初二理化生种群生态学

初二理化生种群生态学第1页/共59页2

种群的数量特征生活史对策

种群生态学种群及其基本特征

种群增长

种内与种间关系

种群的遗传进化

牛牛文库文档分享第2页/共59页一、种群在无限环境中的指数式增长二、种群在有限环境中的逻辑斯谛增长三、自然种群的数量变动四、种群调节第三节种群增长

牛牛文库文档分享第3页/共59页一、种群在无限环境中的指数式增长在无限环境中，种群不受任何限制因子的约束，种群潜在增长能力得到最大发挥，种群数量呈指数式增长，其增长曲线为“J”型，但若以对数标尺为纵坐标，则成为直线。

牛牛文库文档分享第4页/共59页（一）世代不重叠种群的离散增长模型1．模型的假设种群增长是无界的，即种群在无限环境中生长，不受食物、空间等条件的限制。世代不相重叠，种群增长是离散的。种群无迁入和迁出。种群无年龄结构。

牛牛文库文档分享第5页/共59页2．数学模型

Nt+1=λNt

或Nt=N0λt其中：

N——种群大小，

t——时间，λ——种群周限增长率，即λ=Nt+1

／

Nt

。两侧取对数，即得：lgNt=lgN0＋tlgλ

牛牛文库文档分享第6页/共59页3．模型的生物学意义⑴根据此模型可计算世代不相重叠种群的增长情况。⑵根据λ值可判断其种群动态。即：λ＞1，种群增长；

λ=1，种群稳定；

0＜λ＜1，种群下降；

λ=0，种群无繁殖现象，且在下一代灭亡。

牛牛文库文档分享第7页/共59页（二）世代重叠种群的连续增长模型⒈模型的假设种群增长是无界的，即种群在无限环境中生长，不受食物、空间等条件的限制。世代重叠，种群增长是连续的。种群无迁入和迁出。种群具年龄结构。

牛牛文库文档分享第8页/共59页假如在很短的时间dt内种群的瞬时出生率为b，死亡率为d，种群大小为N，在无限环境中种群的瞬时增长率为b-d，它与密度无关。

牛牛文库文档分享第9页/共59页2．数学模型

dN/dt=rN

其积分式为：

Nt=N0ert

其中：N——种群大小t——时间，e——自然对数的底r——种群的瞬时增长率。两侧取对数：lnNt=lnN0＋rt

牛牛文库文档分享第10页/共59页⒊模型的生物学意义（1）根据此模型可计算世代重叠种群的增长情况。（2）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。

牛牛文库文档分享第11页/共59页4.应用：根据以上指数增长可估测非密度制约种群的数量加倍时间：根据Nt=N0ert，当种群数量加倍时，Nt=2N0，因此：ert=2或ln2=rtt=0.69315/r根据生命表求种群增长率：r=lnR0/T

牛牛文库文档分享第12页/共59页瞬时增长率与周限增长率的关系种群瞬时增长率（r）与周限增长率（λ）之间的关系式为：r=lnλ

或

λ=er

牛牛文库文档分享第13页/共59页二、种群在有限环境中的逻辑斯谛增长当种群在一个有限的空间中增长时，随着种群密度的上升，对有限空间资源和其他生活必需条件的种内竞争也将增加，必然会影响种群的出生率和死亡率，从而降低种群的实际增长率，一直到停止增长，甚至使种群数量下降。种群在有限环境中连续增长的一种最简单形式是逻辑斯谛增长，其增长曲线为“S”型。

牛牛文库文档分享第14页/共59页种群在有限环境中的连续增长模型1．模型的假设设想有一个环境条件所允许的最大种群值，此最大值称为环境容纳量或环境负荷量，通常用K表示。密度对种群增长率的影响是简单的，即种群中每增加一个个体，对种群增长力的降低就产生1/K的影响。种群密度的增加对其增长率降低的作用是立即发生的，无时滞。种群中个体具年龄结构，无迁移现象。

牛牛文库文档分享第15页/共59页2、数学模型dN/dt=rN（1－N/K）其积分式为：Nt=K/(1+ea-rt)

