种群生态学4学习.pptx
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1、一.生物种群及种群生态学二.种群的基本特征三.种群的数量动态及调节四.种群的种内关系五.种群的种间关系 第1页/共122页一一.生物种群与种群生态学生物种群与种群生态学第2页/共122页1.生物种群(Biotic Population)在一定的时间内,占据特定空间的同种生物个体的总和。第3页/共122页第4页/共122页第5页/共122页第6页/共122页第7页/共122页第8页/共122页第9页/共122页第10页/共122页2.种群特征:数量特征:种群具有的密度、出生率、死亡率、迁入率和迁出率空间分布特征:种群有一定的分布区域和分布方式遗传特征:具有一定的遗传组成-进化、适应能力第11页/
2、共122页3.种群生态学种群生态学(Synecology):就以生物种群及其环境为研究对象,研究这些群体属性,包括种群的基本特征、种群的统计特征、数量动态及调节规律、种群内个体分布及种内、种间关系。任任务务:研究种群的数量和结构的变化及其变化的原因第12页/共122页二二.生物种群的基本特征生物种群的基本特征第13页/共122页1.1.种群的大小和密度种群的大小和密度2.2.种群的年龄结构和性比种群的年龄结构和性比3.3.种群的出生率与死亡率种群的出生率与死亡率4.4.生命表和生存曲线生命表和生存曲线5.5.种群的内禀增长率种群的内禀增长率6.6.种群的环境容纳量种群的环境容纳量第14页/共1
3、22页1.种群大小(Size):一个种群的全体数目多少。一个种群的全体数目多少。200200只羊,只羊,30003000人人密度(Density):单单位位面面积积或或单单位位容容积积内内某某个个种种群群的的个个体体数数目目 320320人人/平方公里;平方公里;3030万穗万穗/亩亩相对密度公式:D=n/aD=n/at t第15页/共122页粗密度(Crude Density):是指单位空间内的个体数(或生物量);生态密度(Ecological Density):是指单位栖息空间(种群实际所占据的有用面积或空间)内的个体数(或生物量)。栖息空间无效空间第16页/共122页密度的测定绝对密度:
4、(1)普查法:如人口普查 (2)取样调查法 木本:n/10m2 草本及农作物:n/1m2 水体:n/15ml 动物:标记重捕相对密度:盖度,频度,丰度第17页/共122页(1)环境中可利用的物质和能量的多少;(2)种群对物质和能量利用效率的高低;(3)生物种群营养级的高低;(4)种群本身的生物学特性(如同化能力的高低等)。影响种群密度的因素第18页/共122页“饱和点”和最适密度 当环境中拥有可利用的物质和能量最丰富、环境条件最适应时,某种群可达到该环境下的最大密度,这个密度称为“饱和点”。维持种群最佳状况的密度,称为最适密度。第19页/共122页拥挤效应将几十只老鼠放在面积约9平方米的栏圈内
5、,不限制它们的食物、饮水和空气,研究长达两年。按正常的繁殖比例计算,预计最终会有5000只成年鼠。然而实验结果是栏圈中的成年鼠数目从未超过200只。科学家发现,在这个拥挤的环境里,虽然食物、饮水和筑巢材料很丰富,但动物的行为发生了异常。引起拥挤效应。第20页/共122页第21页/共122页从黑龙江到云南一线的西北约占国土总面积的64%,但人口只占全国总人口的4%;而在该线东南占总面积36%的土地上生活着96%的人口。第五次人口普查人口地区分布数据显示,我国东、中、西部地区人口密度分别为452.3人km2、262.2人 km2和51.3人 km2,东部人口密度是西部的8.8倍。平均密度500人
