环境生态学教学第三章.ppt

第三章 生物种群,种群的概念和基本特征 种群的增长 种群的数量变动和调节 种间的相互作用 生态位,思考题,1.1.1基本概念 种群的基本概念 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. 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. *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.,第一节 种群的概念和基本特征,种群的基本概念,1.1.2种群的特征 空间特征 均匀型 随机型 集群型 数量特征 种群密度、死亡率、年龄结构、性比等 遗传特征每个个体都携带相似的基因组合,4,随机分布,个体在种群中出现的机会是相等的，个体间互相不影响。 随机分布比较少见 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一,5,5,均匀分布,个体呈等距离的分布格局。 原因：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 地形或土壤物理形状的均匀分布使植物呈均匀分布,6,6,6,成群分布,成群分布：个体呈块状或呈簇、成群分布 原因： 微地形的差异 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 动物和人为活动的影响,7,样方大小与种群内分布型分析,(a) 实际分布 (b) 大块的样方，结果呈现是聚集分布 (c)小块的样方，结果呈现的是随机分布,种群的基本特征,1.1.3 种群生态学 种群生态学的核心内容是：种群的数量变动规律，即种群数量在时间上和空间上的变动规律及其变动原因(调节机制) 意义：种群生态学的理论和实践，对合理地利用和保护生物资源、有效地控制病害虫以及人口问题都有重要指导意义。,1.2种群的密度和阿利氏规律,1.2.1种群密度 1）一个种群全体数目的多少，叫种群大小。单位空间中的种群数量叫种群密度，通常以个体数或生物量来表示。 2）粗密度和生态密度 粗密度是指单位空间中的生物个体数(或生物量)； 生态密度则是指单位栖息空间内种群的个体数量(或生物量)。 生态密度常大于粗密度。,相对密度和绝对密度,1.2种群的密度和阿利氏规律,3）常用调查法 数量调查法：一种直接计数的方法，适用于一些大型而明显易见的生物，直接计数全部的个体。 取样调查法：绝大多数的种群是不能直接计数全部个体的，只能抽取一部分样本来作为代表性的数量特征，用以估计种群总体的密度。 常用的：样方法、标志重补法、去除取样法等,1.2 种群的密度和阿利氏规律,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。 标志重捕法：对移动位置的动物，在调查样地上，捕获一部分个体进行标志，经一定期限进行重捕，根据重捕中标志个体占总捕获数的比例来估计该种群的数量。 去除取样法等：标记重捕法的一个简单化的变型，即在一个封闭的种群里，随着连续地捕捉，种群数量逐渐减少，捕获数也逐渐降低，捕捉的累积数就逐渐增大。当单位努力的捕捉数等于零时，捕获累积数就是种群数量的估计值。,13,草 原,样方法,1.2 种群的密度和阿利氏规律,2.2 阿利氏规律 种群密度过高时，由于食物和空间等资源缺乏，排泄物的毒害以及心理和生理反应，则会产生不利的影响，导致出生率下降、死亡率上升，产生所谓的拥挤效应 种群密度过低，雌雄个体相遇机会太少，也会导致种群的出生率下降，并因此产生一系列生态后果。 种群密度过低和过密对种群的生存与发展都是不利的，每一种生物种群都有自己的最适密度，这就叫阿利氏规律 阿利氏规律对于濒临灭绝的珍稀动物的保护有指导意义。,1.2 种群的密度和阿利氏规律,2.3 集群现象及生态学意义 动物的集群生活也称为集群现象 生态学意义： 集群有利于物种生存，如共同防御天敌，保护幼体等。 