(第五章生物系统中的生物种群).doc

一、问答题1.种群具有哪些不同于个体的基本特征?答：种群具有个体所不具备的各种群体特征，大体分3类：数量特征：（1）种群密度和空间格局；（2）初级种群参数，包括出生率（natality），死亡率（mortality），迁入和迁出率。出生和迁入是使种群增加的因素，死亡和迁出是使种群减少的因素；（3）次级种群参数,包括性比,年龄分布和种群增长率等。空间分布特征遗传特征2.种群数理统计的常用方法有哪些？答：种群统计学是对种群的出生、死亡、迁移、性比、年龄结构等进行的统计学研究，种群具有个体所不具备的各种群体特征，这些特征多为统计指标，大体分3类：种群密度初级种群参数包括出生率、死亡率、迁入和迁出率。次级种群参数。包括性比、年龄分布和种群增长率等。3.什么叫生命表?答：生命表（life table）是描述死亡过程的有用工具。生命表开始出现在人口统计学（human demography），至今在生态学上已广泛应用。生命表能综合判断种群数量变化，也能反映出从出生到死亡的动态关系。生命表根据研究者获取数据的方式不同而分为两类：动态生命表（dynamic life table）和静态生命表（static life table）。前者是根据观察一群同时出生的生物之死亡或存活动态过程所获得的数据编制而成，又称同龄群生命表（sohort life table）、水平生命表（horizonal life table）或称特定年龄生命表（agespecific life table）。后者是根据某个种群在特定时间内的年龄结构而编制的。它又称为特定时间生命表（timespecific life table），或垂直生命表（vertical life table）。4.年龄金字塔有几种类型，各具什么特点？答：按锥体形状，年龄锥体可划分为3个基本类型：（1）增长型种群：锥体呈典型金字塔形，基部宽，顶部狭。表示种群有大量幼体，而老年个体较小，种群的出生率大于死亡率，是迅速增长的种群。（2）稳定性种群：锥体形状和老、中、幼比例介于增长型和下降型种群之间。出生率与死亡率大致平衡，种群稳定。（3）下降型种群：锥体基部比较狭。而顶部比较宽。种群中幼体比例减少而老体比例增大，种群的死亡率大于出生率。5.简述种间相互作用的类型。答：（1）偏利；（2）原始合作；（3）互利共生；（4）中性作用；（5）竞争；（6）偏害；（7）寄生；（8）捕食。6.试述捕食对种群的调节作用。答：捕食者于猎物的关系，往往在调节猎物种群的数量和质量上起着重要的调节作用。（1）捕食者对猎物的种群数量起着重要的调节作用；（2）捕食者对猎物的种群质量起着重要的调节作用；（3）在自然环境中，捕食者于猎物的关系是受许多因素影响的，往往是多种捕食者和多种猎物交叉着发生联系。7.食草动物对植物群落的作用有那些？（1）许多食草动物的取食是有选择性的，影响群落中物种多度；（2）啃食抑制了竞争物种的生长，从而加速和维持了低竞争物种的多样性。8.简要阐述自然种群数量波动的类型。答：一种生物进入和占领新栖息地，首先经过种群增长和建立种群，以后可出现不规则的或规则的（即周期性的）波动，亦可能较长期的保持相对稳定；许多种类有时还会出现骤然的数量猛增，即大发生，随后又是大崩溃；有时种群数量会出现长时期的下降，称为衰落，甚至灭亡。（1）种群增长自然种群数量变动中，“J”型和“S”型增长均可以见到，但曲线不像数学模型所预测的光滑、典型，常常还表现为两类增长型之间的中间过渡型。（2）季节消长对自然种群的数量变动，首先要区别年内（季节消长）和年间变动。（3）不规则波动无规律性，特定的因素能引起种群的大变动。（4）周期性波动群落发生周期性的种群变化。（5）种群暴发具不规则或周期性波动的生物都可能出现种群的暴发。（6）种群平衡种群较长期的维持在几乎同一水平上，成为种群平衡。（7）种群的衰落和灭亡当种群长久处于不利条件下（人类过渡捕猎或栖息地被破坏），其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，最容易出现这种情况。（8）生态入侵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，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。9.为什么种群在大范围的分布格局多呈集群分布？答：各种群的大小，种群间距离以及种群内个体的密度都不相等的，是一种最广泛分布格局。集群分布形成的原因是：（1）环境资源分布不均匀，富饶与贫乏相嵌；（2）植物传播种子方式使其以母株为扩散中心；（3）动物的社会行为使其结合成群。10.动物集群的代价有那些？（1）增加对食物的竞争；（2）对于捕食者增加显眼性；（3）增加感染疾病的风险。11.