生物竞赛普通生态学 种群生态课件

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1、第三章 种群生态,3.1种群的概念 占据特定空间的同种个体的集合。,3.2种群的数量特征,主要是指种群密度以及影响种群密度的4个基本参数，即出生率、死亡率、迁入率和迁出率，它们是初级种群参数；其次，种群的年龄分布、性比对种群数量也有重要影响，为次级种群参数。,3.2.1种群密度,概念：单位面积（或空间）上的个体数目，以N表示。面积单位有时用每片叶子、每个植株、每个宿主为单位。 种群密度统计分为绝对密度统计和相对密度统计。 绝对密度:是指单位面积或空间内种群的实际个体数； 相对密度:是指单位面积或空间内种群的相对数量，只能作为数量高低的相对指标。,单体生物和构件生物：在调查和分析种群密度时，首先

2、要区分单体生物和构件生物。单体生物：是指生物胚胎发育成熟后，其有机体各个器官的数量不再增加，只是各组成部分大小的增长，各个个体保持基本一致的形态结构。如猫、狗等。构件生物：是指由一个合子发育成由一套构件组成的个体。如一株树有许多树枝，树枝可视为构件；一株水稻有许多分蘖，分蘖也可视为构件。生物个体的构件数很不相同，并且构件还可以产生新构件。多数动物属于单体生物，高等植物属于构件生物，营固着生活的珊瑚、苔藓虫等也属于构件生物。,密度统计,1）绝对密度调查法 （1）总数量调查法（total count） 一般用于调查开阔地面上的大型生物个体。 （2）取样调查法（sampling methods） 常

3、用的有三类，即样方法、标志重捕法和去除取样法。,样方法：以调查生物的种类和具体生境而有所不同，但调查步骤基本一致。首先，将调查地段划分为若干样方；然后在调查地段中随机抽取一定数量的样方；随后，计数各样方中的全部个体数；最后通过统计学方法，利用所有样方的平均数估计种群总数。样方的形状可以多样，但必须有良好的代表性，有主观取样法，机械取样法、随机取样法等多种方法。样方大小要视研究对象而定。如调查森林时，在温带，样方面积需200500m2，在亚热带需要5001000m2；草原和草甸样方需110m2，荒漠需要100500m2，灌丛需要50100m2。经常根据经验判断。,标志重捕法：由林可（Lincol

4、n）首先提出，又称林可指数法。用于动物种群调查。 N:M=n:m N=Mn/m N为样地中种群个体总数，M为样地中标志个体数，n为重捕个体数，m为重捕中标记个体数。 注意事项：标志个体在种群中分布均匀，被捕获概率与未标志者相同；调查期间无迁移和出生死亡；调查期限不宜过长或过短；标志方法合理。,去除取样法：原理是：在一个封闭的种群里，随着连续的捕捉，种群数量逐渐减少，同等的捕捉力量所获取的个体数逐渐降低，逐次捕捉的累计数就逐渐增大，当单位努力的捕捉数为0时，捕获累计数就是种群数量的估计值。用于动物种群的调查。,例：在一次捕鼠活动中，连续灭鼠6天，每天捕获数为19，16，10，12，9，7；据此估

5、计鼠种群的数量N。,N=18.724/0.177=106,2）相对密度调查法（一般用于动物种群数量调查） 捕捉法 活动痕迹计数 鸣声计数 单位努力捕获量 毛皮收购记录,3.2.2影响种群数量的基本参数,出生率 单位时间内种群的出生个体数与种群个体总数的比值。泛指任何生物产生新个体的能力，不论这些新个体的产生方式。出生个体数不仅取决于物种生殖力，还受种群个体总数影响。出生率有最大出生率和实际出生率。最大出生率是指种群处于理想条件下（生殖只受 生理因素限制）的出生率，也称为生理出生率。对于特定种群来说，最大出生率是一个常数，而种群在特定环境下所表现出的出生率称为实际出生率，也称生态出生率。 在人类

