种群生态学-种群的增长模型

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1、,普通生态学,General Ecology,11:27:49,2,种群生态学,第二节 种群动态 二、种群统计学 （三）生命表(Life table)的编制 4、种群增长率（r）和内禀增长率 三、种群的增长模型,11:27:49,3,三、种群的增长模型,（一）与密度无关的种群增长模型 1.种群离散增长模型 Nt = N0t, = 1:种群稳定 1: 种群上升. 0 1:种群下降 =0种群没有繁殖，种群在下一代灭亡。,11:27:49,4,（一）与密度无关的种群增长模型,种群连续增长模型 Nt=N0ert r 为瞬时增长率,r 0种群上升 r =0种群稳定 r 0种群下降,11:27:49,5,

2、（一）与密度无关的种群增长模型,lRo / r =ln R0= T,与密度无关的种群增长的增长模型位指数增长，增长曲线为“J”型，又称“J”型增长。,11:27:49,6,逻辑斯谛增长方程 数学模型： dN/dt= r N (1-N/K) Nt=K/（1+ea-rt ） (k-N)/k:逻辑斯谛系数 Nk,种群下降; N=k,种群不增不减;Nk种群上升 随着资源的消耗，种群增长率变慢，并趋向停止，因此，自然种群常呈逻辑斯谛增长。,（二）与密度有关的种群增长模型,11:27:49,7,K,逻辑斯谛增长,指数增长,指数增长与逻辑斯谛增长之间的关系,1 N /K,t,Nt,11:27:49,8,逻辑

3、斯谛增长率变化曲线,dN/dt,dN/dt=Nr(1-N/K),N,k2,11:27:49,9,逻辑斯谛增长曲线的五个时期,A 开始期 B 加速期 C 转折期 D 减速期 E 饱和期,K,t,Nt,K/2,11:27:49,10,逻辑斯缔方程的意义,它是两个相互作用种群增长模型的基础； 它是渔业、林业、农业等实践领域中确定最大持续产量的主要模型； 模型中的两个参数K和r已成为生物进化对策理论中的重要概念。,11:27:49,11,第三节 种群调节及集合种群,种群数量受天气的强烈影响气候学派 捕食、寄生、竞争、食物等生物因素对种群起调节作用生物学派 种内成员的异质性自动调节学说 社群的等级和领域

4、性行为调节学说 激素分泌的反馈调节机制内分泌调节学说 遗传多态遗传调节学说,外源性调节,内源性调节,11:27:49,12,第四节 生活史对策(生态对策),生活史：一个生物从出生到死亡所经历的全部过程称为生活史。 生活史对策：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。 繁殖对策 取食对策 避敌对策 扩散对策,11:27:49,13,一、繁殖对策,生物的繁殖问题一直是进化生态学的核心问题。 Lack 法则：D.Lack1954 发现了动物繁殖的生态趋势，提出动物总是面对两种对立的进化选择：一种是高生育率但无亲代抚育；一种是低生育率但有亲代抚育。这一理论称为D.Lack法则。 Mac

5、Arthur 1962年提出了r-K选择的自然选择理论,11:27:49,14,1.r- 选择与K-选择 r-选择：有利于增大内禀增长率的选择。 K-选择：有利于增加竞争能力的选择。 进一步将 r-选择的物种称为r- 策略 者，K选择的物种称为K策略者,一、繁殖对策,11:27:49,15,1.r- 选择与K-选择,r对策种群 具有使种群增长率最大化的特征：快速发育，小型成体，数量多而个体小的后代，高的繁殖能量和短的世代周期。 k对策种群 具有使种群竞争能力最大化的特征：慢速发育，大型成体，数量少而体型大的后代，低的繁殖能量和长的世代周期。,11:27:49,16,r-策略者是新生境的开拓者，

