生态学课件H

H1种群和种群结构,要点,种群,种群是一定区域内同种生物个体的集合。种群间的边界可以是任意的。种群可以根据组成种群的生物是单体生物还是构件生物进行分类。在单体生物种群中，每一受精卵发育成一单个个体。在构件生物种群中，受精卵发育成一个结构单位，这一结构单位再形成更多的构件和分支结构。然后这些结构可能分裂，形成许多无性系分株。,肯尼亚的斑马种群,H1POPULATIONSANDPOPULATIONSTRUCTURE,Apopulationisagroupoforganismsofthesamespecieswhichoccupiesagivenarea.Theboundariesbetweenpopulationscanbearbitrary.Populationsmaybecategorizedasconsistingofeitherunitaryormodularorganisms.Inunitarypopulations,eachzygotegivesrisetoasingleindividual.Inmodularorganisms,thezygotedevelopsintoaunitofconstructionwhichgivesrisetofurthermodulesandabranchingstructure.Thestructuremaythenmaythenfragmentproducingmanyindividualramets.,KeyNotes,Population,种群大小,对于单体生物和种群如哺乳类，其种群大小就是一定区域内个体的数量，非常简单。对于构件生物，如植物和珊瑚，情况就较复杂。对于这些种群，“断片”（无性系分株）或枝条（构件）的数目比不同个体的数量更有意义代表多度。,种群密度一般,种群密度很高,Thepopulationsizeforunitaryorganisms,suchasmammals,issimplythenumberofindividualsinagivenarea.Formodularorganisms,suchasplantsandcorals.Thesituationismorecomplex.Inthiscasethenumberofpieces(ramets)orthenumberofshoots(modules)maygiveamoremeaningfulindicationofabundancethanthenumberofdifferentindividuals.,Populationsize,年龄和时期结构,种群的年龄结构是每一年龄阶段个体数目的比率，通常以年龄金字塔图来表示。既不增长也不下降的种群有稳定的年龄分布。增长型的种群有更多的年轻个体，而在下降型种群中年老的个体占优势。当种群经历离散和发育时期（如昆虫的龄期）时，每一时期个体的数目（“时期结构”）可以对种群进行有效的描述。对于生长率无法预测的物种（如植物），根据大小分类可能更有意义。,相关主题,出生率、死亡率和种群增长（H2）竞争的性质（I1）密度和密度制约（H3）捕食的性质（J1）种群动态波动、周期和混沌（H4）,Theagestructureofapopulationisthenumberofindividualsineachageclassexpressedasaratio,andisusuallydisplayednorcontractingnorcontractingwillhaveastationaryagedistribution.Agrowingpopulationwillhavemoreyoung.Whileadecliningpopulationwillbedominatedbyolderageclasses.Whereorganismspassthroughdiscretegrowthstages(e.g.insectlarvalinstars),thenumberofindividualsateachstage(thestagestructure)mayprovideausefuldescriptionofthepopulation.Inspecieswheregrowthratesareindeterminant(suchaxplants),sizeclassesmaybemoreinformative.,Relatedtopics,Natality,mortalityandpopulationThenatureofcompetition(I1)growth(H2)Thenatureofpredation(J1)Densityanddensitydependence(H3)Populationdynamicsfluctuations,cyclesandchaos(H4),Ageandstagestructure,H2出生率、死亡率和种群增长,要点,出生率,出生率就是新个体的产生，实际出生率就是一段时间内每个雌体实际的成功繁殖量。特定年龄出生率就是特定年龄组内雌体在单位时间内产生的后代数量。,死亡率,死亡率是在一定时间段内死亡个体的数量除以该时间段内种群的平均大小。这是一个瞬时率，可用来估价整个种群的死亡率或特定年龄群的特定年龄死亡率，死亡的概率是死亡个体数除以在每一时间段开始时的个体数。,H2NATALITY,MORTALITYANDPOPULATIONGROWTH,Nntalityisthebirthofnewindividuals.Therealizednatalityistheactualsuccessfulreproductionperfemaleoveraperiodoftime.Theage-specificbirthrateisthenumberofoffspringproducedperunittimebyfemalesinspecificageclasses.,KeyNotes,Natality,Thedeathrate,ormortalityrate,isthenumberofindividualsdyingduringagiventimeintervaldividedbytheaveragepopulationsizeoverthattimeinterval.Thisisaninstantaneousrateandbeestimatedforthepopulationasawholeorforspecificageclassestogivetheagespecificmortalityrate.Theprobabilityofdyingisthenumberdyingperindividualpresentatthestartofthetimeperiod.,mortality,存活率,存活率是死亡率的倒数。