群落种内与种间关系.ppt

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1、1 第四章群落种内与种间关系 竞争捕食作用寄生与共生 2 本章导读 识记 种内关系 种间关系 生态位 竞争排斥原理 多样性 捕食 寄生 共生 协同进化等概念 竞争排斥原理 种间竞争格局 生态位理论领会 种内关系与种间关系的基本类型 捕食作用与种群控制 种间协同进化 寄生 共生简单应用 种间竞争与生态位综合应用 种间协同进化 3 种内关系 种内关系 intraspecificrelationship 存在于各种生物种群内部的个体与个体之间的关系 竞争 competition 自相残杀 cannibalism 性别关系 sexrelationship 领域性 territory 社会等级 soci

2、alhierarchy 他感作用 allelopathy 4 种间关系 种间关系 interspecificrelationship 生活于同一生境中的所有不同物种之间的关系 竞争 捕食 predation 寄生 parasitism 互利共生 mutualism 拟寄生 parasitoidism 是一种寄生形式 也称重寄生 发生在一些昆虫种类 拟寄生者在寄主体上或体内产卵 通常引起寄主死亡 5 种内与种间关系分类 6 种间关系分类 7 1竞争 种内竞争种间竞争 8 1 1种内竞争 1 1 1密度效应1 1 2生态型1 1 3他感作用 allelopathy 9 1 1 1密度效应 密度效应

3、在一定时间内 当种群的个体数目增加时 就必定会出现邻接个体之间的相互影响 称为密度效应或邻接效应 theeffectofneighbours 最后产量衡值法则 lawofconstantfinalyield 3 2自疏法则 10 最后产量衡值法则 Donald 1951 对三叶草 Trifoliumsubterraneum 密度与产量的关系研究发现不管初始播种密度如何 在一定范围内 当条件相同时 植物的最后产量差不多总是一样的 Y Wad KiY单位面积产量 Wa植物个体平均重量 d为密度 Ki常数 11 三叶草 clover 图4 1三叶草单位面积干物质产量与播种密度之间的关系 引自Harp

4、er 1977 豆科 Leguminosae 三叶草属 车轴草属 Trifolium 一年生或多年生草本 分布最广的一种牧草 也可兼作绿肥 原产小亚细亚南部和欧洲东南部 本属约有360多种 其中在农业上有利用价值的约有25种 而以红三叶 T pratense 白三叶 T repens 和绛三叶 T incarnatum 3个种栽培较多 此外 还有杂三叶 T hybridum 等 12 3 2自疏法则 the 3 2thinninglaw 自疏现象 self thinning 同一种植物因密度引起的死亡 Wa Cd aa为一个恒定数值等于3 2 因此上式被称为 3 2自疏法则 13 Self t

5、hinning 通常a值变动不大 在1 5 3 2 上下变动 但喜光树种较耐荫树种更接近3 2 14 数学描述 林木的平均单株树干材积V与最大密度Nm间 V KNm alogV logK alogNm这条线叫最大密度线 表示单株材积能够长成最大时的最大密度 单位面积产量或蓄积量与最大密度 y cd1 aM KNm1 a 15 密度与平均直径 在充分密集的林分中 单位面积林木株数与林分的平均直径N KD alogN logK alogD此公式最大优点是 与地位级与林龄无关 林学含义为当直径为某一数值时 所对应的单位面积株数最大值 因而可用此式计算株数与现实林分株数比较 以确定是否需要进行间伐等经

6、营措施 16 1 1 2生态型 Ecotype 指同一种植物的不同个体群或种群生长在不同的环境中 长期接受不同环境条件的综合影响 于是在不同的个体群或种群之间就产生了相应的生态变异 形成了一些在生态学上互有差异的 异地的个体群 它们具有稳定的形态 生理和生态特征 并且这些变异在遗传性上被子固定下来 这样就在一个种内分化成为不同的个体群 这种不同的个体群 称为生态型 17 生态型类型 气候生态型 climateecotype 气候生态型是指主要由于长期受气候因子的影响所形成的生态型 土壤生态型 edaphicecotype 土壤生态型主要是指长期在不同土壤条件的作用下分化而形成的生态型 生物生态

