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生态学（第2版）
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iframe(src='///ns.html?id=GTM-T947SH', height='0', width='0', style='display: visibility:')《数量生态学-第二版》(张金屯)【摘要_书评_试读】- 蔚蓝网
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字数：暂无&&&&&
页数：384&&&&&
开本：16开&&&&&
包装：平装
　　本书基本保持了第一版的格式和章节，内容在第一版的基础上有所增加，反映了近十年该学科的新成果和新发展，如中性理论模型、神经网络聚类和排序、O-ring点格局分析等都是近年来的研究热点。全书整体上反映了国际上数量生态学过去60多年的发展，也反映了我国数量生态学的研究概貌和成果。
数量生态学的内容十分丰富。《研究生创新教育系列丛书：数量生态学（第2版）》内容涉及到数量生态学的各个方面，包括过去半个世纪来有关数量生态学的主要发展，全面介绍现代数量生态学理论和方法，特别注重介绍国际上最常用的和近年来发展的新方法。《研究生创新教育系列丛书：数量生态学（第2版）》反映了数量生态学发展的概貌，同时也展现了我国在这一领域的研究成果。对于有关学科的科技工作者和研究生，《研究生创新教育系列丛书：数量生态学（第2版）》的内容已基本能够满足需要。
第二版前言
第一版前言
第一章??取样与群落特征描??br />? 第一节??概念
? 第二节??取样
??? 一、取样方??br />??? 二、样方的形状和大??br />??? 三、样方的数目
??? 四、无样地取样
? 第三节??植物群落的数量特??br />??? 一、数量特征调查记录应注意的问??br />??? 二、植物群落的数量特征
? 第四节??植被的环境特??br />第二章??数据的处??br />? 第一节??数据的类??br />??? 一、数据的基本类型
??? 二、不同类型数据间的转??br />??? 三、生态数??br />? 第二节??数据处理
??? 一、数据简??br />??? 二、数据转??br />??? 三、数据标准化
第三章??基础分析方法
? 第一节样品分??br />??? 一、频率分??br />??? 二、两组样品的比较
? 第二节??相关与回归分??br />??? 一、相关分??br />??? 二、回归分??br />??? 三、生态回归分??br />? 第三节??标定
第四章????面积关系
? 第一节??概述
??? 一、种-面积曲线
??? 二、群落最小面??br />? 第二节????面积关系的模??br />??? 一、模型的类型
??? 二、模型的拟合
??? 三、模型拟合效果的检??br />??? 四、种-面积曲线模型的选择
第五章??种的多度格局
? 第一节??概述
??? 一、概??br />??? 二、种多度格局研究进展
? 第二节??种的多度格局模型
??? 一、生态位模型
??? 二、种多度的统计模??br />??? 三、群落中性理论模??br />??? 四、动态模??br />??? 五、物种多度格局与物种多样??br />第六章??物种多样??br />? 第一节??物种多样性的定义
? 第二节??物种多样性的变化机制
??? 一、α多样性、β多样性和尸多样??br />??? 二、热带雨林的多样??br />??? 三、山地生物多样??br />??? 四、多样性变化的机制学说
? 第三节??种多样性的测定
??? 一、以种的数目表示的多样??br />??? 二、以种的数目和全部种的个体总数表示的多样??br />??? 三、以种的数目、全部种的个体总数及每个种的个体数综合表示的多样??br />??? 四、以相对密度、相对盖度、重要值或生物量等为基础的多样性指??br />??? 五、用信息公式表示的多样性指??br />??? 六、基于总多样性指数上的均匀性指??br />??? 七、含参数的多样性指??br />??? 八、β多样性指??br />??? 九、功能多样??br />??? 十、多样性指数计算举??br />??? 十一、多样性指数的选择原则
第七章??种间亲和??br />? 第一节??种间关联
