上海交通大學(xué)生態(tài)學(xué)課件第三章種群生態(tài)學(xué)1

1、生態(tài)學(xué)2003,1,生 態(tài) 學(xué)理論與應(yīng)用邱江平、趙琦上海交通大學(xué),2,第三章：種群生態(tài)學(xué),種群的概念和基本特征種群動(dòng)態(tài)種群生活史種內(nèi)和種間關(guān)系,3,第一節(jié)：種群的概念和基本特征,一、種群的基本概念種群概念：種群是指同一物種中在一定時(shí)間范圍內(nèi)占有一定空間個(gè)體的集合體。物種的存在單位、繁殖單位、進(jìn)化單位構(gòu)成群落的基本單元理論種群、自然種群、實(shí)驗(yàn)種群?jiǎn)畏N種群、混種種群,4,,二、種群的基本特征數(shù)量

2、特征空間特征遺傳特征系統(tǒng)特征,5,,三、種群生物學(xué)和種群生態(tài)學(xué)種群生物學(xué)：研究種群的結(jié)構(gòu)、形成、發(fā)展和運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程規(guī)律的科學(xué)。種群遺傳學(xué)和種群生態(tài)學(xué)是其最主要的組成部分。種群生態(tài)學(xué)：研究種群內(nèi)各成員之間，它們與其他種群成員之間，以及它們與周圍環(huán)境中的生物和非生物因素之間的相互關(guān)系。種群動(dòng)態(tài)是種群生態(tài)學(xué)的核心問(wèn)題,6,,四、單體生物和構(gòu)件生物單體生物：每一個(gè)體都是由一個(gè)受精卵直接發(fā)育而來(lái)，個(gè)體的形態(tài)和發(fā)育都可以預(yù)測(cè)，如哺乳類

3、、鳥(niǎo)類、兩棲類和昆蟲(chóng)等。構(gòu)件生物：受精卵首先發(fā)育成一結(jié)構(gòu)單位，或構(gòu)件，然后發(fā)育更多的構(gòu)件，形成分支結(jié)構(gòu)。發(fā)育的形式和時(shí)間是不可預(yù)測(cè)的。如大多數(shù)植物、海綿、水螅和珊瑚等。,生態(tài)學(xué)2003,7,8,第二節(jié)：種群動(dòng)態(tài),種群的基本參數(shù)種群的數(shù)量統(tǒng)計(jì)種群的年齡分布與性比生命表內(nèi)稟增長(zhǎng)率種群的空間格局種群的增長(zhǎng)種群的調(diào)節(jié),9,一、種群的基本參數(shù),種群密度原始密度、生態(tài)密度種群的出生率和死亡率生理出生率/生態(tài)出生率生理死

4、亡率/生態(tài)死亡率遷入和遷出,10,,生理出生率(最大出生率):在理想條件下所能達(dá)到的最大出生數(shù)量.生態(tài)出生率(實(shí)際出生率):在一定時(shí)期內(nèi),種群在特定條件下實(shí)際出生數(shù)量.內(nèi)外因素共同作用影響的結(jié)果. 影響出生率的因素: a.性成熟速度; b.每次產(chǎn)仔數(shù); c.每年生殖次數(shù); d.生殖年齡的長(zhǎng)短.,11,,生理死亡率(最小死亡率):在最適條件下個(gè)體因衰老而死亡,其種群死亡率降到最低.生態(tài)死亡率(實(shí)際死亡率):在一定條件下

5、的實(shí)際死亡率.許多個(gè)體死于各種生物或非生物影響的因素.出生率和死亡率一般都以種群中每單位時(shí)間每1000個(gè)個(gè)體的出生或死亡數(shù)來(lái)表示.,生態(tài)學(xué)2003,12,13,二、種群的數(shù)量統(tǒng)計(jì),1、絕對(duì)密度的測(cè)定總數(shù)量調(diào)查取樣調(diào)查樣方法標(biāo)志重捕法去除取樣法,14,生態(tài)學(xué)2003,15,16,17,,2、相對(duì)密度的測(cè)定捕捉糞堆計(jì)數(shù)鳴叫計(jì)數(shù)毛皮的收購(gòu)記錄單位漁撈努力的魚(yú)數(shù)或生物量計(jì)數(shù)動(dòng)物活動(dòng)所遺留的遺跡,18,三、種群的年齡分布和

