种群生态学-种群的增长模型.ppt

,普通生态学,General Ecology,21:50:31,2,种群生态学,第二节 种群动态 二、种群统计学 （三）生命表(Life table)的编制 4、种群增长率（r）和内禀增长率 三、种群的增长模型,21:50:31,3,三、种群的增长模型,（一）与密度无关的种群增长模型 1.种群离散增长模型 Nt = N0t, = 1:种群稳定 1: 种群上升. 0 1:种群下降 =0种群没有繁殖，种群在下一代灭亡。,21:50:31,4,（一）与密度无关的种群增长模型,种群连续增长模型 Nt=N0ert r 为瞬时增长率,r 0种群上升 r =0种群稳定 r 0种群下降,21:50:31,5,（一）与密度无关的种群增长模型,lRo / r =ln R0= T,与密度无关的种群增长的增长模型位指数增长，增长曲线为“J”型，又称“J”型增长。,21:50:31,6,逻辑斯谛增长方程 数学模型： dN/dt= r N (1-N/K) Nt=K/（1+ea-rt ） (k-N)/k:逻辑斯谛系数 Nk,种群下降; N=k,种群不增不减;Nk种群上升 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。,（二）与密度有关的种群增长模型,21:50:31,7,K,逻辑斯谛增长,指数增长,指数增长与逻辑斯谛增长之间的关系,1 N /K,t,Nt,21:50:31,8,逻辑斯谛增长率变化曲线,dN/dt,dN/dt=Nr(1-N/K),N,k2,21:50:31,9,逻辑斯谛增长曲线的五个时期,A 开始期 B 加速期 C 转折期 D 减速期 E 饱和期,K,t,Nt,K/2,21:50:31,10,逻辑斯缔方程的意义,它是两个相互作用种群增长模型的基础； 它是渔业、林业、农业等实践领域中确定最大持续产量的主要模型； 模型中的两个参数K和r已成为生物进化对策理论中的重要概念。,21:50:31,11,第三节 种群调节及集合种群,种群数量受天气的强烈影响气候学派 捕食、寄生、竞争、食物等生物因素对种群起调节作用生物学派 种内成员的异质性自动调节学说 社群的等级和领域性行为调节学说 激素分泌的反馈调节机制内分泌调节学说 遗传多态遗传调节学说,外源性调节,内源性调节,21:50:31,12,第四节 生活史对策(生态对策),生活史：一个生物从出生到死亡所经历的全部过程称为生活史。 生活史对策：生物在生存斗争中获得的生存对策称为生态对策或生活史对策。 繁殖对策 取食对策 避敌对策 扩散对策,21:50:31,13,一、繁殖对策,生物的繁殖问题一直是进化生态学的核心问题。 Lack 法则：D.Lack1954 发现了动物繁殖的生态趋势，提出动物总是面对两种对立的进化选择：一种是高生育率但无亲代抚育；一种是低生育率但有亲代抚育。这一理论称为D.Lack法则。 MacArthur 1962年提出了r-K选择的自然选择理论,21:50:31,14,1.r- 选择与K-选择 r-选择：有利于增大内禀增长率的选择。 K-选择：有利于增加竞争能力的选择。 进一步将 r-选择的物种称为r- 策略 者，K选择的物种称为K策略者,一、繁殖对策,21:50:31,15,1.r- 选择与K-选择,r对策种群 具有使种群增长率最大化的特征：快速发育，小型成体，数量多而个体小的后代，高的繁殖能量和短的世代周期。 k对策种群 具有使种群竞争能力最大化的特征：慢速发育，大型成体，数量少而体型大的后代，低的繁殖能量和长的世代周期。,21:50:31,16,r-策略者是新生境的开拓者，但生存靠机会机会主义者，K策略者是稳定环境的维护者保守主义者。,1.r- 选择与K-选择,21:50:31,17,热带地区物种(气候条件稳定)近于K类对策. 蝶 温带或寒带物种(气候条件不稳定)近于r类对策.