生态学3种群生态学课件

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1、第二部分种群生态学,生命系统包含有不同的组织层次，从本部分开始，我们将在以前从未涉及过的群体水平上探讨生物与环境之间的相互关系。 种群是物种存在的基本单位，是生物进化的基本单位，也是生命系统更高组织层次生物群落的基本组成单位。 在本部分，我们将探讨种群动态及其调节因素；种内、种间关系和物种的生活史对策。,4.1 种群的概念 -种群的定义,种群(population)是在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。 该定义表示种群是由同种个体组成的，占有一定的领域，是同种个体通过种内关系组成的一个统一体或系统。,4.1 种群的概念 -种群基本特征,一般来说，自然种群有3个基本特征： 空间特征，即

2、种群具有一定的分布区域； 数量特征，每单位面积(或空间)上的个体数量(即密度)是变动的； 遗传特征，种群具有一定的基因组成，即一个基因库，以区别于其他物种，但基因组成同样是处于变动之中的。,4.1 种群的概念 -种群生态学,种群生态学： 研究种群的数量、分布以及种群与其栖息环境中的非生物因素和其他生物种群(如捕食者与猎物)之间的相互作用。,4.2 种群动态 内容、意义,研究种群数量在时间上和空间上的变动规律，即：有多少(数量和密度)；哪里多、哪里少 (分布)；怎样变动 (数量变动和扩散迁移)；为什么这样变动(种群调节)。 对种群动态及影响种群数量和分布的生态因素的研究，在生物资源的合理利用、生

3、物保护及病虫害防治等方面都有重要的应用价值。,4.2.1 种群的密度和分布 种群的大小和密度,一个种群的大小(size)，是一定区域种群个体的数量，也可以是生物量或能量。 种群的密度是单位面积、单位体积或单位生境中个体的数目。,4.2.1 种群的密度和分布 种群的数量统计,数量统计中最常用的指标是密度，密度又大体可分为绝对密度和相对密度两类。 绝对密度是单位面积或空间的实有个体数，而相对密度则只能获得表示数量高低的相对指标。,4.2.1 种群的密度和分布 种群的空间结构,定义：组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局，称为种群的内分布型或简称分布。 类型：种群的内分布型一般可分为3种：随机

4、型；均匀型；成群型。,4.2.2.种群统计学,种群具有个体所不具备的各种群体特征。这些特征多为统计指标，大致可分为3类。 种群密度。初级种群参数(出生率、死亡率 、迁入和迁出），这些参数与种群的密度变化密切相关。 次级种群参数（性比、年龄结构和 种群增长率）。 种群统计学是种群的出生、死亡、迁移、性比、年龄结构等的统计学研究。,4.2.2.种群统计学 年龄结构,定义：每一个年龄组的个体数目对整个种群个体数量的比率 。,4.2.2.种群统计学 性比,性比：指的是种群中雌雄个体的比例。 决定着种群的出生率，对种群数量变动有决定意义。 性比分为三种：第一性比（受精卵）；第二性比（幼体出生性成熟）；第

5、三性比（充分性成熟时期）。,4.2.3 生命表、存活曲线和种群增长率 生命表,有关死亡率的信息是通过调查不同生活时期死亡个体的数目而获得的，这些数据通过生命表来呈现和分析。 动态生命表总结的是一组大约同时出生的个体从出生到死亡的命运，也称为同生群分析。 静态生命表是根据某一特定时间对种群做一年龄结构的调查资料编制的。静态生命表一般用于难以获得动态生命表数据的情况下的补充。,4.2.3 生命表、存活曲线和种群增长率 生命表,4.2.3 生命表、存活曲线和种群增长率 生命表,4.2.3 生命表、存活曲线和种群增长率 存活曲线,以存活率数据作图为存活曲线。 存活曲线直观地表达了同生群的存活过程。,4

