生态学-第三章-种群生态学ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章,种群生态学,种群生态学,是研究生物种群的数量、分布以及种群与其栖息环境中非生物因素和其他生物种群之间的相互作用关系。,其研究的内容包括种群的时空动态、种群之间的相互作用过程和种群的调节机制。,第三章 种群生态学 种群生态学是研究生物,1,3.1 种群及其基本特征,3.1.1,种群结构,3.1.2 种群动态,3.1 种群及其基本特征3.1.1 种群结构,2,3.1.1,种群结构,种群 (population)：,同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。,3.1.1 种群结构 种群 (population)：同一时,3,1、自然种群的基本特征,数量特征：,每单位面积(或空间)上的个体数量(即密度)及变动；,其表现参数有：,出生率、死亡率、迁入和迁出率；,其决定因素是：,年龄结构、性别比率、内分布格局和遗传组成。,空间特征：,有三种分布模式：均匀分布、随机分布和聚群分布。,遗传特征：,种群基因库，物种进化是通过改变基因频率以适应,环境的不断改变。,系统特征：,它是以一个特定的生物种群为中心，以作用于该种,群的全部环境因子为空间边界所组成的系统。,内在特征：,种群不仅仅是个体的简单相加，有机体之间相互作,用，整体上呈现组织结构特性；,个体特征：,种群中个体之间差异性，不同的发育阶段(年龄不,同)或同一生长阶段，个体贡献不同（雌雄、胖瘦、,高矮、能力差异等）；,1、自然种群的基本特征数量特征：每单位面积(或空间)上的个体,4,2、种群的大小和密度,种群大小,是指一定面积或容积内某个种群的个体,总数。,例如，某个鱼塘中草鱼的总数。,种群密度,是指单,单位面积或体积、生境中的个体,数量或生物量、能量,。,如每公顷水稻的株数。,种群的密度可以分为粗密度（crude density）和生态密度（ecological density）：,粗密度（又称天然密度）,是指单位,几何空间,某个物种的实际个体数量（或生物量）；,生态密度,是指单位,栖息空间,某个种群的个体数量（或生物量）。,（如每一株槐树上栖息的山雀数量）,2、种群的大小和密度种群大小 是指一定面积或容积内某个,5,3、种群的年龄结构和性比,年龄级比：,若一个种群中的不同个体具有不同的年龄，则可按一定的年龄分组，统计各个年龄组个体数占种群总个体数的比率。,种群的年龄结构：,是指各个年龄级的个体数在种群中的分布情况，它是种群的一个重要特征，既影响出生率，又影响死亡率。,年龄锥体：,自下而上地按龄级由小到大的顺序将各龄级个体数或百分比用图形表示。,性比（ sex ratio ）,是指一个雌雄异体的种群所有个体或某个龄级的个体中雄性对雌性的比率。,一雄一雌() ： / =1:1，刚好为各一半,一雄多雌()：比多几倍，不影响出生率,一雌多雄()： 比 多几倍，影响出生率,性比是种群结构的一个要素，它反映了种群产生后代的潜力。,3、种群的年龄结构和性比 年龄级比：,6,年龄结构及其三种类型,稳定型种群：,大致呈钟型，从基部到顶部具有缓慢变化或大体相似的结构，说明幼年个体和中老年个体数量大致相等，出生率与死亡率大致相等，种群数量处于相对稳定状态。,增长型种群：,基部宽，顶部狭。表示种群有大量幼体而老年个体较小，反映该比较年轻并且种群的出生率大于死亡率，是迅速增长的种群。,下降型种群：,呈壶型，基部比较狭、而顶部比较宽。表示种群中幼体比例很小而老体个体的比例较大，种群的死亡率大于出生率。说明种群数量趋于下降，为衰退种群。,年龄结构及其三种类型稳定型种群：大致呈钟型，从基部到顶部具有,7,墨西哥,美国,瑞典,墨西哥美国瑞典,8,(1)增长型种群:,其年龄结构呈典型的金字塔形，种群中有大量的幼体和极少的老年个体，种群的出生率大于死亡率。,(2)稳定型种群:,每一龄级的个体死亡数接近于进入该龄级的新个体数，种群数量相对稳定。,(3)衰退型种群:,种群中幼体比例很小，而老年个体比例较大，出生率小于死亡率。种群趋于衰退甚至消失。,(1)增长型种群:其年龄结构呈典型的金字塔形，种群中有大量的,9,4、种群的出生率,（ natality）,和死亡率,（mortality）,出生率 ：,种群产生新个体的能力。,最大出生力（潜在出生力）:,不受任何生态因子限制，种群处于理想状态时产生新个体的最大能力。反映了该生物的特性。,实际出生力（生态出生力）：,种群在一定的环境条件下，产生新个体的能力。反映了环境对该种群的影响。,死亡率 ：,单位时间内种群死亡的个体数。