蚜虫 脊椎动物K, 侏罗纪、白垩纪(温暖潮湿,气候稳定) 昆虫 r, 二叠纪、三叠纪(气候条件不定) 组成森林树木 K类对策 一年生植物 r类对策,1.r- 选择与K-选择,21:50:31,18,r类与k类对策特征比较,21:50:31,19,r-对策的优缺点 K-对策的优缺点,1.r- 选择与K-选择,21:50:31,20,1.r- 选择与K-选择,应该说， r,K-选择只是有机体自然选择的两个基本类型。实际上，在同一个地区，同一生态条件下都能找到许多不同的类型，大多数物种是以一个、几个或大部分特征居于这两个类型之间。因此，将这两个类型看作是连续变化的两个极端更为合适。也就是，生物界的种类存在着“r-K 策略的连续体”（r-K continuum of strategies).,21:50:31,21,2、R-、C-和S-选择的生活史模式,C-选择：在资源丰富的可预测生境中的选择，主要将资源分配给生长。（竞争型） R-选择：在资源丰富的临时生境中的选择，主要将资源分配给生殖。（干扰型） S-选择：资源分配的主要方式是分配给维持，在资源有限或由于生理胁迫限制了资源利用的生境中，将主要的资源用于维持存活，这就是胁迫忍耐种。 （胁迫忍耐型）,21:50:31,22,对有害生物按生态对策来分类: r 类有害生物, K 类有害生物. 不同类所采取的调控策略不同.,二、生态对策与调控策略,21:50:31,23,第五节 种内与种间关系,种内的相互作用的主要形式有竞争、自相残杀和利他等 种间相互作用的形式主要有竞争、捕食、寄生和互利共生 正相互作用：偏利共生、原始合作、互利共生 负相互作用：竞争、捕食、寄生、和偏害,21:50:31,24,第五节 种内与种间关系,一、种内关系Intraspecific relationship 在种内关系方面，植物种群与动物种群有很大区别。植物种群除有集群生长的特性外，更主要的是个体之间的密度效应（density effect), 反映在个体产量和死亡率上。动物种群主要表现为等级制、领域性、集群和分散等行为上。,21:50:31,25,（一）、密度效应,密度效应：又叫邻接效应（the effect of neighbours): 在一定时间内，当种群的个体数量增加时，就必定出现邻接个体之间的相互影响，称为密度效应或邻接效应。 最后产量恒定法则 3/2 自疏法则,21:50:31,26,（一）、密度效应,最后产量恒定法则 在一定范围内，当条件相同时，不管一个种群的密度如何，最后产量差不多总是一样的。 Y=W d=Ki,21:50:31,27,（一）、密度效应,3/2 自疏法则 自疏：密度增大后，种群内的部分个体死亡，种群密度有所下降，称为自疏。 W=Cd-a W=Cd-3/2 被称为-3/2 自疏法则,21:50:31,28,（二）动植物的性别生态,（1）植物的性别系统 雌雄同花、雌雄同株异花（玉米）、雌雄异株（银杏） （2）动物的婚配制度 婚配制度是指种群内婚配的各种类型。高等动物最常见的婚配制度是一雄多雌制，而一雄一雌的单配偶制则是由原始的一雄多雌制进化而来的。 决定动物的婚配制度的主要生态因素可能是资源的分布，主要是食物和营巢地在空间和时间上的分布情况。,21:50:31,29,（三）领域性和社会等级,领域性（territoriality）:动物的个体、家庭，甚至社群所占据的、并积极保卫不让同种其它个体侵入的空间，这种现象称领域性。 这种占有领域的行为称领域行为。动物的领域随占有者的体重而变化，受食物品质影响，领域面积随生活史而变化。 领域的特征与意义： 领域的主要特征有三点： 领域是一个固定的区域，且大小可调整； 领域受积极保护； 领域的使用是排他性的。 领域使动物可以得到充足的食物，减少对生殖活动的外来干扰，使安全更有保障。,21:50:31,30,社会等级（social hierarchy）: 动物种群中的各个个体的地位有一定的顺序性。其基础是支配从属关系。支配从属关系有三种基本形式： 独霸式：群体内只有一个个体支配全群，其他个体都服从它而不再分等级。 