第一節(jié)種群的基本概念三、種群是構成物種的基本單位,也是構成群落的基本單位(組成成分)四、種群的類型(按研究對象分)

自然種群實驗種群單種種群

混種種群2023/7/29什么是種群生態(tài)學

也即種群生態(tài)學研究的內(nèi)容定量地研究種群的出生率、死亡率、遷入遷出率了解影響種群波動的因素及種群存在、發(fā)生規(guī)律;了解種群波動所圍繞的平均密度及種群衰落、滅絕的原因;

目的:調(diào)控種群2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征一、種群的密度每個單位空間內(nèi)個體的數(shù)量.密度是種群最基本的參數(shù),也是種群重要的參數(shù)之一.

種群密度和生物的大小及該生物所處的營養(yǎng)級有關.2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征二、種群的分布型

1.定義:種群在一個地區(qū)的分布方式,既個體如何在空間配置的.或種群在一定空間的個體擴散分布的一定形式.2.研究分布型的現(xiàn)實意義

抽樣設計方案數(shù)據(jù)處理擴散行為2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征3.種群分布型的類型

均勻分布、隨機分布、集群分布⑴隨機分布:每個個體的位置不受其他個體分布的影響.可用泊松分布概率公式表示:Px=e-mmx/x!Px:一個樣方含x個個體的概率(理論值E)x:各樣方含x個個體m:樣方密度的平均值2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征⑵均勻分布:個體間的距離比隨機分布更為一致.

可看作是隨機分布的特例.⑶集群分布:個體呈疏松不均勻的分布.又稱聚集分布.是最常見的類型.集群分布一般可分為核心分布型和負二項分布型核心分布型(奈曼分布):分布不均勻,個體形成很多小集團或核心,核心之間的關系是隨機的.

其概率公式可表示為:2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征

Px=m1m2e-m2/x∑m2r/r!

其中:m1=m2/(s2-m);m2=s2/(m-1)m為平均密度負二項分布型(嵌紋分布):個體分布疏密相嵌,很不均勻.其概率公式可表示為:Px=(m/p+x-1)(p+1)-k-xpx/(x!m/p-x!)!其中:p=s2/m-1m為平均密度2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征4.種群分布型的計算⑴頻次分布法:根據(jù)分布型的理論概率分布通式計算出理論概率和理論頻次;用x2檢驗法分別檢驗理論頻次和實測頻次的吻合度,來判斷屬何種分布型.⑵分布型指數(shù)法

a:空間分布指數(shù)(擴散系數(shù))I=s2/m

當I=1,隨機分布;I<1,均勻分布;I>1,集群分布.2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征b:k值法(可不受蟲口密度變化而改變)k=m2/(s2-m)1/k=0,隨機分布;1/k>0,集群分布;1/k<0,均勻分布.C:聚塊指標m*/mm*：平均擁擠度。

m*/m=[(∑xi2/∑xi)-1]/m2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征C:聚塊指標m*/mm*：平均擁擠度。m*/m=[(∑xi2/∑xi)-1]/mm*/m=1,隨機分布

m*/m<1,均勻分布

m*/m>1,集群分布2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征d:平均擁擠度m*與平均密度m的回歸關系:m*=α+βmα=0,β=1,隨機分布

β<1,均勻分布

α>0,β=1α=0,β>1,集群分布

α>0,β>12023/7/29第二節(jié)種群的基本特征三、種群的出生率和死亡率1.出生率生理出生率(最大出生率):在理想條件下所能達到的最大出生數(shù)量.

生態(tài)出生率(實際出生率):在一定時期內(nèi),種群在特定條件下實際出生數(shù)量.內(nèi)外因素共同作用影響的結果.

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.生殖年齡的長短.2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征2.死亡率

生理死亡率(最小死亡率):在最適條件下個體因衰老而死亡,其種群死亡率降到最低.

生態(tài)死亡率(實際死亡率):在一定條件下的實際死亡率.許多個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間每1000個個體的出生或死亡數(shù)來表示.