6、生态学中，出生率一般指每单位时间（年）每1000个人的出生数来表示。出生率也可用特定年龄出生率表示。,死亡率 是指单位时间内种群的死亡个体数与种群个体总数的比值。有最低死亡率和实际死亡率之分。最低死亡率:是种群在最适环境条件下所表现出的死亡率，即生物都活到了生理寿命，也称生理死亡率。生理寿命是指处于最适条件下种群中个体的平均寿命，不是某个特殊个体的最长寿命。实际死亡率也称生态死亡率:是指种群在特定环境条件下所表现出的死亡率，种群中个体的寿命为生态寿命，即种群在特定环境下的平均寿命。 死亡率一般也是以种群中每单位时间（如年）每1000个个体死亡数来表示，如1983年我国人口的死亡率为7.08，表

7、示平均每1000人每年平均死亡7.08 人。种群的死亡率也可以用特定年龄死亡率来表示，因为处于不同年龄组的个体，其死亡率的差异是很大的。 迁移率 迁移包括迁入和迁出。直接测定种群的迁移率是很困难的。在种群动态研究中，往往假定迁入与迁出相等。,3.2.3年龄分布 不同年龄组在种群内所占的比例。对种群动态有很大影响。 年龄锥体（年龄金字塔）:是指用从上到下一系列不同宽度的横柱做成的图。横柱的高低位置表示由幼体到老年的不同年龄组，横柱的宽度表示各个年龄组的个体数或其所占的百分比。有以下三种基本类型：金字塔形（增长型）; 钟形（稳定型）;壶形（下降型）。,3.2.5生命表 -直接描述种群死亡和存活过程

8、的一览表,1） 一般生命表的编制 是由许多行和列构成的表格，通常第一列表示年龄、年龄组或发育阶段，从低龄到高龄自上而下排列，其他各列为记录种群死亡或存活情况的观察数据或统计数据，并用一定的符号代表。,藤壶的生命表,Lx是从x到x+1期的平均存活数，即Lx（nxnx1）/2；Tx则是进入x龄期的全部个体在进入x期以后的存活总个体剩余寿命之和，即TxLxLx1Lx2；ex为x期开始时的生命期望或平均余年，exTx/ nx 。 lxnx/ n0， dxnx nx1，qxdx/ nx,2）生命表的类型,动态生命表（dynamic life table） 是根据观察一群同一时间出生的生物所有个体的存活或

9、死亡的动态数据编制而成的生命表。在种群统计学中常把同一时间出生的生物称为同生群，因此它又称同生群生命表。由于观察的为同生群，所以种群中个体年龄一致，没有年龄结构，所以也称为特定年龄生命表，或水平生命表。 静态生命表（static life table） 是根据某一特定时间对种群作一年龄结构调查资料而编制的生命表。因为是在某一特定时间对种群每一年龄组个体数量及所占比例进行调查，因此，静态生命表也称特定时间生命表，或垂直生命表。 一般来说，世代重叠且寿命较长的生物适于静态生命表；对于世代不重叠的较短寿命的生物（如某些昆虫），用动态生命表。,3.2.6存活曲线,除了生命表，存活曲线也可以表示种群数量

10、的减少过程。它以生物的相对年龄（绝对年龄除以平均寿命）为横坐标，以各年龄的存活率为纵坐标所画出的曲线。种群的存活曲线，可以反映生物生活史中各时期的死亡率。绘制曲线时以相对年龄为横坐标有利于比较不同寿命的动物。有三种基本类型。,1）A型（凸型）：人、大型哺乳动物、1年生植物。 2）B型：B2对角线型，如水螅；B1阶梯型，如全变态昆虫；B3接近S型，幼年死亡率较高，成年后降低，如多数鸟类、多数爬行类和啮齿类、多年生1次结实植物。 3）C型（凹型）：多数鱼类、两栖类、海洋无脊椎动物、寄生虫、多年生多次结实植物。,3.2.7种群的增长率,种群增长率 r=lnR0/T T为平均世代长度，它是指种群中个体

11、从母体出生到其产子的平均时间。可从生命表中求出： T=lxmxx/R0 mx 为出生率，R0=lxmx值，为世代净生殖率。根据公式r=lnR0/T，在控制人口中，要使r变小，有两条途径：降低R0值，即限制每对夫妇的子女数。增大T值，即提倡晚婚晚育。 内禀增长率用rm表示 具有稳定年龄结构的种群，在食物与空间不受限制，密度维持在最适水平，环境中没有天敌，并在某一特定温度、湿度、光照和食物性质的生境条件组配下，种群达到的最大增长率。只有在实验室条件下才能测定内禀增长率。,3.3种群增长,3.3.1种群在无限环境中的指数式增长（与密度无关） 种群数量呈指数式增长，增长曲线为“J”型。根据种群世代有否