在高度富养化的湖泊中蓝绿藻能成为优势浮游植物的原因？（1）浮游动物和鱼类宁可吃其他藻类也不愿意以绿藻为食；（2）很多蓝绿藻都能固定大气中的氮，因此，当氮短缺时它们就处于有利竞争地位。12.简述社会等级和优势等级的概念，并说明优势等级的作用。社会等级是指动物种群中各个动物的地位具有一定顺序的等级现象。等级形成的基础是支配行为，或称支配从属关系。优势等级（dominance hierarchy）是指在集群生活的某些动物中，许多成员彼此接触的机会较多，形成了优势个体及各级的从属个体，这种分等级的行为称优势等级。处于优势等级的个体在采食，休息、占地和交配等方面优先于从属等级的个体。群体中优势等级的作用是：（1）保证首领的权威性，尤其是在群体对外关系方面；（2）能以威吓代替战斗，使群体内部减少争斗，降低没有必要的能耗，明显的例子是初级的混乱的鸡群产蛋量很少，大家都在集中精力打斗，而在等级逐步确立后，产蛋量就逐步上升，这是能量用在繁殖上的表现（3）优势个体在性行为和繁殖方面优先，保证种群基因库不按随机原则遗传。13.逻辑斯谛增长曲线的形成过程及各阶段的特征。答：（一）、逻辑斯谛增长是具密度效应的种群连续增长模型，比无密度效应的模型增加了两点假设：（1）有一个环境容纳量；（2）增长率随密度上升而降低的变化，是按比例的。按此两点假设，种群增长将不再是“J”字型，而是“S”型。（二）、“S”型曲线有两个特点：（1）曲线渐近于K值，即平衡密度；（2）曲线上升是平滑的。（三）、逻辑斯谛曲线常划分为5个时期：（1）开始期，也可称潜伏期，由于种群个体数很少，密度增长缓慢；（2）加速期，随个体数增加，密度增长逐渐加快；（3）转折期，当个体数达到饱和密度一半（即K/2时），密度增长最快；（4）减速期，个体数超过K/2以后，密度增长逐渐变慢；（5）饱和期，种群个体数达到K值而饱和。14.写出非密度制约的种群连续增长的模型，并说明各种参数的生态学意义。答：非密度制约的种群连续增长种群即在无限环境中的指数增长。在无限环境中，因种群不受任何条件限制，如食物、空间等能充分满足，则种群就能发挥其内禀增长能力，数量迅速增加，呈现指数式增长格局，这种增长规律，称为种群的指数增长规律（the law of exponential growth）。种群在无限环境中表现出的指数增长可分为两类：（1）世代不相重叠种群的离散增长模型：这种最简单的种群增长模型的概念结构里，包括四个假设：种群增长是无界的，即种群在无限的环境中生长，没有受资源、空间等条件的限制；世代不相重叠，增长是不连续的，或称离散的；种群没有迁入和迁出；种群没有年龄结构。其数学模型通常是把世代t1的种群Nt+1与世代t的种群Nt联系起来的差分方程：Nt+1=Nt或 Nt/N0=t式中N为种群大小，t为时间，是种群周限增长率。（2）世代重叠种群的连续增长模型：多数种群的繁殖都要经过一段时间并且有世代重叠，就是说在任何时候，种群中都存在不同年龄的个体。这种情况最好以一个连续型种群模型来描述，表示为种群在t时间的变化率：dN/dt=rN在曲线上任一点，种群增长与曲线切线的斜率相等。种群世代有重叠，种群数量以连续的方式改变，通常用微分方程来描述。模型的假设：种群以连续方式增长，其它各点和上述模型相同。对于在无限环境中瞬时增长率保持恒定的种群，种群增长率仍表现为指数增长过程，即：dNt/dt=rt其积分式为：NtN0ert式中N0，Nt的定义同前，e为自然对数的底，r是种群的瞬间增长率。以b和d分别表示种群的瞬时出生率和死亡率，则瞬时增长率r=b-d（假定无迁出和迁入）。15.种间竞争的实质是什么？写出Lotka-Volterra的种间竞争模型，并说明各参数的生态学意义。答：种间竞争是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。Lotka-Volterra的种间竞争模型：假定有两个物种，当它们单独生长时其增长形式符合逻辑斯缔方程模型，其增长方程是：物种1：dN1/dt=r1N1（K1-N1/K1）物种2：d N2/dt=r2N2（K1-N2/K2）式中：N1、N2分别为两个物种的种群数量；K1、K2分别为两个物种种群的环境容纳量；r1、r2分别为两个物种种群增长率。如果将这两个物种放置在一起，则它们就要发生竞争，从而影响种群的增长。设物种1和2的竞争系数为和（表示在物种1的环境中，每存在一个物种2的个体，对于物种1种群的效应。表示在物种2的环境中，每存在一个物种1的个体，对于物种2种群的效应），并假定两种竞争者之间的竞争细数保持稳定，则物种1在竞争中的种群增长方程为：物种2在竞争中的种群增长方式为：从理论上讲，两个种的竞争结果是由两个种的竞争系数、与K1、K2比值的关系决定的，可能有以下4种结果：K1/K2或K2/K1，两个种都可能获胜；K1/K2和K2/K1，物种1将被排斥，物种2取胜；K2/K1，物种2将被排斥，物种1取胜；K1/K2和K2/K1，两个种共存，达到某种平衡。