02-4.2 竞争与生态位理论 课件

生态学
第4讲 进化对策、生态位与种间关系
第2节 竞争与生态位理论
牛翠娟 北京师范大学
竞争（competition）：是生物间最常见的相互作用，指个 体或群体间力图胜过或压倒对方的行为活动。竞争者不惜牺 牲他方利益来最大限度地获得己方利益。
1. 种内竞争 (Intraspecific competition)
生态位（niche）理论
I.生态位（nic h e ）：指物种在生物群落或生态系统中占据 的 地位和角色。 包括有机体维持其种群所必需的各种条件，其所利用的资源 及其在环境中出现的时间。有机体的生态位可能会随着其生 长发育而发生改变。
II.栖息地（habitat）：有机体所处的物理环境。栖息地一 般 包括许多生态位并支持许多物种。
态位（niche）； 竞争释放（competitive release）；性状 替换（character displacement） ✓ 内容：
植物的密度效应？ 两物种的竞争模型及模型行为？
个体间的竞争：植物的密度效应
最后产量恒值法则 (law of constant final yield)
在很大播种密度范围内，植物的最终产量是相等的。 （Y = W×d）
三叶草单位面积产量与播种密度间的关系
（仿李博等，2000）
高密度种内竞争影响植物的生长。
（引自Smith and Smith, 2014）
（仿Hutchinson，1958）
IV 基础生态位与实际生态位
基础生态位：物种能够栖 息 的理论上的最大空间。
实际生态位：物种能够占据 的生态位空间。由竞争和 捕 食胁迫造成，互利共生 可扩 大实际生态位。
V 竞争释放和性状替换
竞争释放（competitive release）：在缺乏竞争者时，物种 扩张其实际生态位的现象。
性状替换（character displacement）： 生态位收缩导致形态性状发生变化的现象。
Christmas island 岛上的燕鸥喙长与 猎物鱼体长
（引自Krebs, 2014）
Lotka-Volterra 种间竞争模型
物种1 和物种2 的种间竞争模型： 设N1和N2分别为两物种的种群数量， K1、 K2 、r1 和r2分别 为这两物种种群的环境容纳量和种群增长率。以逻辑斯谛模 型为基础，得到Lotka-Volterra种间竞争模型。
w：平均重量 c：常数 d： 密度
植物密度与大小之间的关系
（仿李博等，2000）
2. 种间竞争 （Interspecific competition)
竞争类型
（1）资源利用性竞争：仅通过 损耗有限的资源进行竞争，而 个体不直接相互作用。 （2）相互干扰性竞争（ interference competition）：通 过竞争个体间直接的相互作 用 进行竞争。
（a）和（b）分别表示物种（1）和（2）处于平衡状态即dN1/dt =0， dN2/dt=0时的条件
（仿Begon等，1986）
Lotka-Volterra竞争模型的行为所产生的4种可能结局：
a)当K1 > K2/， K2 <K1/ 时，N1取胜，N2被排除。
b)当K2 >K1/，K1< K2/时，情况与上相反，N2取胜，N1被 排除。
dN1/dt = r1N 1 (1-N1/K1-N2/K1) (1) dN2/dt = r2N 2 (1-N2/K2-N1/K2) (2)
为种2对种1的竞争系数，它表示每个N2个体所占的空间相 当于个N1个体；为种1对种2的竞争系数，它表示每个N1个 体所占的空间相当于个N2个体。
dN1/dt = r1N 1 (1-N1/K1-N2/K1) (1) dN2/dt = r2N 2 (1-N2/K2-N1/K2) (2)
III 生态位空间（niche space）: 影响有机体的每个条件，和有机体能够利用的每个资源都可 以被认为是一个轴或维（dimension），在此轴或维上，可以 定义有机体将出现的一个范围。同时考虑一系列这样的维， 就可以得到有机体生态位的一个增强了的定义图，称为生态 位空间。
灰蓝呐莺的生态位空间
Gause假说：在一个稳定的环境内，两个以上受资源限制， 具相同资源利用方式的物种，不能长期共存。
竞争排斥原理（ of competive exclusion）：生态 位相同的两个物种不可能在同一地区内共存，如果生活在同 一地区内，由于剧烈竞争，它们之间必然出现栖息地、食性 、活动时间或其它特征上的生态位分化。
竞争特点
1 竞争结果不对称 2 对一种资源的竞争，能影响对另一种资源的竞争结果
车轴草和粉苞苣的根竞争与叶竞争结果
（仿Begon,1996）
高斯的草履虫实验与竞争排斥原理
大草履虫与双小核草履 虫 对资源的竞争导致大 草履 虫灭绝。
独养
大草履虫
绿草履虫
混养
大草履虫与绿草履虫可达 成共存，出现分化。
（引自李博等，2015）
高密度种内竞争影响植物的质量、叶面积、光合效率。
（引自Smith and Smith, 2014）
Yoda氏-3/2自疏法则 （Yoda’s -3/2 self-thinning rule）
如果播种密度进一步提高，随着高密度播种下植株的连续生 长，有些植株死亡，种群开始出现自疏现象，自疏域的斜率 一般为-3/2。（w = cd-3/2）
c)当K1 > K2/， K2 >K1/ 时，两条对角线相交，出现平衡 点，但平衡是不稳定的。
d)当K1< K2/， K2 <K1/ 时，两条对角线相交，出现平衡 点，平衡点是稳定的。
本节重点（Key notes）
✓ 概念： 竞争排斥原理（principle of competitive exclusion）； 生