第六章种群生态学原理及应用资料讲解.ppt

第六章第六章 种群生态原理与应用种群生态原理与应用种群生态学( population ecology ): 是研究种群生物系统的规律的科学，研究种群内部各成员之间，种群（或其成员）与其他生物种群之间，以及种群与周围环境非生物因素的相互作用规律核心是种群动态研究 种群是生态学各层次中最重要的一个层次，它具有许多不同于个体的特征，又是群落结构与功能的最基本单位，许多与环境变化相联系的生物变化都发生在这一层次，因此，它也是物种适应的单位第六章 种群生态原理与应用 教学目的通过本章的学习，要求了解生物种群动态的基本概念与规律，外来物种入侵机制，并运用种群生态学原理于农业生态系统的管理中 教学重点生物种群的基本特征内禀增长率和环境容纳量的概念单种种群的增长模型种群波动的概念和类型，掌握生态对策的基本概念和类型种群的调节机制生物种间关系的应用外来物种入侵问题 教学难点单种种群的增长模型、种群的调节机制 、外来物种入侵机制 教学方法课堂教学，以种群的动态特征为主线，深入分析其动态过程 教学内容第六章 种群生态原理与应用2 1 种群的基本概念与特征2 2 种群增长型2 3 种群的波动与调节2 4 种群的空间分布格局2 5 种间关系及应用1 种群的基本特征一、种群大小和密度（size ；density） 种群大小：某种生物在一定空间中个体数。

如 ：一个鱼塘中的鲤鱼种群数为150尾 害虫综合防治的根本任务是注意害虫种群数量大小的变化，将其控制在引起经济损失的程度以下 种群数量的调查方法 总数调查：主要用于人口普查 取样调查：（1）取样方法 农田用10 m2 森林用100m2 水体浮游生物250ml （2）标志重捕法： 林可指数法 海奈图解法 连续重捕法1 种群的基本特征一、种群大小和密度（size ；density） 种群密度：单位面积或容积内某种生物的个体数或 生物量如：每公顷水稻的株数 种群密度的大小标志着一个种在生物群落中所占的地位和重要程度，密度大，说明其作用大 种群密度受生物钟的出生率、死亡率，迁入迁出的生物个体数目的影响* 种群密度大小是种群在一定环境条件下，种内种间相互作用的结果1 种群的基本特征一、种群大小和密度（size ；density） 种群密度的表示方法：单位面积或空间内的个体数、生物量 植被的研究，常用以下相对指标：* 频率 某种植物在总样区中出现的次数 丰度 一个样本中某种植物个体数占个体数的比率 盖度 以冠层投影大小计算的覆盖面积占总面积的比率如：森林覆盖率达3050，则生态系统较稳定1 种群的基本特征二、种群的年龄结构（age distribution）和性比（sex ratio） 除一年生植物外，种群的不同个体，一般具有不同的年龄。

且个体之间也有雌、雄的区别 种群的年龄结构：种群内各年龄组之间的 数量比例用龄级比和年 龄锥体表示 * 龄级比：各年龄组个体数占种群数总数的比例称之龄级比 绘制年龄锥体的步骤：* 按一定年龄分组，统计各年龄组的个体数占总个体数的比例；* 用矩形的长度表示比例大小；* 把龄级比按年龄从小到大叠起，就形成年龄锥体1 种群的基本特征种群的年龄结构有三种： a b c 增长型（图 a ）：含大量新生个体，种群数量呈上升趋势 稳定型（图 b ）：各年龄组上个体比例适中，分布均匀， 种群大小趋于平衡 衰退型（图 c ）：含老年个体数较大，幼年个体很少，种 群数量趋于减少1 种群的基本特征三、出生率和死亡率（Natality and 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 特点：为一常数，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 特点：为一变数，反映了环境对该种群的影响 各种生物的出生力是由生物的生理特性所决定的，也是生物适应环境的策略如：老鼠的出生力大于大象的出生力。

