2015认证杯建模全国一等奖(3)

2019-04-21 21:04

参赛队号#1893

对于灌木的分布差异大,灌木的生物量都高于草本的生物量。

图1-7:在相同月份10月下,过牧与轮牧对草本植物生物量的影响

图1-8:在不同月份10月下,过牧与轮牧对灌木植物生物量的影响

由图1-7及图1-8归纳对比分析可得:10月份过牧草本及过牧灌木的生物量明显低于轮牧草本与轮牧观摩的生物量,10月游牧草本、灌木的生物量都较高,分别可达到90(g/错误!未找到引用源。)、190(g/错误!未找到引用源。),过牧采样少的地方接近为0(g/错误!未找到引用源。)。

图1-9:相同月份7月下,过牧与轮牧鼠类捕获率曲线图 由图1-9曲线结合图1-5与图1-6曲线的走势趋向可得:7月份下鼠类的捕获率基本相同,分布较均匀,由于鼠类的捕获率高低与该地区含有鼠类数量成正比,因此通过不

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同地区捕获优势种类鼠的捕获率大小可以反应含有动物生物量。

图1-10:相同月份10月下,过牧与轮牧鼠类捕获率曲线图

根据图1-10结合图1-7与图1-8可以得出:在10月份下,轮牧下草本与灌木都多余过牧方式下的植物生物量,同时,10月轮牧鼠类的数量也相对比过牧的鼠类数量多,分布相对分散。 小结:

由以上图形的分析可得出影响动物生物量的主要因素是季节。在7月份动物代谢强盛,繁殖能力强,食物充裕,过牧去区捕鼠率高可达40%,轮牧区捕鼠率高达36%;10月份,动物代谢缓慢,轮牧去捕鼠率最高达22%,过牧区最高为17%,不同月份下,捕鼠率跨度达一倍。

2. 啮齿动物群落生物量与植物群落的相关性

动植物形成的密切关系,表现在形态、行为、季节节律和种群变动等方面的相互适应。国外的某些学者称这种关系为互利共生。互利关系的形成是动植物间长期协同进化的结果。人为干扰对动植物群落间关系的影响是在此基础上动植物群落抵御对外界影响抗干扰的重新分配。正如Huston认为干扰与非干扰生境的环境区别在于能通过转变斑块的资源水平有益于资源的异质性,而不是彻底的改变生境。

啮齿动物群落由不同数量的物种种群组成,他们共同生存于同一群落中,又都具有不同相似程度的资源需求,所以当资源发生变化的时候,不同资源与啮齿动物的生物量关系也会随之变化。

对附件一中的数据应用 CCA(典型相关分析)[2]方法分析了啮齿动物群落生物量及其生态指标与植物群落之间的相关性。在不同生境中啮齿动物变量组(Y1)均由群落生物量(X17)、啮齿动物生物量多样性指数(X18)、啮齿动物生物量均匀性指数(X19)构成,植物群落变量组(Y2)均由灌木高度(X1)、盖度(X2)、密度(X3)、生物量(X4)和草本高度(X5)、盖度(X6)、密度(X7)、生物量(X8)构成,两组变量的相关性分析,结果如下:

表2-1 . 不同干扰方式下动物群落与植物群落典型相关分析 干扰方式 过牧区

典型相关变量 1 累积方差贡献率 83.75﹪ 8

相关系数 0.8211 显著水平(Pr>F) <0.0001 参赛队号#1893

2 轮牧区 1 2 97.76﹪ 68.04﹪ 89.57﹪ 0.5072 0.7306 0.5157 0.4227 0.0013 0.1554 由表 2-1 可知,两种生境的第一典型相关变量的累积方差贡献率轮牧区为 68.04﹪,过牧区为 83.75﹪。两种干扰类型均在 0.01 水平下达显著,相关系数均达 0.7 以上。第二典型相关变量的相关系数均在 0.7 以下,轮牧区、过牧区在 0.05 水平下均未达显著。因此,对于两种生境的动物群落与植物群落之间的相关关系只取第一对典型变量,表达式如下:

?轮牧区:

Y2=0.0318X1-0.0139X2+0.0754X3+0.0826X4-0.1567X5+0.1863X6+0.0215X7-0.1124X8

Y1=0.0015X17+0.0956X18+0.8384X19 (2)

由(2)式知,轮牧区植物群落参数指标的第一典型相关变量主要由 X6(草本盖度)、X5(草本高度)、X8(草本生物量)决定,啮齿动物群落生物量及生态指标的第一典型相关变量主要由 X19(啮齿动物生物量均匀性指数)决定。X6与 X19 符号同,为正相关关系,X5、X8 与 X19 符号不同,说明为负相关关系,即草本盖度的增加,会使啮齿动物生物量均匀性增加,草本高度、草本生物量的增加,能促进啮齿动物生物量均匀性的降低。

?过牧区:

Y2=0.0169X1+0.0656X2+0.0995X3+0.0172X4+0.0058X5+0.1300X6+0.0063X7- 0.1129X8

Y1=0.0003X17+3.3199X18-3.5876X19 (3)

