《种群生态》PPT课件.ppt

第三章 种群生态,本章内容,种群的概念种群基本特征,一、种群的概念和基本特征,种群是指在特定时间内占有一定空间的同种生物个体的集合。,2 特性：,1 空间特性,2 数量特性,3 遗传特性,1 概念：,一、种群的概念和基本特征,1 概念：,空间特征：种群具有一定的分布区域数量特征：每单位面积(或空间)上的个体数量(即密度)及变动，密度、出生率、死亡率遗传特征：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不是个体的简单相加：种群虽由个体组成，但不等于个体的简单相加。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,一、种群的概念和基本特征,2 种群基本特征：（1）种群密度,种群大小：种群全部个体数目的多少。种群密度：单位面积或单位容积内某种群的个体数目。绝对密度：单位面积或空间内某种群的个体数。相对密度：能获得表示种群数量高低的相对指标。如鸟叫声、鼠洞个数 D=n/(a*t)标记重捕法：用于不断移动位置直接记数很困难的动物。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。,一、种群的概念和基本特征,种群密度,粗密度：单位空间内的个体数,生态密度：单位栖息空间内的个体数,种群密度的高低取决于环境中可利用的物质和能量多少、种群对物质和能量利用效率的高低、生物种群营养级的高低及种群本身的生物学特性。,最大密度,最适密度,最小密度,种群的空间分布：种内个体在其生存环境空间中的配置方式。3种类型,2 种群基本特征：（2）种群的内分布型,随机分布,均匀分布,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,每一个体在种群领域中各个点上出现的机会是相等的，并且某一个体的存在不影响其他个体的分布。随机分布比较少见，因为在环境资源分布均匀，种群内个体间没有彼此吸引或排斥的情况下，才产生随机分布当一批植物(种子繁殖)首次入侵裸地上，常形成随机分布，但要求裸地的环境较为均一,均匀分布,种群内个体在空间上呈等距离分布,竞争强，对抗性强的生物个体，或在匀质的环境中，例如人工林引起均匀分布主要原因：是由于种群内个体间的竞争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地形或土壤物理形状的均匀分布使植物呈均匀分布,集群分布,种群内个体在空间分布极不均匀，常成群、成簇或呈斑点状密集分布,成群分布形成的原因是：微地形的差异：植物适于某一区域生长，而不适于另外区域生长繁殖特性所致：种子不易移动而使幼树在母树周围或无性繁殖、实生苗的存活和各种竞争关系的存在动物和人为活动的影响资源分布和动物的社会行为（低水平集群和社会集群）是最常见的种群分布形式,检验空间分布的方法,分散度法 S2=(x-m)2/(n-1)S2=0(每个样方中个体平均数)均匀分布S2=m 随机分布S2 m 集群分布空间指数法 I=V/MI=1 随机分布I 1 均匀分布I 1 集群分布,出生率：种群产生新个体占总个体数的比率。生理出生率（最大出生率）：理想条件下所能达到的生态出生率（实际出生率）：种群在特定条件下实际繁殖的个数死亡率：种群的死亡情况。生理死亡率（最小死亡率）：理想条件下所能达到的生态死亡率（实际死亡率）：种群在特定条件下实际繁殖的个数,（3）种群的出生率与死亡率,迁出：种群内个体由于种种原因而离开领地，是种群减少的因素。迁入：个体由别的种群进入领地，是种群增长的因素。增长率：单位时间内种群数量增加的比率。,（4）种群的迁出率与迁入率,年龄结构：种群内各个体的年龄分布状况年龄金字塔增长型种群：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。