1 种群的基本特征三、出生率和死亡率（Natality and Mortality） 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 1 种群的基本特征四、内禀增长率（Intrinsic growth rate）* 定义：在没有任何环境因素（包括食物、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又称生物潜能或生殖潜能 此时，种群具有最大出生率和最小死亡率 0，则种群数量指数上升图示）* r=0，种群数量相对稳定 r0，种群数量指数下降 自然种群指数增长只是短期的，当空间资源较为充分时表现出来，如：细菌、浮游生物等在生长前期往往表现为指数增长种群的增长的J曲线2 种群的增长 逻辑斯谛增长（ S 型增长）* 在自然条件下，环境、资源条件总是有限的，种群不可能按指数增长方式增长下去，指数增长只是短期的，当种群数量达到一定量时，种群对有限空间资源和其他生活必需条件的种内竞争加剧，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 S型增长的logistic 模型如下：N：种群数量 K：环境容纳量 r：种群增长率logistic模型的假设： 环境条件允许种群有一个最大值，称为环境容纳量或负荷量，用K表示当种群大小达到K值时，种群不再增长，即Dn/dt=0 种群增长率降低的影响是最简单的，即影响将随密度上升而逐渐地按比例增加如种群每增加1个个体，就对增长率降低产生1K的影响若种群中有N个个体，就利用了NK的空间，而可供利用的剩余空间就只有（1NK）了 种群中密度的增加对其增长率的降低作用是立即发生的，无时滞 种群无年龄结构 种群无迁入，迁出现象种群的增长的S曲线绵羊数量的S型增长草履虫数量的S型增长logistic模型的生物学意义： logistic模型结构上与指数模型相似，但增加了修正值一项：（1NK） 该项的生物学意义在于：它代表剩余空间或未利用的增长机会，即种群尚未利用的，或种群可利用的最大容纳量空间中还“剩余”的，可供种群继续增长用的空间2 种群的增长 逻辑斯谛增长（ S 型增长） 与指数增长相比，新增的因子(k-N)/k 表明： 当 N 由 0k 时，(k-N)/k 则由 10，即随着种群数量N的增大，种群指数增长的实现程度就逐渐变小，直到N=k时，增长为0。

即： N 1 种群增长 N K ，(k-N)/k 1 种群减少 N = K ，(k-N)/k = 1 种群处于平衡状态2 种群的增长种群的数量增长的指数曲线和逻辑斯谛曲线：（如图）多数生物的增殖，包括水稻和小麦分蘖的增长都接近S型增长模式 J型和S型增长是种群增长的两个典型情况，在自然界中，种群的增长实际上还有许多的变形，情况比较复杂：（如图）2 种群的增长 J型增长使种群内禀增长能力充分表现 S型增长，说明随密度上升，同种个体间的拥挤效应增大及环境限制使内禀增长能力受到限制3 种群的空间分布格局一、定义:种群在一个地区的分布方式,既个体如何在空间配置的.或种群在一定空间的个体扩散分布的一定形式.二、研究种群分布的现实意义抽样设计方案数据处理扩散行为三、种群分布型的类型均匀分布、随机分布、集群分布1、随机分布:每个个体的位置不受其他个体分布的影响.可用泊松分布概率公式表示:Px=e-mmx/x!Px:一个样方含x个个体的概率(理论值E)x:各样方含x个个体m:样方密度的平均值2、均匀分布:个体间的距离比随机分布更为一致. 可看作是随机分布的特例.3、集群分布:个体呈疏松不均匀的分布. 又称聚集分布. 是最常见的类型. 集群分布一般可分为核心分布型和负二项分布型核心分布型(奈曼分布): 分布不均匀,个体形成很多小集团或核心,核心之间的关系是随机的. 其概率公式可表示为: Px=m1m2e-m2/x m2r/r! 其中: m1 =m2/(s2-m); m2=s2/(m-1) m为平均密度负二项分布型(嵌纹分布):个体分布疏密相嵌,很不均匀. 其概率公式可表示为: Px=(m/p +x-1)(p+1)-k-x px/(x!m/p-x!)! 其中:p=s2/m-1 m为平均密度四、种群分布型的计算1、频次分布法:根据分布型的理论概率分布通式计算出理论概率和理论频次;用x2检验法分别检验理论频次和实测频次的吻合度,来判断属何种分布型.2、分布型指数法a:空间分布指数(扩散系数)I=s2/m当I=1,随机分布;I1,集群分布.b:k值法(可不受虫口密度变化而改变)k=m2/(s2-m)1/k=0,随机分布;1/k0,集群分布;1/k0,均匀分布.C:聚块指标m*/mm*：平均拥挤度。

