动物生态学第05讲-动物种群与群落课件

第五讲第五讲 动物种群和动物种群和群落群落12021/7/22ECOSYSTEM LEVELEucalyptus forestCOMMUNITY LEVELAll organisms ineucalyptus forestORGANISM LEVELFlying foxORGAN SYSTEM LEVELNervous systemORGAN LEVELBrainBrainSpinal cordNerveTISSUE LEVELNervous tissueCELLULAR LEVELNerve cellMOLECULAR LEVELMolecule of DNAPOPULATION LEVELGroup of flying foxes动物种群生态学概要回顾动物种群生态学概要回顾22021/7/22动物种群生态学要解决什么问题？动物种群生态学要解决什么问题？n n种群定义不是个体上简单的相加，有组织、有结构的群体不是个体上简单的相加，有组织、有结构的群体n n种群生态学研究什么？n n有多少？哪里多？哪里少？有多少？哪里多？哪里少？n n怎样变动？怎样变动？n n为什会这样变动？为什会这样变动？n n动物种群发生规律？动物种群发生规律？n n吃什么？做什么？吃什么？做什么？n n种群生态学核心问题动物种群动态动物种群动态动物种群动态动物种群动态32021/7/22动物种群生态学内容动物种群生态学内容n n种群数量种群数量n n种群密度种群密度种群密度种群密度n n种群年龄种群年龄种群年龄种群年龄（年龄分布，性比，生命表）（年龄分布，性比，生命表）n n种群空间分布种群空间分布种群空间分布种群空间分布（空间分布型，空间异质性，集合种群）（空间分布型，空间异质性，集合种群）n n种群增长种群增长n n增长模型增长模型增长模型增长模型（内禀增长能力，出生率，死亡率，种群增长率，迁出（内禀增长能力，出生率，死亡率，种群增长率，迁出和迁入）和迁入）n n数量变动数量变动数量变动数量变动（季节消长，不规则波动，（季节消长，不规则波动，周期性波动周期性波动周期性波动周期性波动）n n调节机制调节机制调节机制调节机制（密度制约和非密度制约，气候因素，种间因素，食物（密度制约和非密度制约，气候因素，种间因素，食物因素，种内调节）因素，种内调节）n n种群相互作用种群相互作用n n竞争模型竞争模型竞争模型竞争模型n n捕食模型捕食模型捕食模型捕食模型（草食、捕食、寄生、共生）（草食、捕食、寄生、共生）n n种群生存对策种群生存对策n nK K 对策对策 or ror r对策对策？42021/7/22动物种群间相互作用动物种群间相互作用n n种间竞争n n自然种群的竞争和生态位分化n n模型分析n n斑块环境中的种间竞争与共存n n逃命共存逃命共存n n随机波动随机波动n n资源斑块、聚集分布与物种空间分布资源斑块、聚集分布与物种空间分布52021/7/22动物种群间相互作用动物种群间相互作用n n竞争与进化n n捕食与被捕食n n捕食者与猎物的相互适应捕食者与猎物的相互适应n n捕食策略和功能反应捕食策略和功能反应n n食谱宽度食谱宽度n n边际值原理边际值原理n n理想自由分布理想自由分布n n功能反应和数量反应功能反应和数量反应62021/7/22种群增长模型种群增长模型n n种群增长模型种群增长模型n n离散增长模型离散增长模型n n增长率不变指数增长模型（增长率不变指数增长模型（Nt =t N0）n n增长率变化指数增长模型（增长率变化指数增长模型（Nt+1=Nt）n n连续增长模型连续增长模型n n“J J”增长模型：增长模型：dN/dt=rNdN/dt=rNn nLogisticLogistic增长模型：增长模型：dN/dt=rNdN/dt=rN（K-N/KK-N/K）n n具时滞种群增长模型具时滞种群增长模型n