6、但生存靠机会机会主义者，K策略者是稳定环境的维护者保守主义者。,1.r- 选择与K-选择,11:27:49,17,热带地区物种(气候条件稳定)近于K类对策. 蝶 温带或寒带物种(气候条件不稳定)近于r类对策.蚜虫 脊椎动物K, 侏罗纪、白垩纪(温暖潮湿,气候稳定) 昆虫 r, 二叠纪、三叠纪(气候条件不定) 组成森林树木 K类对策 一年生植物 r类对策,1.r- 选择与K-选择,11:27:49,18,r类与k类对策特征比较,11:27:49,19,r-对策的优缺点 K-对策的优缺点,1.r- 选择与K-选择,11:27:49,20,1.r- 选择与K-选择,应该说， r,K-选择只是有机体自

7、然选择的两个基本类型。实际上，在同一个地区，同一生态条件下都能找到许多不同的类型，大多数物种是以一个、几个或大部分特征居于这两个类型之间。因此，将这两个类型看作是连续变化的两个极端更为合适。也就是，生物界的种类存在着“r-K 策略的连续体”（r-K continuum of strategies).,11:27:49,21,2、R-、C-和S-选择的生活史模式,C-选择：在资源丰富的可预测生境中的选择，主要将资源分配给生长。（竞争型） R-选择：在资源丰富的临时生境中的选择，主要将资源分配给生殖。（干扰型） S-选择：资源分配的主要方式是分配给维持，在资源有限或由于生理胁迫限制了资源利用的生境

8、中，将主要的资源用于维持存活，这就是胁迫忍耐种。 （胁迫忍耐型）,11:27:49,22,对有害生物按生态对策来分类: r 类有害生物, K 类有害生物. 不同类所采取的调控策略不同.,二、生态对策与调控策略,11:27:49,23,第五节 种内与种间关系,种内的相互作用的主要形式有竞争、自相残杀和利他等 种间相互作用的形式主要有竞争、捕食、寄生和互利共生 正相互作用：偏利共生、原始合作、互利共生 负相互作用：竞争、捕食、寄生、和偏害,11:27:49,24,第五节 种内与种间关系,一、种内关系Intraspecific relationship 在种内关系方面，植物种群与动物种群有很大区别。

9、植物种群除有集群生长的特性外，更主要的是个体之间的密度效应（density effect), 反映在个体产量和死亡率上。动物种群主要表现为等级制、领域性、集群和分散等行为上。,11:27:49,25,（一）、密度效应,密度效应：又叫邻接效应（the effect of neighbours): 在一定时间内，当种群的个体数量增加时，就必定出现邻接个体之间的相互影响，称为密度效应或邻接效应。 最后产量恒定法则 3/2 自疏法则,11:27:49,26,（一）、密度效应,最后产量恒定法则 在一定范围内，当条件相同时，不管一个种群的密度如何，最后产量差不多总是一样的。 Y=W d=Ki,11:27:

10、49,27,（一）、密度效应,3/2 自疏法则 自疏：密度增大后，种群内的部分个体死亡，种群密度有所下降，称为自疏。 W=Cd-a W=Cd-3/2 被称为-3/2 自疏法则,11:27:49,28,（二）动植物的性别生态,（1）植物的性别系统 雌雄同花、雌雄同株异花（玉米）、雌雄异株（银杏） （2）动物的婚配制度 婚配制度是指种群内婚配的各种类型。高等动物最常见的婚配制度是一雄多雌制，而一雄一雌的单配偶制则是由原始的一雄多雌制进化而来的。 决定动物的婚配制度的主要生态因素可能是资源的分布，主要是食物和营巢地在空间和时间上的分布情况。,11:27:49,29,（三）领域性和社会等级,领域性（t

11、erritoriality）:动物的个体、家庭，甚至社群所占据的、并积极保卫不让同种其它个体侵入的空间，这种现象称领域性。 这种占有领域的行为称领域行为。动物的领域随占有者的体重而变化，受食物品质影响，领域面积随生活史而变化。 领域的特征与意义： 领域的主要特征有三点： 领域是一个固定的区域，且大小可调整； 领域受积极保护； 领域的使用是排他性的。 领域使动物可以得到充足的食物，减少对生殖活动的外来干扰，使安全更有保障。,11:27:49,30,社会等级（social hierarchy）: 动物种群中的各个个体的地位有一定的顺序性。其基础是支配从属关系。支配从属关系有三种基本形式： 独霸式：