衰退型种群：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。,（5）种群的年龄结构,性比：种群雌性个体数量与雄性个体数量的比例性比对种群出生率、死亡率和繁殖的影响植物多雌雄同株，如两性花，无性比问题,（6）种群的性比,二、自然种群的数量变动,环境容量：某种群在一个生态系统中，即一个有限的环境中所能稳定打到的最大数量（或最大密度），常用K值表示。决定于两个方面：光、温、水、养分等生态因子食性、行为、适应能力等遗传特性,（1）环境容量,1 概念：,增长率：单位时间内种群数量增加的比例，受到迁入、迁出的影响，决定于种群出生率与死亡率之差。种群的内禀增长能力（又称生物潜能或生殖潜能）：当环境无限制(空间、食物和其他有机体在理想条件下)，由种群内在因素决定的稳定的最大相对增长率，决定于年龄组成和个年龄群的特殊增长率，是种群固定增长能力的唯一指标。,世代的净增殖率,世代长度,（2）内禀增长率,2 种群增长型,J型增长,（1）指数增长无限环境或近似无限环境,世代分离（一年生植物和一代性昆虫）,1 种群呈下降趋势1 种群呈增长趋势,=1 种群不增不减,2 种群增长型,J型增长,（1）指数增长,2 Malthus方程（世代重叠，即一年繁殖数代或一年繁殖一代，而寿命在一年以上的种群）,2 种群增长型,S型增长,（2）逻辑斯谛增长资源有限,修正项（K-N）/K称为剩余空间，也是逻辑斯蒂系数，生物学含义：随着种群数量的增大，最大环境容量中种群尚未利用的剩余空间，实际上是环境压力的度量。（K-N）0 增长（K-N）0 减少（K-N）=0 平衡状态,逻辑斯谛方程的重要意义,1 是许多两个相互作用种群增长模型的基础；,2 是渔业、牧业、林业等领域确定最大持续产量的主要模型,3 模型中两个参数r 和K，已成为生物进化对策理论中的重要概念。,最大持续产量为保持在K/2点,最大持续产量为MSY=rK/4,种群波动：种群的数量岁时节的变化而上下摆动。变动的主要趋势：,3 自然种群的数量变动类型,规则波动（周期性、季节性波动）不规则波动种群大爆发种群平衡种群的衰落和灭亡生态入侵,（1）种群增长,J形曲线S形曲线中间过渡型,（2）季节增长,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，如浮游植物硅藻,由环境因子特别是气候的随机变化引起小型、短寿命物种的变化大,（3）不规则波动,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,（4）周期性波动,具不规则或周期性波动的生物都可能出现种群的爆发 蝗灾、赤潮以及水体富营养化,（5）种群爆发,（6）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,（7）种群衰退,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加快的原因：过度捕杀、生境破坏最小可存活种群,（8）生态入侵,紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)原产墨西哥，解放前由缅甸、越南进入我国云南，现已蔓延至2533N地区，并向东扩展到广西、贵州境内。它常连接成片，发展成单种优势群落，侵入农田，危害牲畜，影响林木生长，成为当地“害草”。,由于人类有意识或无意识地把某种生物带入适宜其栖息和繁衍的地区，其种群不断扩大，分布区逐步稳定地扩展的过程,种群调节：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总是围绕或趋向于某一平衡水平对于避免物种灭绝具有重要意义,4 种群调节,（1）概念,密度制约作用 各种生物互相作用，不改变环境容量非密度制约作用 与种群本身密度大小无关的因素，如光、温度两者都是通过种群本身内在的增长势和环境对种群增长的限制两个反向力之间的平衡达到的。