生态学常用指标分析

生态系统分析

--生态学常用指标分析

1生态学常用指标分析5/9/2024生态学常用指标分析主要内容个体常用分析指标种群常用分析指标群落常用分析指标2生态学常用指标分析5/9/2024课程学习目的掌握生态学研究不同层次（个体、种群、群落）常用的数量化指标的计算方法学会利用Matlab解决分析有关问题3生态学常用指标分析5/9/2024个体生态学常用生态指标计算植物光合作用与呼吸作用温度三基点曲线（谢尔福特定律）限制因子定律4生态学常用指标分析5/9/20241光合作用与光强关系(p108)光强的变化太阳辐射穿越植被或水体时，会受到吸收而衰减。设原初辐射为R0，穿越深度为h时下降到Rh，有Rh=R0*exp(-k*h)k为消光系数5生态学常用指标分析5/9/20241光合作用与光强关系(p108)光合作用强度指的是植物在光照下，单位时间、单位面积同化二氧化碳的量，主要受光和二氧化碳的影响。机理性模型

Pl=(C0-Cr)/(Ra+Rs+Rm)Pi光合作用强度类比:电流=电压/电阻RaRsRmC0CrC0：CO2浓度Cr：叶绿体附近CO2浓度Ra：空气界面阻力Rs:气孔阻力Rm：叶肉细胞阻力参数测定困难6生态学常用指标分析5/9/20241光合作用与光强关系(p108)考虑光抑制过程

Pl=Pm*R/(K+R+a*R2)R:光强Pm:最高光合作用强度a为抑制常数

PmPlRαPm最高光合作用强度R0PdRs光饱和点光补偿点暗呼吸率7生态学常用指标分析5/9/20241光合作用与光强关系(p108)水体浮游植物光合作用符合Pl=Pm*R/(K+R+a*R2)，太阳辐射符合衰减方程Rh=R0*exp(-k*h)，计算水体0-10m深的光合作用强度分布情况参数：最大光合作用一半时的光强K=80（J/m2s）抑制常数a=10(sm2/J),直射时有效辐射强度R0=200J/m2s,消光系数k=0.69，最大光合作用Pm=100mgCO2/m2h8生态学常用指标分析5/9/2024Matlab计算-自编函数guanghefunctionguanghe(h,d)x=linspace(0,h,h/d);%等分出向量x，长度h/dt=0.69*x;R=200*exp(t*(-1));%计算光辐射衰减

m=80+R+10*R.^2;g=100*R.*m.^(-1);%计算光合作用

plot(x,g,'*');%绘图，以*号为点标记

xlabel('水深（m）');%x轴

ylabel('光合作用');%y轴

axis([0,10,0,3]);%设定x，y轴的显示尺度9生态学常用指标分析5/9/2024键入函数名guanghe，参数为水深和计算精度10生态学常用指标分析5/9/2024计算后的图形11生态学常用指标分析5/9/2024最适范围不适范围不能生存因子梯度渐增生命活动强度或数量生物对环境因子耐受曲线的实际表现亚适范围亚适范围不适范围2Shelford耐受性定律生物只有在其所要求的环境条件完全具备的情况下才能正常生长发育，任何一个因子数量上不足或过剩，都会影响生物的生长发育和生存。耐受区耐受区12生态学常用指标分析5/9/2024温度T生物化学反应速度KTTOPTTMAXTMINk1k2t1t2谢尔福特定律—以温度为例p11713生态学常用指标分析5/9/2024温度效应的Q10计算(p116)

基本公式：k2/k1=Q10[(t2-t1)/10]p116∵3.2

=Q101.5∴Q10=1.5√3.2

=2.17温度(OC)效应t1(15)k1(100)t2(30)k2(320)Q10：在适温范围内升高10OC，生化反应速度增加的倍数。1.5~2.5之间14生态学常用指标分析5/9/2024谢尔福特定律—以温度为例O’Neill三基点公式

KT=KMAX*[(TMAX-T)/(TMAX-TOPT)]x

*exp[X*(T-TOPT)/(TMAX-TOPT)]

其中X=W2[1+√(1+40/W)]2/400W=(Q10-1)*(TMAX-TOPT)k2/k1=Q10[(t2-t1)/10]低限温度、最适温度、高限温度15生态学常用指标分析5/9/2024O’Neill三基点例子呼吸与温度关系KMAX＝100TMAX＝42℃TOPT＝37℃

求O’Neill三基点曲线温度(OC)效应t1(15)k1(100)t2(30)k2(280)k2/k1=Q10[(t2-t1)/10]16生态学常用指标分析5/9/2024Matlab计算-自编函数Q10functionQ10=Q10(t1,t2,k1,k2)Q10=nthroot(k2/k1,(t2-t1)/10);k2/k1=Q10[(t2-t1)/10]Q10=[(t2-t1)/10]√

k2/k1

17生态学常用指标分析5/9/2024Matlab计算-自编函数threebasefunctionthreebase(tmin,topt,tmax,Q10,dt)kmax=100;w=(Q10-1)*(tmax-topt);x=(w^2)*(1+sqrt(1+40/w))^2/400;%参数计算t=linspace(tmin,tmax,(tmax-tmin)/dt);%设定x轴数值m=(tmax-topt)^(-1);n=kmax*((tmax-t)*m).^x;p=exp(x*(t-topt)*m);kt=n.*p;%计算呼吸强度plot(t,kt,'*')xlabel('温度');ylabel('呼吸强度');%xy轴title('温度影响生物个体呼吸强度的三基点曲线');gridon;18生态学常用指标分析5/9/2024键入自编函数Q10和参数温度、呼吸强度，获得Q10值19生态学常用指标分析5/9/2024键入自编函数threebase和参数最低、最佳、最高温度，Q10，计算精度20生态学常用指标分析5/9/2024计算后的图形21生态学常用指标分析5/9/20243限制因子(restrictionfactor)作用MONOD公式（P119）

½.KMAXKMAXFk(i)F

(i)KF例子计算生态因子（气候，土壤，地形，生物，人为因子）的限制作用i为必要因子分子肯定小于分母。所以有以下图形B.J.Liebig最小因子定律:最小因子制约生化过程22生态学常用指标分析5/9/2024氮水平磷水平产量参数Fk(N)=30Fk(P)=20KMAX=1600方案13325?方案24030?方案35535?

例如：K=KMAX.min{F(i)/[FK(i)+F(i)]}=1600*min[33/(30+33),25/(20+25)]=1600*min(0.5238,0.5555)=838假定其他因素（例如钾、水、微量元素等）都满足要求,请预测三种施肥水平的产量，并说明哪个因子是限制因子。P素水平充足的情况下，N素使用对产量的影响P素水平充足的情况下，N素使用对产量的影响达到最大产量一半时，Fk(N)=30达到最大产量一半时，Fk(P)=2023生态学常用指标分析5/9/2024键入自编函数和参数N、P的施用量24生态学常用指标分析5/9/2024作业1有以下的实验结果Tmax=420cTopt=370CKmax=80请用matlab建立从00C到420C范围的三基点曲线。温度(OC)效应t1(15)k1(100)t2