6、.2.3 生命表、存活曲线和种群增长率 增长率,种群的实际增长率称为自然增长率，用r来表示。自然增长率可由出生率和死亡率相减来计算出。 具有稳定年龄结构的种群，在食物不受限制、同种其他个体的密度维持在最适水平，环境中没有天敌，并在某一特定的温度、湿度、光照和食物等的环境条件组配下，种群的最大瞬时增长率， 称为内禀增长率。,4.2.4 种群的增长模型,数学模型是用来描述现实系统或其性质的一个抽象的、简化的数学结构。 用数学模型来揭示系统的内在机制和对系统行为进行预测。 种群动态模型研究是理论生态学的主要研究内容。 在模型研究中，人们最感兴趣的不是特定公式的数学细节，而是模型的结构，哪些因素决定种

7、群的大小，哪些参数决定种群对自然和人为干扰的反应速度等。,4.2.4 种群的增长模型 与密度无关的种群增长模型 离散增长模型,最简单的种群离散增长模型由下式表示： Ro是种群离散增长模型中的重要参数，Ro1，种群上升；Ro=1，种群稳定；0Ro1种群下降；Ro=0，雌体没有繁殖，种群在下一代灭亡。,4.2.4 种群的增长模型 与密度无关的种群增长模型 连续增长模型,大多数种群的繁殖都要延续一段时间并且有世代重叠。这种情况要以一个连续型种群模型来描述，涉及到微分方程。 假定在短的时间dt内种群的瞬时出生率为b，死亡率为d，种群大小为N，则: r=b-d dN/dt =(b-d)N=rN 其积分式

8、为：Nt=Noert,4.2.4 种群的增长模型 与密度无关的种群增长模型 连续增长模型,r是一种瞬时增长率，r0种群上升；r=0，种群稳定；r0，种群下降。,4.2.4 种群的增长模型 与密度有关的种群增长模型,因为环境是有限的，所以大多数种群的“J”字型生长都是暂时的，一般仅发生在早期阶段，密度很低，资源丰富的情况下。 随着密度增大，资源缺乏、代谢产物积累等，环境压力势必会影响到种群的增长率r，使r降低。,4.2.4 种群的增长模型 与密度有关的种群增长模型,增加了两点假设： 有一个环境容纳量，当Nt=K时，种群为零增长，即dN/dt =0； 增长率随密度上升而降低的变化是按比例的。,4.

9、2.4 种群的增长模型 与密度有关的种群增长模型,产生“S”型曲线的最简单的数学模型可以解释并描述为上述指数增长方程乘上一个密度制约因子(1NK)，就得到生态学发展史上著名的逻辑斯谛方程(Logistic ) dN/dt =rN(1-NK) 其积分式为：Nt=K(1+ea-rt) 式中参数的值取决于No，是表示曲线对原点的相对位置。,4.2.4 种群的增长模型 与密度有关的种群增长模型,逻辑斯谛方程的重要意义体现在以下几方面：是许多两个相互作用种群增长模型的基础；是渔业、牧业、林业等领域确定最大持续产量的主要模型；模型中两个参数r和K，已成为生物进化对策理论中的重要概念。,4.2.5 自然种群

10、的数量变动 -种群增长,4.2.5 自然种群的数量变动 -季节增长,4.2.5 自然种群的数量变动 -种群波动,4.2.5 自然种群的数量变动 -种群波动(不规则波动),4.2.5 自然种群的数量变动 -种群波动(周期性波动),4.2.5 自然种群的数量变动 -种群波动(周期性波动),4.2.5 自然种群的数量变动 -数量变动的其他形式,种群的爆发 种群的衰落和灭亡 生态入侵,4.3 种群调节,种群的数量变动，是互相矛盾的两组过程，出生和死亡、迁入和迁出相互作用的综合结果。 因此，所有影响上述4个因素的因子都会影响种群的数量变动，决定种群数量变动过程的是各种因子的综合作用。 为了解释种群数量变

