种群及基本特征ppt课件

种群生态学 一 基本概念 种群是指在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合 一 特征 1 空间特征 2 数量特征 3 遗传特征 1 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 种群的不同叫法 繁群 族群 个体群 2 种群生态学 研究种群的数量 分布及种群与其栖息环境中的非生物因子之间的相互作用 3 4 2种群动态种群动态是种群生态学的核心问题 主要内容 1 有多少 数量或密度 what2 哪里多 哪里少 分布和空间结构 where3 如何变动 数量变动 how4 为什么这样变动 种群的调控机制 why5 采取得生存对策 遗传与进化 policy目的 调控种群 4 4 2 1种群的密度与分布 4 2 1 1种群的密度单位面积或体积中个体的数量称为种群密度 密度是种群最基本的参数 也是种群重要的参数之一 种群密度可分为绝对密度和相对密度 绝对密度 单位面积或空间的个体数量 相对密度 表示个体数量多少的相对指标 5 研究种群密度的采样方法 绝对密度的测定方法1 总数调查法2 取样调查法样方法 标记 再捕捉法 去除取样法相对密度调查法捕捉法 活动痕迹计数法 鸣声计数法 毛皮收购法等 6 1 绝对密度的测定方法 总数量调查法 在某一面积的同种个体数目 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 7 8 鸟类调查的环志法 9 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 M N m n 即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 10 去除取样法 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 11 12 4 2 1 3种群的空间结构空间格局指种群内个体的空间分布状况 又称为种群的内分布型 简称分布 分布的类型 分布格局可以分为以下三种类型 随机的 均匀的 成群的 13 随机分布 randomdispersion 每一个体在种群领域中各个点上出现的机会相等 在资源和空间充足 较均匀时常呈此分布 均匀分布 uniformdispersion 个体之间保持相近的距离 这种分布要求空间资源均匀 再加上人为影响 虫害或种内斗争等而引起 成群分布 clunpeddispersion 个体的分布呈密集的斑块 自然界中大多数种群呈此分布 14 分布型 15 分布型的检定 分布型的检定 如果我们将某一种群的分布区分成许多小方格 计算每一小方格的平均数 m 和方差 标准差的平方 S2 则 S2 m 0时 均匀分布 S2 0 1时 随机分布 S2 m 1时 成群分布 S2 m 16 种群的分布格局示意图 17 18 4 2 2种群统计学 种群密度 出生率 死亡率 迁入率 迁出率 基本参数 19 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 20 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 21 3迁移率 种群个体迁移包括迁出和迁入 扩散是动植物迁移的主要手段 有助于防止近亲繁殖 同时又使不同地区的种群进行基因交流 22 种群的年龄结构 指不同年龄组的个体在种群内所占比例 种群各年龄组的个体数或百分比的分布呈金字塔形 因此 称这样的年龄分布称为年龄金字塔或年龄锥体 年龄锥体有三种类型 下降 壶形 declining 稳定 钟形 stable 和增长 锥形 increasing 型 意义 种群的年龄分布 agedistribution 体现种群存活 繁殖的历史 以及未来潜在的增长趋势 因此 研究种群的历史 便可预测种群的未来 4 2 2 1种群的年龄结构和性比 23 a下降型种群 幼年组个体数少 老年组个体数多 种群的死亡率大于出生率 种群种群数量趋向减少 b稳定型种群 种群出生率大约与死亡率相当 种群稳定 c增长型种群 幼年组个体数多 老年组个体数少 种群的死亡率小于出生率 种群迅速增长 年龄锥体的三种基本类型 24 25 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 降降低人口增长率的措施 26 性比 指种群中雌性与雄性个体数的比例大多数生物的自然种群内 个体比率常为1 1不同生物种群具有不同的性比特征 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 27 4 2 2 2生命表 lifetable 生命表是按种群生长的时间 或按种群的年龄 发育阶段 的程序编制的 系统记述了种群的死亡或生存率和生殖率 是最清楚 