其中N：种群密度

t：时间

r：瞬时增长率

K：环境容纳量。

a：取决于N0，表示曲线对原点的相对位置。

牛牛文库文档分享第16页/共59页3、模型行为说明逻辑斯谛增长的数学模型就是在指数式增长模型上，增加一个描述种群增长率随密度上升而降低的修正项（1－N/K）。修正项（1－N/K）的生物学含义是“剩余空间”，即种群可利用，但尚未利用的空间。可以理解为种群中的每一个个体均利用1/K的空间，若种群中有N个个体，就利用了N/K的空间，而可供种群继续增长的剩余空间则只有（1－N/K）。

牛牛文库文档分享第17页/共59页修正项（1－N/K）分析如果N→0，(1－N/K)→1，这表示几乎全部空间尚未被利用，种群潜在的最大增长能力能充分地实现，接近于指数式增长。如果N→K，(1－N/K)→0，这表示几乎全部空间已被利用，种群潜在的最大增长不能实现。当N由0逐渐增加到K值，(1－N/K)由1逐渐下降为0，表示种群增长的“剩余空间”逐渐变小，种群潜在的最大增长的可实现程度逐渐降低；并且，种群数量每增加一个个体，抑制定量1/K。

牛牛文库文档分享第18页/共59页4．S型增长曲线S型曲线具有以下两个特点：S型曲线有一个上渐近线，即S型增长曲线渐近于K值，但不会超过这个最大值的水平。曲线的变化是逐渐的、平滑的，而不是骤然的。

牛牛文库文档分享第19页/共59页S型增长曲线常被划分为5个时期：（1）开始期：也可称潜伏期，种群个体很少，密度增长缓慢。（2）加速期：随个体增加，密度增长逐渐加快。（3）转折期：当个体密度达到饱和密度一半时，密度增长最快。（4）减速期：个体超过K/2时，密度增长逐渐减慢。（5）饱和期：种群密度达到K值而饱和。

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牛牛文库文档分享第21页/共59页研究实例：1、高斯研究大草履虫实验种群。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。

牛牛文库文档分享第22页/共59页2、塔斯马尼亚岛绵羊种群的增长。塔斯马尼亚岛上的绵羊种群保持相对稳定。绵羊是在19世纪初期被引人塔斯马尼亚岛的，在此后不到30年内，就迅速增长到了环境容纳量水平，并保持数量变幅在一倍以内。

牛牛文库文档分享第23页/共59页逻辑斯谛增长模型的重要意义：它是许多两个相互作用种群增长模型的基础；在农业、林业、渔业等实践领域中，它是确定最大持续产量（MSY）的主要模型；模型中参数r和K已成为生物进化对策理论中的重要概念。

牛牛文库文档分享第24页/共59页最大持续产量（MSY，maximumsustainableyield）当种群密度增加时，最初出生率超过死亡率，但当种群密度接近环境容纳量K时，出生率下降，死亡率增加，在环境容纳量水平上，出生率、死亡率相等，种群稳定。出生率、死亡率之差为种群的净增加量。最大净增加量发生在中等密度、种群中存在许多繁殖个体，而种内竞争又相对较低的情况下，这一最大净增加量代表人们可长期从种群中收获的最大产量（MSY）。

牛牛文库文档分享第25页/共59页最大持续产量的计算：在中等种群密度下，种群增加量最大，这是S曲线的拐点，相当于K/2的水平，这时种群的增加量dN/dt最大，将N=2/K代入逻辑斯谛方程，得d(K/2)/dt=rK/2/(1-K/2K)=rK/4，因此，估测最大持续产量MSY的公式为：MSY=rK/4逻辑斯谛增长率变化曲线

牛牛文库文档分享第26页/共59页自然反应时间（

TR）瞬时增长率r的倒数，TR=1/r，TR是度量种群在受干扰后返回平衡时间长短的一个有用指标。TR值越小，表示种群在受到干扰后，返回平衡所需要的时间越短；TR值越大，则种群受干扰后返回到平衡的自然反应时间就越长。

牛牛文库文档分享第27页/共59页三、自然种群的数量变动一个种群从进入新的栖息地，经过种群增长，建立起种群以后，一般有以下几种可能：种群平衡；规则的或不规则的波动：包括季节变动和年际变动；种群衰落和种群灭亡；种群爆发；种群崩溃；另外，还有生态入侵，它指的是物种进入新的栖息地之后的建群过程。