,最低死亡率：,种群处于理想状态时的死亡率。,实际死亡率：,种群在一定的环境条件下的死亡率。又称,生态,死亡率,，不仅受环境条件的影响，而且受种群,大小和年龄组成的影响。,4、种群的出生率（ natality）和死亡率（mortal,10,5、种群的空间分布,由于自然环境（栖境）的多样性，以及种内种间个体之间的竞争，每一个种群都呈现特定的分布形式。种群的分布有三种基本类型：,（1）,随机型,（random）；（2）,均匀型,（uniform）；（3）,成丛（群）型,（clumped）（或聚集的）。,种群的三种分布型,5、种群的空间分布 由于自然环境（栖境）的多样性，以及种,11,随机分布,每一个体在种群领域中各个点上出现的机会是相等的，并且某一个体的存在不影响其他个体的分布。,随机分布比较少见，因为在环境资源分布均匀，种群内个体间没有彼此吸引或排斥的情况下，才产生随机分布。,当一批植物(种子繁殖)首次入侵裸地上，常形成随机分布，但要求裸地的环境较为均一。,随机分布每一个体在种群领域中各个点上出现的机会是相等的，并且,12,均匀分布：,种群内的各个体在空间的分布呈等距离的分布,格局。如人工林,原因：,种群内个体间的竞争森林中植物为竞争阳光(树冠)和土壤中营养物(根际)；,沙漠中植物为竞争水分；,优势种呈均匀分布而使其伴生植物也呈均匀分布；,地形或土壤物理形状的均匀分布使植物呈均匀分布；,均匀分布： 种群内的各个体在空间的分布呈等距离的分布,13,成群分布,成群分布：,种群内个体在空间分布极不均匀，呈块状或呈,簇、成群分布.,原因：,（1）微地形的差异：植物适于某一区域生长，而不适于,另外区域生长,（2）繁殖特性所致：种子不易移动而使幼树在母树周围,或无性繁殖,（3）动物和人为活动的影响,（4）资源分布和动物的社会行为,成群分布成群分布：种群内个体在空间分布极不均匀，呈块状或呈,14,3.1.2 种群动态,1、,种群数量统计,种群边界问题,绝对密度和相对密度,估计方法,（1）总数量调查法：,在某一面积的同种个体数目。,（2）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。,（3）标记重捕法：,对移动位置的动物，在调查样地上，捕获一部分个体进行标志，经一定期限进行重捕。根据重捕取样中标志比例与样地总数中标志比例相等的假定，来估计样地中被调查的动物总数。,3.1.2 种群动态1、种群数量统计,15,草 原,样方法,草 原样方法,16,来自浙江的观鸟爱好者日前在江西鄱阳湖区的蚌湖发现了俄罗斯环志的白鹤,环志编号为194。这是世界上用环志法研究白鹤东部种群迁徙规律以来的国内首次记录。,来自浙江的观鸟爱好者日前在江西鄱阳湖区的蚌湖发现,17,生态学-第三章-种群生态学ppt课件,18,2、生命表,（life table）,和生命曲线,（survivorship curve）,生命表,又称,寿命表,或,死亡率表：,通过统计一个生物种群在一个特定时间内的,各年龄组个体数目 (n,x,),和,各年龄组的死亡个体数目（d,x,）,，进一步编制出直接反映该生物种群的生存和死亡状况以及未来数量动态的直观表格，即生命表。,依据取得 n,x,和 d,x,方法的不同，生命表可以分为动态生命表 和 静态生命表 。,动态生命表,的 n,x,和 d,x,是通过追踪观测同一时期出生的种群随着时间变化得到的，适用于寿命较短的物种。,静态生命表,是通过观测某一时段种群所有不同年龄组的个体状况(死亡数)获得 n,x,和d,x,，适用于寿命较长的物种。,2、生命表（life table）和生命曲线（sur,19,生命表的作用和格式,生命表的作用：,（1）综合评定种群各年龄组的死亡率和寿命,（2）预测某一年龄组的个体能活多少年,（3）不同年龄组的个体比例情况,生命表的格式：,n,x,=在x期开始时的存活数,l,x,=在x期开始时的存活率：,l,x,=n,x,/n,0,d,x,=从x到x+1的死亡数,(d,x,= n,x, n,x+1,) ；,q,x,:从x到x+1的死亡率,( q,x,= d,x,/ n,x,),L,x,是从x到x+1期的平均存活数：L,x,=,(l,x,+ l,x+1,)/ 2x,T,x,: 进入x龄期的全部个体在进入x期以后的存活个体年数：T,x,=,L,x,e,x,=在x期开始时的平均生命期望或平均余年,e,x,= T,x,/ n,x,生命表的作用和格式生命表的作用：,20,现以康内尔（Conell，1970）对藤壶（,Balanus glandula,）的调查资料为例，说明动态生命表的编制方法：,年龄,(年),x,各年龄,开始存,活数 n,x,各年龄,死亡个,体数 