??? 一、总体关联性分??br />??? 二、种对间关联性分??br />? 第二节??种间相关
? 第三节??群落关联和相关分??br />? 第四节??种间分离
? 第五节??种间竞争
第八章??生态位
? 第一节??生态位的概??br />? 第二节??生态位的特??br />??? 一、生态位的宽??br />??? 二、生态位的重叠和竞争
? 第三节??生态位的测??br />第九章??排序
? 第一节??概述
??? 一、排序的目的和意??br />??? 二、种类环境关系模??br />??? 三、线性排序和非线性排??br />? 第二节??排序方法
??? 一、简单排序方??br />??? 二、主分量分析及其衍生的方??br />??? 三、对应分析及其衍生的方法
??? 四、模糊数学排序与神经网络排序
??? 五、其他排序方??br />? 第三节??排序方法的比??br />??? 一、相关分??br />??? 二、排序图的比??br />第十章??数量分类
? 第一节??分类的目的和意义
? 第二节??分类的基础
??? 一、基本概??br />??? 二、相似系数和相异系数
??? 三、分类结果的图形表示
? 第三节??分类方法
??? 一、等级聚合方??br />??? 二、等级分划法
??? 三、非等级分类方法
??? 四、模糊数学分??br />??? 五、神经网络聚??br />??? 六、群落排表分??br />??? 七、外在分??br />? 第四节??分类方法的比??br />??? 一、最终分组数相等的结果比??br />??? 二、最终分组数不等的结果比??br />第十一章??空间格局分析
? 第一节??概述
??? 一、基本概??br />??? 二、格局分析的目的和意义
? 第二节??种群分布类型的判??br />??? 一、植物分布的类型及其模型
??? 二、格局分布类型的检??br />? 第三节??格局分析方法
??? 一、单种格局分析
??? 二、多种格局和群落格局分析
??? 三、小格局分析
??? 四、点格局分析
??? 五、分形分??br />??? 六、二维空间格局分析
??? 七、大尺度格局分析
??? 八、植被景观格局分析
第十二章? 植物群落的演替分??br />? 第一节??演替的理论和学说
? 第二节??群落演替的模??br />? 第三节??群落演替的数量分析方??br />??? 一、以种群动态为基础的分析方??br />??? 二、静态演替分??br />??? 三、单个样方的动态演替分??br />??? 四、多个样方的动态演替分??br />??? 五、演替概率分析法
? 第四节??植物群落的稳定??br />??? 一、群落恢复性和持续??br />??? 二、群落的变异??br />??? 三、群落抗干扰??br />结语
参考文??br />附录
? 附录Ⅰ??国际软件信息
? 附录Ⅱ??附表
? 附录Ⅲ??矩阵运算
??? 一、矩阵概??br />??? 二、矩阵简单运??br />??? 三、方阵求??br />??? 四、矩阵的特征根及特征向量
摘要与插图
一、数量生态学的概??br />数量生态学（quantitative ecology）一般指的是植物数量生态学（quantitative plant
ecology）或植被数量生态学（quantitative vegetationecology）。它是指用数学的方法研究??br />被、植物群落及植物种与环境之间生态关系的科学，也叫做植被定量分析（quantitative
analysis）或者植被分析（vegetation analysis），是植物生态学和植被生态学的组成部分。数
量生态学独特的研究方法，我们统称其为数量分析方法，它包括物种多样性、物种多??br />格局、种间关联、生态位等简单的统计学方法，也包括排序、分类、格局分析、群落演
替等复杂的多元统计分析方法??br />在植物生态学研究中，往往涉及大量植被和环境因子的观测数据，单凭直观的观察
和人们头脑的简单综合难以看出其内部的规律性。数量生态学就是借助数量分析方法??br />杂乱的数据中，经过多次运算和分析综合，找出植物种、植物群落和植被与环境之间的
