昆虫生态学绪论.ppt

昆虫生态学,刘长仲甘肃农业大学草业学院,内 容,绪 论,第一节 生态学的概念第二节 种群的基本概念第三节 种群的基本特征,生态学（Ecology）一词，源于希腊文oikos+logos，意为“住所、栖息地”和“论述、学科”。从字义上讲，生态学是关于居住环境的科学。即研究生物的聚居地或生境。,第一节 生态学的概念一、生态学的定义,1.Haeckel(1866)：研究生物（特别是动物）生活过程中与环境的关系。2.Reiter(1885)：有机体与环境间的相互关系。,生态学定义,这两种定义简明而广泛。后来生态学将研究对象分为三个层次：个体、种群和群落。生态学家研究的层次不同，提出的定义也就不同。,植物生态学家主要强调个体和群落。3.Warming(1909)植物生态学研究环境因子对植物的影响。（个体和群落）4.Weaver&Clements(1929)强调生态学是一门野外科学。5.Braun Blanquet(1932)研究植物群落的科学。6.(1933)植物与其周围环境相互作用中的形态、结构与化学特点。（个体）,生态学定义,动物生态学家主要强调个体和种群。7.Shelford(1907)研究有机体的生活要求和家务习性的科学。8.HaymoB(1955)研究动物的生活方式与生存条件的联系，以及动物生存条件对繁殖、生活数量及分布的意义。9.Krebs(1972)环境与生物分布和数量的相互关系。,生态学定义,随着生态系统概念的提出，研究重点开始向生态系统转移，动植物生态学合并，现代生态学家给生态学下了新的定义。强调生态系统及其能流、物流。10.Odum(1959)研究生态系统的结构和功能的科学。11.马世骏(1979)：生态学是一门多学科的自然科学，它研究生命系统与环境系统之间的相互规律及其机理。,生态学定义,二、生态学的研究对象,传统生态学是研究生物个体以上水平（个体、种群、群落、生态系统）的生物与生物、生物与环境之间关系的科学。它是生物学的基础学科之一（形态、生理、遗传等），同时又是唯一将研究对象扩大到生物体以外的科学。,现代生态学主要以生态系统为研究的基本单位，生态系统由生产者、消费者、分解者和非生物环境组成，其功能主要表现在物质流、能量流和信息流（稳态和调节功能）上，通过这三大流，生态系统的各个成员联系成为一个具有统一功能的系统。,生态学研究对象,生态学研究对象,生态系统,植物 动物 微生物 无机物,环境,光能,热能,图1-1 生态系统,生物与环境和生物与生物之间的相互作用。生态学的研究内容如此广泛，我们认为采用最早的、简明而广泛的定义更加合适。即生态学是研究生物与环境间相互关系的科学。生物包括动物、植物、微生物和人类及其不同的层次；环境指生物生活其中的环境系统，包括无机、有机和社会环境（或因素）。,生态学研究对象,自然科学和社会科学相互渗透，形成了许多交叉学科，使得生态学的边界非常模糊。,生态学研究对象,生态学不同于其它学科，它由许多学科归纳而成，系多源起源的。Odum把生物学的分支学科比作多层蛋糕，水平向按研究内容分为一些基础学科，如形态学、生理学、遗传学、生物化学、生态学、细胞学、分子生物学等，垂直向按生物的类群划分为植物学、动物学等分支学科。生态学是生物学的基础学科之一，不同的分类类群有其分支学科，它还与生物学之外的学科结合形成了许多边缘学科。,三、生态学的分支,生命科学基础学科,生物分类,生物学分支学科,水平向按研究内容分为一些基础学科，垂直向按生物的类群划分为分支学科。生态学是生物学的基础学科之一，不同的分类类群有其分支学科，它还与生物学之外的学科结合形成了许多边缘学科。,现代生态学的进展与特点1.描述 实验(种间、种内的关系等)2.现象 本质(分子生态学、生态遗传学)3.个体 种群+群落 生态系4.与生产实践密切结合(应用生态学)5.分支学科不断出现(污染生态学、工程生态学),生态学分支,1.研究对象的分类类群：动物生态学（哺乳动物、昆虫、鸟类、鱼类生态学等）；植物生态学（地衣、苔藓、森林、草原生态学等）；微生物生态学（真菌、细菌、病毒生态学等）；人类生态学（人口、民族、历史生态学等）；土壤生态学；气象生态学；社会生态学；经济生态学；等等。,生态学分支,2.研究对象的组织水平微观生态学（个体以下的各层次生态学）个体生态学 种群生态学 群落生态学生态系统生态学 景观生态学 全球生态学,3.研究目的和性质理论生态学：生态学理论和数学推理应用生态学：工程、技术、医学生态学等多数生态学分支学科。