7、型 bioticecotype 生物生态型是指主要在生物因子的作用下形成的生态型 18 1 1 3他感作用 allelopathy 他感作用就是一种植物通过向体外分泌代谢过程中的化学物质 对其他植物产生直接或间接影响的现象 这种作用是种间关系的一部分 是生存竞争的一种特殊形式 种内关系也有这些现象 德国学者HMolisch于1937年提出的他感作用 allelopathy 的概念 19 植物与微生物间的他感植物间的他感 他感与自毒植物与草食者间的他感作用植物与动物 人类 的他感作用 他感作用的主要类型 20 已被证实的10种植物的他感作用途径 一些植物他感作用的具体途径 水淋溶 根分泌 挥发物

8、 残体分解不同植物具体途径不同 21 他感作用的生态学意义 歇地现象歇地形象 农业上 农作物必须与其他作物轮作 不宜连作 否则影响作物长势 降低产量 植物群落的种类组成造成种类成分对群落的选择性以及某种植物的出现引起另一类消退的主要原因之一 植物群落演替重要的引起植物群落演替的内在因素之一 22 1 2种间竞争 competition 1 2 1竞争类型及特征1 2 2竞争排斥原理1 2 3竞争的理论模型1 2 4生态位理论与应用 23 1 2 1竞争类型及特征 两个或更多种生物共同利用同样的有限资源时而产生的相互竞争作用 资源利用性竞争 生物之间没有直接干涉 只有因资源总量减少而对竞争对手的

9、存活 繁殖和生长产生间接影响 例如 几种草履虫之间对酵母菌食物资源的竞争 相互干涉性竞争 生物之间发生干涉性竞争 例如杂拟谷盗和锯谷盗 一同被饲养在面粉中时 不仅竞争食物资源 而且还有互相吃卵的直接干涉 24 竞争一般特征 种间竞争的一个共同特点是不对称性 即竞争对各方影响的大小和后果不同 例如生活在潮间带中的藤壶与小藤壶的竞争 藤壶在其生长过程中 经常覆盖 挤压和窒息小藤壶 从而剥夺小藤壶的生存 而小藤壶的生长对藤壶的影响却很小 25 竞争一般特征 种间竞争的另一个共同特点是对一种资源的竞争 能影响到对另一种资源的竞争结果 在冠层中占优势的植物 能使和它竞争的植物进行光合作用的太阳辐射减少

10、并进一步影响到那些植物根部吸收水分和营养物质的能力 即植物枝竞争与根竞争之间有相互作用 26 1 2 2竞争排斥原理 竞争排斥原理 Competitiveexclusion Gause假说 生态学上 生态位上 相同的两个物种是不可能在同一地区共存 如果生活在同一地区内 必然会出现生态位分离 两个对同一资源产生竞争的种 不能长期在一起共存 最后导致一个种占优势 一个种被淘汰 27 实验室中草履虫种群的竞争 草履虫GrowthcurvesforParameciumaurelia 双核小草履虫 andP caudatum 大草履虫 inseparateandmixedcultures 28 淡水硅藻

11、 asterionella 和针杆藻 synedra 29 两种群竞争的结果 一个种被另一个种完全排挤掉一个种迫使另一个种出现 占有不同的空间位置 即空间分隔 两种植物 一种吸收土壤深层的水分和养分 另一种植物吸收表层的水和养分 食性的特化 其他生态习性的分隔 如活动时间的交错 昼 夜 结果两个种可生存 形成一种共存的平衡局面 30 Resourcepartitioning ResourcepartitioningisdemonstratedbythefeedinghabitsoffivespeciesofNorthAmericanwarblers 鸣鸟 Eachoftheseinsect e