2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征四、種群的年齡結構種群的年齡分為三種生態(tài)年齡,即3個年齡組:

生殖前期、生殖期、生殖后期

3種主要的年齡結構類型:

增長型、穩(wěn)定型、衰老型2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征五、性比大多數(shù)生物的自然種群內(nèi)♀♂個體比率常為1:1

出生時雄性多于雌性,隨年齡增長,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,當食物短缺時,雌性比例下降.

2023/7/29第二節(jié)種群的基本特征六、多型現(xiàn)象種群內(nèi)的個體在形態(tài)、生殖力、體重及其他生理生態(tài)習性上產(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,同性個體也有不同.

如飛虱長短翅;社會性昆蟲等2023/7/29第三節(jié)種群的增長

目的和內(nèi)容:認識種群數(shù)量上的動態(tài),用數(shù)學模型加以描述,進而分析其數(shù)量變動規(guī)律,預測未來數(shù)量動態(tài)趨勢.

按時間函數(shù)的連續(xù)或不連續(xù),可分兩類.2023/7/29種群的幾何級數(shù)增長(世代離散性生長模型)

適應:一年一個世代,一個世代只生殖一次

R0=Nt+1/NtNt:種群在t時刻的數(shù)量;Nt+1:種群在t+1時刻的數(shù)量;R0:每個世代的凈生殖率(繁殖速率)2023/7/29一種群的幾何級數(shù)增長(世代離散性生長模型)一、R0恒定

由Nt+1=R0Nt

可得Nt=R0tN0(R0>1,增長;R0=1,不增不減;R0<1,下降)

很多生物一生可繁殖多次.把在一定時期內(nèi)的增長率看成周限增長率(λ)

則:Nt=λtN0

2023/7/29一種群的幾何級數(shù)增長(世代離散性生長模型)二、R0隨種群密度變化時種群密度高時,因食物短缺流行病等,死亡率增大,種群密度與繁殖速率存在負的直線相關.R0=1-B(N-Neq)N:種群實際觀察密度;Neq:種群平衡密度N-Neq=Z:對平衡密度的偏離;B:直線斜率所以:Nt+1=R0Nt=(1-BZ)Nt

2023/7/29一種群的幾何級數(shù)增長(世代離散性生長模型)

討論:

種群數(shù)量Nt+1決定于R0、Nt;而R0往往是不恒定的.除上述討論的與種群密度有關外,在自然界還與天敵氣候等相關,組成函數(shù)R0=f(x),然后代入方程Nt+1=R0Nt,組成一個復雜的預測模型.2023/7/29二種群的指數(shù)增長(世代連續(xù)性生長模型)

適應:世代重疊,生活史短,無特定繁殖期在無限環(huán)境中的幾何增長;繁殖速率恒定可用微分方程表示:dN/dt=(b-d)NdN/dt:種群的瞬時數(shù)量變化

b、d:每個體的瞬時出生率、死亡率

b-d=r:瞬時增長率(內(nèi)稟增長率:種群固有的內(nèi)在增長能力)

dN/dt=rN→dN/N=rdt2023/7/29二種群的指數(shù)增長(世代連續(xù)性生長模型)

對上式積分可得:

Nt=N0ertNt:t時刻的種群數(shù)量;N0:種群起始個體數(shù)量;e:自然對數(shù)的底此即在無限自然資源(食物空間)中作指數(shù)函數(shù)曲線生長的模型;

利用此模型可計算未來任一時刻種群個體數(shù)2023/7/29三種群的邏輯斯諦增長(在有限環(huán)境中)

適應:世代重疊,連續(xù)性生長;在有限環(huán)境中的增長;繁殖速率不恒定環(huán)境容納量:由環(huán)境資源所決定的種群限度.即某一環(huán)境所能維持的種群數(shù)量.