,种群生态学研究的内容：定量地研究种群的出生率、死亡率、迁入迁出率；了解影响种群波动的因素及种群存在、发生规律；了解种群波动所围绕的平均密度及种群衰落、灭绝的原因。目的:调控种群。,生态学分支,4.生物的生存环境陆地生态学 海洋生态学 淡水生态学 河口生态学 荒漠生态学 草原生态学 沼泽生态学 冻原生态学 土壤生态学 城市生态学 太空生态学 5.研究方法 数学生态学 化学生态学 物理生态学 地理生态学 经济生态学 系统生态学 实验生态学 进化生态学 行为生态学 生理生态学 古生态学 等等,四、生态学的发展历史（一）世界生态学发展萌芽期(公元前2世纪公元16世纪)生态学建立前期,（一）世界生态学发展2.成长期(16世纪20世纪40年代)Raumur,1735,6卷昆虫学著作 Malthus,1798,人口增长 Liebig,1840,植物最低因子定律 Lotka,1925,种群增长的数学模型 Elton,1927,动物生态学 Verhust,1938,Logistic 方程,（一）世界生态学发展 成熟期(20世纪50年代今)人才如云 H.P.Odum,1953.Fundamentals of ecology.1957,1971再版 1977年获美国泰勒生态学奖,资源短缺,能源危机,人口爆炸,粮食不足,环境污染,自实其果,漫画,Andrewartha,H.G.&Birch,L.C.1973.The history of insect ecology.In:Smith,R.F.et al.eds.History of entomology.Ann.Rev.Inc.pp.229-266.,（二）中国古代昆虫生态学成就,蝉方得意美荫而忘其身，螳螂执翳而搏之，见得而忘其形，异鹊从利之。庄子螳螂捕蝉，岂知黄雀在后。,螳螂捕蝉,中国古代陶器印模,（二）中国古代昆虫生态学成就5200年前，中国人已经能养蚕纺纱。至少在2600年以前，人们已根据害虫的取食部位把植食性害虫分为螟、腾、蟊、贼4类。公元前707年就已开始较详细记载蝗灾的发生。战国时期已把耕作技术与害虫防治结合起来。公元30年已有了治虫法规。1600年前，我国南方橘农就已开始了生物防治实践。公元948 950年间，隐帝承祐就下令禁捕取食蝗虫的鸟类。大约在宋代，一整套包括法规防治、人工防治、农业防治、生物防治、物理防治措施等的蝗虫综合治理体系已经形成。,蟋蟀皇帝 明宣宗,中国蟋蟀文化,中国科学家所研究的成果在国外了解得很不够，但他们在飞蝗种群动态的研究和粘虫远距离迁飞的研究等等，是世界一流的。伊藤嘉昭(1980),马世骏(19151991)中国科学院院士。山东人，北平大学农学院学士，美国犹他州立大学硕士，明尼苏达大学博士。是中国现代生态学的开拓者和奠基人。在国内外有一定影响。发表论文150余篇，专著5本。招收硕士研究生20余名，博士生17名。马世骏.昆虫动态与气象.北京：科学出版社，1957马世骏.中国昆虫生态地理概述.北京：科学出版社，1959马世骏(主编).现代生态学透析.北京：科学出版社，1990,丁岩钦(1928)陕西人，1953年学士毕业于西北农学院，1961年硕士研究生毕业。主要从事蝗虫和棉花害虫的生态学研究。是我国昆虫数学生态学的奠基人。丁岩钦.昆虫种群数学生态学原理与应用.北京：科学出版社，1980丁岩钦.昆虫数学生态学.北京：科学出版社，1994,林昌善(191？2000)北京大学教授，以研究粘虫长距离迁飞而知名。林昌善(主编).粘虫生理生态学.北京：北京大学出版社，1990尚玉昌，蔡晓明.普通生态学(上册).北京：北京大学出 版社，1992蔡晓明，尚玉昌.普通生态学(下册).北京：北京大学出 版社，1995尚玉昌.行为生态学.北京：北京大学出版社，1998 张宗炳、张青文、孙平、阎凤鸣,李隆术()金陵大学研究生毕业。主要仓库害虫和螨类学研究。赵志模，郭依泉.群落生态学原理与方法.重庆：科学技 术文献出版社重庆分社，1990赵志模，周心远.生态学引论害虫综合防治的理论 及应用.重庆：科学技术文献出版社重庆分社，1984,庞雄飞(19302004)1953年学士毕业于华南农学 院，后留苏获副博士学位，1997年当选为中国科学院院士。主要从事水稻害虫生态学和瓢虫分类学研究。庞雄飞，梁广文.昆虫种群系统控制.广州：广东科技出 版社，1995庞雄飞，尤民生.昆虫群落生态学.北京：中国农业出版 社，1996教材：昆虫学通论、普通昆虫学,徐汝梅(1938)天津人，1959年毕业于北京师范大学。