内在联系，以更准确地揭示生态规律??br />二、数量生态学的研究内??br />数量分析都是从一组野外观察或实验得来的原始数据出发，通过一系列计算分析??br />最后给出具有生态意义的结果。大多数分析方法都要求较大的计算量，尤其是当涉及??br />类和环境因子较多、具有庞大的原始数据时更是如此。计算机的发展为数量分析提供??br />方便，有不少多元分析方法不借助计算机就不能完成??br />进行数量分析的基本单位叫实体（entity），描述实体数量特征的信息项目称为属??br />（attribute）。在植物生态学研究中，实体可以是样地、样方、林分等取样单位。为了方
便，我们将实体统称为样方。格局分析中由于样方较小，称其为小样方。属性可以是??br />物种的观测指标，如多度、密度、盖度、重要值等，或者是环境因子观测指标，如??br />度、海拔、土壤pH等??br />数量生态学方法是以植物种、植物群落和植被为分析对象的数学方法。从数学??br />讲，这些方法是施于原始数据集合的一套处理规则，至于这些规则该不该用于所分析??br />对象以及分析结果的解释，则独立于方法本身而依赖于植物生态学知识。因此，这些??br />法可以用于多种学科，即凡是以研究实体和属性相互关系为目的的学科，均可使用这些
方法??br />从数学上讲，数量分析方法可分为两类：一类是简单的统计学方法；一类是多元??br />计分析方法。这两类方法之间是相互联系的。简单的统计学方法是用概率的方法，它??br />求通过对样品数据的分析，去推断总体的规律性，因此这一类方法一般要求显著性检
验。如果不能进行显著性检验的方法则认为有较大的缺点。基础分析方法、种间关联??br />种群空间分布格局等分析方法大多是简单的统计学方法。多元统计分析方法也有人简??br />其为多元分析方法，其与简单统计学方法明显不同，一般不要求从样品去推断总体的规
律，也不涉及显著性检验。我们只是将样方数据作为总体，找寻的规律并不外推。排
序、数量分类、演替分析等方法大部分属于多元统计分析方法??br />从生态意义上讲，根据研究目的、范围的不同，数量分析方法可分为??面积??br />系、种的多度格局、种间亲和性、生态位、物种多样性、排序、数量分类、空间格局??br />析、演替分析、植被与环境关系分析等方面。种的多度格局、种间亲和性、生态位、物
种多样性是以群落中物种为研究对象的，分析物种之间、物种与环境因子或环境综合体
之间的内在联系。种-面积关系是研究物种数量与群落资源的利用关系。排序是研究??br />被连续变化的方法，一般植被连续变化与环境因子的连续变化一致。所以，排序是将??br />方排列在一定的空间，使得排序轴能够反映一定的生态梯度（环境梯度），从而解释植??br />种和植物群落的空间分布与环境因子之间的关系。排序是以不同的植物群落为研究对??br />的，范围较大，其取样单位（样方）要适当的大，使其能够代表某一群落类型??br />数量分类是为研究植被的间断性而设计的方法，它与传统定性分类方法的目的是一
致的。植物群落分类是植物生态学的重要分析手段，它起始于本学科的最初阶段。植??br />分类是根据群落分布的间断性，将其分门别类。群落分布的间断性，往往是由于环境因
子的突然变化而引起的，所以分类的结果要在一定程度上反映群落类型的生态意义。分
类研究的范围与排序一致，以群落或群落组合为单位，其样方在种类组成和环境因子组
成上要能够代表它所在的群落??br />空间格局分析起初主要是研究植物种在群落内的空间分布关系，以及环境因子在这
种关系中的作用，现在已经扩展到群落、景观等不同尺度的格局研究。植物种群在群落
内的镶嵌结构是植物群落内部结构的重要特征，反映种群之间、种群与环境因子之间??br />复杂的生态关系。种群格局分析也可以说是研究种群在群落内的连续变化。它的取样要
求一系列连续样方，但样方较小，不要求样方代表所在的群落类型而是代表种群在群??br />内分布的一个样品。它的研究范围一般限于群落内部。群落格局和景观格局主要研究??br />落斑块、景观要素、景观斑块等的空间变化规律及其影响因子，以及它们的生态关系??br />群落演替分析是用数学方法描述群落的动态过程。群落演替是植被生态学的重要组
成部分，在现代生态学中显得越来越重要。但定量描述群落演替过程的研究起步较晚，
至今这方面的研究方法还不多。演替分析一般要牵涉时间因子，可用永久性样方获得数
据，其研究范围是整个群落或群落片段。含时间因子数据的演替分析一般称做动态演??br />分析（dynamic succession analysis）。也可以在不同的演替阶段同时取样，获得数据，??br />分析演替进程中的各种生态关系和演替规律，这种分析方法叫做静态演替分析（static
succession analysis）??br />三、数量生态学的发??br />早在19世纪末和20世纪初，一些描述植被数量特征的术语就已出现，比如频度一