对于一个特定种群，存活率的数据通常以存活曲线的形式来表示；存活曲线表示的是在每一个生活期存活个体所占的比率的对数值。根据各种生活期死亡率的高低，特定年龄存活曲线一般有三种模式：后期死亡率最高（类型I），各期死亡率相等（类型II），早期死亡率最高（类型III）。,生命表,生命表总结了一组出生时间大体相同的个体从出生到死亡的命运，这样的一组个体称为同生群，这样的调查称为同生群分析。生命表表示存在于不同生命阶段或年龄个体的数量，以及每一阶段的年龄特定存活率和年龄特定死亡率。每一阶段的死亡率用k值表示，k是通过对数函推导出来的，并且可以相加得出总死亡率。,人生三无奈,Survivorshipistheconverseofmortality.Survivorshipdataareoftenshownasasurvivorshipcurveforaparticularpopulation;agraphshowingtheproportionofsurvivorsonalogarithmicscalethrougheachphaseoflife.Therearethreegeneralizedpatternsofage-specificsurvivorshipdependingonwhethertheprobabilityofdyingishighestlaterinlife(TypeI),constantthroughlife(TypeII)orhighestforyoungstages(TypeIII).,Survivorship,Lifetablessummarizethefateofagroupofindividualsbornatapproximatelythesametimefrombirthtotheendofthelifecycle.Suchagroupisknownasacohortandinvestigationofthiskindistermedcohortanalysis.Lifetablesshowthenumberofindividualspresentatdifferentlifestagesoragestogetherwithage-specificsurvivalratesandage-specificmortalityratescalculatedforeachstage.Mortalityateachstageisexpressedbyk-valueswhicharederivedfromlogarithmsandcanbesummedtogivetotalmortality,Lifetables,K-因子分析,这一方法可以辩明关键因子对死亡率的作用。连续几年获得的特定阶段k值与总死亡率（k总）相比。K因子分析强调那些死亡率最高的阶段，这些阶段是种群丧失率和种群大小波动的关键。,生殖力表,生殖力是指同一个体生产的卵、种子或处于生活史第一阶段后代的数目。生殖力表可计算基础生殖率R0。R0是在同生群结束时每个亲体产生后代的数量。在一年生种群中，R0表示在这段时间内，种植增长或下降的总的程度。,Thistechniqueallowstheidentificationofkeyfactorscontributingtomortality.Stage-specifick-valuesobtainedoversuccessiveyearsarecomparedtothevaluesfortotalmortality(ktotal).K-Factoranalysishighlightsthosestagessufferingthegreatestmortalitywhichareresponsibleforfluctuationsinlossrateandhencepopulationsize.,k-Factoranalysis,Fecundityisthenumberofeggs,seeds,oroffspringinthefirststageofthelifecycleproducedbyanindividual.ThefecundityscheduleallowsthecalculationofthebasicreproductiverateR0.Thisisthenumberofoffspringproducedperoriginalindividualbytheendofthecohort.Inanannualpopulation,itindicatestheoverallextenttowhichthepopulationhasincreasedordecreasedoverthattime.,Thefecundityschedule,种群增长,种群大小随时间的变化可以按如下方法计算：t时间种群原来数量（Nt），加上新出生的个体数（B）和迁入个体数（I），减去死亡个体数（D）和迁出的个体数（E），就可得到t+1时间种群的数量（Nt+1），这可用以下方程表示。Nt+1=Nt+B+IDE在一组特定条件下，一个体具有最大的生殖潜力，称为内禀自然增长率r。这是种群在不受资源限制的情况下，于一定环境中可达到的理论最大值。