6、性比,研究種群年齡分布和性比的意義年齡結(jié)構(gòu)性比率多型現(xiàn)象,19,,種群的年齡結(jié)構(gòu) 種群的年齡分為三種生態(tài)年齡,即3個(gè)年齡組: 生殖前期、生殖期、生殖后期 3種主要的年齡結(jié)構(gòu)類型: 增長(zhǎng)型、穩(wěn)定型、衰老型,生態(tài)學(xué)2003,20,金字塔型,鐘罩型,壺型,年齡分布（年齡結(jié)構(gòu)）,,生態(tài)學(xué)2003,21,生態(tài)學(xué)2003,22,生態(tài)學(xué)2003,23,24,,性比 大多數(shù)生物的自然種群內(nèi)♀

7、♂個(gè)體比率常為1:1 出生時(shí)雄性多于雌性,隨年齡增長(zhǎng),雌性多于雄性. 性比也受環(huán)境因素影響,如食物的豐歉. 如赤眼蜂,當(dāng)食物短缺時(shí),雌性比例下降.,25,,多型現(xiàn)象 種群內(nèi)的個(gè)體在形態(tài)、生殖力、體重及其他生理生態(tài)習(xí)性上產(chǎn)生差異,而出現(xiàn)種群內(nèi)不同生物型. 這種不同不單表現(xiàn)在♀♂相異,同性個(gè)體也有不同. 如飛虱長(zhǎng)短翅; 社會(huì)性昆蟲(chóng)等,26,四、生命表,生命表方法是種群生態(tài)學(xué)研究的一

8、個(gè)重要內(nèi)容.生命表方法是研究種群數(shù)量變動(dòng)機(jī)制和制定數(shù)量預(yù)測(cè)模型的一種重要方法生態(tài)表的基本概念生命表的一般構(gòu)成生命表的種類生命表的編制方法生命表分析,27,生命表的基本概念,生命表是按種群生長(zhǎng)的時(shí)間,或按種群的年齡(發(fā)育階段)的程序編制的,系統(tǒng)記述了種群的死亡或生存率和生殖率. 是最清楚、最直接地展示種群死亡和存活過(guò)程的一覽表. 最初用于人壽保險(xiǎn). 對(duì)研究人口現(xiàn)象和人口的生命過(guò)程有重要的意義.,28,生命表

9、的基本概念,生命表的主要優(yōu)點(diǎn)1. 系統(tǒng)性: 記錄了從世代開(kāi)始至結(jié)束.2. 階段性: 記錄各階段的生存或生殖情況.3. 綜合性: 記錄了影響種群數(shù)量消長(zhǎng)的各因素的作用狀況.4. 關(guān)鍵性: 分析其關(guān)鍵因素,找出主要因素和作用的主要階段.,29,生命表的一般構(gòu)成,30,生命表的一般構(gòu)成,了解生命表中常見(jiàn)的參數(shù)和符號(hào) x: 按年齡或一定時(shí)間劃分的單位期限.(如:日、周、月等) nx: x期開(kāi)始時(shí)的存活率 dx: x期限內(nèi)

10、(x→x+1)的死亡數(shù) qx: x期限內(nèi)的死亡率,常以100 qx 和1000 qx表示 qx= dx/ nx lx: x期開(kāi)始時(shí)存活個(gè)體的百分?jǐn)?shù). lx = nx/n1,31,生命表的一般構(gòu)成,Lx: x→x+1期間的平均存活數(shù)目 (nx+nx+1)/2Tx: x期限后平均存活數(shù)的累計(jì)數(shù) Tx=∑Lxex: x期開(kāi)始時(shí)的平均生命期望值 ex=Tx

11、/nx nx dx是直接觀察值,其余參數(shù)為統(tǒng)計(jì)值,32,生命表的種類,特定時(shí)間生命表又稱靜態(tài)生命表.生命表中常見(jiàn)的形式.適用:于世代重疊的生物,在人口調(diào)查中也常用優(yōu)點(diǎn): ①容易使我們看出種群的生存、生殖對(duì)策; ②可計(jì)算內(nèi)稟增長(zhǎng)率rm和周限增長(zhǎng)率λ ③編制較易.缺點(diǎn): ①無(wú)法分析死亡原因或關(guān)鍵因素 ②也不適用于出生或死亡變動(dòng)很大的種群.,生態(tài)學(xué)2003,33,34