d,x,各年龄开,始存活,分数l,x,各年龄,死亡,q,x,各年龄,期平均存,活数L,x,各年龄期及其,以上存活的年,总数T,x,平均寿命,期望值e,x,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,142,62,34,20,15.5,11,6.5,2,2,0,80,28,14,4.5,4.5,4.5,4.5,0,2,-,1.000,0.437,0.239,0.141,0.109,0.077,0.046,0.014,0.014,0,0.563,0.452,0.412,0.225,0.290,0.409,0.692,0.000,1.0,-,102,48,27,17.75,13.25,8.75,4.25,2.0,1.0,0.0,224,122,74,47,29.25,16,7.25,3,1,0,1.58,1.97,2.18,2.35,1.89,1.45,1.12,1.50,0.50,-,藤壶的动态生命表,：对 1959 年固着的种群进行逐年观察，到 1968 年全部死,亡。 资料根据 Conell(1970)( 引自 Krebs,1978),现以康内尔（Conell，1970）对藤壶（B,21,计算,生命期望,要求出每年龄期的平均存活数目求出所有,L,x,值列入表中，然后由表底向上逐渐累计,L,x,值，得到,T,x,值，最后用,T,x,值除以,n,x,，,就得到平均期望寿命,（e,x,）,，即：,x,T,x,= Li ， e,x,=T,x,/n,x,i=,依据生命表可以绘制,存活曲线,（图 3.1）。存活曲线是反映种群在每个年龄级生存的数目。存活曲线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在平面内绘制而成。通常纵坐标是取存活数目的对数，这样使图形更加直观些。存活曲线通常分为,三种基本类型,。,计算生命期望要求出每年龄期的平均存活数目求出所有 Lx值列入,22,A 型：凸型的存活线，,表示种群在接近生理寿命前，死亡率一直很低，直到生命末期死亡率才升高。,许多大型动物包括人类属于或接近这种类型。,B 型：呈对角线的存活曲线，,即种群下降的速率从开始到生命后期都是相等的，表明在各个时期的死亡率是相等的。,典型的 B2 型曲线在自然界是不多的。 B1为阶梯型曲线，表明,在生活史各个时期的存活率变化激烈，差别很大，在生活史的中存在若干非常危险的时期，如完全变态的昆虫属于这一类。 B3 曲线为 S 型，它表示在幼体的死亡率较高，但到成年期死亡率降低，直到达到较为稳定的状态。,C 型：凹型的存活曲线，,表示幼体的死亡率很高，以后的死亡率低而稳定。,属于这种类型的有鱼类、两栖类、海产无脊椎动物和寄生虫等。,A 型：凸型的存活线，表示种群在接近生理寿命前，死亡率一直很,23,生态学-第三章-种群生态学ppt课件,24,3、种群的增长率和增长型,种群增长率 r ：,种群的,实际增长率,实际,增长率 = 出生率 死亡率,l,R,o,/,R,o,为净世代增殖率，为世代时间,控制人口途径：,降低,R,o,值，降低世代增值率，限制每对夫妇的子女数；,值增大：推迟首次生殖时间或晚婚来达到。,3、种群的增长率和增长型种群增长率 r ：种群的实际增长率,25,种群的内禀增长率(r,m,),内禀增长率,r,m,:,在没有任何环境因素（食物、领地和其它生物）限制的条件下，由种群内在因素决定的稳定的最大增殖速率。也称生物潜能（ biotic potential ）或生殖潜能（ reproductive potential ）。,种群的内禀增长率与观测到的种群实际增长率之差可以看作环境阻力的度量（ Odum ，1971 ）。,环境阻力：,就是防碍种群内禀增长率实现的环境限制因素的总和。,种群的内禀增长率(rm)内禀增长率 rm :,26,生物种群数量动态类型,一、种群在无限环境中的增长：,1、直线增长：即种群始终有一恒定的增长率。,r = b d ( 即出生率死亡率 ),N,t,= r N,0,（注：N0 为种群初始密度，r为内稟增长率）,种群数量有三种动态情况：, b = d,种群数量恒定；, b, d,种群数量直线增长。,生物种群数量动态类型 一、种群在无限环境中的增长,27,种群密度,1000,500,100,0 2 4 6 8,时 间 （年）,b = d,b, d,种群密度10005001000,28,2、指数式增长,（种群的增长速率是随着种群密度增加而增加。）：,(注： r 表示,瞬时增长率,),解之： N,t ,N,0,e,rt,取对数:,ln,N,t =,ln,N,0,+,r t,ln,N,t, ln,N,0,得：r =,t,同样，b, d,时，即 r, 0,时，种群呈指数式增长。