m*/m=(xi2/xi)-1/mC:聚块指标m*/mm*：平均拥挤度m*/m=(xi2/xi)-1/mm*/m=1,随机分布m*/m1,集群分布d:平均拥挤度m*与平均密度m的回归关系:m*=+m=0,=1,随机分布0,=1=0,1,集群分布0,14 种群波动及调节机制 一、种群波动 无论是J型增长，还是S型增长，当种群数量达到K值后，其密度并非保持不变，而是围绕这个K水平上下波动一）种群波动：指种群的数量随时间的变化而上下摆动的情况种群的波动由于环境条件变化情况不同，具有不同的波动规律1、种群波动可分为：* 非周期性波动： 非周期性的突然的环境变化所引起的波动如干旱、冻害等 常带来生物数量的剧烈变化 周期性波动：由于环境的周期性变化而引起 可分为季节性波动和年波动6-4 种群波动及调节机制* 周期性波动季节性波动：主要是由于环境的季节性变化和生物适应性变化而引起的一年生植物，多数昆虫的数量波动属此类如 ：北温带湖泊中的浮游生物种群数量就是随着水体在一年中光、温 和营养物质等的变化而波动的 春季：表层水温升高，光照增强，营养元素丰富，浮游生物开始迅 速繁殖达全年最高峰大量浮游生物的生长使营养物质减少， 浮游生物数量在晚春下降。

夏季：光照和水温适合其它水生生物繁殖，浮游生物量继续下降 秋季：辐射减弱，温度下降，下层水上涌，补充上层的营养物质， 适宜浮游生物生长，出现第二个生长高峰 冬季：营养物质虽多，但温度太低，硅藻生物量降至最低点4 种群波动及调节机制* 年波动：主要受种群自身和其他生物因子的数量的变化所 控制如：猞猁和美洲兔的丰度变化就是典型的年波动 猞猁每隔910年出现一个高峰，高峰过后数量迅速下降，几年中变的十分罕见；美洲兔也有同样周期，但其种群数量的高峰总在猞猁高峰的前一年或更早一些因为猞猁以美洲兔为食捕食种群与猎物种群数量的周期性变化显然是相关的：（如图）90年间捕食者（猞猁）与猎物（美洲兔）的数量周期4 种群波动及调节机制2、种群波动的原因 * 非密度制约因素：如温度、降水、食物等与种群自身 密度无关 密度制约因素：由于种群内部密度的变化影响种群数 量的波动 种内竞争食物和领地植物对光、土壤水分，动物对饲料） 捕食者与猎物之间的反馈控制作用4 种群波动及调节机制（二）种群调节 生物种群的数量偏离平衡水平上升或下降时，有一种使种群数量返回平衡水平的作用，称种群调节 种群波动调节的机制是种内密度、种间牵制及环境因子共同作用的结果。

种内密度制约： 种群密度超过K值时，对任何生物种群自身都是不利的种内个体间为争夺食物和领地的竞争是种群数量保持在K值附近如植物对光、水、肥的竞争种群中的优势者可抑制非优势者，使其不产卵、不受精、不能生育如蜜蜂中只有蜂王才能交配繁殖又如水稻、麦的分蘖消长规律4 种群波动及调节机制* 种间牵制： 生物之间由于食物的关系联系起来，使得某一种群数量必然受到别的生物种群数量的牵制影响。