种群生态学2008学习.pptx
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1、2023/2/231第1页/共111页2023/2/232种群(Population):同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。种群在生态学中的地位种群可以由单体生物(Unitary organism)或构件生物(Modular organism)单体生物:各个个体保持基本一致的形态结构,它们都由一个受精卵发育而成。大多数动物属单体生物。构件生物:受精卵首先发育成一个结构单位或构件,然后发育成更多构件,具有一定的空间结构和地下分布格局。高等植物,营固着群体生活的珊瑚、苔藓虫等。构件生物的数量统计必须在个体数和构件数两个层次上进行。第2页/共111页2023/2/233自然种群的三个基本特征
2、:1.空间特征:种群具有一定的分布区域2.数量特征:每单位面积(或空间)上的个体数量(即密度)及变动 3.遗传特征:种群具有一定的基因组成(是一个基因库),以区别于其它物种,但个体在遗传上有差异,基因组成也在变动中第3页/共111页2023/2/234不是个体的简单相加:有机体之间相互作用,整体上呈现组织结构特性个体之间差异性:不同的发育阶段(年龄不同);同一生长阶段,个体贡献不同个体水平与种群水平的差异:个体有出生、死亡,种群称为出生率和死亡率第4页/共111页2023/2/235一、种群的密度和分布大小:一定区域种群个体数量或生物量、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
3、构件生物的密度统计:个体数和构件数1.数量统计a.指标:密度绝对密度,相对密度(直接指标和间接指标)b.方法:1)直接计数2)样方法:在若干样方中计算全部个体,以其平均值推广来估计种群整体。样方需要有代表性并随机取样。第5页/共111页2023/2/2363)标志重捕法(mark-recapturemethods):对移动位置的动物,在调查样地上,随机捕获一部分个体进行标记后释放,经一定期限后重捕。根据重捕取样中标记比例与样地总数中标记比例相等的假定来估计样地中被调查动物的总数。N:M=n:m4)去除取样法(removalsampling)2.种群的空间结构:内分布型(Internal dis
4、tribution pattern),组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局。形成原因:资源分布、繁殖体、行为1)均匀型(Uniform)数学模型:二项式分布第6页/共111页2023/2/237第7页/共111页2023/2/238种群内的个体在空间的分布呈等距离的分布格局。如人工林、凶猛鱼类形成原因:种群内个体间的存在竞争且资源均匀分布;个体存在势力范围;个体间相互排斥森林中植物为竞争阳光(树冠)和土壤中营养物(根际)沙漠中植物为竞争水分优势种呈均匀分布而使其伴生植物也呈均匀分布 第8页/共111页2023/2/2392)随机型(Random)数学模型:泊松分布形成原因:资源分布均匀
5、一致,个体间没有彼此的吸引和排斥第9页/共111页2023/2/23103)成群型(Clumped)数学模型:负二项式分布形成原因:环境资源分布不均匀;植物传播种子方式使其以母株为扩散中心;动物的集群行为第10页/共111页2023/2/23114)快速测定分布类型的方法根据方差与平均数的关系S2/mS2/m=0均匀分布S2/m=1随机分布S2/m明显1成群分布第11页/共111页2023/2/2312二、种群统计学种群统计学是关于种群的出生、死亡、迁移、性比、年龄结构等的统计学研究。统计指标:1.种群密度2.初级种群参数出生率:单位时间内种群中产生新个体的能力。1)实际出生率(生态出生率)R
6、ealized natality:种群在具体的生态环境下所表达出来的出生率。2)最大出生率(生理出生率)Maximum natality:种群在无任何环境阻力条件下表现出来的出生率。第12页/共111页2023/2/23133)最低死亡率Minimum mortality4)生态死亡率Ecological mortality5)迁入和迁出6)影响出生率的因素(1)性成熟的速度(2)每次产仔数目(3)每年繁殖次数(4)胚胎期、孵化期以及繁殖年龄的长短3.次级种群参数(一)年龄结构和性比第13页/共111页2023/2/23141.年龄的生态学分期繁殖前期Pre-reproductiveperio
