种群生态学1种群及其基本特征

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1、1,第三章 种群及其基本特征 第一节 种群的概念 第二节 种群动态 第三节 种群调节,第三部分 种群生态学,2,第一节 生物种与种群的概念,一、基本概念种群 (population)：同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。渐变群：表型特征或等位基因频率逐渐改变的种群叫做渐变群。,3,种群不是个体的简单叠加，是通过种内关系组成的一个有机统一体或系统。 种群是一个自我调节系统，通过系统的自动调节，使其能在生态系统内维持自身稳定性。作为系统还具有群体的信息传递、行为适应与数量反馈控制的功能。 种群不仅是自然界物种存在、物种进化、物种关系的基本单位，也是生物群落、生态系统的基本组成成份，同时，还

2、是生物资源保护、利用和有害生物综合管理的具体对象。 一个物种，由于地理隔离，有时不只有一个种群。,4,二、种群的基本特征,数量特征 种群参数变化是种群动态的重要体现。 空间特征 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（internal distribution pattern）。 遗传特征 种群具有一定的遗传组成，是一个基因库。,5,种群生物学（population biology）:研究种群的结构、形成、发展和运动变化过程规律的科学。最主要组成部分是种群遗传学和种群生态学。种群遗传学（ population genetics ）:研究种群的遗传过程，包括选择、基因流

3、、突变和遗传漂变等。种群生态学（ population ecology ）:研究种群的数量、分布、生活史格局以及种群与其栖息环境中的非生物因素和其他生物种群的相互作用。简单的说，种群生态学是研究动态、特征及其生态规律的科学。种群动态是种群生态学研究的核心。,6,种群动态是种群生态学的核心问题,种群动态是种群数量在时间和空间上的变动规律，包括： 有多少（种群数量或密度）？ 哪里多，哪里少（种群分布）？ 怎样变动（数量变动和扩散迁移）？ 为什么这样变动（种群调节）？,第二节 种群的动态,7,一、种群的密度和分布 二、种群统计学 三、种群的增长模型 四、自然种群的数量变动,8,一、种群的密度和分布,

4、种群的大小和密度 大小：个体数量或生物量、能量 密度：单位面积或体积、生境中的个体数量或生物量、能量 构件生物的密度统计：个体数和构件数 种群的数量统计,9,种群数量统计,种群边界问题（自然环境限制物种的地理分布的因素：气候、温度、降水、盐度、天然屏障） 数量统计中种群大小的最常用指标是密度 种群密度的估计：最直接的方法是计数种群中每一个体，最常用的方法是样方法。,10,取样调查(sampling methods) ：计数种群的一小部分用以估计种群整体。 样方法(use of quadrats)：在若干样方中计数全部个体，然后将其平均数推广，来估计种群整体。 标志重捕法(mark-recapt

5、ure methods) ：在调查地段中，捕获一部分个体进行标志，然后放回，经一定期限后进行重捕。根据重捕中标志的比例，估计个体的总数。 去除取样法(removal sampling) ：以单位时间的捕获数（Y）对捕获累积数（X）作图，得到一条回归直线，直线在X轴上的截距为估计的种群数量。,11,种群密度的估计方法： 绝对密度(absolute density)估计:单位面积或空间上的实有个体数。 相对密度(relative density)估计：表示个体数量多少的相对指标。 在调查和分析种群密度时，首先应区别单体生物和构件生物。,12,在调查和分析种群密度时，首先应区别单体生物和构件生物。

6、（一）单体生物 (unitary organism)：个体由一个受精卵直接发育而成，形态、发育可预测，如鸟类、兽类等。 标志重捕法(mark-recapture methods) ：在调查地段中，捕获一部分个体进行标志，然后放回，经一定期限后进行重捕。根据重捕中标志的比例，估计个体的总数。N:M=n:m N=Mn/m,13,图片：鸟类调查的环志法,14,图片：植物调查的样方法,草 原,样方法,去除取样法估计种群数量,单 位 时 间 捕 获 量 （只 周）,捕获累积数（只）,16,（二）构件生物 (modular organism)：受精卵先发育成构件，再发育成更多的构件，形态、发育不可预测，如