内源性因子 外源性因子,（2）调节机制,气候学派,气候学派多以昆虫为研究对象种群参数受气候条件强烈影响，种群增长主要受有利气候时间短暂的限制种群没有时间达到环境容量所容许的数量水平，无食物竞争强调种群数量的变动，否定稳定性,生物学派,主张捕食、寄生、竞争等过程对种群调节的决定作用只有密度制约因子才能调节种群的密度食物对种群调节的重要作用，如旅鼠气候学派和生物学派的折中：适于不同的环境条件,自动调节学说,外源性种群调节理论气候学派生物学派内源性自动调节理论自动调节学说焦点动物种群内部行为调节内分泌调节遗传调节,行为调节 温-爱德华（WYUNE-EDWARDS）学说,种内个体间通过行为相容与否调节其种群动态结构的一种方式领域性：指由个体、家庭或其他社群单位所占据的，并积极保卫不让同种其他成员侵入的空间。保卫领域方式：鸣叫、气体标志、威胁、直接进攻驱赶入侵者社群等级：动物种群种各个动物的地位具有一定顺序的等级现象。通过社群行为，可以限制生境中的动物数量,内分泌调节克里斯琴（CHRISTIAN）学说,种群数量上升时，种内个体经受的社群压力增加，加强了对中枢神经系统的刺激，影响了脑垂体和肾上腺的功能，使促生殖激素分泌减少(使生长和生殖发生障碍)和促肾上腺皮质激素增加(机体的抵抗力可能下降)，这种生理反馈机制使种群增长受到停止或抑制，社群压力降低主要适用于兽类,遗传调节奇蒂（CHITTY）学说,种群数量可通过自然选择压力和遗传组成的改变得到调节种群内的遗传多型是遗传调节的基础不同遗传素质决定生物种群适应能力及死亡率遗传与生物的行为、扩散等因素一起对种群数量进行调节,三 种内、种间关系,1 种内关系,（1）植物的密度效应,植物生长可塑性大，生长是对外部环境的响应同时在一定时间内，当植物种群的个体数目增加时，就必定会出现邻接个体之间的相互影响最后产量衡值法则-3/2自疏法则,最后产量恒值法则,在一定大范围内，当条件相同时，不管一个种群的密度如何，最后产量差不多总是一样的。Y=W*d=CY单位面积产量，W植物个体平均重量，d为密度，C常数原因：密度增加时，竞争加强，生长率下降，个体变小,-2/3自疏法则,自疏现象：同一种植物因密度引起的个体死亡自疏导致的密度和个体重量的关系：C=d*W-a a为一个恒定数值等于3/2，其双对数曲线斜率为-3/2,故称为-3/2自疏法则。,-2/3自疏法则,自疏现象：同一种植物因密度引起的个体死亡自疏导致的密度和个体重量的关系：C=d*W-a a为一个恒定数值等于3/2，其双对数曲线斜率为-3/2,故称为-3/2自疏法则。,领域性领域：指由个体、家庭或其他社群单位所占据的，并积极保卫不让同种其他成员侵入的空间领域行为：鸣叫、气味标志、威胁、直接进攻入侵者的保护领域的行为领域面积与动物及环境的关系：体重、食物品质、季节社会等级社会等级现象：动物种群中个体的地位具有一定顺序的现象社会等级的基础：支配行为社会等级的意义：优胜劣汰领域性、社会等级和种群调节种群数量调节物种进化,（2）动物的领域性和社会等级,竞争：是指两物种或更多物种争夺同一对象的相互作用。干扰竞争利用竞争竞争强度与亲缘远近、生活型、生活习性的不同而有差别,2 种间关系,（1）竞争,竞争：是指两物种或更多物种争夺同一对象的相互作用。干扰竞争利用竞争竞争强度与亲缘远近、生活型、生活习性的不同而有差别,2 种间关系,（1）竞争,高斯假说,在一个稳定的环境内，两个以上受资源限制的、但具有相同资源利用方式的物种，不能长期共存在一起。