“擁擠效應”:種群增加一個個體時,瞬時對種群產(chǎn)生一種壓力,使種群的實際增長率“r”下降一個常數(shù)c.

dN/dt=N(r-cN)見圖2023/7/29三種群的邏輯斯諦增長(在有限環(huán)境中)dN/dt=N(r-cN)N→K,dN/dt=0,r-cN=0,c=r/k

dN/dt=rN(1-N/k)=rN(k-N)/k

(k-N)/k:邏輯斯諦系數(shù)N>k,種群下降;N=k,種群不增不減;N<k種群上升求其積分:Nt=k/[1+(k/N0-1)e-rt]2023/7/29三種群的邏輯斯諦增長(在有限環(huán)境中)應具備:第一:具有穩(wěn)定的年齡分布.第二:對種群密度測定有恰好的單位.第三:每個體增長率與種群大小成線性關系.第四:種群密度對增長率的影響是瞬時作用,不存在時滯效應.2023/7/29四對種群增長模型的修正一、離散型有時滯的模型

Nt+1=R0Nt=(1-BZt-1)Nt

即用t-1(上一代)的Z值,不用當代Z值二、邏輯斯諦生長的時滯模型

dN/dt=rNt-g(k-Nt-w)/kg為生殖時滯;w為反應時滯(作用時間時滯)2023/7/29第四節(jié)種群生命表及分析

生命表方法是種群生態(tài)學研究的一個重要內(nèi)容.

生命表方法是研究種群數(shù)量變動機制和制定數(shù)量預測模型的一種重要方法

2023/7/29一、生命表的定義

生命表是按種群生長的時間,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程的一覽表.

最初用于人壽保險.對研究人口現(xiàn)象和人口的生命過程有重要的意義.2023/7/29二、生命表的主要優(yōu)點1.系統(tǒng)性:記錄了從世代開始至結束.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)量消長的各因素的作用狀況.4.關鍵性:分析其關鍵因素,找出主要因素和作用的主要階段.2023/7/29生命表的一般構成

了解生命表中常見的參數(shù)和符號

x:按年齡或一定時間劃分的單位期限.(如:日、周、月等)

nx:x期開始時的存活率

dx:x期限內(nèi)(x→x+1)的死亡數(shù)

qx:x期限內(nèi)的死亡率,常以100qx

和1000qx表示

qx=dx/nx

lx:x期開始時存活個體的百分數(shù).lx=nx/n12023/7/29生命表的一般構成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)的累計數(shù)

Tx=∑Lxex:x期開始時的平均生命期望值

ex=Tx/nxnxdx是直接觀察值,其余參數(shù)為統(tǒng)計值2023/7/29生命表建立的一般步驟一、設計、調(diào)查:

根據(jù)研究對象的生活史、分布及各類環(huán)境因子特點,確定調(diào)查取樣方案.二、根據(jù)研究對象、目的確定生命表類型:

如:特定時間生命表(適合實驗種群的研究)

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)2023/7/29

生命表建立的一般步驟三、合理劃分時間間隔在了解其生物學的基礎上,合理劃分時間間隔,可采用年、月、日或小時等.但野外(如對自然種群)要得到有關生物年齡資料較困難.可通過鑒定它們死亡時的年齡,對dx作出估計.四、制表、生命表數(shù)據(jù)分析2023/7/29特定時間生命表

又稱靜態(tài)生命表.生命表中常見的形式.適用:于世代重疊的生物,在人口調(diào)查中也常用優(yōu)點:①容易使我們看出種群的生存、生殖對策;②可計算內(nèi)稟增長率rm和周限增長率λ③編制較易.缺點:①無法分析死亡原因或關鍵因素

②也不適用于出生或死亡變動很大的種群.2023/7/29特定時間生命表一、例:一個假定的特定時間生命表xnxdxLxTxex

1000qx1100030085021802.18300270020060013301.9028635002004007301.4640043002002003301.10667510050751301.305006503035551.106007201015201.00500

81010550.501002023/7/29特定時間生命表

在特定時間生命表中,常加入年齡特征繁殖力項mx,mx表示在x期限內(nèi)存活的平均每一個雌性個體所產(chǎn)生的雌性后代數(shù)(即每雌產(chǎn)雌數(shù))mx=oxsx/(nx+nx+1)/2ox:x期的產(chǎn)卵數(shù)

sx:性比

(nx+nx+1)/2:x期的存活數(shù)目2023/7/29特定時間生命表例金龜子實驗種群生命表

Xlxmxlxmxlxmxx

01.00490.46未成熟期

500.45510.421.00.4221.42520.316.92.13110.76530.057.50.3820.14

540.010.90.010.54∑16.32.94152.862023/7/29特定時間生命表二、生命參數(shù)的計算

世代平均歷期(周期):T=∑lxmxx/∑lxmx

凈增殖率:每過一個世代種群數(shù)量增長倍數(shù)

R0=∑lxmx

周限增長率:λ=erm

2023/7/29特定時間生命表

內(nèi)稟增長率rm:在實驗條件下,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能力.