词是1909年出现在Raunkiaer论文中的，但直到20世纪40年代才被广泛地应用。将
这些数量指标用于数量分析，则??0??0年代的事情。因为数量生态学的核心是数量??br />析方法，所以，数量生态学的发展是和数量分析技术的发展密不可分的??br />数量分析起始??0世纪50年代，也可以说植被数量生态学由此开始。尽管在此之
前也有一些文章涉及定量描述（Ashby）。在过去的几十年中，数量生态学
得到了迅猛发展，有关论文大量增加。根??1种主要国际生态学杂志的统计，??br />年，仅涉及数量分类和排序的文章基本上是呈直线上升（张金屯1992a??br />1995）。国际植被协会主办的杂志Journal of Vegetation Science所发表的论文中，约50%
以上与数量分析有关。到20世纪90年代，数量分析已成为现代植被研究必不可少的手
段，有关论文在过??5年内仍然大量增加（von wehrolen et al.2009），数量生态学也已
成为一门独立的学科??br />数量分析方法的发展过程大致可分为三个阶段（张金屯1992a??995）??br />第一阶段为起始阶段（年）。在这一阶段，分析方法以简单的统计学方??br />为主??0年代以前，植被科学已有相当的发展，但大部分是传统的描述。研究者在??br />查时，同样进行了大量的样方记录，获得了丰富的数据。但由于缺乏理想的分析方法，
数据大多没有充分利用而浪费??br />20世纪40年代，物种多样性的概念被提出来，并有多样性计算公式出现，比如
Shannon-Weiner指数??949），Simpson指数??949）等??0年代初，描述群落物种多度??br />局的统计学模型就已出现??943年，Fisher等提出了对数级数模型??948年，Preston
提出了对数正态分布模型等。进??0年代，多个物种多样性指数、生态位指数、种??br />关联指数等被提出，并应用于实际研究中??br />数量分类、格局分析和排序可以说起步??0世纪50年代。Ellenberg??950）首先使
用加权平均排序；Whittaker??952）创造了梯度分析排序方法；Goodall??953）把关联分析
引入植被分类；Greig-Smith??952）开创了格局分析这一新的研究领域。到1957年，
Greig-Smith出版了专著——《数量植物生态学》（Quantitative Plant Ecology），对植被数
量分析方法做了系统论述??0年代初，数量分析多用计算器完成计算，其处理数据能
力限制了它的应用和发展??0年代末，计算机开始应用，这无疑促进了数量分析方法
的发展。Williams和Lambert??959??960）首次用计算机对396个样方进行分类，取得
了较大的成功。他们的工作使其他生态学家受到了鼓舞，纷纷转向这一新的研究领域??br />不过大量的研究成果发表于第二阶段??964年，Greig-Smith出版了他的名著——《数
量植物生态学》（第二版），算是对第一阶段的总结，在此书中，作者以大量的篇幅描??br />了格局分析，对已有的数量分类和排序也进行了介绍??br />第二阶段??965??980年）是大发展阶段。在这一阶段中，电子计算机的高速发??br />出人意料，植被数量分析由此而一日千里，出现大量新方法；计算复杂的多元分析方
法被引入，克服了简单统计方法的一些缺点。在方法大发展的同时，应用性文章也??br />量增加。由于计算机的发展解决了大计算量这一难题，数量分析显示了巨大的优??br />性：计算迅速、准确，获得信息量大，得出结果客观。这使各大植物学派均接受和采
用了数量分析方法。在方法发展过程中，许多学者对各种方法进行了比较研究，使一
些不太实用的方法在发展中被淘汰，使新产生的方法更趋完善。到20世纪70年代??br />许多关于植被数量分析方法的专著在不同国家相继出版（Whittaker1973；Kershaw
1970；Orloci 1978；Goodall 1978；阳含熙??981），使数量方法在世界范围内广
泛传播和应用。与此同时，与方法相对应的各种计算机软件也应运而生，使用者不需
要深厚的数学基础，便可轻易地掌握，这更促进了数量分析方法的实际应用??br />在这一阶段中，种间亲和性、生态位及物种多样性的计测也得到了重大发展，并??br />结合到其他的分析中??982年Gauch编写了《群落生态学多元分析》，Greig-
