生态系统中的生物种群和动态资料课件.ppt
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1、Company LOGO第四章第四章 生态系统中的生物种群与动态生态系统中的生物种群与动态海洋与生物技术学院海洋与生物技术学院莫莫 钰钰海洋生态学海洋生态学Company LOGO第一节第一节 种群的概念与种群统计学基本参数种群的概念与种群统计学基本参数 一、种群概念一、种群概念(一)种群的定义(一)种群的定义种群种群(居群、繁群、居群、繁群、Population):指指特定时间特定时间内栖息内栖息于于特定空间特定空间的的同种同种生物的集合群。种群内部的个体可生物的集合群。种群内部的个体可以自由交配繁衍后代,从而与邻近地区的种群在形态以自由交配繁衍后代,从而与邻近地区的种群在形态和生态特征上彼
2、此存在一定差异。种群是物种在自然和生态特征上彼此存在一定差异。种群是物种在自然界中存在的基本单位,也是生物群落基本组成单位。界中存在的基本单位,也是生物群落基本组成单位。生物种:生物种:是一组彼此能互配并产生后代的种群,组与是一组彼此能互配并产生后代的种群,组与组之间在生殖上是隔离的。分布广泛的物种常在形态、组之间在生殖上是隔离的。分布广泛的物种常在形态、生理、行为与遗传特征上存在广泛变异。生理、行为与遗传特征上存在广泛变异。Company LOGOOutlines(二)自然种群基本特征(二)自然种群基本特征空间特征空间特征数量特征数量特征遗传特征遗传特征Company LOGO二、种群密度与
3、阿利氏规律二、种群密度与阿利氏规律(一)种群的密度(一)种群的密度 1、绝对密度、绝对密度 所有个体的直接计数所有个体的直接计数 取样调查:样方法、标志重捕、去除取样取样调查:样方法、标志重捕、去除取样法法 2、相对密度、相对密度 遇见率、捕获率、粪堆、毛皮收购量、单位捕遇见率、捕获率、粪堆、毛皮收购量、单位捕捞力量渔获量。捞力量渔获量。Company LOGO(二)阿利氏规律(二)阿利氏规律(Allees law)Company LOGO(三)种群个体的空间分布类型与集群现象(三)种群个体的空间分布类型与集群现象 1种群个体的空间分布类型种群个体的空间分布类型 Company LOGO2集群
4、现象及其生物学意义集群现象及其生物学意义有利:繁殖有利:繁殖、防卫、防卫、索饵、索饵、提高游泳效率、提高游泳效率、改变环境化学性质以抵抗有毒物质,若形成社改变环境化学性质以抵抗有毒物质,若形成社会结构,自我调节及生存能力更强。会结构,自我调节及生存能力更强。不利:种内竞争、大量被捕食不利:种内竞争、大量被捕食成因:水动力条件、温盐及营养盐含量变化等成因:水动力条件、温盐及营养盐含量变化等等等。Company LOGO三、种群的年龄结构和性比三、种群的年龄结构和性比2、稳定年龄结构、稳定年龄结构从理论上说,种群在一个恒定的环境里,迁入及迁出保从理论上说,种群在一个恒定的环境里,迁入及迁出保持平衡
5、或者不存在,且当其出生率与死亡率相等时,各持平衡或者不存在,且当其出生率与死亡率相等时,各年龄级的个体数基本上保持不变。年龄级的个体数基本上保持不变。(一一)种群的年龄结构种群的年龄结构 1、种群中各年龄期个体的百分比、种群中各年龄期个体的百分比 Company LOGOOutlines种群的年龄结构既取决于种的遗传特性,同时也取决于具种群的年龄结构既取决于种的遗传特性,同时也取决于具体的环境条件,表现出对环境的适应关系。体的环境条件,表现出对环境的适应关系。表表4.1 东东海海大大黄黄鱼鱼的的种种群群数数量量与与年年龄龄结结构构 年 份 资 源 生 物量 (万t)资 源 尾 数 (亿 尾)年
6、 龄 范 围 优 势 年 龄 组 平 均 年龄 产 量 (万t)1957 57.6 14.96 114 95.2%28 79.6%5.5 17.8 1967 49.9 13.28 114 97.8%27 81.8%4.5 19.6 1977 15.6 3.78 114 99.7%14 96.9%2.7 8.9 Company LOGOOCompany LOGOOutlines(二)性比(二)性比(sex ratio)大多数种群倾向于保持大多数种群倾向于保持1:1,种群性比的变化是种群,种群性比的变化是种群自然调节的一种方式。自然调节的一种方式。鱼类鱼类:食物保障变化:食物保障变化物质代谢过程改