,Thechangesinpopulationsizeovertimecanbecalculatedbyaddingbirth(B)andthenumberofimmigrants(I)totheoriginalpopulationattimet,(Nt),andsubtractingthenumberofdeaths(D)andemigrants(E)togiveanewpopulationsizeanthetimet+1(Nt+1).Thisisrepresentedbytheequation;N=N+B+IDEForaparticularsetofconditions,anindividualhasamaximumpotentialforreproductionwhichisitsintrinsicnaturalrateofincrease,r.Thisisthetheoreticalmaximumthatmaybereachedinagivenenvironmentifthepopulationisnotresource-limited.,populationgrowth,非密度制约性种群增长,这种无限增长可用连续型种群模型来描述，以在t时间时，种群数量的变化率来表示：t时间种群大小的变化率=内禀增长率种群大小dN/dt=rN,Unlimitedgrowthofthiskindisdescribedbyacontinuouspopulationmodelandexpressedintermsoftherateofchangeinpopulationnumbersattimet:RateofchangeofpopulationIntrinsicrateofincreaseSizeattimet=populationsizedN/dt=rN,Density-independentpopulationgrowth,密度制约性种群增长：逻辑斯谛方程,逻辑新谛方程描述的是一个在有限资源空间中的简单种群的增长。在早期，资源丰富，死亡率最小，繁殖尽可能的快，种群内个体可达到内禀增长率。种群呈几何式增长，直到种群数量达到环境可持续支持的最大程度，这个最大数量称为环境容纳量（K）。当种群更加拥挤时，种群增长率减少到零，种群大小处于稳定状态。这可用逻辑斯谛方程来表示：T时间种群大小变化率=内禀增长率种群大小密度制约因子dN/dt=rN(1-(N/K)当种群达到环境容纳量，种间竞争变得更激烈时，密度制约因子（1-(N/K)）会接近零。该方程预测种群的增长随时间变化呈现出“S”形，如在真实种群中通常所观察的那样。,相关主题,种群和种群结构（H1）竞争的性质（I1）密度和密度制约（H3）捕食的性质（J1）种群动态波动、周期和混沌（H4）,Thelogisticequationdescribesthegrowthofasimplepopulationinaconfinedspace,whereresourcesarenotunlimited.Intheearlystagesresourcesareabundant,thedeathrateisminimalandreproductioncantakeplaceasfastaspossibleallowingtheindividualstoattaintheirintrinsicrateofincrease.Thepopulationincreasesgeometricallyuntilthemaximumnumberofindividualstheenvironmentcansustainablysupportisapproached.Thismaximumnumberiscalledthecarryingcapacity(K).Thepopulationgrowthratedeclinestozeroasthepopulationbecomesmorecrowdedandthepopulationsizestabilizes.Thiscanbedescribedasthelogisticequation:RateofchangeofIntrinsicratePopulationDensitydependentPopulationsizeattimet=ofincreasesizefactorDn/dt=rN(1-N/K)Wherethedensity-dependentfactor,(1-N/K)approacheszeroasthepopulationapproachesthecarryingcapacityandintraspecificcompetitionbecomesmoreintense.Thisequationpredictsgrowthofapopulationovertimetobesigmoidal,asiscommonlyobservedinrealpopulations.,Relatedtopics,Populationsandpopulationstructure(H1)Thenatureofcompetition(I1)Densityanddensitydependence(H3)Populationdynamics-fluctuations,cyclesandchaos(H4),Density-dependentgrowth-thelogisticequtation,H3密度和密度制约,要点,密度,密度为单位面积、单位体积或单位生境中，个体的数量，对于一些植物和大型的或显眼的动物，可以计数它们的总的数量，对于许多在一定地区只能获得一部分样品的动物，其密度就必须进行估计。,人口密度分布图,H3DENSITYANDDENSITYDEPENDENCE,Densityisdefinedasthenumberofindividualsperunitarea,pervolumeorperunitofhabitat.Totalcountsmaybeobtainedforsomeplantsandlargeorconspicuousanimals.Formanyanimalsonlyaproportionoftheindividualspresentinagivenareawillbedetectedanddensitymustbeestimated.,KeyNotes,Density,密度制约,如果种群参数如出生率和死亡率随着种群密度的变化而变化，就可以说是密度制约的。如果出生率和死亡率不随着密度的变化而变化，则是非密度制约性的。如果没有迁移，除非出生率和死亡率是密度制约性的，否则种群会持续增长。,估计密度：标志重捕法,估计绝对密度可以使用以下方法：捕捉、标记捕捉个体、释放和再次捕捉。如果是随机捕捉，在第二次捕捉到的个体中，标记与没有标记个体的比例同整个种群中标记与没有标记个体的比例应当相等。