n具有年龄结构增长模型（具有年龄结构增长模型（LeslieLeslie矩阵）矩阵）n n种间竞争模型种间竞争模型n n洛特卡沃尔泰勒（洛特卡沃尔泰勒（Lotka-VolterraLotka-Volterra）模型）模型n n种间捕食模型种间捕食模型n n捕食者与被捕种群相互动态的数量模型捕食者与被捕种群相互动态的数量模型72021/7/22动物种群生态学动物种群增长模型动物种群增长模型种群增长模型种群增长模型离散增长模型增长率不变指数增长模型（Nt+1=Nt 或 Nt =N0t）增长率变化指数增长模型（Nt+1=1.0-B(Nt-Neq)Nt）连续增长模型“J”增长模型：dN/dt=rN“S”增长模型：dN/dt=rN（K-N/K）Logistic方程具时滞种群增长模型：具时滞种群增长模型：Leslie矩阵模型矩阵模型:种间竞争模型种间竞争模型洛特卡沃尔泰勒（Lotka-Volterra）模型种间捕食模型种间捕食模型捕食者与被捕种群相互动态的数量模型（寿命只有一年，一年繁殖一次）（寿命只有一年，一年繁殖一次）（世代有重叠）（世代有重叠）82021/7/22动物种群生态学具有时滞、增长率变化具有时滞、增长率变化的离散增长模型的离散增长模型Nt+1=1.0-B(Nt-1-Neq)Nt其中：Nt-1-Neq表示时滞效应，Neq 种群平衡密度LBNeq0L1，种群不产生振荡1L2，种群减幅振荡2L2.57，种群无规律地混乱波动1、时滞离散增长模型、时滞离散增长模型92021/7/22动物种群生态学具有时滞、有环境阻力的具有时滞、有环境阻力的 连续增长模型连续增长模型生殖时滞2、时滞、时滞连续增长模型连续增长模型 反应时滞102021/7/22动物种群生态学3、具有年龄结构的种群增长模型、具有年龄结构的种群增长模型Leslie矩阵假定：一定年龄的出生率和死亡率是固定不变公式出生个体数N0，t+1=f0n0t+f1n1t+f2n2t+存活个体数n1,t+1=P0n0,t ;n2,t+1=p1n1,t ;n3,t+1=P2n2,t ;n自然种群：自然种群：具有年龄结构、有环境容纳量、具有年龄结构、有环境容纳量、有时滞、出生率和死亡率与年龄有关有时滞、出生率和死亡率与年龄有关112021/7/22动物种群生态学矩阵列式表达矩阵列式表达n 举例说明举例说明122021/7/22动物种群生态学举举 例例假设有一种生物，其最长的寿命为假设有一种生物，其最长的寿命为15天，天，以以5天为间隔分为一个年龄级，设为天为间隔分为一个年龄级，设为0,1,2年年龄级的，出生率分别为龄级的，出生率分别为0,25,12,而存活率为而存活率为0.2,0.4和和0，调查天，各年龄组的数量分别，调查天，各年龄组的数量分别为为40,5,10。请问第。请问第10天，第天，第15天该种群是天该种群是多少？多少？132021/7/22动物种群生态学1、年龄向量、年龄向量年龄级出生率存活率年龄级数量000.2401250.453120.0102、转称矩阵、转称矩阵142021/7/22动物种群生态学计算结计算结 果果152021/7/22动物种群生态学162021/7/22动物种群生态学自然种群数量变动自然种群数量变动种群数量的季节消长种群数量的季节消长如苍蝇、蚊、啮齿动物、鸟类种群数量的不规侧波动和周期性波动种群数量的不规侧波动和周期性波动种群数量的周期性波动不具周期性的数量不稳定类型种群数量稳定的类型172021/7/22生态学系动物种群生态学动物种群间相互关系动物种群间相互关系n竞争竞争n捕食捕食n互利共生互利共生n寄生寄生1.只要动物物种出现在自然界中，面临第一件事：捕食2.