最直接地展示种群死亡和存活过程的一览表 最初用于人寿保险 对研究人口现象和人口的生命过程有重要的意义 编制方法 首先划分年龄阶段 记录各年龄级开始时的种群数量 直至该群动物全部死亡 最后据此计算各年龄级死亡率 存活分数 平均寿命等 28 29 生命表说明 生命表各列的意义及计算方式 1 年龄 年 X 此栏为人为所分 时 分 秒 天 月 年 数年等 昆虫常以卵 幼虫 蛹 成虫等单位 2 各年龄初始存活数nx 此栏为基础数据栏 3 各年龄初始存活分数lx 各期存活数占初始种群数量 n0 的比例 与上述存活率略有不同 lx nx n0 100 1000 4 各年龄死亡数dx 从X到X 1时的死亡个体数 此栏实测或计算 dx nx nx 1 30 生命表说明 5 各年龄死亡率qx 从X到X 1时的种群死亡率 qx dx nx 6 各年龄平均存活数Lx 各年龄期的中点 平均存活数目 Lx nx nx 1 2 nx dx 2 nx 1 dx 2 nx nx 1 dx 7 各年龄及其以上存活的年总数Tx 已活到X年龄的生物总计还有多少年的存活时间 所有现有个体存活时间的积累 Tx Lx Lx 1 Lx 2 Lm Tx X从X到m m为最长寿命 8 平均寿命 生命期望值 ex X龄的生物平均还能活的时间 ex Tx nx 31 例 一个假定的特定时间生命表xnxdxLxTxex1000qx11000300270020035002004300200510050650307201081010 32 例 一个假定的特定时间生命表xnxdxLxTxex1000qx1100030085021802 18300270020060013301 9028635002004007301 4640043002002003301 10667510050751301 305006503035551 106007201015201 0050081010550 50100 33 生命表类型 2 生命表的类型 动态生命表 记录同一时间出生的种群存活 死亡 过程的生命表 个体经历了相同的环境条件 适于寿命较短的种群 又称同生群 cohort 生命表 特定年龄生命表 水平生命表 静态生命表 根据某一特定时间对某一种群进行年龄结构的调查所编制的生命表 各年龄的个体经历了不同的环境条件 适于稳定的种群和寿命较长的动物 特定时间生命表 垂直生命表 34 类型比较 35 K 因子分析 根据观察连续几年的生命表系列 可以判断哪一个关键因子对死亡率的影响最大 这一技术称为K 因子分析 例子 P74 36 3存活曲线 Survivalcurve 存活曲线是以时间间隔为横坐标 以相应的存活个体数或存活率为纵坐标所作的曲线图 与生命表相比 存活曲线更直观地看出种群的数量动态 37 不同生物种群的存活曲线不同 X 相对年龄 Y 存活数的对数 可以分为三种类型 A I 型 凸型存活曲线 种群接近生理寿命之前 死亡率一直很低 直到生命末期死亡率才迅速上升 如人类和大型兽类 B II 型 对角线型存活曲线 种群下降速率 死亡率 各时期相等 如许多鸟类 C III 型 凹型存活曲线 早期死亡率高 以后死亡率很低并稳定 如牡蛎等甲壳类 固定下来后死亡率很低 鱼类 两栖类 海产无脊椎动物 寄生虫等都属这一类 38 4 种群周限率 年存活率 annualsurviverate 种群年变化率 annualratepopulationchange 率还可以用瞬时表示 瞬时率 周限率与瞬时率之间可相互换算 周限率 瞬时率 种群的内禀增长能力 theinnatecapacityforincrease 世代的净增殖率 世代长度 39 1非密度制约性种群增长种群在 无限 的环境中 即假设环境中空间 食物等资源能充分满足 种群不受任何条件限制 能发挥其最大的增长能力 种群数量迅速增加 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 4 2 3种群的增长模型 40 模型前提条件 种群增长是无限的 即种群在无限环境中增长 没有受资源 空间等条件的限制 世代不相重叠 生命只有1年 1年只繁殖1次 种群没有迁入和迁出 没有年龄结构数学模型 Nt N0 t Nt 1 Nt 1 Nt 1 Nt 在起始时刻 种群数量为N0经过一代繁殖时 种群数量为N1 经过t代繁殖时 种群数量为Nt 为周限增长率 Nt N0 为某一时期内增长一代时的增长倍数 在世代不重叠的种群 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 行为 几何级数式增长或指数增长 种群的增长曲线为 J 型 又称 J 型增长 1 世代不重叠种群的离散增长模型 41 种群的指数增长 42 模型的生物学意义 根据此模型可计算世代不相重叠种群的增长情况 根据 值可判断其种群动态 即 1 种群增长 1 种群稳定 1 0 种群下降 0 种群无繁殖现象 且在下一代灭亡 43 2 世代重叠种群的连续增长模型 