7、变物质代谢过程改变内分泌内分泌作用改变作用改变性别形成性别形成 捕捞的影响也会影响种群的性别组成捕捞的影响也会影响种群的性别组成 Company LOGO四四、出生率和死亡率、出生率和死亡率(一)出生率与死亡率(一)出生率与死亡率 最大出生率(最大出生率(maximum natality)实际出生率(实际出生率(realized natality)或生态出生率)或生态出生率(ecological natality)最低死亡率(最低死亡率(minimum mortality)实际死亡率(生态死亡率,实际死亡率(生态死亡率,ecological mortality)生理寿命(生理寿命(physio
8、logical longevity)Company LOGOOutlines(二)生命表和存活曲线(二)生命表和存活曲线 1、动态生命表、动态生命表(dynamic life table)或称股群生命)或称股群生命表(表(cohort life table)根据观察一群同期出生的生物的存活(或死亡)根据观察一群同期出生的生物的存活(或死亡)情况所得数据而编制的,又称为特定年龄生命表。情况所得数据而编制的,又称为特定年龄生命表。Company LOGOOutlines表表4.2 藤壶(藤壶(Balanus glandula)的生命表)的生命表*Company LOGOOutlineslx nx/
9、n0 dx nx nx1 qx dx/nxv计算平均期望寿命计算平均期望寿命ex:v先计算每年龄期的平均存活数目:先计算每年龄期的平均存活数目:v最后计算:最后计算:vex表示某年龄阶段(表示某年龄阶段(x期)开始平均还可能活多少时间期)开始平均还可能活多少时间的估计值。的估计值。v 其次计算其次计算“个体年个体年”的累积数:的累积数:Lx nx+nx12 Tx xxL ex Tx nx Company LOGO2、静态生命表(静态生命表(static life table)v根据某一特定时间,对种群作年龄分布的调查结果而根据某一特定时间,对种群作年龄分布的调查结果而编制,所以又称为特定时间生
10、命表编制,所以又称为特定时间生命表。图图4.3 动态生命表和静态生命表的关系(引自动态生命表和静态生命表的关系(引自Begon&Mortimer,1981)静态生命表静态生命表(特定时间生命表)(特定时间生命表)动态生命表动态生命表(特定年龄(特定年龄生命表)生命表)t0 t1 t2 t3 时时 间间 年年 龄龄 Company LOGO3、存活曲线、存活曲线图图 4.4 存活曲线的类型(引自存活曲线的类型(引自Odum,1971)存存 活活 数数 年龄(平均寿命)年龄(平均寿命)A B1 B2 B3 C Company LOGO种群增长率和世代时间种群增长率和世代时间v瞬时增长率(瞬时增长率
11、(r):):是瞬时出生率(是瞬时出生率(b)与瞬时死)与瞬时死亡率(亡率(d)之差。)之差。v内禀增长率(内禀增长率(intrinsic rate of increase,最大增长,最大增长率)率):指当种群处于最适条件下(食物、空间不受:指当种群处于最适条件下(食物、空间不受限制,理化环境处于最佳状态,没有天敌出现等),限制,理化环境处于最佳状态,没有天敌出现等),种群的增长率。种群的增长率。Company LOGO净生殖率净生殖率R0(net reproductive rate):lxmx,包括种群的出生率和存活,包括种群的出生率和存活率,代表经过一个世代以后的净增长率或定义为每世代的增殖