12、,特定年齡生命表 又稱動(dòng)態(tài)生命表 適用于世代不重疊生物,可進(jìn)行關(guān)鍵因子分析,生態(tài)學(xué)2003,35,生態(tài)學(xué)2003,36,生態(tài)學(xué)2003,37,動(dòng)態(tài)混合生命表,生態(tài)學(xué)2003,38,39,圖解生命表,生態(tài)學(xué)2003,40,生態(tài)學(xué)2003,41,42,生命表的編制方法,一、設(shè)計(jì)、調(diào)查: 根據(jù)研究對(duì)象的生活史、分布及各類環(huán)境因子特點(diǎn),確定調(diào)查取樣方案.二、根據(jù)研究對(duì)象、目的確定生命表類型: 如: 特定時(shí)

13、間生命表(適合實(shí)驗(yàn)種群的研究) 特定年齡生命表(適合自然種群的研究、記錄各發(fā)育階段dx的死亡原因,死亡原因一欄用dxf表示)三、合理劃分時(shí)間間隔 在了解其生物學(xué)的基礎(chǔ)上,合理劃分時(shí)間間隔,可采用年、月、日或小時(shí)等. 但野外(如對(duì)自然種群)要得到有關(guān)生物年齡資料較困難. 可通過(guò)鑒定它們死亡時(shí)的年齡,對(duì)dx作出估計(jì).四、制表、生命表數(shù)據(jù)分析,生態(tài)學(xué)2003,43,生命表分析死亡曲線,生態(tài)學(xué)2003,4

14、4,生態(tài)學(xué)2003,45,存活曲線,生態(tài)學(xué)2003,46,47,,0,0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,Age (years),n (log scale),x,10,1,14,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,Time-specific survivorship curve,生態(tài)學(xué)2003,48,,,0,0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,n (log scale),x,Age (ye

15、ars),1,2,7,6,3,4,5,Age-specific survivorship curve for the American robin.,生態(tài)學(xué)2003,49,Hypothetical comparison of cohort survivorship of humans born in 1930.,Comparison in the accuracy of life tables,生態(tài)學(xué)2003,50,,Type I,Ty

16、pe II,Type III,Many mammals,,Many birds,small mammals,lizards, turtles,,Many invertebrates,,Age,Number of survivors (n ) (log scale),x,1000,100,10,1,0.1,Fig. 6.4,生態(tài)學(xué)2003,51,生態(tài)學(xué)2003,52,生態(tài)學(xué)2003,53,五、內(nèi)稟增長(zhǎng)率1、特定年齡生育力（mx）和

17、凈生殖率（R0）,54,55,56,2、世代歷期,57,3、內(nèi)稟增長(zhǎng)率rm,內(nèi)稟增長(zhǎng)率rm:在實(shí)驗(yàn)條件下,人為地排除不利的環(huán)境條件,排除捕食者和疾病的影響,并提供理想的和充足的食物,這種條件下所觀察到的種群增長(zhǎng)能力. 最佳溫濕組合,充足高質(zhì)量食物,無(wú)限空間,最佳種群密度,排除其它生物的有害影響.,58,生態(tài)學(xué)2003,59,60,61,62,生態(tài)學(xué)2003,63,生態(tài)學(xué)2003,64,生態(tài)學(xué)2003,65,66,六、種

18、群的空間格局（spatial pattern）1、種群的空間分布型,概念:指組成種群的個(gè)體在其生活空間中的位置或布局。三類主要分布型隨機(jī)型(random)：每一個(gè)體在種群領(lǐng)域中各個(gè)點(diǎn)上出現(xiàn)的機(jī)會(huì)是相等的。且某一個(gè)體的存在并不影響另一個(gè)體的分布。如森林地被中的一些蜘蛛，面粉中的黃粉蟲(chóng)等。較少見(jiàn)。均勻型(uniform)：個(gè)體在種群領(lǐng)域中呈有規(guī)則地均勻分布。如鳥(niǎo)類在懸崖上筑巢由呈均勻分布型。少見(jiàn)。成群型(clumped)或稱聚群