高等植物种群混合栽培或培养时所表现出的竞争结果都可以用Lotka-Volterra竞争方程来说明。16.比较在无限环境中世代不相重叠两类种群的增长模型，简要说明其生物学意义。答：世代不相重叠，是指生物的生命只有一年，一年只有一次繁殖，其世代不重叠，种群增长是不连续的。这种最简单的种群增长模型的概念结构里，包括四个假设：种群增长是无界的，即种群在无限的环境中生长，没有受资源、空间等条件的限制；世代不相重叠，增长是不连续的，或称离散的；种群没有迁入和迁出；种群没有年龄结构。其数学模型通常是把世代t1的种群Nt+1与世代t的种群Nt联系起来的差分方程：Nt+1=Nt或 Nt/N0=t式中N为种群大小，t为时间，是种群周限增长率。上述模型的生物学含义是假定在一个繁殖季节t0开始，初始种群大小为N0（要求雌雄个体数量相等）其初生率为B，总死亡率为D。到下一代t1时，其种群数量N1为：N1N0BD周限增长率是种群增长中有用的参数。从理论上讲，有以下四种情况：a，1 种群上升b，=1 种群稳定c， 01 种群下降d，=0 种群无繁殖现象，且在一代中灭亡。17.有关种群调节的生物学派和气候学派主要观点的差别是什么？答：气候学派认为，种群参数受天气条件强烈影响，他们强调种群数量的变动，否定稳定性；生物学派主张捕食、寄生、竞争等生物过程对种群调节起决定作用，他们认为只有密度制约因子才能调节种群的密度。18. 高斯假说的中心内容是什么？答：当两个物种利用同一种资源和空间时产生的种间竞争现象。两个物种越相似，它们的生态位重叠就越多，竞争就越激烈。二、论述题1解释与比较r、rm、R0的概念，Logistic 模型中的N/K的意义何在？答：一般的讲，这是在综合生命表中出现的几个概念。三者的共同点：都可以反映种群的数量动态，但表达方式不同。R。：净增殖率（或世代净增殖率）将存活率和出生率两方面数据相乘，并累加起来（R0=lxmx），即得净生殖率(net reprodutivr rate)。为一个世代净增殖的个体数，例如：R。3096，表示种群个体数经一个世代后平均增长到原来的3.096倍。内禀增长率rm： r：种群增长率，瞬时变化的，即r=lnR0/T。不同的生物，其世代时间的长短不同，为保证不同种群的净增殖率具有可比性，将R0/T相比较， T世代时间，种群中子代从母体出生到子代再产子的平均时间。 rm：最大瞬时增长率（rmax）又叫内禀增长率，指特定条件下的种群瞬时增长率，即具有稳定年龄结构的种群，在食物与空间不受限制，同种其它个体的密度维持在最适水平，在环境中没有天敌，并在最适温度、湿度和光照条件下的种群瞬时增长率，也是最大的种群瞬时增长率。即最佳环境条件下能测得的种群瞬时增长率，常作为种群数量动态理论研究中的最大值。Logistic 模型中的N/K，当N趋近于0时，种群的个体数量很少，密度增长缓慢。当N=K/2时，密度增长逐渐加快，当N=K/2时。个体数达到饱和密度的一半密度增长最快，N趋近于K个体数超过K/2时，密度增长逐渐变慢，当N=K/2时，种群的个体数达到K饱和值。2.试举例说明生物如何通过调节其耐性限度来渡过不良生境的。答：我们知道生物的存在和繁殖，都要依赖于某种综合环境因子的存在，只要其中的一项因子的量或质不足或过多时，超过了某种生物的耐性限度，则使该物种不能生存，甚至灭亡。生物的耐性限度会因发育时期、季节、环境条件的不同而变化，当一种生长旺盛时，会提高对另一些因子的耐性限度。相反亦反。生物的耐性限度时可以通过自然驯化和人为的训化来改变生物的耐受范围，使适应生存范围的上下限发生移动，形成一个新的最适点。这种耐性的变化是直接与生物化学的、生理的、形态的及行为的特征等相关的。生物也可以通过控制体内的环境来使其保持相对的稳定性，减少对环境的依赖。例如：随冬季向夏季的转变。水的温度也会慢慢的上升的。其鱼的耐性限度也会在体内酶系统的调节小下而增加，而这个温度在冬季则可使鱼致死。3.比较r-对策者生物与K-对策者生物的主要区别，并用rk理论阐明珍稀濒危动、植物为何要严加保护，否则将有灭绝的危险。答：（1）r-选择：在环境不稳定和自然灾害经常发生的地方，只有较高的繁殖能力才能补偿灾害所造成的损失。故在不稳定的环境中，谁具有较高的繁殖能力将对谁更有利。所以居住在不稳定环境中的物种，具有较大的rm是有利的，有利于增大内禀增长率的选择称为r-选择。（2）K-选择：在气候条件稳定，自然灾害罕见的地方，生物的繁衍有可能接近环境容纳量，即近似于逻辑斯谛方程中的饱和密度（K）。故在稳定的环境中，谁能更好地利用环境承载力，达到更高的K，对谁就有利。r-选择和K-选择的某些相关特征表r-选择K-选择气候多变，不确定，难以预测