7、水稻、浮萍、树等。 对于构件生物需进行两个层次的数量统计，即：合子产生的个体数和组成每个个体的构件数。,17,二、种群统计学,种群统计的基本指标 年龄、时期结构和性比 生命表、存活曲线和种群增长率,18,二、种群统计学,种群具有个体所不具备的各种特征，这些特征多为统计指标： 种群密度 初级种群参数 出生率 (natality)： 最大出生率和实际出生率 死亡率 (mortality)：最低死亡率和 实际死亡率 迁入和迁出 次级种群参数 性比 年龄结构 种群增长率,19,（一）年龄结构和性比,年龄结构：是指不同年龄组的个体在种群内的比例和配置情况。用不同宽度的横住从上到下配置而成的年龄锥体(年龄

8、金字塔Age pyramid)表示。,20,年龄结构的三种类型,增长型种群：基部宽，顶部狭。表示种群有大量幼体而老年个体较小，反映该比较年轻并且种群的出生率大于死亡率，是迅速增长的种群。 稳定型种群：大致呈钟型，从基部到顶部具有缓慢变化或大体相似的结构，说明幼年个体和中老年个体数量大致相等，出生率与死亡率大致相等，种群数量处于相对稳定状态。 下降型种群：呈壶型，基部比较狭、而顶部比较宽。表示种群中幼体比例很小而老体个体的比例较大，种群的死亡率大于出生率。说明种群数量趋于下降，为衰退种群。,21,年龄锥体,22,肯尼来、美国和澳大利亚的人口年龄结构,23,性比：是同一年龄组的雌雄数量之比，即年龄

9、锥体两侧的数量比例。） 第一性比：种群中雄性个体和雌性个体数目的比例 第二性比：个体性成熟时的性比 第三性比：充分成熟的个体性比 性比对种群出生率的影响 一雄多雌()：比多几倍，不影响出生率 一雌多雄()： 比多几倍，影响出生率,24,（二）生命表和存活曲线,生命表 生命表的类型 生命表的作用和格式 综合生命表 存活曲线,25,藤壶的生命表,26,生命表的类型动态生命表 静态生命表 综合生命表,27,存活曲线的模式,型：表示种群在接近于生理寿命之前，只有个别的死亡。死亡率直到末期才升高。如大型兽类和人类。 型：表示个体各时期的死亡率是对等的。(鸟类) 型：表示幼体的死亡率很高，以后的死亡率低而

10、稳定。鱼类、两栖类、牡蛎、甲壳类。,28,SURVIVORSHIP CURVES,29,2.3 种群增长,人们为了了解种群增长与动态规律，往往从研究分析单种种群开始。方法一般分为两类：归纳法、演绎法。且常用数学模型研究，有关种群增长的模型很多：,30,2.3.1 种群在无限环境中的指数式增长,也称非密度制约性种群增长 种群在“无限”的环境中，即假定环境中的空间、食物等资源是无限的，则种群就能发挥内禀增长能力，数量迅速呈几何增加，种群呈指数增长格局增长曲线为“J”型。,31,根据种群世代重叠与否，指数式增长模型又可分为： 世代不重叠种群的离散增长模型 世代重叠种群的连续增长模型,32,1. 世代

11、不重叠种群的离散增长模型, 种群的增长是无界的，世代不重叠，资源不受限制，无迁入、迁出在起始时刻，种群数量为N0，经过t代繁殖时，种群数量为Nt，为种群周限增长率，可依 的值判断种群动态。,33,种群增长曲线,34,种群指数增长,35,2. 世代重叠种群的连续增长模型, 种群增长是无限的，资源不受限制，有世代重叠，种群是连续的。 微分式： 积分式： r为种群瞬时增长率，依r值可判断其种群动态。 根据模型求人口增长率、根据模型预测种群数量动态、以1/r作为估计种群受到干扰后恢复平衡的时间、用生命表数据求种群的r 及值。,36,3. 瞬时增长率r和周限增长率的关系,周限增长率是有开始和结束期限的，