12、率。率,代表经过一个世代以后的净增长率或定义为每世代的增殖率。mx特定年特定年龄出生率龄出生率R0=NT/N0=erT,Company LOGO第二节第二节 种群的数量变动与生态对策种群的数量变动与生态对策 一、种群增长的数学模型一、种群增长的数学模型(一)种群的指数式增长模型(一)种群的指数式增长模型 假设:空间、食物无限,种群增长率不随密度变化假设:空间、食物无限,种群增长率不随密度变化1、离散增长、离散增长假定:增长无限;世代不重叠;没有迁入和迁出;不具年假定:增长无限;世代不重叠;没有迁入和迁出;不具年龄结构龄结构 N0 10 N1N0 10220 N2N120240 N tN t-1
13、 或或 N tN0 t :种群的周限增长率(:种群的周限增长率(reproductive rate),即每经过一个世代),即每经过一个世代(或一个单位时间)的增长倍数(或一个单位时间)的增长倍数Company LOGO 2、连续增长(世代重叠)、连续增长(世代重叠)”J”型增长模型型增长模型N tN t-1 N0 t ln N t ln N 0tln dN/dtrN(指数增长模型)(指数增长模型)即:即:N t N0ertdNdt rN 图图4.5 种群指数生长曲线种群指数生长曲线(引自(引自Emmel 1976)指数生长指数生长 dNdt rN 趋于无限趋于无限 个体数(个体数(N)时间(时
14、间(t)=er,r=ln Company LOGO(二)种群的逻辑斯谛增长(饱和增长)模型(二)种群的逻辑斯谛增长(饱和增长)模型种群数量继续增加时,物种内竞争将越来越激烈,上式种群数量继续增加时,物种内竞争将越来越激烈,上式(dN/dt)(1/N)代表每一个体的瞬时增长率,)代表每一个体的瞬时增长率,Nt 0时,时,增长率为增长率为r,Nt K,增长率,增长率0,假设这种制约是线性的。,假设这种制约是线性的。Company LOGOOutlines直线方程:直线方程:整理得整理得dNdt 1N rK Nr dNdt rN(1NK)种群数量(种群数量(N)环境负荷量(环境负荷量(K)环境负载能
15、力环境负载能力Company LOGO(三)具时滞的种群增长模型(三)具时滞的种群增长模型dNdt rNKN(t T)K 时滞作用:系统负反馈信时滞作用:系统负反馈信息的传递和调节机制生效息的传递和调节机制生效需要一段时间。需要一段时间。Company LOGO二、自然种群的数量变动二、自然种群的数量变动(一)自然种群数量变动(一)自然种群数量变动 季节变化(季节变化(seasonal variation)年(际)变动(年(际)变动(annual variation)种群数量的非周期性变动种群数量的非周期性变动种群暴发或大发生种群暴发或大发生Company LOGOOCompany LOGO(
16、二)种群数量变动的相对稳定性(二)种群数量变动的相对稳定性条件相对稳定的情况下,种群数量只在一定范围内发条件相对稳定的情况下,种群数量只在一定范围内发生较小的波动,有一定的生较小的波动,有一定的上、下限上、下限,也有可能有个长,也有可能有个长期的平均水平。期的平均水平。原因:原因:复杂的种间关系、自我调节(如旅鼠、北极复杂的种间关系、自我调节(如旅鼠、北极狐),种群数量明显的减少(甚至灭亡)和增加(甚狐),种群数量明显的减少(甚至灭亡)和增加(甚至猖獗)大都与环境的突变或人类的干扰有关。至猖獗)大都与环境的突变或人类的干扰有关。各种动物种群的稳定性程度并不一样,可划分为:各种动物种群的稳定性程
17、度并不一样,可划分为:种群数量极不稳定:寿命少于一年种群数量极不稳定:寿命少于一年;较不稳定:生态寿命较长、出生率较高较不稳定:生态寿命较长、出生率较高;较为稳定:寿命长、出生率低较为稳定:寿命长、出生率低Company LOGO三、种群的生殖对策三、种群的生殖对策生物在进化过程中形成各种特有的生活史,人们可生物在进化过程中形成各种特有的生活史,人们可以把它想象为生物在生存斗争中获得生存的对策,以把它想象为生物在生存斗争中获得生存的对策,也叫生活史对策(也叫生活史对策(life history Strategy)。如生殖)。如生殖对策、取食对策、逃避捕食对策、扩散对策等等,对策、取食对策、逃避
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