单线式：群内个体成单线支配关系，甲制乙，乙制丙以些类推。 循环式：甲制乙，乙制丙，而丙又制甲的形式。,（三）领域性和社会等级,21:50:31,31,（四）他感作用和利它行为,他感作用（allelopathy）：某些植物能分泌一些有害化学物质，阻止别种植物在其周围生长，这种现象称他感作用, 或叫异株克生。 北美的黑胡桃（Juglans nigra）抑制离树干25m范围内植物的生长，其根抽提物含有化学苯醌，可杀死紫花苜蓿和番茄类植物。,21:50:31,32,利他（altruism）行为是指一个体牺牲自我而使社群整体或其他个体获得利益的行为。 种群和社群都是进化单位。 是群体选择的结果 利他行为可以对直系亲属、近亲家族、整个群体有利。,（四）他感作用和利它行为,21:50:31,33,二、种间关系,物种间相互作用主要有竞争、捕食、寄生和互惠共生。,21:50:31,34,竞争,种间竞争: 是指两个物种或更多物种共同利用同样的有限资源时，产生的相互竞争作用。,（一）种间竞争,21:50:31,35,（一）种间竞争,1、高斯假说 大草履虫和双核小草履虫 双核小草履虫和袋状草履虫,两种草履虫，分开培养和混合培养，出现不同生长曲线,21:50:31,36,（一）种间竞争,1、高斯假说 在一个稳定的环境内，两个以上受资源限制的但具有相同资源利用方式的种，不能长期共存在一起，即完全的竞争者不能共存。（竞争排斥原理）,21:50:31,37,2、 Lotka-Volterra种间竞争模型 单独生存： dN1/dt=r1N1(K1 N1)/K1 dN2/dt=r2N2(K2 N2)/K2 混合时 dN1/dt=r1N1(K1 -N1-12N2)/K1 dN2/dt=r2N2(K2-N2- 21 N1)/K2,（一）种间竞争,21:50:31,38,2、 Lotka-Volterra种间竞争模型 竞争方程建立在逻辑斯谛方程的基础上. dN1/dt=r1N1(k1-N1- 12N2)/k1 dN2/dt=r2N2(k2-N2- 21N1)/k2 k1、k2:两竞争物种的环境负荷 12: 物种2的竞争系数,2对1的竞争抑制作用; 21: 物种1的竞争系数,1对2的竞争抑制作用. 当没有竞争情况下, 12或N2等于0, 21或N1等于0;即呈S曲线.,（一）种间竞争,21:50:31,39,（一）种间竞争,dN1/dt=r1N1(k1-N1- 12N2)/k1 dN2/dt=r2N2(k2-N2- 21N1)/k2 种1胜而种2被排除 种2胜而种1被排除 两种共存,21:50:31,40,2、 Lotka-Volterra种间竞争模型,dN1/dt=r1N1(k1-N1- 12N2)/k1 dN2/dt=r2N2(k2-N2- 21N1)/k2 dN1/dt=0 N1K1 - 12 N2 N1 = 0 , N2 = K1 /12 N1 = K1 , N2 = 0 dN2/dt=0 N2K2 21 N1 N2 = 0 , N1 = K2 /21 N2 = K2 , N1 = 0,21:50:31,41,2、 Lotka-Volterra种间竞争模型,K1,dN1/dt=0 N1K1 - 12 N2 N1 = 0 , N2 = K1 /12 N1 = K1 , N2 = 0,dN1/dt0,dN1/dt0,dN1/dt=0,21:50:31,42,2、 Lotka-Volterra种间竞争模型,dN2/dt0,dN2/dt=0,dN2/dt0,N2,N1,K2/21,K2,21:50:31,43,N1取胜, N2灭亡,K1 K2 /21,K2 K1/12 N1取胜,N2被排挤掉,K1/12,K1,K2/21,K2,N1,N2,21:50:31,44,N1灭亡, N2取胜,K1 K1/12 N2取胜,N1被排挤掉,K1/12,K1,K2/21,K2,N1,N2,21:50:31,45,不稳定共存,K1 K2 /21,K2 K1/12 N2和N1出现不稳定的平衡点,K1/12,K1,K2/21,K2,N1,N2,21:50:31,46,稳定的共存,K1 K2 /21,K2 K1/12 N2和N1被出现稳定的平衡点,K1/12,K1,K2/21,K2,N1,N2,21:50:31,47,生态位(niche)是物种在生物群落或生态系统中的地位和作用。