12、重叠，又分为两类。 1、世代不重叠种群的离散增长模型 1）模型的假设 （1）种群增长是无限的，不受空间、食物等条件的制约； （2）世代不重叠，种群增长是离散的； （3）种群无迁入和迁出； （4） 种群无年龄结构 2）数学模型 Nt+1=Nt 或 Nt= N0t N为种群大小，t为时间，为种群周限增长率。两边取对数： lg Ntlg N0（lg）t 它是直线方程，其中lg N0是截距，lg是斜率。,3）根据值可判断其种群动态。即1，种群增长；1，种群稳定；10，种群下降；0，种群无繁殖，在下一代灭亡。,2、世代重叠种群的连续增长模型,1）模型的假设 （1）种群增长是无限的。 （2）世代重叠，种群

13、增长是连续的。 （3）种群无迁入迁出。 （4）种群无年龄结构。 2）数学模型 用微分方程描述： dN/dtrN 其积分式是： Nt= N0ert e为自然对数的底，r为种群瞬时增长率。两边取对数： ln Ntln N0rt 是直线方程，r为斜率。,3）模型的生物学意义 （1）据此模型可以计算世代重叠种群的增长情况。 （2）根据r值可以判断种群动态。即当r0，种群增长；r0，种群稳定；r0，种群下降；r，种群无繁殖，在下一代灭亡。 2）模型的应用 种群一旦被证实为指数增长，则模型就有很大的应用价值。 （1）根据模型求人口增长率 如，1949年我国人口5.4亿，1978年9.5亿，求29年来人口增

14、长率。 根据ln Ntln N0rt，r（ln Ntln N0）/t0.0195（人/年） 表示我国人口自然增长率为19.5 。 再求周限增长率：er1.0196/年，即每一年是前一年的1.0196倍。,（2）根据模型预测种群数量动态 人口预测时，常用人口加倍时间这个数据。根据Nt= N0ert，Nt/ N0= ert 故 2= ert，ln2rt，tln2/r0.6931/r。如上例，t0.6931/0.019535 即我国解放后人口加倍时间约为35年。 （3）以1/r作为估计种群受到干扰后恢复平衡的时间。r值越大，种群恢复平衡所需时间越短，反之，则相反。 （4）以生命表数据求种群瞬时增长率

15、（r）和周限增长率（）。 根据r=lnR0/T，T=lxmxx/R0，er计算。,3.3.2种群在有限环境中的逻辑斯谛增长（与密度有关的增长）,1、模型的假设 1）设想有一个环境条件所允许的最大种群值，此最大值称为环境容量或环境负荷量，用K表示，当NtK，种群为0增长，即dN/dt0。 2）密度对种群增长率的影响是简单的，即其影响力随着种群密度的上升而逐渐地、按比例地增加，种群中每增加一个个体，对种群增长力的降低就产生1/K的影响。 3）种群密度的增加对其增长率降低的作用是立即发生的，无时滞。 4）种群中个体无年龄结构，无迁移现象。,2、数学模型 dN/dtrN(1N/K) 3、模型行为说明

16、它是在指数增长模型上，增加一个描述种群增长率随密度上升而降低的修正项（1N/K）。其生物学含义是“剩余空间”，即种群可利用但未利用的空间。可以理解为种群中的每个个体均利用1/K空间，N个个体，就会利用N/K的空间，剩余空间即为（1N/K）。当N由0逐渐增加到K,（1N/K）则由1逐渐下降为0，表示种群增长的剩余空间逐渐变小，种群潜在的最大增长的可实现程度逐渐降低，并且，每增加一个个体，抑制就增加1/K。因此，许多学者把这个抑制称为拥挤效应产生的影响，或称为环境阻力。,4、S型增长曲线 由于密度效应的影响，种群在有限环境中的增长为“S”型。它具有以下两个特点： 1）有一个上渐近线，渐近于K值，但不超过。 2）曲线的变化是逐渐的，平滑的，而不是骤然的。 S型增长曲线常被划分为5个时期： 1）开始期，也称为潜伏期。种群个体少，密度增加缓慢，主要由于初始基数小。 2）加速期。 3）转折期。 4）减速期。 5）饱和期。,5、该增长模型的重要意义 它是许多两个相互作用种群增长模型