牛牛文库文档分享第28页/共59页自然种群的数量变动方式

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1.种群平衡

（populationequilibrium）种群平衡是指种群数量较长时间地维持在同一水平上。从理论上讲，种群增长到一定程度，数量达到K值之后，种群数量会保持稳定，如大多数有蹄类和食肉类动物。但实际上大多数种群数量不会长时间保持不变，稳定是相对的，种群平衡是一种动态平衡。

牛牛文库文档分享第30页/共59页2.季节消长一般具有生殖季节的种类，种群的最高数量通常是在一年中最后一次繁殖之末，之后繁殖停止，种群因只有死亡而数量下降，直到下一年繁殖开始，这时是数量最低的时期。由图可见，虽然各年间发生高峰的高度不同，但高峰期发生的月份是相同的。

牛牛文库文档分享第31页/共59页蓟马成虫种群的季节消长

牛牛文库文档分享第32页/共59页3.规则或不规则性波动

（1）种群数量规则性波动20世纪90年间捕食者(加拿大猞猁)与猎物(美洲兔)数量周期(引自Bush,1997)

牛牛文库文档分享第33页/共59页芬兰北部小哺乳动物的种群周期是同步发生的。1950-1975年在芬兰北部捕获的小哺乳动物的数量周期，优势种是最常见的棕背鼠平，其他种通常伴随它同步达到数量高峰[引自R．Brewer，TheScienceofEcology，2ded．，Saunders，NewYork(1994)，引自S．Lahti．J．TastandH．Uofila，LuonnonTurkija80:97-107(1976)]

牛牛文库文档分享第34页/共59页（2）种群数量的不规则波动洪泽湖区东亚飞蝗种群数量动态

牛牛文库文档分享第35页/共59页4、种群爆发如连年干旱使士壤中蝗卵的存活率提高,是造成蝗虫大发生的主要原因。

牛牛文库文档分享第36页/共59页赤潮

牛牛文库文档分享第37页/共59页蜗牛的种群大发生（2011年，聊城）

牛牛文库文档分享第38页/共59页5.种群衰落（populationdecline）及其原因当种群长久地处于不利的环境条件下，或在人类过度捕猎，或栖息地被破坏的情况下，其种群数量可出现持久的下降，即种群衰落。如鲸、白暨豚、大熊猫等。

南半球鲸渔获量的变化(仿Mackenzie等,1998)

牛牛文库文档分享第39页/共59页种群衰落的原因：过度捕杀。生物栖息环境的改变，如森林砍伐，草原荒漠化，农田的大量开垦，城市化的加剧，工业、交通运输业的发展等。种群密度过低，由于难以找到配偶而使繁殖机率降低；近亲繁殖，使后代体质变弱，死亡率增加。植物的减少和消失则是动物种群衰落和灭亡的重要原因。

牛牛文库文档分享第40页/共59页6.生态入侵（ecologicalinvasion）某些生物由于人类有意识或无意识地带入某一适宜于其生存和繁衍的地区，它的种群数量便不断地增加，分布区便会逐步稳定的扩展，这种过程叫做生态入侵。如：冈比亚按蚊（1929年）由非洲到达南美的巴西、麝鼠（1905年）由北美引入欧洲、欧洲穴兔(1859年)由英国引入澳大利亚、美洲仙人掌引入澳大利亚，紫茎泽兰、豚草、水盾草、大米草等。

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欧洲的穴兔于1859年由英国引入澳大利亚西南部，由于环境适宜和没有天敌，经过16年后澳大利亚东岸发现有穴兔，即16年中其向东推进了1770km。由于穴兔种群数量很大，与牛羊竞争牧场，成为一大危害。人们采用许多方法，耗资巨大，都未能有效控制。最后引入了粘液瘤病毒，才将危害制止。

牛牛文库文档分享第42页/共59页紫茎泽兰(Eupatoriumadenophorum)

原产墨西哥，解放前由缅甸、越南进入我国云南，现已蔓延到25°33′N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”。

牛牛文库文档分享第43页/共59页国家环保总局在2003年3月6日公布了16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。每年损失574亿元。