在生存过程中，面临残酷的竞争182021/7/22生态学系动物种群生态学ABCompetition-物种相互影响物种相互影响Influence of Species B+(positive)0(neutral/null)-(negative)ABAmensalism0-ABAntagonism(Predation/Parasitism)+-ABCommensalism+0ABNeutralism(No interaction)00ABCommensalism0+ABMutualism+ABAmensalism-0ABAntagonism(Predation/Parasitism)-+-0+种群间相互关系种群间相互关系192021/7/22生态学系动物种群生态学动物竞争动物竞争n种间竞争模型种间竞争模型lLotka-Volterra方程：方程：1925年年美国科学家美国科学家Lotak和和1926年意年意大利科学家大利科学家Volterra分别独立分别独立提出。提出。n实验例子实验例子Gause(1934)：大草履虫大草履虫(Paramecium caudatum)、双核小草履、双核小草履(P.aurelia)虫、袋状草履虫虫、袋状草履虫(P.bur-saria)Tilman(1981)：星杆藻：星杆藻(Asterionella formosa)、针杆藻、针杆藻(Synedra ulna)202021/7/22生态学系动物种群生态学种间竞争模型种间竞争模型n种群竞争的理论模型种群竞争的理论模型 竞争方程建立在逻辑斯谛方程的基础上竞争方程建立在逻辑斯谛方程的基础上 k1、k2:两竞争物种的环境负荷，两竞争物种的环境负荷，r1,r2为生长率为生长率 12:物种物种2的竞争系数的竞争系数,2对对1的竞争抑制作用的竞争抑制作用;21:物种物种1的竞争系数的竞争系数,1对对2的竞争抑制作用的竞争抑制作用.当没有竞争情况下当没有竞争情况下,12或或N2等于等于0,21或或N1等于等于0;即呈即呈S曲线曲线.212021/7/22生态学系动物种群生态学种间竞争模型种间竞争模型n竞争物种个体数大小相互折算成当量：竞争物种个体数大小相互折算成当量：:为物种为物种2对物种对物种1的竞争系数的竞争系数=1时，时，N2个体对个体对N1种群所有产生的竞争抵制效应，与每个种群所有产生的竞争抵制效应，与每个N1对自身种群所产生的相等对自身种群所产生的相等1时，物种时，物种2的竞争抑制效应比物种的竞争抑制效应比物种1的大的大 K2/）物种物种1不能抑制物不能抑制物种种2（K1 K1/）两物种都有可能得胜（结果3）物种2总是得胜（结果2）物种物种2不能抑制不能抑制物种物种1（K2 K1/）物种1总是得胜（结果1）两物种都不能抑制对方（结果4：稳定平衡）242021/7/22生态学系动物种群生态学种间竞争与共存种间竞争与共存n逃命共存逃命共存l竞争弱者是扩散与侵占的强者竞争弱者是扩散与侵占的强者l出现空斑块的物种不是竟争能力强的物种出现空斑块的物种不是竟争能力强的物种l逃亡种倾向于首先侵占空白斑块、定居下来，其它物种侵占逃亡种倾向于首先侵占空白斑块、定居下来，其它物种侵占速度较慢，一旦开始定居，逃亡种被竞争中排除，占新的空速度较慢，一旦开始定居，逃亡种被竞争中排除，占新的空白斑块白斑块l公式表示公式表示强者：强者：弱者：弱者：P为占有斑块的比例，为占有斑块的比例，m:空斑块侵占速率，空斑块侵占速率，e为斑块灭绝速率为斑块灭绝速率1、竞争强者、竞争强者:不受竟争者不受竟争者影响，动态方程与单物种影响，动态方程与单物种的形式一致的形式一致2、竞争弱者：只能侵占、竞争弱者：只能侵占既无强者也无弱者的空白既无强者也无弱者的空白斑块。斑块。252021/7/22动物种群生态学（二）捕食与被捕食捕食与被捕食262021/7/22生态学系动物种群生态学l捕食经典实验捕食经典实验Gause（1934）检验实验：）检验实验：草履虫与栉毛虫实验草履虫与栉毛虫实验272021/7/22生态学系动物种群生态学动物动物捕食与被捕食捕食与被捕食l捕食的协同进化捕食的协同进化捕食者：锐齿、利爪、毒牙、诱饵追击、集体围猎捕食者：锐齿、利爪、毒牙、诱饵追击、集体围猎捕食者趋于提高发现、捕获和取食猎物效率捕食者趋于提高发现、捕获和取食猎物效率被捕食者：发达