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第0044回:群落(基础概念随想系列2)

已有 3173 次阅读 2022-4-19 11:55 |系统分类:教学心得

(一)

群落是一个古老的概念。据方精云(2009)引用沼田真(Makoto Numata)先生的考据,群落一词最早出现于林奈(Carl Linnaeus17071778)的著作里。

 然而,古老并不意味着尽善尽美。相反,群落的概念,依旧有些稚嫩。

 群落常用的定义是,共同生活在一个特定地域和时间的多个物种(A group of organisms representing multiple species living in a specified place and timeVellend2016))

 该定义与上一回我们所谈种群,简直如出一辙。区别在于物种数目,在群落中必须是两个或以上。所以,我们大可以质疑这个特定的地域和时间,究竟是如何个特定法。但是,倘若又来质疑这个如何特定,一来显得没有新意;二来,用稚嫩二字来说群落,就有些言过其实了。

 

(二)

还是以具体例子,来看看我对群落概念的疑惑在哪里。

 假若我狗屎运,不日中了大奖。除了弄个无需申请的科学基金,为各位难兄难弟弄点福利之外。剩下的钱就该置办一块田地,筹备采菊东篱下,悠然见南山的神仙日子。翻耕之后,种上豆子(可固氮)、玉米(C4植物)和土豆(块茎)。不出数日,所种之物和杂草一起长出来了,只是草盛豆苗稀,总之也算是绿油油的一片。

 试问,此时此刻,这块地上植物是否构成一个植物群落?

 因为杂草太厉害,我一怒之下,舍弃了这片地。自此,这片撂荒地,顺利的进入了无人干扰的次生演替。杂草生长十分旺盛,所种之物消失到无影无踪。这个时候,由杂草所形成的这个群体,该不该算是群落?如果是,那么该给它取个什么名字?

 杂草也并非长盛不衰。随着时间推移,一些低矮灌木进驻此地,乔木幼苗也零星发展。与杂草相比,木本植物少了生长和繁殖的疯狂,多了些“稳重”。请问,这个阶段,植物所组成的群体是否为群落?如果是群落,那么这个木本群落与之前杂草阶段是否为同一个群落?

 五十年过去了。我拄着拐杖,来这块地里怀旧。但是眼前的景象,让我有些狐疑。虽然当初买下这块地的标记还在,并且有些斑驳了,但是地上全是参天大树,完全不是我当初买下这片农地的模样。

 我赶紧拿出杂草地时候的植物调查记录,与现在这片树林的调查记录,做群落相似度分析。然后,发现森林与杂草群体相似度极低,相似水平居然低于与五十里开外的另外一片森林。

 我疑惑了,也惊呆了。同一块地上,我种了豆子,然后长了杂草,经历低矮灌木,最后居然长成了大树林。

 就在这同一片地上,他们是不同的群落,还是同一个群落的不同阶段呢?如果他们是不同的群落,那么演替从何论起?如何证明他们是同一个群落的不同阶段,而不是不同的群落呢?

 我眼光好,选的是一块风水宝地。开发商在那块地四周,修筑了高达百余层的大楼。楼宇之间,又以廊道连接。这块地上的森林,上午十点之前,下午三点之后,再也无法获得阳光的直射。试问,这时的群落与大楼修筑之前的群落,是否依旧是同一个群落?

 很显然,这片地周围的辐射、温度、水分等环境条件,已经发生了明显的改变。但是,这片地的地理位置并未变更。

 

(三)

要参照群落的常用定义,来回答上述疑问,有些难度。部分原因在于,定义的模糊表述和关键信息缺失。

 模糊表达1:特定地域(specific place)。何谓特定地域,地域是指地理位置,还是三维空间?这个地域(place)真正的内涵是什么?或者说,在群落概念里,地域是用来表达一个什么具体内容?显然,这里的地域,并不独指具体的地理坐标位置,也不是具体指三位空间,更不是指某片具体土壤。这里的地域,对应的更多是承载群落的环境综合体(Environment complex)(详见文后说明)。这是对问题本质的认识。

 任何物种的组合,都必须在特定的环境综合体上才能维系和发展。该环境综合体,早就了群落过程的极限(limits)和边界条件(boundary condition)。在这个环境综合体之上,群落总有一种发展趋势(potential),就是发展出一种与该环境综合体最为匹配(match)的物种组合。但是,这种最佳匹配,是一种理论假定。群落演替过程中的偶然因素,永久变化中的环境综合体等,都会影响这种最佳匹配组合在现实中的出现。这个情形,与进化颇为类似。地球上任何一个尚未被占领的任何区域,进化都会推动生物们去开展侵占。最终成功并稳定存在的生命究竟为何,除了生物本身的适应性之外,还有许多随机因素,以及进化历史负载(load)所共同作用。但是,这种趋势是一定的和必然的。

 当然,这种趋势(potential)的存在,不是某个“钟表匠”的设计结果。这是一种自下而上(bottom-up)的基于个体的过程。

 我深刻认同Arthur Tansley先生的观点,离开非生命环境,完全没有办法真正理解群落。这也许是需要达成的一个共识。我们在思维观念里,内在的、隐秘的、无时无刻的都在参考和使用这个环境综合体来认识群落,但是却并不自知。譬如,我们认识群落或者给它定名时,常取气候带来做前缀。气候带的本质就是环境综合体中的一个或几个维度。同时,我们还认为,在相类似的环境综合体下,发展到演替顶级的群落之间,大致是相同的。这个潜在假设,虽然大家不易察觉,实际却成为了采样设计的重要基础。

 模糊表达2:特定时间(specific time)。特定时间的设计,极大程度上,是为了来圈定演替。可以毫不犹豫的说,没有演替内核的群落概念,是没法理解的。不同演替阶段群落之间的关系,目前并未厘定清楚。这一点在湖泊的演替中,显得尤为重要。随着湖泊的营养富集,慢慢走向沼泽、湿地,最后开始新的陆生演替。那么,在这些演替的过程中,我们如何看待不同阶段的群落呢?

