比例，计算各层Simpson多样性。松树松树 杉木杉木桉树桉树相思相思荷木荷木 N总总数数A群落群落1015203250B群落群落101010101050两群落树种普查结果两群落树种普查结果 (

14、单位：株单位：株)种类种类群落群落群落相似性的量度n二元数据间的相似性n计数数据间的相似性二、群落关系分析群落相似性的量度群落相似性的量度n二元数据二元数据间的相似性间的相似性有有无无有有ab无无cd群落群落1群落群落2d d是群落是群落A/BA/B都没有的物种的数量。都没有的物种的数量。d d是否具有生是否具有生物学意义，有许多争论，因此有人忽略不计。物学意义，有许多争论，因此有人忽略不计。（d=0d=0)二元数据只考虑了群落的共有种的种数二元数据只考虑了群落的共有种的种数(1).Jaccard(1901)相似系数相似系数S1=a/(a+b+c)S1=1?S1=0?有有无无有有ab无无cdP

15、42 2.47P42 2.460Cs 10S1 1P42 2.44如果如果d=0，则同，则同Jaccard系数系数P42 2.450C1 1-1Cd 1群落相似性分析群落相似性分析 二元数据间的相似性二元数据间的相似性物种编号物种编号123456群落群落1111110群落群落2011010Matlab命令计算过程命令计算过程1.定义两个向量；定义两个向量；x1=1 11110;x2=0 1 1010;2.计算计算a，b，c，d；3.计算相关指标；计算相关指标；s1=a/(a+b+c);cs=2*a/(2*a+b+c);c1=(a+d)/length(x1);sb=(sqrt(a*d)+a)/(

16、a+b+c+sqrt(a*d);co=a/(sqrt(a+b)*sqrt(a+c);cd=(a*d-b*c)/(sqrt(a+b)*(c+d)*(a+c)*(b+d);Matlab自编函数1.function commsame=commsame(x1,x2)2.a=0;b=0;c=0;d=0;3.if length(x1)=length(x2)4.for i=1:length(x1),5.if x1(i)*x2(i)0 a=a+1;6.elseif x1(i)=0&x2(i)=0 b=b+1;7.elseif x1(i)=0&x2(i)=0 c=c+1;8.elseif x1(i)=0&x2(

17、i)=0 d=d+1;end9.i=i+1;end10.elseif printf(数据输入不完整！);return;11.end12.s1=a/(a+b+c);cs=2*a/(2*a+b+c);13.c1=(a+d)/length(x1);sb=(sqrt(a*d)+a)/(a+b+c+sqrt(a*d);14.co=a/(sqrt(a+b)*sqrt(a+c);15.cd=(a*d-b*c)/(sqrt(a+b)*(c+d)*(a+c)*(b+d);16.fprintf(群落相似系数为S1=%d,Cs=%d，C1=%d，Sb=%d，Co=%d，Cd=%d,s1,cs,c1,sb,co,cd

18、);n计数数据间的相似性 S5=2*W/(A+B)0 S51树种编号1234567合计群落110342586A=38群落22370493B=28小的值Wi2340483W=24群落相似性的量度Wi为统一调查项目在两个调查对象中较小的一个，W=WiS5=2*24/（38+28）=0.727考虑了群落的种数和数量信息考虑了群落的种数和数量信息请用matlab进行计算作业作业3:在调查了两个湖泊的甲壳类动物种类后，在调查了两个湖泊的甲壳类动物种类后，得到了以下表格，请从二元数据（采用得到了以下表格，请从二元数据（采用6个指标）个指标）和计数数据角度分析两个群落的相似性。和计数数据角度分析两个群落的相

19、似性。2个群落多点调查结果统计个群落多点调查结果统计1 12 23 34 45 56 67 78 8伊利湖伊利湖5 51010212114140 0121232320 0安大略安大略湖湖13139 90 03535444437370 00 0物种物种物种物种地点地点地点地点数量数量数量数量两个群落都没有的物种，d温度温度水分生物量或个体数生态位的概念群落内一个物种的群落内一个物种的资源利用范围（不资源利用范围（不仅包括占有的物理仅包括占有的物理空间，还包括在自空间，还包括在自然群落中的功能作然群落中的功能作用以及他们在环境用以及他们在环境梯度中的位置。）梯度中的位置。）生物量或个体数三、三、生

20、态位的定量描述生态位的定量描述生态位宽度：被一个有机体单位所利用的各种各样不同资源的总和生态位宽度指标生态位宽度指标12生态位宽度指标计算生态位宽度指标计算猎物资源按种类分等级表猎物资源按种类分等级表兔子兔子羊羊老鼠老鼠家畜家畜狼种类狼种类16 62 20 00 0狼种类狼种类22 22 21 13 3有2种狼利用动物资源，按其种类，将资源分为4个等级。调查结果如上，试计算各种狼的生态位宽度。Matlab命令计算过程-levin1.定义定义 向量向量ana=6 62 20 00 0;2.计算计算pi的平方的平方napi=(a/sum(a).2;3.计算计算1/pi2nNiche_l=1/sum

21、api);如何完成自编函数的计算？请自己考虑！如何完成自编函数的计算？请自己考虑！Matlab命令计算过程-Hurlbert1.定义定义 向量向量x1,x2nx1=6 2 0 06 2 0 0;x2=2 2 1 3;2.计算计算pi的平方的平方nx1pi=(x1/sum(x1).2;3.计算计算aia=x1+x2;xai=x1./a;%此处注意排除数字此处注意排除数字0，即该，即该物种在此资源上无法利用物种在此资源上无法利用3.计算计算 pi2/xainNiche_h=1/sum(x1pi./xai);扩展扩展如何完成自编函数的计算？矩阵如何完成自编函数的计算？矩阵作业4猎物资源按个体大小分等级表猎物资源按个体大小分等级表0-10mm 11-20mm21-30mm31-40mmEmpidonax minutus11112 21 11 1Contopis virens5 52 21 12 2Mylarchus crinitus3 31 11 13 3有3种食虫鸟利用昆虫资源，按虫体大小，将资源分为4个等级。调查结果如上，试计算各种生态位宽度。