,dN,t,d t,=,r N,t ( 初始条件：,N,t,(t,0,) =,N,0,),2、指数式增长（种群的增长速率是随着种群密度增加而增加。）：,29,初始条件：N0 = 100,r = 0.5,N1 =100,e,0.5,= 165,N2 =100,e,1.0,= 272,N3 =100,e,1.5,= 448,N4 =100,e,2.0,= 739,N5 =100,e,2.5,= 1218,。,r,是描述种群在无限环境中呈几何级数式增长的瞬时增长能力。,种群密度,1000,100,时间（年）,2 4 6 8,初始条件：N0 = 100种群密度1000100,30,周限增长率,表示种群每年以其前一年 的 倍增长。,因为,：r = ln,所以：,e,r,例： ,e,0.5,=1.65,即：表示每年新增加65的个体数量。,种群加倍时间,种群数量增加一倍所需要的时间。,ln2,0.6931,T=,= =,1.38 (年),r,0.5,周限增长率表示种群每年以其前一年,31,二、种群在有限环境中的“逻辑斯缔增长”,种群在资源有限的空间中受密度 制约的增长，称“S” 型增长。,在自然条件下，环境、资源条件总是有限的，当种群数量达到一定量 时，增长速度开始下降，种群数量越多，竞争越剧烈，增长速度也越 小，直到种群数量达到环境容纳量（K）并维持下去。增长呈S型。,d,N,t,= r N,t,s N,t,2,（s 表示密度制约系数）（1）,dt,N,t,(t0) = N0 (初始条件),r N,0,解之：N,t,s N,0,+ ( r s N,0,) e,r t,r,取极值：lim N,t,(t) = N,max,(即 K),t,s,二、种群在有限环境中的“逻辑斯缔增长”,32,将 s = r,/,K 代入（1）式得：,d,N,t,K N N,= r N,（ ) ,r N ( 1- ),dt K K,K,解之：N,t,（2）,1e,(s - rt),K,时间,t,种群大小,Nt,生物学意义：,种群增长,种群潜在的 最大增长,最大增长中 可实现程度,N,0,K,将 s = r / K 代入（1）式得：K时间 t种,33,N (1 ) 项的生物学意义： K,N,（1）当 N 接近 0 时，则 ( 1 ) 1 ，表明空间 K 尚,K,未利用，种群近似指数式增长；,N,（2）当 N 接近K 时，则 ( 1 ) 0 ，表明空间 K 几乎,K,全部被利用，种群的潜在最大增长不能实现，密度制约,充分体现；,N,（3）在 N,0,向K增长过程中， ( 1 )中，N K ，表明剩,K,余生存空间逐渐变小，环境压力逐渐加大；,（4）1 / K 表示拥挤效应（环境阻力）。,N (1 ) 项的生物,34,多数生物的增殖，包括水稻和小麦的分蘖数的增长基本上属于 S 型。多数种群在自然界由于受年龄结构、密度、食物和环境条件的影响，其增长的类型是多种多样的，种群数量变化的 J 型和 S 型增长只是两种典型情况。,多数生物的增殖，包括水稻和小麦的分蘖数的增长基,35,三、加入时滞的种群逻辑斯缔增长,d,N,t,K N,t,T,= r N,t,（ ) （1）,dt K,N,t,解之：N,t+1, （2）,1,1 N,t-T,( ),K,N,t,表示种群的初始数量（密度）；,N,t+1,表示经过一个T时间后的种群数量；, 表示周限增长率， ,e,r,K 表示环境中的最大种群容纳量。,三、加入时滞的种群逻辑斯缔增长 dNt,36,（,1）当0, r T ,e,1,时，种群呈单调阻尼增长，最后 稳定于K值（达到平衡点）。（2）当,e,1, r T ,/2,时，种群阻尼（减幅）振荡。（3）当,/2, r T,时，种群周期振荡（呈极限环）， 振荡周期为4T。,（1）,（2）,（3）,（1）当0 r T e1 时，种群呈单调阻尼增长，,37,S型种群动态举例,S型种群动态举例,38,生态学-第三章-种群生态学ppt课件,39,生态学-第三章-种群生态学ppt课件,40,生态学-第三章-种群生态学ppt课件,41,生态学-第三章-种群生态学ppt课件,42,不规则波动,由环境因子特别是气候的随机变化引起,小型、短寿命物种的变化大,苍鹭,不规则波动由环境因子特别是气候的随机变化引起苍鹭,43,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，如蝗灾、鼠灾、赤潮等。,加利福利亚野生家鼠的爆发,种群的爆发 具不规则或周期性波动的生物都可,44,本章结束，谢谢,本章结束，谢谢,45,