 把演替不同阶段的群落,界定为不同的群落,看起来似乎也并非全无道理。毕竟不同演替阶段的群落,可以全然不相似。但是,在逻辑上就会产生另外一些问题。譬如,在同样的环境综合体中,随着时间的推进,物种组合之间发生更迭。我们又以物种组合变化为标准,将不同阶段划分为不同群落。问题就会随之而来。那么,将群落的不同阶段,划分为不同群落的具体时间点如何确定呢?有人可能认为可以考虑使用演替不同阶段,物种组合的相似度来界定。那么,问题就转化为,到底多大程度的相似度可以被归为一种群落类型呢?

 我们分析了西双版纳热带雨林二十年的持续监测数据,有许多有趣的发现。其中,我们发现森林二十年前和后的二值相似性(Jaccard)只有0.64。这是起调胸径在5 cm以上树木的分析结果,并且只考虑了二十年前和二十年后两个时间断面。如果考虑树木幼苗的快速更新,这种相似程度,恐怕又将降低不少。

 以我们人类的视角来看,二十年前和二十年后,这片森林还是它自己。我们并不认为它已经转变为其他的群落了。这个也更大程度上,符合我们的认知。

 所以,群落不同演替阶段应该视为同一群落。即便群落发生了强烈的物种组成变化,这也不影响它们作为同一群落的逻辑基础。如此看来,我们那块地的杂草阶段、灌木阶段和树木阶段,它们都是同一群落的不同阶段。

 信息缺失1:缺少包括人类活动在内的剧烈干扰事件(disturbance)。不考虑干扰事件的群落概念,多少有些不完美。在当下所处人类世,人类活动造成的干扰,不论从强度、广度和影响力方面,都有单独拿来讨论的必要。

 我所居楼层很低,树木的枝叶伸到我的窗台上来了。低头看去,道路旁的这片绿地,树木居然有五六种之多。有小樟树、还有一株不知名的松柏类植物、另外还有樱花(抱歉,认植物没学好)。

 很显然,它们也构成了一个群落。这个群落是人工维系的,已经存在了十多年,并且还将存续下去。自然演替的情况下,这片绿地的树种组成,应该是完全不同的情况。我们如何来认识这个群落与自然演替下的群落之间的关系呢?具体情况,详见后文。

 信息缺失2:相互作用(生物之间发生相互作用关系)。物种组合不是简单的加和,其实蕴含着物种之间交织的相互作用关系。假如一个环境综合体中,维系着来自数个物种不同个体,但是这些个体之间,完全各自独立存在,相互无任何交织。这种情况下,是否可以属于一个群落?显然,答案是否定的。这种生物间的相互作用,是群落的精髓所在。群落定义里,这个信息似乎理当包含。

 

(四)

唠唠噪噪说了一大堆,还是应该做个总结。

 G. E. Hutchinson说:“生态大舞台,进化来唱戏(The ecological theater and the evolution play)”。关于群落,可以套用这个解释。环境综合体是一个大舞台,是既定边界。物种组合可以在这个舞台上,尽情开展演绎。可以是一人独舞,也可以是群魔乱舞。物种组合换一换,上演不同的剧目。若要看戏,我们还是得坐到这个舞台边上来。

 当然,戏应当是一场比一场精彩,不然看戏的人就不愿买账。为了把戏演好,唱戏的人除了自身成长之外,也需常常补充新鲜血液。随着时间的推移,有些演员成了主角,甚至成了剧院的代名词(突然想起绒毛番龙眼)。有些呢,常演路人甲,整日打酱油。配角(偶见种),也很重要呢。一部没有配角的戏曲,不但可能会不精彩,甚至恐怕没法演下去。

 所以,要认识一个群落,我们应该首先考虑承载它的环境综合体。相比复杂多变、充满例外的生命世界,环境综合体的界定上手度和确定性要大很多。当这个相对确定性的关键和本质被界定下来,我们认识群落就迈出了一大步。

 在环境综合体上发生的所有物种组合,他们都是一个群落的不同阶段。即便是包括人类活动所造成的重大干扰下的阶段,亦是如此。这样,我们就可以参照下图,按图索骥的,来命名、界定和认识我们的目标群落了。


QQ截图20220419115753.jpg

 


 

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环境综合体(Environment complex):

这里的环境综合体可以看成一种环境组合。环境包括辐射、温度、水分等在内的一切非生命环境。而组合方式还需要注意时间轴的存在。也就说,在不同季节或者不同年份,这种环境组合可能并不相同。在具体的应用中,需要加以区分考虑。比如,相同降雨量的热带,可能因为降雨的季节分配不同,在有效降水、生物可利用水资源方面,有极大的差别。这种情况下,进行环境组合时,要有专门的考虑。也就是说,环境组合不是一种机械的组合,而是要考虑环境要素对生命过程所可能产生影响的框架下来构建。

 环境综合体存在理论上的唯一性。但是,就像世界上不存在两片相同的树叶。万事万物都在不断的变化当中。这个环境综合体,更多的是一种类似物理中质点、刚体和理想气体的抽象。不能苛求。

 我非常赞同Dennis Baldocchi的那句“Physics win, biology is how it’s done”。这句话是对群落概念一个非常形象的概括。




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1 胡想顺

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