12、而瞬时增长率r是连续的。 的数值总是大于相应的 r。 二者之间的关系为： 或观察P61表,37,几何增长模型及草夹竹桃（Phlox drummomdii）假设的增长曲线,(自M.C.Molles,Jr,1999),38,苏格兰松和领鸽种群的指数增长曲线,(自M.C.Molles,Jr,1999),39,2.3.2 种群在有限的环境中的逻辑斯谛增长,实际的情况下，自然种群不可能长期按几何级数增长，通常会受到环境的限制。在有限的环境中，同样可以分为：离散型增长和连续性增长两类。,40,模型假设 逻辑斯谛增长的数学模型 模型行为说明 种群增长的S形曲线,41,1. 模型的假设,设想有一个环境条件所允

13、许的最大种群值，即环境容纳量(K) 。 增长率随密度上升而降低的变化，是成比例的。每一个体利用空间为1/K，N个体利用N/K空间，剩余空间为1- N/K，每增加一个个体，对种群增长率的降低就产生1/K 的影响。 种群密度的增加对其增长率降低的作用无时滞。 世代重叠，种群增长是连续的，具年龄结构。种群无迁入和迁出。,42,逻辑斯谛方程：dN/dt=rN(1-N/K) （请参考下图阅读P62相关内容）,2. 逻辑斯谛增长的数学模型,43,种群的指数/逻辑斯谛增长模型之比较,=rN,环境阻力,dN dt,K 值,时间,K=1000,=rN,K-N K,dN dt,种群大小,K 2,44,4. 种群增

14、长的S形曲线,45,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,D,E,B,A,C,t,Nt,K/2,46,逻辑斯缔曲线的特点,曲线上有一个渐近线； 曲线的变化是逐渐的、平滑的； 数学上的简单性； 明显的现实性。,47,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。,48,2.3.3 自然种群的数量变动,一个种群从进入新的栖息地，经过种群增长，建立起种群以后，一般有以下几种可能： 种群平衡 季节消长 种群波动：不规则

15、波动、周期性波动 种群的衰落和灭亡生态入侵,49,1. 种群平衡,种群较长期地维持在几乎同一水平上 通过种群的内部调节机制完成，是一种动态平衡,50,2. 季节消长,年内变动和年间变动 生物环境变化的主动适应 环境因子变化引起种群数量变化,51,3. 种群的波动,种群数量的波动是对环境因子变化的适应。 对环境因子周期性变化的适应规则性波动 对环境因子无规律变化的适应不规则性波动,52,周期性波动,通常由捕食或是操作用导致的延缓的密度制约造成 可能发生在食物链的不同营养级中，但食草动物和食物的变化最基础,53,周期性波动,54,不规则波动,由环境因子特别是气候的随机变化引起 小型、短寿命物种的变

16、化大,55,不规则波动,56,4. 种群的衰落,当种群长久处于不利条件下数量出现持久性下降的现象 个体大、出生率低、生长慢、成熟晚的生物易出现 种群衰落和灭亡的原因是多方面的，如：种群密度过低、近亲繁殖等 种群衰落和灭亡加快的原因主要是：过度捕杀、生境破坏 最小可存活种群,57,一些物种被有意或无意地引进一个新的生态系统内，并对这一新的生态系统造成不利影响的现象。,5. 生态入侵,58,入侵种特征,通过有意或无意的人为活动被引进到自然分布范围以外的非原产地区；在引入地区的自然或人为生态系统中建立了可自我维持的种群；造成入侵地区自然生态系统或景观的明显变化，或给当地的自然或人为生态系统造成损害。,