牛牛文库文档分享第44页/共59页毒麦薇甘菊互花米草豚草紫茎泽兰（解放草、破坏）空心莲子草

（水花生、喜旱莲子草）

牛牛文库文档分享第45页/共59页飞机草（香泽兰）

凤眼莲（水葫芦）假高梁（石茅、阿拉伯高粱）美国白蛾(秋幕毛虫、秋幕蛾)

牛牛文库文档分享第46页/共59页牛蛙（美国青蛙）福寿螺(大瓶螺)湿地松粉蚧非洲大蜗牛强大小蠧（红脂大小蠧）蔗扁蛾(香蕉蛾)

牛牛文库文档分享第47页/共59页美国康奈尔大学公布的数据表明，美国目前每年要为“生物入侵”损失1370亿美元。印度、南非这两个国家每年因生物入侵造成的经济损失分别为1300亿美元和800亿美元。

牛牛文库文档分享第48页/共59页四、种群调节种群数量变动的机制是极为复杂的，生态学家提出了许多不同的学说，来解释种群动态的机理。有的强调内因，即强调种群的内部变化，特别是种群内个体在行为、生理和遗传上的差异，属于内源性自动调节学派。有的强调外因，即强调环境因素对种群动态的影响，属于气候学派或生物学派（外源性种群调节理论），前者强调气候因素在决定种群大小中的作用，而后者则强调密度制约因素是决定种群密度的关键因素，天敌是最主要的密度制约因素。

牛牛文库文档分享第49页/共59页1、行为调节说——Wyune–Edwards学说认为社群行为是一种调节种群密度的机制。社群等级和领域性等社群行为可能是传递有关种群数量的信息。通过这种社群行为限制在生境中的动物数量，使食物供应和繁殖场所在种群内得到合理分配，把剩余的个体从适宜生境排挤出去，使种群的密度不至于上升太高。种内划分社群等级和领域，限制了种群不利因素的过度增长，并且这种“反馈作用”随种群密度本身的升降而改变其调节作用的强弱。（一）内源性种群调节理论

牛牛文库文档分享第50页/共59页2、内分泌调节学说——Christian学说社群压力→下丘脑→脑下垂体前叶生长激素减少→生长代谢障碍→低血糖、休克/抗体减少→对疾病及外界刺激抵抗力降低→死亡率增加促肾上腺皮质激素增加→皮质激素增多→抗体减少→对疾病及外界刺激抵抗力降低→死亡率增加促肾上腺皮质激素增加→生殖器官和血细胞障碍→出生率下降促性激素减少→性激素减少/生殖细胞成熟减少→出生率下降

牛牛文库文档分享第51页/共59页3、遗传调节学说——奇蒂（Chitty）学说基因型A：适于高密度的种群，繁殖力低，高进攻性，有外迁倾向。基因型B：适于低密度的种群，繁殖力高，较低的进攻性，有留居倾向。种群数量增加→选择有利于基因型A→相互进攻，生殖减少，死亡增加，部分迁出→种群数量降低→选择有利于基因型B→相互容忍，繁殖力高，留居→种群数量增加。

牛牛文库文档分享第52页/共59页自然界中，一个进行自我调节的种群往往是内因和外因相结合调节的结果。影响种群调节的环境因素大致可以划分为非密度制约因素和密度制约因素两大类。前者主要是指非生物因素，如气候因素等，而后者则主要是指生物因素，如寄生、捕食、竞争等。强调非密度制约因素对种群密度的调节作用属于气候学派，强调密度制约因素对种群密度的调节作用则属于生物学派。（二）外源性种群调节理论

牛牛文库文档分享第53页/共59页1、气候学派主要观点：种群参数受天气条件强烈影响；种群的数量大发生与天气条件的变化明显相关；强调种群数量的变动，否认稳定性；例子：蚜虫往往在干旱年份易于大发生，大雨之后剧烈减少。东亚飞蝗也往往是在干旱年份大发生，形成蝗灾。栖居于干旱荒漠地区的澳洲飞蝗和沙漠飞蝗则在多雨年之后种群数量增加。

牛牛文库文档分享第54页/共59页2、生物学派平衡学说（NicholsonAJ）：种群是一个自我管理系统，为了维持平衡，当动物种群的密度很高时，调节因素的作用必须更强，当密度低时，调节因素的作用就减弱。