集群有利于改变小气候条件。 集群也可能改变环境的化学性质。,1.3 年龄结构和性别比,1.种群年龄结构是指种群中各年龄期个体的百分比，即各年龄级的相对比率。 2.种群的年龄结构常用年龄金字塔或称年龄锥体来表示。,17,年龄结构的三种类型,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。 下降型种群：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。,性别比,性别比,性别比,1.4 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.,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.,1.4 种群的出生率和死亡率,3.生命表和存活曲线 生命表:以列表的形式，详细地记载种群各年龄组的死亡个体数、平均死亡率和存活率，并且由此计算出平均死亡年龄和生命期望。,1.4 种群的出生率和死亡率,3.生命表和存活曲线 存活曲线:以生物的相对年龄(由绝对年龄除以平均寿命而得到)为横坐标，再以各年龄的存活率jx为纵坐标所画出的曲线。,1.4 种群的出生率和死亡率,25,存活曲线的模式,型：表示种群在接近于生理寿命之前，只有个别的死亡。死亡率直到末期才升高。如大型兽类和人类。 型：表示个体各时期的死亡率是对等的。鸟类、爬行类 型：表示幼体的死亡率很高，以后的死亡率低而稳定。鱼类、两栖类、牡蛎、甲壳类。,26,第二节 种群的增长 种群增长模型的研究目的： 阐明自然种群动态的规律及其调节机制，帮助理解各种生物的和非生物的因素是怎样影响种群动态的。 哪些因素决定种群的大小？ 那些参数决定种群对自然和人为干扰的反应速率？,第二节 种群的增长模型 2.1 种群的内禀增长,28,种群增长率：种群的实际增长率 自然增长率：出生率死亡率 lRo / Ro为净世代增殖率，为世代时间 控制人口途径： 降低Ro值，降低世代增值率，限制每对夫妇的子女数 值增大：推迟首次生殖时间或晚婚来达到 内禀增长率(rm)： 当环境无限制(空间、食物和其他有机体在理想条件下) ，稳定年龄结构的种群所能达到的最大增长率,29,2.2 与密度无关的种群增长模型,非密度制约性种群增长 种群在“无限”的环境中，即假定环境中的空间、食物等资源是无限的，则种群就能发挥内禀增长能力，数量迅速增加 种群增长率不随种群本身的密度而变化，种群呈指数增长格局 种群离散增长模型 种群连续增长模型,30,种群离散增长模型,31,连续增长模型,32,种群离散增长模型,33,33,r, rm和关系,r和rm r为种群瞬时增长率 rm 指在空间、食物不受限制，在最适密度稳定的年龄分布、无天敌和疾病威胁，环境和食物条件最好情况下种群最大的瞬时增长率 r和,34,34,34,34,种群的指数/逻辑斯谛增长模型之比较,=rN,环境阻力,dN dt,K 值,时间,K=1000,=rN,K-N K,dN dt,种群大小,K 2,2.3 种群在有限环境中的逻辑斯谛增长,2.3 种群在有限环境中的逻辑斯谛增长,35,2.3 种群在有限环境中的逻辑斯谛增长,36,两点假设： 环境容纳量(K)：环境条件所容纳的种群最大值 增长率随密度上升而降低的变化，是成比例的。每一个体利用空间为1/K，N个体利用N/K空间，剩余空间为1- N/K。,2.3 种群在有限环境中的逻辑斯谛增长,37,37,2.3 种群在有限环境中的逻辑斯谛增长,38,38,38,38,在种群增长早期阶段，种群大小N很小，N/K值也很小，因此1-N/K接近于1，所抑制效应可忽略不计，种群增长实质上为rN，呈几何增长。 当N=1/2K时，种群密度增长最快 当N变大时，抑制效应增高，直到当N= K时，(1-(N/K)变成了(1-(K/K)等于0，这时种群的增长为零，种群达到了一个稳定的大小不变的平衡状态。