模型前提条件 种群增长是无限的 即种群在无限环境中增长 没有受资源 空间等条件的限制 世代相重叠 种群没有迁入和迁出 有年龄结构数学模型 dN dt rN 微分式 Nt N0ert 积分式 r为种群瞬时增长率 种群在某一个时期内的增长速度 行为 几何级数式增长或指数增长 种群的增长曲线为 J 型 又称 J 型增长 44 模型的生物学意义 根据此模型可计算世代重叠种群的增长情况 根据r值可判断其种群动态 即 r 0 种群增长 r 0 种群稳定 r 0 种群下降 r 种群无繁殖现象 且在下一代灭亡 45 r与 的关系 Nt N0 Nt N0ert ert r ln t当t 1时 r ln r 0 1 种群增长r 0 1 种群稳定 r 0 1 0 种群下降 r 0 种群无繁殖现象 且在下一代灭亡 46 计算题11949年我国人口为5 4亿 1978年为9 5亿 试计算我国人口增长率 47 例1949年我国人口为5 4亿 1978年为9 5亿 试计算我国人口增长率 解 Nt N0ertlnNt lnN0 rtr lnNt lnN0 tr ln9 5 ln5 4 29 0 0195 48 已知2000年世界人口为60亿 当年的人口增长率为12 若世界人口以后均按此增长率增长 多少年以后 人口将翻一番 计算题2 49 2与密度有关的种群增长模型种群在有限环境中的洛吉斯谛 logistic 增长 种群的洛吉斯谛增长 连续增长模型 随着资源的消耗 种群增长率变慢 并趋向停止 因此 自然种群常呈逻辑斯谛增长 体现在增长曲线上为 S 型 种群停止增长处的种群大小通常称 环境容纳量 或K 即环境能维持的特定种群的个体数量 种群增长可以用逻辑斯谛模型描述 50 2 1模型的假设 1 假设有一个环境容纳量或负荷量 即环境条件允许的最大种群数量 常用 表示 当种群大小达到 值时 种群则不再增长 即dN dt 2 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 3 种群无年龄结构及迁入和迁出现象 51 2 2种群增长的S形曲线 一个在资源有限的空间中生长的简单种群 其增长可简单的描述成 S 型曲线 S shaped 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 52 间隔或世代的长度 时间t处的种群个体数 瞬时增长率 环境容纳量 Nt K 1 ea rt 曲线对原点的相对位置 值取决于N0 ea K N0 N0 53 2 3S增长曲线 S型曲线的特点 a 有一个上渐进线 即渐进于K值 b 曲线上升是平滑的 当N 1 2K时 种群密度增长最快 54 逻辑斯谛增长 55 1 实验种群研究 以高斯研究大草履虫实验种群为例 在0 5ml培养液中放置5个大草履虫的环境条件下 最大种群数量是375个 即K 375 当以逻辑斯谛方程拟合时 种群增长率r 2 309 大草履虫实验种群的逻辑斯谛增长 例证 56 2 野外种群研究 在自然界中 典型的逻辑斯谛增长的例子很少 把动物引入海岛或某些新栖息地 然后研究其种群增长 才能见到逻辑斯谛增长过程 如美国华盛顿州某岛环颈雉种群的增长 塔斯马尼亚岛绵羊种群的增长 57 华盛顿州某岛环颈雉种群的增长塔斯马尼亚岛绵羊种群的增长 58 试题已知2000年世界人口为60亿 当年的人口增长率为12 若世界人口以后均按此增长率增长 且世界最大容载量为200亿 多少年以后 人口将翻一番 59 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 最大持续产量为MSY rK 4 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 60 4 2 4自然种群的数量变动 种群的增长2 种群的波动 不规则波动和周期性波动 导致种群在环境容纳量周围波动的原因 环境的随机变化 时滞或称为延缓的密度制约 过度补偿性密度制约 a 减幅振荡 b 稳定极限周期 c 混沌动态 61 3 种群的爆发 具不规则或周期性波动的生物都可能出现种群的爆发 如害虫 害鼠以及水体富营养化等的爆发 4 种群平衡5 种群的衰落与灭亡最小可存活种群 62 自然种群的数量变动方式 63 4 2 5生态入侵概念 由人类有 无意识地将非本地区系的物种带入 因该物种适宜在该地区栖息繁衍而种群不断扩大 并扩展分布区的过程 第一批外来入侵物种名单1 紫茎泽兰2 薇甘菊3 空心莲子草4 豚草5 毒麦6 互花米草7 飞机草8 凤眼莲9 假高梁10 蔗扁蛾11 湿地松粉蚧12 强大小蠹13 美国白蛾14 非洲大蜗牛15 福寿螺16 牛蛙 64 65 水葫芦 凤眼莲 66 67 周氏啮小蜂是美国白蛾的寄生蜂 68 外源性种群调节理论非密度调节气候学派密度调节生物学派内源性自动调节理论行为调节生理调节遗传调节 4 3种群的调节 69 外源性调节 内源性调节 种群数量受天气的强烈影响