6、km2的省市包括上海、天津、江苏、北京、山东和河南等六省市;平均密度在200499人 km2的省有浙江、安徽、广东、河北、湖北、湖南、辽宁、福建和江西等9省;平均密度在50199人 km2的省区包括海南、四川、山西、贵州、广西、陕西、吉林、云南、黑龙江和宁夏等;平均密度不足50人 km2的省区有甘肃、内蒙古、新疆、青海和西藏。第22页/共122页 2.年龄结构:各个年龄或年龄组在整个种群中都占有一定的比例,形成一定的年龄结构 研究种群的年龄结构对分析种群动态和进行预测预报具有重要价值第23页/共122页 从生态学的角度,种群的年龄结构可以分为三种类型:增长型种群、稳定型种群和衰退型种群。第24
7、页/共122页(1)增长型:种群的年龄结构含有大量的幼年个体和较少的老年个体,幼中年个体除了补充死亡的老年个体外还有剩余,所以这类种群的数量呈上升趋势。(2)稳定型:种群中各个年龄级的个体比例适中,在每个年龄级上,死亡数与新生个体数接近相等,所以种群的大小趋于稳定。(3)衰退型:种群含有大量的老年个体,种群数量趋于减少。第25页/共122页我国第五次人口普查结果显示014岁人口占总人口的比重为22.89,比1990年人口普查下降了4.8个百分点。65岁及以上人口占总人口的比重为6.96,比1990年人口普查上升1.39个百分点。第26页/共122页是种群雌性个体与雄性个体的比例.3.种群的性别
8、比例种群的性别比例(1)雌雄相当:多见于高等动物。如黑猩猩、猩猩等。(2)雌多于雄:多见于人工控制的种群。如鸡、鸭等有些野生动物在繁殖时期也是雌多于雄,如象海豹。(3)雄多于雌:多见于营社会性生活的昆虫。如家白蚁。第27页/共122页性比与种群的配偶关系,对出生率有很大影响。在单配种,即一夫一妻的种群中,雄性个体与雌性个体的比例决定着繁殖力,例如10000只掠鸟的性比为60(雄性):40(雌性),则夫妻对是4000而不是5000,以每对产5只小掠鸟计算,则可出生幼鸟20000,而不是25000 性比是种群雌性个体与雄性个体的比例.第28页/共122页我国人口性比1953年 107.6:1001
9、964年 105.5:1001982年 106.3:1001990年 106.6:1002000年 106.7:100男性比女性多3.68107人。第29页/共122页出生率是指种群产生新个体占总个体数的比率。不论这些新个体是通过分裂、出芽(低等植物、微生物)、结籽、生产等哪一种方式,都视为出生。生理出生率(Physiological Natality)又叫最大出生率(Maximum Natality),是指种群在理想条件下所能达到的最大出生率。生态出生率(Ecological Natality)又叫实际出生率(Realized Natality),是指在一定时期内,种群在特定条件下实际繁殖的
10、个体数,4.出生率与死亡率第30页/共122页生理死亡率(Physiological Mortality)是指在最适条件下所有个体都因衰老而死亡,即每个个体都能活到 该 物 种 的 生 理 寿 命(Physiological Longevity),因而使种群死亡率降到最低。对野生生物来说,生理死亡率同生理出生率一样是不可能实现的,它只具有理论意义和比较意义。由于受环境条件、种群本身大小、年龄组成的影响,以及种间的捕食、竞争等,实际死亡率远远大于理想的死亡率。生态死亡率(Ecological Mortality)是指在一定条件下的实际死亡率,可能有少数个体能活到满生理寿命,最后死于衰老,但大部分
11、个体将死于饥饿、疾病、竞争、遭到捕食、被寄生、恶劣的气候或意外事故等。第31页/共122页(1)生命表)生命表 生命表是按种群生长的时间,或按种群的年龄(发育阶段)的程序编制的,系统记述了种群的死亡或生存率和生殖率.是最清楚、最直接地展示种群死亡和存活过程的一览表.生命表方法是研究种群数量变动机制和制定数量预测模型的一种重要方法。生命表起源于人寿保险事业,用以估计人的期望寿命。现已在动物种群和昆虫种群中广泛使用。5.生命表与生存曲线生命表与生存曲线第32页/共122页 生命表的主要优点系统性:记录了从世代开始至结束.阶段性:记录各阶段的生存或生殖情况.综合性:记录了影响种群数量消长的各因素的作
