群落生态学结构与功能的研究方法概述

2023.08.24

姜钱钱侯路路

摘要群落生态学是生态学的重要研究领域之一，其研究人员开发了诸多工具和方法，用于研究群落结构、功能以及环境之间的关系。随着技术和方法的革新，大数据分析将有助于研究者更好地认识和理解结构和功能的关系。

关键词群落生态学群落结构群落功能

中图分类号：S718 文献标识码：A

0引言

群落生态学是对群落中物种多样性、丰度及组成的模式，以及引起该模式的过程的研究。为了更好地解释生物群落的差异，生态学家开发了将群落物种聚类简化为可计量单位的一系列指数。对于保护生物学家来说，物种丰富度和其它生物多样性指数可以为生物保护提供重要参考。然而，多样性指数仅反映出群落的一个方面，当研究不同环境变量或气候条件对群落组成的影响时，需要考虑群落的物种组成；进一步研究群落动态变化则需考虑群落的食物网结构。此外，生活史特征反映了物种对环境的响应和对生态系统功能的影响。生态学家可以根据群落物种的生活史特征，借助功能多样性指数来解释群落动态变化，在此基础上研究群落结构、功能多样性以及环境之间的关系。本文简要概述此类问题的研究方法。

1群落的结构与功能

1.1 物种多样性

在物种多样性研究中，除非进行指定单位的量化，否则生态学家无法核查生物多样性如何分布、以何速度丧失。生物多样性指数可分为三类：丰富度、均匀度以及差异度。常用的多样性指数有丰富度指数、香浓维纳指数、Pielou均匀度指数等，除此之外，还有分类多样性指数。同时多样性指数都只反映了生物多样性的一个方面，而多样性是一个多维概念，仅简单将其压缩为一个数字无法反映出所有信息。

1.2群落结构

较为直接的群落结构研究中，通常考察每个群落的物种组成，进一步根据样方点物种组成的相似度（相似性指数，如Bray-Curtis距离）进行聚类分析，从而划分为不同群落，这样就可以研究影响聚类结果的潜在因素。此外，群落结构也需要对食物网关系进行研究，因为群落组成类似于“配方”，而食物网结构却是“反应过程”。通过对食物网结构的了解，可以为群落的动态变化提供有效的参考。引入群落中种群参数后，不仅有捕食关系，更包含竞争、互惠等关系，进而在假设情境（气候变化、人类活动等）下研究群落如何变化。这既可帮助生态学家理解群落变化的机制，又可为决策者应对生态问题提供参考和建议。

1.3群落功能

不同于此前对群落物种丰富度的研究，生态学家逐渐意识到，群落的功能多样性在解释生态群落的结构和功能方面相较于仅考虑分类学意义上的丰富度更具参考价值。组成物种的生物学特征信息是功能多样性分析的基础。功能多样性指数与物种多样性类似，大致分为三类：丰富度、均匀度和差异度，常用的有群落加权平均（CWM）、功能分散指数（FDis）、功能分化指数（FDiv）、功能均匀度（Feve）、功能豐富度（FRic）以及Rao二次熵指数（Q），这些指数不仅反映了群落功能的不同方面，更对群落功能进行了直观量化。

2群落与环境

已知群落的物种组成、物种多样性指数、功能多样性指数以及环境数据，可以对其进行分析，进而探究群落的多样性、功能及环境之间的关系，构建相应模型进行数据的拟合及预测。此外，机器学习和人工智能算法，可以有效地帮助研究人员从生态学大数据中提取信息，从而更好地理解群落形成、变化及演化机制。

3展望

随着计算机技术的不断进步和生态数据的大量累积，生态学家可以从数据中更好的提取信息、更新知识，为解决 “多样性-稳定性”与 “多样性-功能”的争论提供更有力的依据。

（通讯作者：侯路路）

作者简介：第一作者：姜钱钱， 1990年9月，男，山东省青岛市人，中国海洋大学海洋生命学院，生态学专业硕士，生态动力学方向；通讯作者：侯路路，1991年2月，男，安徽省亳州市人，中国海洋大学海洋生命学院，海洋生物学专业助理实验师，生态地质学、超微形态学方向。

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