主要温室白粉虱生态学研究。徐汝梅.昆虫种群生态学.北京：北京师范大学出版社，1987(2005年第二版)徐汝梅.种群数量的时空动态对温室白粉虱的系统 探 讨.北京：北京师范大学出版社，1990徐汝梅.蒋南青.展望宏观生态学.武汉：湖北教育出版 社，1998,（三）种群生态学的发展,种群生态学的主要来源是人口统计学(demography)和应用昆虫学(entomology)。,（三）种群生态学的发展,1.人口统计学,英国人Graunt是近代人口统计学的创始人，1662年他进行了人类种群数量的研究，强调了定量化测定人类种群的出生率、死亡率、性比和年龄组配。Malthus(1798)发表人口论指出人口按几何级数增长而食物供应不大于算数级数，因而繁殖会受到制约。Darwin认为生存斗争是应用于整个动植物界的马尔萨斯理论。比利时Quetelet(1835)认为，种群增长的阻力，是与种群增长率的平方成比例增加的，其意义在于，种群以几何级数增长的潜力，被种群增长的阻力所平衡。其学生Verhurst(1838)建立了Logistic方程。,（三）种群生态学的发展,2.应用昆虫学,英国昆虫学家Ross(1908)用表示病原体、传病按蚊与人类数量的相互关系的数学式描述了疟病流行。他提出的公式即是Lotka-Volterra模型的原型。1889年，Koebele引进澳洲瓢虫防治吹绵蚧获得成功。从此，应用昆虫学开始注意研究天敌与害虫的相互关系，这方面的研究促进了种群生态学的发展。Howard(1911)首次提出昆虫死亡的原因分为两大类：与密度无关的大变动因素(catastrophic factor)，和与密度相关的因素(facultative factor)。1920年，Lotka导出寄主与寄生物之间数量上相互关系的数学模型。此外，其他学科的发展也为种群生态学做出了贡献。1896年，丹麦Peterson首次用标记重捕的方法估计鱼类数量。意大利数学家Volterra导出天敌-猎物相互作用方程，以及近缘种之间的竞争方程，等等。,五、种群生态学的研究内容、目的,内容：种群的空间格局；种群的数量动态及其调节；种群的空间动态(扩散、迁移)及其调节；种群间的相互作用。目的：了解种群密度的水平，即某地某时间序列上种群的数量；了解种群数量变动及其原因；了解种群的空间分布；了解种群间相互作用及协同进化的问题。,生态学教学参考书籍,徐汝梅.昆虫种群生态学.北京师范大学出版社,1987(2005)孙儒泳等.基础生态学.高等教育出版社,2003.孙儒泳.动物生态学原理(第三版).北京师范大学出版社,2001.王刚，张大勇.生物竞争理论.陕西科学技术出版社,1996张大勇等.理论生态学研究.高等教育出版社,2000尚玉昌,蔡晓明编.普通生态学.北京大学出版社,1992.曲仲湘,吴玉树,王焕校,姜汉桥,唐廷贵编.植物生态学(第二版).高等教育出版社,1983.,生态学教学参考书籍,Begon M.,Mortimer M.Population Ecology.Blackwell Scientific Publications,1981Mackenzie A,Ball AS,Virde SR.Ecology.Bios Scientific Publishers Limited,1999.Molles,M.C.生态学:概念与应用 Ecology:Concepts and Applications.科学出版社 McGraw-Hill,2000.Chapman JL,Reiss MJ.生态学：原理与应用 Ecology:principles and applications.清华大学出版社，Cambridge University Press,2001.张金屯,李素清.应用生态学.科学出版社,2003.Richard B.Primack.保护生物学概论.湖南科学技术出版社,1996.(祁承经译)赵志模，郭依泉编著，群落生态学原理与方法，科学技术文献出版社重庆分社，1990庞雄飞等.昆虫群落生态学.