,温度,3、生态位理论,21:50:31,48,3、生态位理论,美国学者J.Grinell最早在生态学中使用生态位的概念，表示划分环境的空间单位和一个物种在环境中的地位，认为生态位是一个种所占有的微环境。指空间生态位(spatial niche)。 英国生态学家C. Elton认为生态位指物种在生物群落中的地位和功能作用，强调物种与物种之间的营养关系，只要指营养生态位（trophic niche).,21:50:31,49,3、生态位理论,1957年，提出了n维生态位。以种在多维空间的适合性(fitness)去确定生态位的边界。并提出了基础生态位(fundamental niche)和实际生态位(realized niche).,21:50:31,50,3、生态位理论,多维生态位空间(multidimensioanl niche space)：影响有机体的环境变量作为一系列维，多维变量便是n-维空间，称多维生态位空间。或n-维超体积(n-diensional hypervolume)生态位。,温度,温度,温度,猎物大小,猎物大小,取食高度,21:50:31,51,基础生态位(fundamental niche)：生物群落中，某一物种所栖息的理论上的最大空间，称为基础生态位。 实际生态位(realized niche)：生物群落中物种实际占有的生态位空间称实际生态位。,3、生态位理论,21:50:31,52,3、生态位理论,生态位与生境不同：生态位是物种在群落中所处的地位、功能和环境关系的特征；生境是指物种生活的环境类型的特征。,21:50:31,53,生态位分化,21:50:31,54,两物种的资源利用曲线,生态位分化,食物大小,被食数量物,食物大小,食物大小,A,B,C,a,b,a,b,b,a,21:50:31,55,生态位分化,生态位重叠(niche overlap): 两物种生态位空间的相互重叠部分，称生态位重叠。 生态位分离(niche separation):种间竞争结果使两物种的生态位发生分化，从而使生态位分开。 竞争释放（competion release）:在缺乏竞争者时，物种会扩张其实际生态位，这种现象称竞争释放。,21:50:31,56,五种北美莺同以云杉为生，分处不同的位置，达到避开竞争的效果。,21:50:31,57,3、生态位理论,一个稳定的群落中，由于各种群在群落中具有各自的生态位，种群间能避免直接的竞争，从而保证了群落的稳定； 一个相互起作用的、生态位分化的种群系统，各种群在他们对群落的时间、空间和资源的利用方面都趋向于互相补充而不是直接竞争。因此，由多个种群组成的生物群落，要比单一种群的群落更能有效地利用环境资源，维持长期较高的生产力，具有更大的稳定性。,21:50:31,58,（二）捕食作用,草食作用和植物防御 捕食者和猎物的协同进化 协同进化：彼此在进化过程和方向上的相互作用，即协同进化。 植物的防御与动物的适应,21:50:31,59,（三）寄生和共生,寄生（parasitism）: 一种从另一种生物的体液、组织或已消化物质中获取营养，并对宿主造成危害的情况。,一只鸟里里外外寄生物约20多种,21:50:31,60,共生,偏利共生：仅对一方有利的共生。 互利共生（mutualism）: 不同种两个个体间的一种互惠关系，可增加双方的适合度。 互利共生的类型： 有花植物和传粉动物的互利共生，蜜蜂和植物 动物消化道中的互利共生，反刍动物和胃纤毛虫 高等植物与真菌的互利共生，菌根,白蚁消化道中原生动物帮助白蚁消化木屑 这是一种互利共生。,21:50:31,61,第四章 群落生态学,