7、d繁殖期Reproductiveperiod繁殖后期Post-reproductiveperiod第14页/共111页2023/2/23152.年龄结构Agestructure(年龄分布):种群中各年龄组或发育阶段的个体数在种群内的分布状况。构件生物:个体年龄和构件年龄3.年龄锥体Age pyramid以不同宽度的横柱从上到下配置而成的图,横柱的高低位置表示从幼年到老年的不同年龄组,宽度表示各年龄组的个体数或在种群中所占的百分比。第15页/共111页2023/2/2316增长型种群、稳定型种群、下降型种群第16页/共111页2023/2/2317第17页/共111页2023/2/23184.性
8、比SexratioS=/100%第一性比:受精卵的性别比例,1第二性比:出生到性成熟时性比,接近1第三性比:繁殖后期性比,1种群上升;=1种群稳定;0 0时,种群呈几何级数增长;r0时,种群呈几何级数下降第26页/共111页2023/2/2327令人担忧的世界人口增长第27页/共111页2023/2/23283瞬时增长率(内禀增长率)、周限增长率、世代净增殖率之间关系rm:理论上的最大增长率,指种群在空间无限、食物无限、无种内种间竞争、无天敌等关系:r=ln,=er 具有开始和结束期限,而r是连续的、瞬时的;总是大于相应的rr=lnR0/T,ln=lnR0/T控制r的途径:1.降低R0,即世代
9、净增殖率降低;2.使T增大4指数增长模型的应用(1)根据模型求人口增长率第28页/共111页2023/2/2329(2)用指数增长模型进行预测加倍时间(Doubling time)(3)预 测 自 然 反 应 时 间(Natural response time)TR=1/r,r越大种群恢复越快;相反恢复越慢(二)与 密 度 有 关 的 种 群 增 长 模 型density-dependent growth1不连续增长模型第29页/共111页2023/2/2330Nt=K/(1+ea-rt)2连续增长模型1)模型的假设:有一个环境容纳量;增长率随密度上升而降低的变化是按比例的;种群每增加一个个体
10、对环境的影响是立即的2)逻辑斯谛方程(Logistic equation)第30页/共111页2023/2/2331第31页/共111页2023/2/2332第32页/共111页2023/2/2333a表示曲线对原点的相对位置,a=Ln(K-No)/No)S型曲线:曲线渐近于K值;曲线上升是平滑的3)逻辑斯谛曲线的分期:开始期、加速期、转折期、减速期、饱和期4)逻辑斯谛增长模型中各种成分的变化第33页/共111页2023/2/2334第34页/共111页2023/2/23355)逻辑斯谛增长模型及参数的意义r表示物种的潜在增殖能力,K表示环境容纳量是两个相互作用种群模型的基础是渔业、林业、农业
11、领域确定最大持续产量的主要模型:种群增加量最大的时间点,位于S曲线的拐点,(a/r,K/2)两个参数已成为生物进化对策理论中的重要概念第35页/共111页2023/2/2336四、自然种群的数量变动1种群增长2季节消长第36页/共111页2023/2/23373不规则波动第37页/共111页2023/2/23384周期性波动第38页/共111页2023/2/2339第39页/共111页2023/2/23405种群爆发或大发生第40页/共111页2023/2/23416种群平衡第41页/共111页2023/2/23427种群的衰落和灭亡8生态入侵Ecologicalinvasion:由于人类有意
12、识或无意识地把某种生物带入适宜其栖息和繁衍的地区,该生物种群不断扩大,分布区逐步稳定地扩展,这种过程称为生态入侵。第42页/共111页2023/2/2343五、种群调节1、外源性种群调节理论非密度制约的气候学派密度制约的生物学派2、内源性自动调节理论行为调节内分泌调节遗传调节六、集合种群动态1集合种群:局域种群通过某种程度的个体迁移而连接在一起的区域种群。2意义第43页/共111页2023/2/2344生物种及其变异与进化第44页/共111页2023/2/2345一、生物种的概念林奈:以形态标准和繁殖标准来识别,认为种是不变的、独立的,种间没有亲缘关系达尔文:种间存在亲缘关系,强调种间的连续性
13、,物种是人为划分的分类单位近代物种概念:形态、遗传相似性的种群构成,种内的相似性远大于种间的相似性Mayr:物种是由许多群体组成的生殖单元(与其它单元上生殖隔离),它在自然界中占有一定的生境位置。第45页/共111页2023/2/2346生物种具有的特点:真实存在的个体集合;可以进化改变的个体集合;物种是生态系统的功能单位二、基因库和基因频率基因库(gene pool)是指种群中全部个体的所有基因的总和。基因频率gene frequency:在一个种群中,不同基因所占的比例。基因型频率genetic frequency:一个种群内,每个基因型所占的比例。第46页/共111页2023/2/234