,2.3 种群在有限环境中的逻辑斯谛增长,39,39,39,39,密度制约的发生导致r随密度增加而降低，这与r保持不变的非密度制约性的情况相反。 S曲线可以解释并描述为非密度制约增长方程乘上一个密度制约因子，就得到逻辑斯谛方程(logistic equation)。 种群增长量(微分式)：dN/dt=rN(1-N/K) 种群数量(积分式) ： Nt=K/(1+ea-rt),39,第三节 种群的数量变动和调节,3.1 种群的数量变动 （一）种群增长 自然种群数量的变动常表现为“J”型和“S”型两类增长型之间的中间过渡型。,第三节 种群的数量变动和调节,（二）种群的季节消长 指种群数量在一年的不同季节的数量变化。如硅藻,（三）种群的不规则波动（如东亚飞蝗）和周期性波动(北美野兔 、猞猁 ）,42,（四）种群的爆发 种群在短时期内数量迅速增长，称为种群爆发。具不规则或周期性波动的生物都可能出现种群的爆发，如裸藻、水葫芦,43,（五）种群平衡 种群较长期地维持在同一水平上，称为种群平衡,（六）种群的衰落和灭亡 种群长期处于不利条件下，其数量出现持久性下降，即种群衰退甚至灭亡 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 （鲸鱼、大象） 最小可存活种群,3.1 种群的数量变动,（七）种群崩溃 在种群大发生后，出现大批死亡，种群数量急剧下降。称为种群崩溃。 （八）生态入侵 由于某种原因，种群进入新地区后得到迅速扩展蔓延，称为生态入侵。如澳大利亚引进穴兔，紫茎泽兰进入我国西南地区。 例如：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”。,45,生态入侵,国家环保总局公布了种外来入侵物种，分别为紫茎泽兰、薇甘菊、空心莲子草、豚草、毒麦、互花米草、飞机草、凤眼莲（水葫芦）、假高粱、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、强大小蠹、美国白蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙。 据国家环保总局最近公布，我国由于生物入侵造成的直接经济损失已高达亿元。 在美国已有4500余种生物入侵成功，仅夏威夷州就有2000余种外来生物定居，而且每年还以20(30)种不断入侵。,生态入侵,生态入侵对生态系统的影响是多方面的。外来入侵种对生物多样性的影响表现在两个方面： 一是外来入侵物种本身形成优势种群，使本地物种的生存受到影响并最终导致本地物种灭绝，破坏生物多样性，使物种单一化。 二是通过压迫和排斥本地物种导致生态系统的物种组成和结构发生改变，最终导致生态系统受到破坏。,51,3.2 种群调节,外源性种群调节理论 气候学派 生物学派 折衷学派 内源性自动调节理论 行为调节 内分泌调节 遗传调节,1外源性因子调节学说 气候学派。认为气候因素是种群数量变动的主要动因。 生物学派。主张捕食、寄生、竞争等生物过程对种群调节起决定作用。 折衷学派。主张气候因子和生物因子都具有决定种群密度的作用，但视具体条件而异。,2内源性因子调节学说 内源性因子调节学说又称为自动调节学说，持这种学说的学者认为，种群有一平衡密度，且由种群内部的因素起决定性的调节作用。这些调节因子包括行为、内分泌和遗传因素，因而又可称为行为调节、内分泌调节和遗传调节学说。 (1)行为调节学说 认为动物社群行为是调节种群的一种机制如社群等级和领域性。,内源性因子调节学说,(2)内分泌调节学说 认为当种群数量上升时，种群内部个体经受的社群压力增加，加强了对动物神经内分泌系统的刺激，影响下垂体的功能，引起生长激素和促性腺激素分泌减少，而促肾上腺皮质激素分泌增加，结果导致出生率下降，死亡率上升，从而抑制了种群的增长。 (3)遗传调节学说 认为个体遗传素质的不同是决定它们的适应能力以及死亡的主要原因，而这种遗传素质是由亲代遗传下来的，因此，种群密度高低的后果往往不是在当代就出现，而是通过改变种群自身的遗传素质，再使下一代受影响。