12、用状况.关键性:分析其关键因素,找出主要因素和作用的主要阶段.第33页/共122页生命表的一般构成 x:按年龄或一定时间划分的单位期限.(如:日、周、月等)nx:x期开始时的存活率 dx:x期限内(xx+1)的死亡数 qx:x期限内的死亡率,常以100 qx 和1000 qx表示 qx=dx/nx lx:x期开始时存活个体的百分数.lx=nx/n1Lx:xx+1期间的平均存活数目 (nx+nx+1)/2Tx:x期限后平均存活数的累计数 Tx=Lxex:x期开始时的平均生命期望值 ex=Tx/nx nx dx是直接观察值,其余参数为统计值第34页/共122页藤壶的生命表 *对1959年固着的种群
13、,进行逐年观察,到1968年全部死亡,资料根据康内尔(Conell,1970)(引自Krebs,1978)。第35页/共122页生命表的类型(1)动态生命表(dynamic life table):根据同年出生的所有个体进行存活数动态资料编制而成的生命表。或者:跟踪同一时间出生的一个种群的死亡或存活动态过程而获得数据编制的表。编制这种生命表要观察一个足够大的种群从出生到死亡的各年龄阶段的全部过程。(2)静态生态表(StaticLifetable):是根据某一种群在特定时间内的年龄结构而编制的。第36页/共122页 生命表建立的一般步骤一、设计、调查 根据研究对象的生活史、分布及各类环境因子特点
14、,确定调查取样方案.二、确定生命表类型:如:特定时间生命表(适合实验种群的研究)特定年龄生命表(适合自然种群的研究、记录各发育阶段dx的死亡原因,死亡原因一栏用dxf表示)三、划分时间间隔 在了解其生物学的基础上,合理划分时间间隔,可采用年、月、日或小时等.但野外(如对自然种群)要得到有关生物年龄资料较困难.可通过鉴定它们死亡时的年龄,对dx作出估计.四、制表、生命表数据分析第37页/共122页I型:接近于生理寿命时死亡率升高。如一些大型哺乳动物和人类。II型:种群各年龄期死亡率基本相似.如爬行类/鸟类和啮齿类动物III型:幼体的死亡率很高.如多数鱼类、两栖类、海洋无脊椎动物和寄生虫。(2)生
15、存曲线第38页/共122页在无限制环境条件下,种群增长率决定于年龄组成和各年龄群的特殊增长率。对于某一种群来说,不同的年龄构成表现出不同的增长率,当建立了稳定的年龄分布时,其稳定的相对增长率称为内禀增长率(rm)又称为生物潜能 6.内禀增长率第39页/共122页某种群在一个生态系统中,即一个有限的环境中所能稳定达到的最大数量(或最大密度),称为系统的环境容纳量(Carrying capacity),常用K表示。时间tK种群数量7.种群的环境容纳量第40页/共122页三三.种群的数量动态及调节种群的数量动态及调节第41页/共122页1.1.种群增长的基本理论模型种群增长的基本理论模型2.2.种群
16、的实际数量动态种群的实际数量动态3.3.种群调节种群调节4.4.生态对策生态对策第42页/共122页1.1.种群的增长模型种群的增长模型(1 1)种群在无环境限制条件下的指数式增长(J J型)特征种群在不受环境条件限制下,即食物充足、无种内竞争、无天敌、具有稳定的年龄结构,并且光、温、湿等环境条件处于最适状态,种群以指数方式增长,此时的种群增长率最大,称作内禀增长率种群增长率稳定不变,不受种群自身密度的影响类型A 离散种群增长型:世代分离的种群B 连续种群增长型:世代连续的种群第43页/共122页A 离散种群增长型种群的增长是一代一代进行的,各世代相互分离,没有重叠,如昆虫和个别一年生植物其中
17、,是模型的重要参数,即每个世代的净生殖率 1 1,种群密度上升 1 1,种群稳定 0 01 1,种群下降 0 0,雌体没有繁殖,种群在下一代灭亡第44页/共122页J J型增长型增长:世代分离种群的指数增长世代分离种群的指数增长第45页/共122页B 连续种群增长型种群的增长呈连续状态,各世代间有重叠,种群中同时有不同年龄级的个体共存方程解:指数式增长微分方程:种群数目的变化时间的变化种群的大小种群的增长率 某一时间t时的种群大小初始种群大小第46页/共122页N0r0r=0r0时,种群增长;当(K-N)0时,种群个体数目减少;当(K-N)=0时,种群大小基本处于稳定的平衡状态。可见,逻辑斯谛