19、型(aggregated)：最常見(jiàn)，如魚(yú)類、鳥(niǎo)類、獸類等，而森林地面上的無(wú)脊椎動(dòng)物，除蜘蛛外都是成群型。,生態(tài)學(xué)2003,67,68,,空間分布型的檢驗(yàn)空間分布指數(shù)當(dāng)I=1，隨機(jī)分布當(dāng)I1，集群分布,69,相鄰個(gè)體最小距離當(dāng)J=1，隨機(jī)分布當(dāng)J1，均勻分布,70,2、空間尺度和種群的空間結(jié)構(gòu)3、空間異質(zhì)性和集合種群“由經(jīng)常局部性滅絕，但又定居而再生的種群所組成的種群”。一個(gè)大的興旺的種群因環(huán)境污染,棲息地破壞或其他干

20、擾而破碎成許多孤立的小種群時(shí),這些小種群的聯(lián)合體或總體就稱為集合種群或聯(lián)種群.,71,一般種群 聯(lián)種群研究目 預(yù)測(cè)種群達(dá)平衡時(shí) 是否走向滅絕,或還能 的不同 的密度,即種群大小 維持生存多長(zhǎng)時(shí)間區(qū)域不 一定(某)空間 著眼于較大區(qū)域,包同 括很多小斑塊. 不關(guān)

21、 心小種群.,72,73,74,75,七、種群的增長(zhǎng),,76,1、種群增長(zhǎng)的一個(gè)簡(jiǎn)單模型,Nt+1-Nt=B+I-D-ENt+1-Nt=B-DB=b Nt D=d NtNt+1-Nt= (b - d) Nt,77,2、種群的幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng),R0= Nt+1 /Nt 即 Nt+1 = R0 Nt那么：N1= R0 N0 N2=R0 N1 即 N2=R02 N0

22、 所以： Nt = R0t N0 Nt+1 = λ Nt Nt= λt N0,生態(tài)學(xué)2003,78,生態(tài)學(xué)2003,79,生態(tài)學(xué)2003,80,81,z=N-NeqR0=1.0- β(N-Neq)=1.0-βzNt+1 = R0 Nt=(1.0-βz) Nt,生態(tài)學(xué)2003,82,83,命 L= βNeq若 02.57，種群將發(fā)生隨機(jī)波動(dòng),84,3、種群的指數(shù)增長(zhǎng),dN/dt=(b-d)N若 r=b-d dN/

23、dt=rN若 r>0，種群數(shù)量增長(zhǎng)若 r<0，種群數(shù)量下降若 r=0，種群數(shù)量不變,生態(tài)學(xué)2003,85,86,1/N·dN/dt=rNt=N0ert,87,4、種群的邏輯斯諦增長(zhǎng),dN/dt=rN[(K-N)/K]K:環(huán)境容納量(K-N)/K：邏輯斯諦系數(shù)當(dāng)N>K時(shí)， (K-N)/K是負(fù)值，種群數(shù)量下降當(dāng)N<K時(shí)， (K-N)/K是正值，種群數(shù)量上升當(dāng)N=K時(shí)， (K-N)/

24、K等于零，種群數(shù)量不變,生態(tài)學(xué)2003,88,生態(tài)學(xué)2003,89,生態(tài)學(xué)2003,90,1/N·dN/dt=r(K-N)/K當(dāng)種群密度很低時(shí)，1/N·dN/dt=r,生態(tài)學(xué)2003,91,Nt=K/[1+(K/N0-1)e-rt],生態(tài)學(xué)2003,92,生態(tài)學(xué)2003,93,生態(tài)學(xué)2003,94,八、種群調(diào)節(jié),1、密度制約和非密度制約因素,95,2、氣候因素種群參數(shù)受天氣的強(qiáng)烈影響種群數(shù)量的大發(fā)生與天氣條件

25、的變化明顯相關(guān)強(qiáng)調(diào)種群的數(shù)量變動(dòng)，否認(rèn)穩(wěn)定性,96,3、種間因素 特征密度,生態(tài)學(xué)2003,97,生態(tài)學(xué)2003,98,4、食物因素,99,5、種內(nèi)調(diào)節(jié)1）行為調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)2）內(nèi)分泌調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)3）遺傳調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō),100,5、種內(nèi)調(diào)節(jié)1）行為調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)可以從動(dòng)物的社群行為上表現(xiàn)出來(lái)，社群行為是一種調(diào)節(jié)種群密度的機(jī)制。社會(huì)等級(jí)、領(lǐng)域性等社群行為可能是一種傳遞有關(guān)種群數(shù)量的信息，尤其是關(guān)于資源與種群數(shù)量關(guān)系的信息的行為，通過(guò)這種