12、群体内只有一个个体支配全群，其他个体都服从它而不再分等级。 单线式：群内个体成单线支配关系，甲制乙，乙制丙以些类推。 循环式：甲制乙，乙制丙，而丙又制甲的形式。,（三）领域性和社会等级,11:27:49,31,（四）他感作用和利它行为,他感作用（allelopathy）：某些植物能分泌一些有害化学物质，阻止别种植物在其周围生长，这种现象称他感作用, 或叫异株克生。 北美的黑胡桃（Juglans nigra）抑制离树干25m范围内植物的生长，其根抽提物含有化学苯醌，可杀死紫花苜蓿和番茄类植物。,11:27:49,32,利他（altruism）行为是指一个体牺牲自我而使社群整体或其他个体获得利益的

13、行为。 种群和社群都是进化单位。 是群体选择的结果 利他行为可以对直系亲属、近亲家族、整个群体有利。,（四）他感作用和利它行为,11:27:49,33,二、种间关系,物种间相互作用主要有竞争、捕食、寄生和互惠共生。,11:27:49,34,竞争,种间竞争: 是指两个物种或更多物种共同利用同样的有限资源时，产生的相互竞争作用。,（一）种间竞争,11:27:49,35,（一）种间竞争,1、高斯假说 大草履虫和双核小草履虫 双核小草履虫和袋状草履虫,两种草履虫，分开培养和混合培养，出现不同生长曲线,11:27:49,36,（一）种间竞争,1、高斯假说 在一个稳定的环境内，两个以上受资源限制的但具有相

14、同资源利用方式的种，不能长期共存在一起，即完全的竞争者不能共存。（竞争排斥原理）,11:27:49,37,2、 Lotka-Volterra种间竞争模型 单独生存： dN1/dt=r1N1(K1 N1)/K1 dN2/dt=r2N2(K2 N2)/K2 混合时 dN1/dt=r1N1(K1 -N1-12N2)/K1 dN2/dt=r2N2(K2-N2- 21 N1)/K2,（一）种间竞争,11:27:49,38,2、 Lotka-Volterra种间竞争模型 竞争方程建立在逻辑斯谛方程的基础上. dN1/dt=r1N1(k1-N1- 12N2)/k1 dN2/dt=r2N2(k2-N2- 21

15、N1)/k2 k1、k2:两竞争物种的环境负荷 12: 物种2的竞争系数,2对1的竞争抑制作用; 21: 物种1的竞争系数,1对2的竞争抑制作用. 当没有竞争情况下, 12或N2等于0, 21或N1等于0;即呈S曲线.,（一）种间竞争,11:27:49,39,（一）种间竞争,dN1/dt=r1N1(k1-N1- 12N2)/k1 dN2/dt=r2N2(k2-N2- 21N1)/k2 种1胜而种2被排除 种2胜而种1被排除 两种共存,11:27:49,40,2、 Lotka-Volterra种间竞争模型,dN1/dt=r1N1(k1-N1- 12N2)/k1 dN2/dt=r2N2(k2-N2

16、- 21N1)/k2 dN1/dt=0 N1K1 - 12 N2 N1 = 0 , N2 = K1 /12 N1 = K1 , N2 = 0 dN2/dt=0 N2K2 21 N1 N2 = 0 , N1 = K2 /21 N2 = K2 , N1 = 0,11:27:49,41,2、 Lotka-Volterra种间竞争模型,K1,dN1/dt=0 N1K1 - 12 N2 N1 = 0 , N2 = K1 /12 N1 = K1 , N2 = 0,dN1/dt0,dN1/dt0,dN1/dt=0,11:27:49,42,2、 Lotka-Volterra种间竞争模型,dN2/dt0,dN2/dt=0,dN2/dt0,N2,N1,K2/21,K2,11:27:49,43,N1取胜, N2灭亡,