中国农业出版社,1996,生态学期刊,生态学报 中国生态学会，1982生态杂志 中国生态学会，1982AMBIO-人类环境杂志 瑞典皇家科学院，1972应用生态学报 中国生态学会，1990生物多样性 中国科学院濒危物种委员会，1993植物生态学报 中国植物学会，中国科学院植物研究所，1955Ecology the Ecological Society of America，1920 Journal of Ecology 1913 Journal of Animal Ecology 1932,国内生态学有关网站,搜索引擎-WWF-万方数据-中国期刊网-生物学文摘（BA）-中国科学院生物多样性委员会-中国科学院生态环境中心-,第二节 种群的基本概念,一、种群 同一物种在一定空间和一定时间的个体的集合体。是具有潜在互配能力的个体。二、区别种群和种(物种)的概念 种是能够相互配育的自然种群的类群。不同种之间存在生殖隔离现象。是一个分类阶元。一个物种可以包括许多种群；不同种群之间存在明显的地理隔离，长期隔离有可能发展为不同亚种，甚至产生新的物种；种群是构成物种的基本单位，也是构成群落的基本单位(组成成分)。,第二节 种群的基本概念,三、种群的类型(按研究对象分)自然种群 实验种群 单种种群 混种种群,第三节 种群的基本特征,种群特征与个体特征比较,个体1.个体生物的生与死2.年龄与性别3.生长发育4.个体的运动,种群1.种群的发生与消亡出生率与死亡率2.年龄结构，性比3.种群的数量变化4.种群的运动：迁入迁出、迁徙、分散其它特征略,第三节 种群的基本特征一、种群的密度（density）,每个单位空间内个体的数量（或生物量）。密度是种群最基本的参数，也是种群重要的参数之一。（相对量）种群密度和生物的大小及该生物所处的营养级有关。,种群大小（size）：指该种群所包含的个体数目的多少。（绝对量）,单位空间可以指面积，也可以指体积。生物量（biomass）：个体数目个体的平均体重,总体密度与生态密度,总体密度或粗密度 crude density 对生境不加区分的基础上确定的单位空间的种群大小如每亩国土面积上鱼的量；显然，对水面积和土地面积未加区分,生态密度 ecological density 在生物适宜空间范围内确定的单位空间的种群大小如每亩水面积鱼的量；排除了不适宜鱼类生活的陆地的面积,上屏 下屏,生态密度与总体密度(或粗密度)ecological density&crude density,Month of year,Water depth,30cm,Estimated fish density,egg-laying,O N D J F M A M J J A S O,Water levels,crude density,ecological density,英格兰小池塘水体年度变化,上屏 下屏,第三节 种群的基本特征一、种群的密度（density）,根据种群密度的适宜程度，分为：最适密度（optimal density）：种群增长处于最佳状况时的种群密度。饱和密度(saturate density)：特定环境所能允许的种群最大密度。最低密度：濒临灭绝前的种群密度。,密度的调查方法介绍,1.总数量调查法：在某一面积的同种个体数目。2.样方调查：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。3.标志重捕法原理：假设种群大小估计值为N，捕捉、标志、释放之后，群体中有标记个体为M，在重捕中，若捕捉数量为n，而其中的标志个体数量为m，则有：N=M.n/m前提或假设：调查期间数量稳定；标志个体均匀分布在全部个体之中；标志操作不影响动物的行为和死亡。4.去除取样法,上屏 下屏,去除取样法a,假设：种群密度稳定，无迁入、迁出重复去除，导致种群密度下降，可估计初始的种群密度将单位时间捕获量与积累捕获量制图，求回归直线，直线延长与积累捕获量坐标相交处即种群密度原理：在假设前提下，虽捕捉次数增加，逐次捕获量一般有下降趋势，在回归线与积累捕获量相交时，就是种群已经全部被捕捉了，而此值就应该是种群大小。,上屏 下屏,去除取样法b,捕获积累数量 X,Y单位时间的捕获数,20 40,20100,上屏 返回,单体生物(unitary organism)构件生物(modular organism),单体生物个体由一个受精卵发育而成，形态上基本一致，器官数目基本固定的生物，如高等动物和多数自由活动的低等动物构件生物由一个合子发育形成一套构体(modules)组成的生物，构体产生构件，构件数量随环境条件变化。如同种树的枝条数量差异颇大单体生物和构件生物的区别,下屏 返回,构件生物与单体生物的差异,上屏 下屏,构件生物与密度,构件生物的种群密度可以有2种测度1 单位空间生物个体的量如每平方公里某种树木的株数；或集材量2 将一株植物作为一个种群对待，将构件作为个体看待，则有单位空间某种植物某种构件（如：树枝）的数量,上屏 返回,第三节 种群的基本特征二、种群的分布型,1.