因为已标记的总的个体数目是已知的，因此可根据以下公式来预测种群的总数量：捕捉到的个体数/重捕个体数原来标记个体数=种群总的个体数,Estimatesofabsolutedensitycanbemadewiththismethodwhichinvolvestrapping,markingtrappedindividuals,releasingthemandtrappingasecondtime.Theproportionofmarkedtounmarkedindividualsinthetrapswillbethesameastheproportionofmarkedtounmarkedinthewholepopulation,assumingarandomproportionofthepopulationistrapped.Sincethetotalnumberofmarkedanimalsisknownanestimateofthetotalpopulationcanbeobtainedfromthefollowingequation:NumbertrappedNumberrecapturedNumberoriginallymarked=Totalnumberinpopulation,Estimationdensity-markreleaserecapture,Populationparameterssuchasbirthanddeathrateswhichvarywithdensityaresaidtobedensitydependent.Birthanddeathratesthatdonotchangewithdensityaredensityindependent.Intheabsenceofimmigration,apopulationwillcontinuetoincreaseinnumberunlesseitherthepercapitabirthrateordeathrateisdensitydependent.,Densitydependence,补偿和密度制约,密度制约有三种形式：过度补偿，补偿不足和准确补偿。如果密度制约引起的数量下降，没有超过或等于开始增加的个体数量，则密度制约是补偿不足。当密度制约的效应超过了开始种群数量的增加，称为过度补偿。如果下降个体数与开始增加的个体数相等，则称密度制约为准确补偿。,相关主题,种群和种群结构（H1）种群动态波动、周期和混沌（H4）捕食的性质（J1）竞争的性质（I1）出生率、死亡率和种群增长（H2）,平衡种群密度,当单位个体出生率正好平衡单位个体死亡率，种群密度既不增加也不减少时，此时的种群密度为平衡种群密度。平衡种群密度与环境容纳量K值相等。,Theequilibriumpopulationdensityoccurswhenthepercapitadeathrateexactlybalancesthepercapitabirthratesuchthatthedensityisneitherincreasingnordecreasing.TheequilibriumpopulationdensityisequivalenttothecarryingcapacityK.,Relatedtopics,PopulationsandpopulationstructurePopulationdynamics-fluctuations,(H1)cyclesandchaos(H4)Natality,mortalityandpopulationThematureofcompetition(I1)growth(H2)Thematureofpredation(J1),Equilibriumpopulationdensity,Compensationanddensitydependence,Therearethreetypesofdensitydependence:overcompensating,undercompensatingandexactlycompensating.Ifadeclineinnumbersduetodensitydependencedoesnotoutweighorbalancetheinitialincreaseinnumbers,densitydependenceisundercompensating.Overcompensatingdensitydependenceoccurswheretheeffectofincreaseddensitymorethanoutweighstheinitialaugmentation.Ifthedeclineinnumbersexactlybalancestheinitialincreaseindensity,densitydependenceissaidtobeexactlycompensating.,H4种群动态波动、周期和混沌,要点,增长种群和收缩种群,大多数实际种群并不是在平衡密度停留很长时间，而是动态的不断的发生变化。由于周围环境的变化或生物因子的影响，种群可能会增长或收缩。,种群密度周期性变化,迁徙,耕种,H4POPULATIONDYNAMICSFLUCTUATIONS,CYCLESANDCHAOS,Mostrealpopulationsarenotattheirconstantequilibriumdensityforverylong,butaredynamicandchanging.Populationsmaybeexpandingorcontractingbecauseofchangesinenvironmentalconditionsorbecauseofchangestotheirbioticenvironment.,KeyNotes,Expandingandcoutractingpopulations,种群波动,种群波动可能有以下几个原因：（i）时滞或称为延缓的密度制约，存在于密度变化及其对种群大小的影响之间。种群可能超过环境容纳量，然后逐渐减少，在最终达到平衡之前呈现减幅振荡。这种延缓的密度制约可能使捕食者和猎物多度之间产生周期。（ii）过度补偿性密度制约。其可能导致减幅振荡、稳定极限环（非减幅振荡的有规律周期变化）或无规则随机振荡。（iii）环境随机变化。环境条件非确定性的、不可预见性的变化会导致平衡密度的变化。,Populationsfluctuations,Populationsmayfluctuateforanumberofreasons:Atimelagbetweenachangeindensityanditseffectonthepopulationsize,ordelayeddensitydependence,Thepopulationcanovershootthecarryingcapacityandthens