Smith??983）也修订了第二版《数量植物生态学》，并推出第三版。这两本书虽然出版于
80年代初，但描述的大多??980年以前的数量方法，可视为对第二阶段的总结??br />第三阶段??981年到现在）主要是应用研究阶段。在这一阶段，新方法的数量减少，
大多数论文是应用已有的方法对植被进行实际研究。新方法主要是模糊数学和人工神经
网络方法的发展和应用，在点格局分析方面出现了O-ring方法，可以提高格局分析??br />精度（Wiegand and Moloney2004）。另外，分析软件和技术有较大的发展，如ter Braak
??milauer??002）发展了Windows??.5）版本的CANOCO软件，这又大大促进了排序??br />应用（Leps and Smilauer2003）。Anon（R Development Core Team2008）推出了R软件包，
可以做很多分析??br />新方法的减少是因为已有的方法是比较合理的，能够提供较满意的结果。同时，??br />经发展的大部分方法都具有国际通用软件，使用很方便，使一些学者认为没有必要再??br />找别的方法。从80年代中期开始，数学生态学家们把注意力转向更复杂、能够将植被
数据和环境数据结合起来分析的多元方法或新的数学领域，如模糊数学，渴望找到使植
被生态学家更喜欢的方法。所以在这一阶段，植被和环境关系的研究方法有所突破。这
一发展以Braak于（1987）年所编的《种类与环境关系的单峰模型》一书为代表。作者在
该书中收编了80年代以来所发表的有关植被及其组成者——植物种与环境关系的分析
方法，并进行了评述。模糊数学实际上??0年代引入植被分析的（Dale1977；Zuuret
al.2007），但当时并没有引起重视，因为作者没有阐明确切的概念。进??0年代，一??br />基于模糊理论之上的模糊分类和排序陆续出现，并在一定范围内得以应用。比如，模糊
等价聚类在国内有较广泛的应用。但模糊数学在植被分析中的应用仍属于尝试阶段。由
于当今地球生态环境破坏严重，要求保护自然、保护生态环境的呼声越来越高。因此，
受到较大的重视，这些方面的研究得到了长足进展，相应的研究方法也日趋完善。在??br />一阶段中，群落动态研究和分析也受到重视，涉及植被动态的文章大量增加，国际植??br />学会??0年代中期还专门召开了群落演替数量分析方法学术研讨会，目的也是想促进
这一领域的发展。进入本世纪以后，一个新的数学分支，人工神经网络理论发展迅速，
并开始应用到生态学领域，出现了神经网络分类和排序等方法（Lek and Gucgan2000??br />Zhang et al.）。在第三阶段，虽然新方法数量增加的速度大为降低，但新发
表的论文数量仍在大量增加??br />我国数量生态学起步较晚，到20世纪70年代后期才逐渐开始??0年代末至80
年代末可视为第一个发展阶段（张峰和张金屯2000）。这一阶段主要以介绍国际上??br />方法为主，并将这些方法应用于生态学研究实践中??981年，阳含熙编写了《植物生
态学的数量分类方法》一书，较全面地介绍了数量分类和排序方法??0年代中期，我
国学者翻译了《植物群落分类》（1985）、《植物群落排序》（1986）、《群落生态学中的
多元分析》（1988）等著作，它们均涉及数量生态学的内容，促进了我国数量生态学??br />发展。不少应用性研究论文开始在国内杂志上发表。同时在该阶段中，我国学者也??br />一些研究方法进行了探讨，比如模糊数学分类（张金??985；张??986）、二维函
数网插值法格局分析（杨持等1984；杨在中??984）、生态位重叠计测（王??984??br />等。在这一阶段，我国大部分生态学者认识到了数量生态学的重要性，对其产生了兴
趣，并纷纷从事这一方面的研究。在第一阶段中，我国许多教材开始编入数量生态学
内容（唐守正1986；王伯荪1987；祝延成??988；丁岩钦1994；张金屯
2004a）??br />20世纪90年代至今，可以认为是我国数量生态学发展的第二个阶段，这一阶段
是分析方法和应用研究齐头并进的大发展时期。各类研究方法被广泛应用于我国的??br />被研究之中，包括在全国各种森林、草地、湿地、荒漠等群落类型中的应用（张??br />??994g
??br />1998a
??br />1998d
??br />2004b
??br />2004c
??br />2004d
??br />2005a
??br />2005b
??br />张金??br />??997a
??br />1998