,3.3 种群进化与生态对策,生物朝不同方向进化的“对策”，称为生态对策。 根据生物的进化环境和生态对策可分为r对策和K对策两类。 r对策生物一般个体小，寿命短，存活率低，但增殖率(r)高，具有较大的扩散能力，适应于多种栖息环境，种群数量常出现大起大落的突发性波动。如昆虫、细菌、藻类等。 K对策生物一般个体较大，寿命长，存活率高，适应于稳定的栖息生境，不具有较大扩散能力，但具有较强的竞争能力。种群密度较稳定，常保持在K水平。如大象、鲸鱼、恐龙等。,3.3 种群进化与生态对策,r对策生物和K对策生物的主要特征比铰,第四节 种间的相互作用,各生物种群内部个体和个体之间的关系称为种内关系。 生活于同一生境中的所有不同物种之间的关系称为种间关系。 生物的种内关系包括密度关系、动植物性行为(植物的性别系统和动物的婚配制度)、领域性和社会等级等。 生物的种间关系则多种多样，可概括分为两类： 正相互作用：趋向于促进或增加 负相互作用：趋向于抑制或减少,生物种间关系基本类型,58, 得利； 表示受损；0 无明显影响,种间关系,1正相互作用 正相互作用可按其作用程度分为偏利共生、原始协作和互利共生三类。 偏利共生 偏利共生是指种间相互作用仅对一方有利，对另一方无影响。如地衣、苔藓等附生在树皮上。 原始协作 原始协作是指两种生物在一起，相互作用，双方获利，但协作是松散的，分离后双方仍能独立生存。如寄居蟹和某些腔肠动物。,种间关系,互利共生 互利共生是两个物种长期共同生活在一起，彼此相互依赖，相互依存，并能直接进行物质交流的一种相互关系。如豆科作物和根瘤菌。 2负相互作用 负相互作用包括竞争、捕食、偏害和寄生等。 偏害 偏害作用是指当两个物种在一起时，其中一个物种的存在可以对另一物种起抑制作用，而自身却无影响。如抗生素。,种间关系,寄生 寄生作用是指一个种（寄生者)寄居于另一个种(寄主)的体内或体表，靠吸取寄主的营养而生活的现象。寄生可分为体外寄生(寄生在寄主体表)与体内寄生(寄生在寄主体内)两类。如蛔虫、菟丝子属植物等。 竞争 生物种群的竞争通常包括种间和种内竞争。 种间竞争指具有相似要求的物种为了争夺空间和资源而产生的一种直接或间接抑制对方的现象。 竞争的结果可向两个方向发展：一是一个物种完全排挤掉另一物种；另一个是不同物种占有不同的空间(地理上分隔)，捕食不同食物(食性上的特化)，或其他生态习性上的分离，即生态分离，也可能使两个物种间形成平衡而生存。,种间关系,捕食作用 捕食作用是指高一营养级动物取食或伤害低一营养级的动物和植物的种间关系。 包括四种类型： 食肉动物捕食其他动物并以后者为食物 食草动物取食绿色植物 昆虫拟寄生者,如寄生蜂，它们与寄生者的区别是，拟寄生者总是杀死其宿主，而真寄生者不杀死其宿主 同类相食，即捕食者与被食者为同一物种,他感作用,1.概念 他感作用是指一种植物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的影响。 该作用是种间关系的一部分，是生存竞争的一种特殊形式；种内关系也有该现象。 2.他感作用的范围和作用物质 高等植物之间、高等植物与微生物之间、微生物与微生物之间及浮游动物之间均存在他感作用。 他感作用的物质包括乙烯、香精油、酚及其衍生物，不饱和内脂、生物碱、配糖体等,他感作用,3.生态学意义（98页） 对农林业生产和管理 研究植物群落中的种类组成 研究植物群落的演替,第五节 生态位,一、生态位的概念 生态位 (niche) 指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色；在自然生态系统中一个种群在时间、空间上的位置及其在相关种群之间的功能关系(n-维生态位) 物种的生态位不仅决定于它们在哪里生活，而且也决定于它们如何生活以及如何受到其他生物的约束。 生态位概念不仅包括生物占有的物理空间，还包括它在群落中的功能作用以及它们在温度、湿度、土壤和其他生存条件的环境变化梯度中的位置。,第五节 生态位,生物生长发育的不同时期生态位不同 基础生态