定义:种群在一个地区的分布方式，既个体如何在空间配置的。或种群在一定空间的个 体扩散分布的一定形式。2.研究分布型的现实意义 抽样设计方案 数据处理 扩散行为,第三节 种群的基本特征二、种群的分布型,3.种群分布型的类型 均匀分布、随机分布、集群分布,第三节 种群的基本特征二、种群的分布型,3.种群分布型的类型 均匀分布、随机分布、集群分布随机分布：每个个体的位置不受其他个体分布的影响。均匀分布：个体间的距离比随机分布更为一致。可看作是随机分布的特例。,第三节 种群的基本特征二、种群的分布型,3.种群分布型的类型 集群分布：个体呈疏松不均匀的分布。又称聚集分布。是最常见的类型。集群分布一般可分为核心分布型和负二项分布型 核心分布型(奈曼分布):分布不均匀,个体形成很多小集团或核心,核心之间的关系是随机的.负二项分布型(嵌纹分布):个体分布疏密相嵌,很不均匀.,第三节 种群的基本特征三、种群的出生率和死亡率,1.出生率 生理出生率(最大出生率):在理想条件下所能达到的最大出生数量.生态出生率(实际出生率):在一定时期内,种群在特定条件下实际出生数量.内外因素共同作用影响的结果.影响出生率的因素:a.性成熟速度;b.每次产仔数;c.每年生殖次数;d.生殖年龄的长短.,第三节 种群的基本特征三、种群的出生率和死亡率,2.死亡率 生理死亡率(最小死亡率):在最适条件下个体因衰老而死亡,其种群死亡率降到最低.生态死亡率(实际死亡率):在一定条件下的实际死亡率.许多个体死于各种生物或非生物影响的因素.出生率和死亡率一般都以种群中每单位时间每1000个个体的出生或死亡数来表示.,第三节 种群的基本特征四、种群的年龄结构(age structure),1.定义：年龄结构是指种群中各个年龄级个体数的分布情况，也称年龄分布或年龄组成(age distribution or composition)。2.年龄的划分：以绝对年龄划分：年、月、日、时等。以生殖状况划分：繁殖前、繁殖期、繁殖后年龄，如鸟类等。人类这三期相近，昆虫前期很长，繁殖期短，后期无。,第三节 种群的基本特征四、种群的年龄结构(age structure),3.年龄结构的表示法：年龄比例（age ratio）：种群中各年龄级的个体数占种群个体总数的比例。年龄金字塔(age pyramid)：按年龄级由小到大的顺序，将各龄级个体数或年龄比例用图形表示。上下表示年龄级，左右宽度表示各龄级个体数或年龄比例。,我国河北省人口年龄结构,18821892190219121922193219421952196219721982,1.20岁以下的人口明显占较大的比例，说明人口的增长趋势,2.生育年龄人口比例仍占较大比例,数量特点,黑田鼠(Microtus agrestis)试验种群的稳定年龄分布（上）固定年龄分布（下）注意：横坐标为年龄,上屏 返回,第三节 种群的基本特征四、种群的年龄结构(age structure),增长型金字塔：典型金字塔，出生率大于死亡率。基部宽、顶部狭窄。稳定型金字塔：钟形，出生率与死亡率相近。各部相近。衰退型金字塔：壶形，死亡率大于出生率，数量趋于下降。基部窄，中上部宽。,第三节 种群的基本特征四、种群的年龄结构(age structure),4.年龄结构的应用：A.判断动物濒危状况的一个重要标志。B.经济鱼类的捕捞标志-捕捞种群年龄的低龄化和小型化现象。C.研究人口的有用工具。,第三节 种群的基本特征四、种群的年龄结构(age structure),降低人口增长率的措施（政策）：a.晚育，假如20岁生育，100年生育5代；25岁生育，100年生育4代，少生一代，对于我国来说就意味着少生2亿多人。b.少生。但长期执行“临界生育水平”（人口增长为零）以下的出生率标准，又会使年龄结构出现衰退型，使社会人口老龄化。,第三节 种群的基本特征五、性比,大多数生物的自然种群内个体比率常为1:1出生时雄性多于雌性，随年龄增长，雌性多于雄性。性比也受环境因素影响，如食物的丰歉。如赤眼蜂，当食物短缺时，雌性比例下降。,动物性比资料,动物性比资料（续前表）,第三节 种群的基本特征六、多型现象,种群内的个体在形态、生殖力、体重及其他生理生态习性上产生差异，而出现种群内不同生物型。这种不同不单表现在相异，同性个体也有不同。如飞虱长短翅，社会性昆虫等,