要求相同资源的两个物种不共存与一个空间长期共存在同一地区的两个物种，由于剧烈竞争，他们必然会出现栖息地、食物、活动时间或其他特征上的生态位分化,竞争模型LOTKA-VOLTERRA模型,式中：是种2的一个个体对种1的阻碍系数（竞争系数）是种1的一个个体对种2的阻碍系数,两物种的竞争结局从理论上讲可有以下三种：（1）种1胜而种2被排除；（2）种2胜而种1被排除；（3）两种共存,竞争模型LOTKA-VOLTERRA模型,K1/K2，K1/K2 两种可能获胜K1/K2，K1/K2 物种2被排斥，物种1取胜K1/K2，K1/K2 稳定的平衡点，两种共存,（2）捕食,捕食：前一营养级的生物取食和伤害后一营养级的生物广义的捕食概念：典型的捕食植食拟寄生：昆虫界同类相食,（3）共生,广义的共生：偏利共生：一方得利，对另一方无害附生植物与被附生植物是一种典型的偏利共生，如地衣、苔藓、某些蕨类以及很多高等的附生植物（如兰花）附生在树皮上，借助于被附生植物支撑自己，获取更多的光照和空间资源原始合作：彼此都有所得互利共生（根瘤菌）兼性 专性,（4）寄生,寄生现象：一种物种从另一种物种的体液、组织或已消化的物质获取营养并造成对宿主的危害。微寄生物和大寄生物 全寄生和半寄生专性寄生和兼性寄生寄生物和宿主种群数量动态在某种程度上与捕食类似,他感作用植物体通过向体外分泌代谢过程中的化学物质，对其他植物产生直接或间接影响的现象，这种分泌物质称化感作用物质存在于种内和种间克生物质乙烯、香精油、酚及其衍生物，不饱和内脂、生物碱、配糖体等生态意义对农林业生产的影响：梨侩锈病影响植物群落的种类组成植物群落演替的重要内在因素间、混、套作植物的选择造林植物的选择搭配,（5）他感作用,一些植物他感作用的具体途径 水淋溶、根分泌、挥发物、残体分解、不同植物具体途径不同,（5）他感作用,四 种群的进化与适应,1 物种的形成与灭绝（1）物种的形成,Mayr(1982)：物种是由许多群体组成的生殖单元（与其他单元生殖上隔离），它在自然界中占有一定的生境位置。,物种的特点：,生物种是由内聚因素（生殖、遗传、生态、行为、相互识别 系统等）联系起来的个体的集合。,物种是自然界真实存在的。,物种是一个可随时间进化改变的个体集合。,物种是生态系统中的功能单位。,物种形成的步骤,地理隔离独立进化生殖隔离 合子前隔离 合子后隔离,物种形成的方式,1）异域性物种形成,与原来种由于地理隔离而进化形成新种，为异域性物种形成。,2）邻域性物种形成,新种形成在相邻种群。,3）同域性物种形成,新种从原来种群分布区内出现。,（2）物种灭绝,人类过度捕猎或栖息地被破坏最小种群原则：一些群居生活的生物，其群聚的程度有一个下限的要求，如果低于临界下限，该生物钟就不能正常生活，甚至不能生存。,2 生态对策,生态对策：生物朝不同方向进化的生存对策。也称为生活史对策。,r对策,K对策,特点：快速发育，小型成体，数量多而个体小的后代，高的繁殖能量分配和短的世代周期。,特点：慢速发育，大型成体，数量少但体型大的后代，低繁殖能量分配和长的世代周期。,r-K对策,r对策和K对策中间的过渡类型，可称r-K连续体，应用于杂草、害虫和拟寄生生物。,两条道路,遭遇两种环境,？,如何应对,以K-对策者模式应对,以r-对策者模式应对,物种进化过程,不稳定环境不可预测灾变较多,稳定环境竞争较为激烈,生物,稳定环境,r-K-,r-K-,不稳定环境,稳定环境,不稳定环境,生物,r,K,r,K,r-对策者K-对策者,环境,生物进化方向,R选择与K选择比较,一个物种的进化必然会改变作用于其他生物的选择压力，引起另一物种性状发生变化而进化，这些变化反过来又是作为对前一物种性状的反应而进化，这种互相适应、相互作用的共同进化关系称为协同进化捕食者与猎物协同进化最好的实例昆虫与植物食草动物与植物寄生物与宿主,3 协同进化,捕食,兔子与猞猁 的种群震荡,捕食：一种生物摄取其它种生物个体的全部或部分为食。前者称为捕食者后者称为猎物或被食者。,食草作用,食草对植物的危害和植物的补偿作用危害：随受损部位、发育阶段的不同而异补偿：自然落叶减少、单位光和面积提高、增加种子重量植物的防卫反应毒性与差的味道防御结构：钩、倒钩、刺植物与食草动物的相互动态放牧系统：植物-食草动物相互作用系统牧场依靠放牧维持较高的生产力过度放牧引起草场退化,