11、动的机制，生态学家提出了许多不同的学说。,4.3.1 外源性种群调节理论 -非密度制约的气候学派,气候学派多以昆虫为研究对象，认为生物种群主要是受对种群增长有利的气候的短暂所限制。因此，种群从来就没有足够的时间增殖到环境容纳量所允许的数量水平，不会产生食物竞争。,4.3.1 外源性种群调节理论 -密度制约的生物学派,生物学派主张捕食、寄生和竞争等生物过程对种群调节起决定作用。 还有些学者强调食物因素对种群调节的作用。 也有学者提出折衷观点,承认密度制约因子的调解作用,也承认非密度制约因子的调解作用。,4.3.2 内源性种群调节理论,强调种内成员的异质性，特别是各个体之间的相互关系在行为、生理和

12、遗传特性上的反映。 种群自身的密度变化影响本种群的出生率、死亡率、生长、成熟、迁移等种群参数，种群调节是各物种所具有的适应性特征。 自动调节学派按其强调点不同又可分为行为调节学说、内分泌调节学说和遗传调节学说。,4.3.2 内源性种群调节理论 行为调节学说,社群行为是一种调节种群密度的机制。社群等级、领域性等行为是传递有关种群数量的信息，特别是关于资源与种群数量关系的信息。 通过这两种社群行为可把动物消耗于竞争食物、空间和繁殖权利的能量减到最少，使食物供应和繁殖场所等在种群内得到合理分配，并限制了环境中动物的数量，使资源不至于消耗殆尽。 当种群密度超过一定限度时，领域的占领者要产生抵抗，不让新

13、个体进来。,4.3.2 内源性种群调节理论 内分泌调节学说,当种群数量上升时，种内个体经受的社群压力增加，加强了对中枢神经系统的刺激，影响了脑垂体和肾上腺的功能，使生长激素分泌减少和肾上腺皮质激素增加。 这就是种群内分泌调节的主要机制。该学说主要适用于兽类，对其他动物类群是否适用尚不清楚。,4.3.2 内源性种群调节理论 遗传调节学说,当种群密度增加，死亡率降低时，自然选择压力比较松弛，结果种群内变异性增加，许多遗传型较差的个体存活下来。当条件回到正常的时候，这些低质个体由于自然选择压力增加而被淘汰，于是降低了种群内部的变异性。,思考题、推荐阅读文献,1什么是种群?有哪些重要的群体特征? 2试

14、说明我国计划生育政策的种群生态学基础。 3有关种群调节理论有哪些学派?各学派所强调的种群调节机制是什么? 1刘建康高级水生生物学北京：科学出版社，1999 2张大勇理论生态学研究北京：高等教育出版社，施普林格出版社，2000 3蒋志刚，马克平，韩兴国保护生物学杭州：浙江科学技术出版社，2000 4孙儒泳动物生态学原理第3版北京：北京师范大学出版社，2001,5.生活史对策,生活史：是指其从出生到死亡所经历的全部过程。生活史的关键组分包括身体大小、生长率、繁殖和寿命。 生物在生存斗争中获得的生存对策，称为生态对策，或生活史对策。 生物在进化过程中形成了多种生活史对策，如生殖对策、取食对策、迁移对

15、策、体型大小对策等等。,5.1 能量分配与权衡,分配给生活史一个方面的能量不能再用于另一方面。生物不可能使其生活史的每一组分都这样达到最大，而必须在不同生活史组分间进行“权衡”,5.1 能量分配与权衡,5.2 体型效应,5.2 体型效应,5.3 生殖对策,r选择种类是在不稳定环境中进化的，因而使种群增长率r最大。K选择种类是在接近环境容纳量K的稳定环境中进化的，因而适应竞争。 r选择特征：快速发育，小型成体，数量多而个体小的后代，高的繁殖能量分配和短的世代周期。 K选择特征：慢速发育，大型成体，数量少但体型大的后代，低繁殖能量分配和长的世代周期。,5.3 生殖对策,5.4 生境分类,低严峻度，低干扰：成体间竞争能力最大的生活史对策。 低严峻度，高干扰：高繁殖率对策。 高严峻度，低干扰：胁迫忍受对策,5.5 滞育和休眠,如果当前环境苛刻，而未来环境预期会更好，生物可能进入发育暂时延缓的休眠状态。 昆虫的休眠称做滞育 。 一些种类的鸟和