??br />1999
??br />2000
??br />2003
??br />2005
??br />2007
??br />2008；上官铁梁和??br />??988
??br />高琼??994
??br />1996
??br />马克平等1997
??br />王仁??997
??br />王孝??br />??997；王翠红和张金屯2004a??004b??006；米湘成??996??999；艾尼瓦
尔·吐米尔和阿不都拉·阿巴斯2002；李新荣??998；张新时1989a??989b??br />1993；张桂莲??003??005；邢韶华??007；娄安如1998；彭少麟1988；彭
少麟??999；潘代远??995，刘金福??001；闫美芳??006a??006b；许??br />??006??007；李素清??005??006??007；茹文明??005??007；吴东丽
??005??006a??006b??008??009a??009b??009c；陈宝瑞??008；苏日古
??009??010；等），取得了较好的效果。在这一阶段，我国学者也发展了不少分
析方法，在模糊数学排序（张金??992a??993a；Zhang；Zhangand
Meng2007）、群落演替分析（张金??993c??994e；Zhang2005；Zhangetal.
；张金屯??009）、群落格局分析（张金屯1992e；马克明??999；马
克明和祖元刚2000a??000b??000c；张金屯和孟东平2006；Yangetal.2006??br />2009）、群落二维格局分析（张金屯b）、点格局分析（张金屯和孟??br />??004；汤孟平??003；时培建??009??010）、小格局分析（Zhang1993；张
金屯1994g；Zhangetal.2007）、多样性指数（马克??993；马克平??997a；朱
珣之和张金屯；Zhangetal.??010）、神经网络分类和排序
（张金屯和杨洪晓2007；张金屯??008??009；Zhangetal.；Zhang
andLi）、无样地取样方法改进（朱珣之和张金屯2008）等方面做了大量
工作??995年，张金屯编著了《植被数量生态学方法》一书，重点介绍了排序、数??br />分类、格局分析等方法，同时也介绍了生态位、物种多样性、种间关联等研究方法??br />该书反映了植被数量生态学40年的发展，也展现了我国在这一领域的研究成果。另
外，我国学者在这一时期还编著了《数学生态学导论》（余世??995a）、《数学生??br />学进展》（蓝仲雄和李典??994）等著作，涉及数量生态学的内容??004年，本书??br />第一版出版，详尽论述了数量生态学半个多世纪的发展，全面地介绍了常用分析方??br />（张金屯2004a）。近年来，我国在物种多样性研究和大尺度格局分析方面的成果较
多，这些研究紧密地结合了生物多样性保护、自然保护区建设、景观规划等研究实践
（王伯荪??988
??br />王仁忠和李建??996
??br />王琳和张金屯2001
??br />王兮??br />??002
??br />刘灿然等1997
??br />1998
??br />刘玉??989
??br />史作民等2000
??br />张金??br />??998??000；Zhang and Oxley 1994b；Zhang 2000；余世孝??000；方精云
??004；唐志尧??004；刘红玉??004；Zhang et al.），进一步促??br />了数量生态学的应用研究。可以预计，数量生态学今后在我国还会有较大发展??br />四、本书的主要内容
本书主要面向研究生和科技工作者，重点介绍数量生态学的基本概念和重要数量??br />析方法的计算过程。大部分方法均分为简单的步骤，对数学原理讲得较少，读者不需??br />较深的数学基础，一般都能掌握使用。在生态学研究中，大多数学者可能只需要使用其
中的一个或两个方法，而没有必要了解每一章的全部内容。所以，我们尽量使每个方??br />写得简单而全面，使用时不必参考其他方法（基于同一模型上的方法除外）。对复杂的分
析方法都有计算例子和应用例子。为了使读者对数量生态学有全面的了解，在第一章首
先介绍植被研究的取样和群落特征描述；第二章介绍数据的处理，这是以下分析的??br />础；第三章简要介绍在生态学上应用最广泛的基础统计学方法；
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