18、系数对种群数量变化有一种制动作用,使种群数量总是趋向于环境负荷量,形成一种S形的增长曲线第50页/共122页NJ型KS型t环境阻力图2-4种群增长型有限的空间仅能容纳K个个体,每个体利用的空间是1/K,N个体利用了N/K空间,而可供种群继续增长的“剩余空间”就只有(1N/K)了。第51页/共122页开始期加速期转折期减速期饱和期NKS型t第52页/共122页时 间 tK种群数量2.2.种群的实际数量动态种群的实际数量动态(1)(1)种群波动种群波动种群波动指种群的数量随时间的变化种群波动指种群的数量随时间的变化而上下摆动的情况。是由内因和外因而上下摆动的情况。是由内因和外因不断变化引起的。不断
19、变化引起的。原因:1.自然界无机环境不恒定2.生物内部的自动调节第53页/共122页季节波动季节波动(2)(2)种群周期性波动种群周期性波动包括季节波动和年波动第54页/共122页(3)(3)非周期性波动非周期性波动如由于冻害、干旱引起的数量波动第55页/共122页(4)(4)种群爆发或大发生种群爆发或大发生具有不规则或周期性波动的生物都可能出现种群大发生。最闻名的大发生见于害虫和害鼠。例如蝗灾,鼠害。如1967年我国新疆北部地区发生小家鼠,造成的粮食损失达1.5亿kg。赤潮是种群爆发的典型例子。所谓赤潮是指水域中一些浮游生物(如腰鞭毛虫、裸甲藻、梭甲藻、夜光藻等)爆发性增殖所引起水色异常的现
20、象。赤潮的主要原因是有机物污染,氮、磷等营养物过多形成富营养化。第56页/共122页由于人类有意识或无意识地把某种生物带入适宜于其栖息和繁衍的地区,种群不断扩大,分布区逐步稳定地扩展,这种过程称生态入侵生态入侵(Ecological invasion).欧洲的穴兔(Oryctolagus cuniculus)于1859年由英国引入澳大利亚西南部,由于环境适宜和没有天敌,每年以112.3km速度向北扩展,经过16年后澳洲东岸发现有穴兔,即16年中向东推进了1770km。种群数量同样很高,成为一大危害,与牛羊竞争牧场。人们采用许多方法,耗资巨大,都未能有效地控制。最后在第二次大战以后,引入黏液瘤病
21、毒,才将危害制止。(5)(5)生态入侵生态入侵第57页/共122页我国曾将可作为饲料、观赏和防治重金属污染的植物凤眼莲(俗称水葫芦)从美洲引入,广为种植,结果成了令人头痛的恶性杂草,原因是在南美有200多种天敌昆虫食取它,在我国却没有。紫茎泽兰在原生地并未成灾也是这个道理。紫茎泽兰入侵我国时,天敌没有一同进入,使它在我国的云南、四川一带泛滥成灾。第58页/共122页凤眼莲第59页/共122页一枝黄花第60页/共122页当种群长久处于不利条件下,或在人类过度捕猎、或栖息地被破坏的情况下,其种群数量会出现持久性下降,即种群衰落,甚至灭亡。个体大、出生率低、生长慢,成熟晚的生物,最早出现这种情形。例
22、如由于二次世界大战捕鲸业停顿,战后捕鲸船吨位上升,鲸捕获量上升。由于大量捕获,先是蓝鲸种群衰落,并濒临灭绝。继而长须鲸日趋减少。(6)(6)种群衰落和灭亡种群衰落和灭亡第61页/共122页(6)(6)种群衰落和灭亡种群衰落和灭亡第62页/共122页种群较长期地维持在几乎同一水平上,称为种群平衡。大型有蹄类、肉食类、蝙蝠类动物,多数一年只产崽一个,寿命长,种群数量一般是很稳定的。在昆虫中,如一些蜻蜓成虫和具有良好种内调节机制的社会性昆虫(如红蚁、黄墩蚁),其数量也是十分稳定的。(7)(7)种群平衡种群平衡第63页/共122页当种群数量偏离平衡水平上升或下降时,有一种使种群数量返回平衡水平的作用,
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