由(3)式知,过牧区植物群落参数指标的第一典型相关变量主要由 X6(草本盖度)、x8(草本生物量)决定,啮齿动物群落生物量及生态指标的第一典型相关变量主要由 X19(啮齿动物生物量均匀性指数)、X18(啮齿动物生物量多样性指数)决定。X6 与 X19 符号不同,与 X18 符号同,说明依次为负相关关系和正相关关系,即草本盖度的增加会抑制啮齿动物生物量均匀性的减少,而促进啮齿动物生物量多样性的增加。X8 与 X19 符号同,与 X18 符号不同,说明依次为正相关关系和负相关关系,即草本生物量的增加,会使啮齿动物生物量均匀性增加,而生物量多样性降低。

综合以上分析可得,轮牧区和过牧区主要是草本植物与啮齿动物生物量均匀性相关作用较大,二者的不同在于草本盖度的增加、草本生物量的减少在轮牧区会使啮齿动物生物量均匀性增加,而过牧区则使啮齿动物生物量均匀性降低。轮牧区生境草本盖度的增加、草本生物量的减少会使啮齿动物生物量均匀性增加,即啮齿动物生物量在各物种种群中分配更加均匀,但由于各鼠种个体间的差异,啮齿动物各物种数量并不均匀;过牧干扰方式下随着草本盖度的增加、草本生物量的减少会使啮齿动物生物量均匀性降低,即啮齿动物生物量在各物种种群中分配更不均匀,说明在破碎化生境中啮齿动物群落鼠种生物量趋于不均衡发展。

3.不同干扰方式对荒漠啮齿动物群落生态指数的影响

采用物种数、种群密度、生物量、Shannon-Weiner 多样性指数、Simpson多样性指数、Pielou 均匀性指数和 Simpson 优势度指数等 7 个生态学变量来描述不同干扰类型下啮齿动物群落的动态特征。

以下为 6 种测度和分析啮齿动物群落物种多样性的生态指数,公式分别为: (1) Shannon-Weiner多样性指数

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H=-∑(PiLnPi)

i=1n其中 :H 为多样性指数,

S 为组成群落的鼠种数,以下各式中 S 代表意义同, Pi 为第 i 鼠种个体占群落的比例。

(2) Simpson多样性指数

D=1-∑(i=1nNi2

)N其中: D 为 Simpson 多样性指数,

N 为样本总个体数,以下各式中 N 代表意义同。

(3)Margalef 丰富度指数

R = (S - 1 ) / lnN

其中 R 为 Margalef 丰富度指数

(4) Pielou均匀性指数

H E=ln S其中: E 为数量均匀性指数,

H 为最大数量均匀性条件下物种数量多样性, 生物量均匀性指数源

于数量均匀性指数,

Shannon-Wiener 生物量多指数计算公式为:

(PwilnPwi) H=-∑i=1nPielou 的生物量均匀性指数计算公式为:

Hw J=

ln S其中: J 为生物量均匀性指数,

Hw为最大生物量均匀性条件下物种生物量多样性, Pwi为第 i 鼠种个体生物量占群落生物量的比例。

(5) Simpson 优势度指数

C=∑(i=1nNi2) N其中 C为Simpson优势度指数。

本研究中采用 Pearson 相关系数分析种群数量的季节和年度变动特征,以及群落中 7 个生态学变量和物种种群密度之间的相关性\相关系数计算公式如下:

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rp(i,j)=k=1∑((Xik-Xi)∑(Xjk-Xj)2k=1k=11∑(Xik-Xi)(Xik-Xj)nn )式中: X 代表种群密度,i、j 分别代表两个不同的相关序列, p 代表取样次数或样方

数。

应用 Excel 2003 进行图表处理\应用 SAS 9.0 软件进行数据相关性和单因素方差统计分析。

对不同干扰方式下Shannon-Weiner多样性指数、Simpson多样性指数、Margalef丰富度指数、Simpson优势度指数、数量Shannon-Weiner均匀性指数和生物量Shannon-Weiner均匀性指数6个不同年度分别进行差异性显著检验结果发现,Shannon-Weiner多样性指数、Margalef丰富度指数、生物量Shannon-Weiner均匀性指数6年中在不同干扰区间有显著差异,其它群落变量6年中在不同干扰区间均无显著差异。由此可看出对于群落的多样性与干扰方式的深入研究是揭示群落功能的重要内容。

表3-1 轮牧区中7个生态学变量之间的相关系数 物种 Shannon-Weiner种群密度 生物量 多样性指数 1.0000 0.9721** 1.0000 0.8197** Simpson多样性指数 Pielou 均匀性指数 Simpson优势度指数 物种 种群密度 生物量 Shannon-Weiner多样性指数 Simpson多样性指数 Pielou 均匀性指数 Simpson优势度指数 1.0000 0.603 0.4525 0.5027 0.8361** 1.0000 0.2622 0.3834 0.3595 0.6797* 1.0000 -0.6784* -0.9175** -0.8733** -0.5718 -0.7067* -0.2004 1.0000 -0.2657 -0.5604 -0.9130** -0.9034** 0.3881 1.0000 注:*表示在 0.05 水平下显著相关,**表示在 0.01 水平下显著相关

轮牧区中,21 个相关系数中有 10 个相关系数达到了显著相关水平(表 2)。群落生物量与种群密度极显著正相关(P<0.01);Shannon-Weiner 多样性指数与种群密度、生物量之间极显著正相关(P<0.01);Simpson 多样性指数与 Shannon-Weiner多样性指数显著正相关(P>0.05)。Pielou 均匀性指数与物种数、种群密度、生物量、Shannon-Weiner 多

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