12、atingspeciessearchesforfoodindifferentregionsofsprucetrees 31 Resourcepartitioning 荨麻 青麻 狐尾草 32 竞争排斥原理 竞争排斥原理 Competitiveexclusion Gause假说 生态学上 生态位上 相同的两个物种是不可能在同一地区共存 如果生活在同一地区内 必然会出现生态位分离 两个对同一资源产生竞争的种 不能长期在一起共存 最后导致一个种占优势 一个种被淘汰 33 1 2 3竞争模型 生物种间竞争模型可以Lotka Volterra方程来描述 它是建立在Logistic模型基础上的 dN1 d

13、t r1 N1 K1 N1 aN2 K1dN2 dt r2 N2 K2 N2 N1 K2其中 是物种乙对物种甲的竞争系数 它表示在物种甲的环境中 每存在一个物种乙的个体 对物种甲种群的竞争效应 因此可将物种乙的个数折算成物种甲的当量 即N1 N2 同理 是物种甲对物种乙的竞争系数 即N2 N1 34 竞争结果 物种甲取胜 物种乙被排挤掉 表示物种乙取胜 物种甲被排挤掉 两个物种共存并形成稳定平衡的局面 两个物种共存并形成不稳定平衡的局面 35 Thecourseofcompetitionbetweentwopopulations 36 竞争结果 竞争的结果取决于种内竞争和种间竞争的相对大小如果

14、某物种的种间竞争强度大而种内竞争强度小 则该物种将取胜 反之 如果某物种的种间竞争强度小而种内竞争大 则该物种将失败 假如种内竞争比种间竞争强烈 就有可能出现两种共存的稳定平衡点 假如种间竞争比种内竞争强烈 那就不可能出现两种共存的稳定平衡 37 竞争能力的决定因素 1 生物学特性种子的萌发速度和早期生长速度 个体生长发育节律 生长高度 最后的高度是竞争中的最重要的特征 植物群落最后阶段常以最高的植物为标志 较小的植物只有在高大植物下才能生存 寿命 长寿植物靠它们生长持久的能力而成功 根系 如密度 深度 形态分布等 繁殖方式和能力 种子繁殖有利于迁入别的生境或距母树较远的地盘 而营养繁殖有利于

15、对早已占据的地盘的维持与扩大 幼苗遭受损伤时的再生能力 38 竞争能力的决定因素 2 生态学特征对光 热 水分 矿质营养等资源的需求 对机械影响的反应 对不良环境的适应能力及对干扰的抵抗能力 39 1 2 4生态位理论 niche 生态位 指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色 由Grinell在1917年最早提出 Elton在1927年再定义 Hutchinson提出n 维生态位的概念 40 1 2 4 1生态位的概念 Grinnell Grinnell 1917 是在研究加利福尼亚长尾鸣禽的生态位关系时 首先应用 生态位 一词 恰好被一种或一个亚种所占据的最后单位 ultimatedis

16、tributionalunit Grinnell在具体描述物种生态位时 运用了微生境 microhabitat 非生物因子 abioticfactor 资源 resource 和被捕食者 predator 等环境中的限制性因子 强调了物种的生理和行为对这些因子的适用性 从生物与环境相互作用的角度来说 Grinnell主要强调了生物众多的环境需求 忽略了或未充分注意到生物对其他生物潜在的影响 这个定义强调的是种的空间分布的意义 即空间生态位 spatialniche 41 CharlesElton 1927 CharlesElton 1927 指物种在生物群落中的地位和角色 一种动物的生态位表明它在生物环境中的地位及其与食物和天敌的关系 他把一个动物的个体大小和取食习性做为其生态位的主要成分 同时还建议生态位的研究应聚集在一个物种在群落中的 角色 role 或 作用 function 上 他在举例中说 北极狐和非洲鬣狗因为它们吃相似的东西 所以具有相同的生态位 Elton的生态位强调的是生物对其存在的生态环境的影响 强调生态位的营养概念 trophicniche 即功能生态位 funct