14、7哈-温定律(Hardy-Weinberg law):在一个巨大的、随机交配和没有干扰基因平衡因素的种群中,基因频率和基因型频率将世代保持稳定不变。三、遗传漂变遗传漂变(genetic drift):是指基因频率在小的种群里随机增减的现象,是由于小种群中基因分离和组合时产生的误差所引起的。第47页/共111页2023/2/2348四、变异与自然选择遗传物质的变异、基因表达蛋白质的变异、表型的数量性状变异多态现象:种群内许多等位基因的存在导致种群中一种以上的表型。渐变群:选择压力在地理空间上的连续变化,导致基因频率或表现型的渐变,形成一变异梯度。种群内个体生理上适应环境能力和遗传等级上存在差别,
15、选择就是对有差别的存活能力和生殖能力的选择。适合度Wml:综合了存活能力和生育能力两个方面;具有高适合度的基因频率随世代而逐渐增长,适合度低的,将随世代而减少五、两种进化动力的比较选择系数Selectivecoefficient选择系数的计算:遗传漂变强度第48页/共111页2023/2/2349第49页/共111页2023/2/2350第50页/共111页2023/2/2351六、遗传瓶颈和建立者效应遗传瓶颈:一个种群在某一时期由于环境灾难或过捕等原因导致种群数量急剧下降后,会伴随着基因频率的变化和总遗传变异的下降。第51页/共111页2023/2/2352建立者效应:遗传变异和特定基因在新
16、种群中的呈现完全依赖最初少数几个移植者的基因型,产生建立者种群,与母种群的差异越来越大,产生建立者效应。第52页/共111页2023/2/2353七、自然选择的类型1.稳定选择(stabilizing selection)2.定向选择(directional selection)3.分裂选择(disruptive selection)选择方式:个体选择,配子选择,亲属选择,群体选择,性选择第53页/共111页2023/2/2354八、物种形成基因流(一)地理物种形成说三步骤(三要素)1地理隔离2 独立进化3 生殖隔离机制的建立(二)物种形成的方式1 异域性物种形成(allopatric spe
17、ciation)2 邻域性物种形成(parapatric speciation)3 同域性物种形成(sympatric speciation)第54页/共111页2023/2/2355第55页/共111页2023/2/2356第56页/共111页2023/2/2357第57页/共111页2023/2/2358适应辐射:由一个共同的祖先起源,在进化过程中分化成许多类型,适应于各种生活方式的现象。第58页/共111页2023/2/2359第59页/共111页2023/2/2360生活史对策第60页/共111页2023/2/2361生态对策(bionomic strategy)或生活史对策(life
18、 history strategy):物种在进化过程中获得的生存对策。体现在身体大小、生长率、繁殖、寿命1能量分配与权衡达尔文魔鬼2体型效应大小与寿命正相关3生殖对策1)r选择:种群增长率最大化K选择:种群竞争能力最大化2)生殖价和生殖效率生殖价Reproductivevalue:x龄个体马上要生产的后代数量加上那些预期在以后的生命过程中要生产的后代数量。生殖效率:后代质量与投入能量的比值第61页/共111页2023/2/2362r-选择和K-选择的有关特征r-选择K-选择气候多变,难以预测和不确定稳定,可预测,可确定死亡率常是灾难性的,无一定规律性,非密度制约比较具有规律性,密度制约的扩散能
19、力强弱存活曲线型,幼体成活率低,无后代保护机制or型,幼体成活率高,有完善的后代保护机制种群大小时间上变动大,不稳定,通常K,生态上真空少变动,平稳,与K值接近,处于饱和状态第62页/共111页2023/2/2363种内种间竞争通常不紧张经常保持紧张选择有利于1 快速发育2 高rm值3 提早生育4 体型小5 单次生殖1 缓慢发育2 高竞争力3 生殖开始迟4 体型大5 多次生殖导致高生育力高存活率寿命短,通常1年r、K种群动态特征的区别:r-选择只有一个平衡点,K-选择有两个平衡点,其中一个是不稳定平衡点,也称灭绝点。第63页/共111页2023/2/2364Pianka,E.R.1970.On
20、 r-and K-selection.American Naturalist104:592597.第64页/共111页2023/2/2365commentingonr-andK-selectionThisexplanationwassuggestiveandinfluentialbutincorrect.Stearns,S.C.1992.The evolution of life histories.Oxford University Press,Oxford,UK.p206Physicshasfrictionlesshockeypucks,thermodynamicshasCarnoteng
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