第六章 种群生态学原理及应用

§2 种群的增长
• 逻辑斯谛增长（ S 型增长）
dN KN r. N ( ) dt K
dN N r.N (1 ) dt K
• 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 < K ，(k-N)/k > 1 N > K ，(k-N)/k < 1 N = K ，(k-N)/k = 1 种群增长 种群减少 种群处于平衡状态
第六章
• [教学目的]
种群生态原理与应用
• 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
• 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。
• [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
§1
种群生态原理与应用

§2 §3 §4 §5
种群的基本概念与特征 种群增长型 种群的波动与调节 种群的空间分布格局 种间关系及应用
§1 种群的基本特征
二、种群的年龄结构（age ratio） distribution）和性比（sex
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。
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：（1－N／K） • 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。
* 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30－50％，则生态系统较稳定。
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：
§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。
第六章
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。
§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
§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
•Baidu Nhomakorabea
①J型增长使种群内禀增 长能力充分表现。
• ②S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
水体浮游生物＞250ml （2）标志重捕法： 林可指数法
§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
§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 。 内禀增长率常用于与实际增长率比较，其差值可看作环境 阻力。 环境阻力：是妨碍种群内禀增长率实现的环境限制因素的总 和。
§1
种群的基本概念与特征
种群：占据某一特定时空范围内的同种有机体的集 合群。
* 自然界中的生物没有一种是以个体存在的，个体必须依 赖群体，因而种群是生物存在的基本单位。 * 种群不是某个种多个个体的简单组合，形成种群的个体 间存在相互作用，使得种群具备个体所没有的群体特征。 * 种群具有其独特的性质、结构和功能，它是一个具有自 我组织自我调节能力的整体。 * 在具体研究中，一个种群在时间和空间上的界限可随研 究人员的需要而定。如一个种群可以包括全世界的狼； 也可以很小，仅指一滴海水中某一微生物的种群。
§2 种群的增长
一、种群的增长型（population growth form）
任何种群的数量都是随时间而变化的，当种群占据新的适 宜环境，或度过不良气候环境条件后，会通过繁殖迅速增加种 群个体数，这种增长有两种基本类型： • 指数增长（J型增长） * 种群在无食物和生存空间限制的条件下呈指数式增长，种 群个体的平均增长率不随时间变化。
§1 种群的基本特征
种群的年龄结构有三种：
a c • 增长型（图 势 • 稳定型（图 衡。 • 衰退型（图 种 a ）：含大量新生个体，种群数量呈上升趋
b
b ）：各年龄组上个体比例适中，分布均匀， 种群大小趋于平
c ）：含老年个体数较大，幼年个体很少，
§1 种群的基本特征
三、出生率和死亡率（Natality and Mortality）
§1 种群的基本特征
五、环境容纳量（carrying capacity）
• 定义：某个种群在有限的环境中所能稳定达到的最大数量 或最大密度），称环境对该物种的环境容纳量。用k表示。 * 当种群的数量低于k值时，种群会增长； * 当种群的数量高于k值时，种群会减少。
• 现实意义：
* 一定区域，当环境条件下，资源对某种生物的承载力是 一定的，如：某地牧场对牲畜有一定的承载力，过度放 牧会造成牧场褪化。农田也应保持适宜的种植密度。
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;I<1,均匀分布;I>1,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/k >0,集群分布; 1/k <0,均匀分布. C:聚块指标 m*/m m*：平均拥挤度。 m*/m=[(∑xi2/ ∑xi)-1]/m
C:聚块指标 m*/m m*：平均拥挤度。 m*/m=[(∑xi2/ ∑xi)-1]/m m*/m=1, 随机分布 m*/m<1, 均匀分布 m*/m>1, 集群分布
d:平均拥挤度m*与平均密度m的回归关系: m* =α+βm α=0, β=1, 随机分布 β<1, 均匀分布
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
dN KN r. N ( ) dt K
N：种群数量 r：种群增长率
dN N r.N (1 ) dt K
K：环境容纳量
logistic模型的假设：
• ①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 • ②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1／K的影响。若种群中有N个个体， 就利用了N／K的空间，而可供利用的剩余空间就只有 （1－N／K）了。 • ③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。 • ④种群无年龄结构 • ⑤种群无迁入，迁出现象。
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-m mx/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.
dN r.N dt
N：种群数量
即：N t N 0 e r .t
N0：种群初始数 r：种群增长率
量
Nt：种群t时刻的数量
§2 种群的增长
指数增长（J型增长）
* 瞬时增长率r>0，则种群数量指数上升。（图示） * r=0，种群数量相对稳定。 * r<0，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。