最佳溫濕組合,充足高質(zhì)量食物,無限空間,最佳種群密度,排除其它生物的有害影響.

滿足:∑e-rmxlxmx=12023/7/29特定年齡生命表

又稱動態(tài)生命表適用于世代不重疊生物,可進行關鍵因子分析另外還有圖解式生命表,植物生命表等.

植物生命表:其存活可用種子的萌發(fā)百分數(shù)和實生苗的存活百分數(shù)來表示.2023/7/29第五節(jié)種群間的相互關系

種群相互關系的類型

關系類型關系特點

競爭(--)彼此互相抑制

捕食(+-)種群A殺死或吃掉種群B一些個體

寄生(+-)種群A寄生于種群B,并有害于后者

中性(00)彼此互不影響

共生(++)彼此互相有利,專性

互惠(++)彼此互相有利,兼性

偏利(+0)對A種群有利,對種群B無利害

偏害(-0)對A種群有害,對種群B無利害2023/7/29競爭

競爭:生活在同一地區(qū)的兩個物種,由于利用相同的資源,導致每一個物種的數(shù)量下降,即兩種群彼此發(fā)生有害影響.

競爭一般可分為干擾競爭和利用競爭.

干擾競爭:一種動物借助于行為排斥另一種動物使其得不到資源.如:紅翅鶇和黃頭鶇.

利用競爭:一個物種所利用的資源對第二個物種也非常重要,但兩個物種并不發(fā)生直接接觸.如:螞蟻、嚙齒動物都以植物種子為食.2023/7/29競爭一、種群競爭的理論模型競爭方程建立在邏輯斯諦方程的基礎上.dN1/dt=r1N1(k1-N1-α12N2)/k1dN2/dt=r2N2(k2-N2-α21N1)/k2

k1、k2:兩競爭物種的環(huán)境負荷

α12:物種2的競爭系數(shù),2對1的競爭抑制作用;

α21:物種1的競爭系數(shù),1對2的競爭抑制作用.

當沒有競爭情況下,α12或N2等于0,α21或N1等于0;即呈S曲線.2023/7/29競爭二、競爭排除兩個種群開始競爭時,一個種群最終將另一個種群完全排除掉,并使整個系統(tǒng)趨向飽和.

結論:兩個生態(tài)學上完全相同的物種不可能同時同地生活在一起;不同物種要實現(xiàn)在飽和環(huán)境和競爭群落中的共存,必須具有某些生態(tài)學的差異.2023/7/29競爭三、實驗條件下的種群競爭兩個例子:

大草履蟲和雙小核草履蟲兩種谷盜競爭,擬谷盜和鋸谷盜2023/7/29競爭四、在自然條件下的種群競爭

(1)對生活在同一地區(qū)的近緣物種生態(tài)學研究:

近緣物種在形態(tài)生理生態(tài)方面相似,因生活在同一地區(qū),競爭激烈,迫使其在生態(tài)學上發(fā)生分化,表現(xiàn)在3方面:

第一:利用不同的生境或微生境第二:吃不同的食物第三:在不同的時間出來活動

(2)特征替代現(xiàn)象:同地分布的近緣種之間的差2023/7/29競爭

異往往比異地分布時所表現(xiàn)的差異大.因同地分布時,彼此由于競爭而發(fā)生分化,而異地分布時,由于無競爭而分化不明顯.(3)對所謂“不完全”動植物區(qū)系及生態(tài)位相應變化

如:海島即屬于這種區(qū)系在海島上缺少大陸上許多物種,侵入海島的物種擴展其生態(tài)位,利用一些新生境資源,因此其數(shù)量比大陸多,生境也更廣,覓食技巧更多樣.2023/7/29捕食

一個物種的成員以另一物種成員為食,被捕食者常常被殺死.

狹義捕食:動物吃動物廣義捕食:肉