初二理化生种群生态学2.pptx
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1、第二章第二章 种群生态学种群生态学聊城大学生命科学学院第第二二章章 种种群群生生态态学学2 种群的数量特征种群的数量特征生活史对策生活史对策 种种种种群群群群生生生生态态态态学学学学种群及其基本特征种群及其基本特征 种群增长种群增长 种内与种间关系种内与种间关系 种群的遗传进化种群的遗传进化 第第二二章章 种种群群生生态态学学一、种群在无限环境中的指数式增长一、种群在无限环境中的指数式增长二、二、种群在有限环境中的逻辑斯谛增长种群在有限环境中的逻辑斯谛增长三、自然种群的数量变动三、自然种群的数量变动四、种群调节四、种群调节第三节第三节 种群增长种群增长第第二二章章 种种群群生生态态学学一、种群
2、在无限环境中的指数式增长一、种群在无限环境中的指数式增长在无限环境中,种群不受任何限制因子的约束,种群在无限环境中,种群不受任何限制因子的约束,种群潜在增长能力得到最大发挥,种群数量呈指数式增长,潜在增长能力得到最大发挥,种群数量呈指数式增长,其其增长曲线为增长曲线为“J”型型,但若以对数标尺为纵坐标,则,但若以对数标尺为纵坐标,则成为直线。成为直线。第第二二章章 种种群群生生态态学学(一)世代不重叠种群的(一)世代不重叠种群的离散增长模型离散增长模型1模型的假设模型的假设种群增长是无界的,即种群在无限环境中生长,种群增长是无界的,即种群在无限环境中生长,不受食物、空间等条件的限制。不受食物、
3、空间等条件的限制。世代不相重叠,种群增长是离散的。世代不相重叠,种群增长是离散的。种群无迁入和迁出。种群无迁入和迁出。种群无年龄结构。种群无年龄结构。第第二二章章 种种群群生生态态学学2数学模型数学模型 Nt+1=Nt 或或 Nt=N0t其中:其中:N种群大小,种群大小,t时间,时间,种群周限增长率种群周限增长率,即,即=Nt+1 Nt。两侧取对数,即得:两侧取对数,即得:lg Nt=lgN0tlg第第二二章章 种种群群生生态态学学3模型的生物学意义模型的生物学意义 根据此模型可计算世代不相重叠种群的增长情况。根据此模型可计算世代不相重叠种群的增长情况。根据根据值可判断其种群动态。值可判断其种
4、群动态。即:即:1,种群增长;,种群增长;=1,种群稳定;,种群稳定;01,种群下降;,种群下降;=0,种群无繁殖现象,且在下一代灭亡。,种群无繁殖现象,且在下一代灭亡。第第二二章章 种种群群生生态态学学(二)世代重叠种群的连续增长模型(二)世代重叠种群的连续增长模型 模型的假设模型的假设种群增长是无界的,即种群在无限环境中生长,不受种群增长是无界的,即种群在无限环境中生长,不受食物、空间等条件的限制。食物、空间等条件的限制。世代重叠,种群增长是连续的世代重叠,种群增长是连续的。种群无迁入和迁出。种群无迁入和迁出。种群具年龄结构种群具年龄结构。第第二二章章 种种群群生生态态学学假如在很短的时间
5、假如在很短的时间dt内种群的瞬时出生率为内种群的瞬时出生率为b,死亡,死亡率为率为d,种群大小为,种群大小为N,在无限环境中种群的瞬时增,在无限环境中种群的瞬时增长率为长率为b-d,它与密度无关。,它与密度无关。第第二二章章 种种群群生生态态学学2数学模型数学模型 dN/dt=rN 其积分式为:其积分式为:Nt=N0ert 其中:其中:N种群大小种群大小t时间,时间,e自然对数的底自然对数的底r种群的瞬时增长率种群的瞬时增长率。两侧取对数:两侧取对数:ln Nt=lnN0rt第第二二章章 种种群群生生态态学学 模型的生物学意义模型的生物学意义(1)根据此模型可计算世代重叠种群的增长情况。)根据
6、此模型可计算世代重叠种群的增长情况。(2)根据)根据r值可判断其种群动态。值可判断其种群动态。即:即:r 0,种群增长;,种群增长;r =0,种群稳定;,种群稳定;r 0,种群下降;,种群下降;r=-,种群无繁殖现象,且在下一代灭亡。,种群无繁殖现象,且在下一代灭亡。第第二二章章 种种群群生生态态学学4.应用:应用:根据以上指数增长可估测非密度制约种群的数量加倍时根据以上指数增长可估测非密度制约种群的数量加倍时间:间:根据根据Nt=N0ert,当种群数量加倍时,当种群数量加倍时,Nt=2 N0,因此:,因此:ert=2 或或 ln2=rtt=0.69315/r根据根据生命表生命表求种群增长率:
7、求种群增长率:r=lnR0/T第第二二章章 种种群群生生态态学学瞬时增长率瞬时增长率与与周限增长率周限增长率的关系的关系种群瞬时增长率(种群瞬时增长率(r)与周限增长率()与周限增长率()之间的)之间的关系式为:关系式为:r=ln 或或 =er 第第二二章章 种种群群生生态态学学二、种群在有限环境中的逻辑斯谛增长二、种群在有限环境中的逻辑斯谛增长当种群在一个有限的空间中增长时,随着种群密度的当种群在一个有限的空间中增长时,随着种群密度的上升,对有限空间资源和其他生活必需条件的种内竞上升,对有限空间资源和其他生活必需条件的种内竞争也将增加,必然会影响种群的出生率和死亡率,从争也将增加,必然会影响
8、种群的出生率和死亡率,从而降低种群的实际增长率,一直到停止增长,甚至使而降低种群的实际增长率,一直到停止增长,甚至使种群数量下降。种群数量下降。种群在有限环境中连续增长的一种最简单形式是种群在有限环境中连续增长的一种最简单形式是逻辑逻辑斯谛增长斯谛增长,其,其增长曲线为增长曲线为“S”型型。第第二二章章 种种群群生生态态学学种群在有限环境中的连续增长模型种群在有限环境中的连续增长模型1模型的假设模型的假设设想有一个环境条件所允许的最大种群值,此最大值设想有一个环境条件所允许的最大种群值,此最大值称为称为环境容纳量环境容纳量或或环境负荷量环境负荷量,通常用,通常用K表示。表示。密度对种群增长率的
9、影响是简单的,即密度对种群增长率的影响是简单的,即种群中每增加种群中每增加一个个体,对种群增长力的降低就产生一个个体,对种群增长力的降低就产生1/K的影响的影响。种群密度的增加对其增长率降低的作用是立即发生的,种群密度的增加对其增长率降低的作用是立即发生的,无时滞。无时滞。种群中个体具年龄结构,无迁移现象。种群中个体具年龄结构,无迁移现象。第第二二章章 种种群群生生态态学学2、数学模型、数学模型dN/dt=rN(1N/K)其积分式为:其积分式为:Nt=K/(1+ea-rt)其中其中 N:种群密度:种群密度 t:时间:时间 r:瞬时增长率:瞬时增长率 K:环境容纳量。:环境容纳量。a:取决于:取
10、决于N0,表示曲线对原点的相对位置。,表示曲线对原点的相对位置。第第二二章章 种种群群生生态态学学3 3、模型行为说明、模型行为说明逻辑斯谛增长的数学模型就是在指数式增长模型上,逻辑斯谛增长的数学模型就是在指数式增长模型上,增加一个描述种群增长率随密度上升而降低的修正项增加一个描述种群增长率随密度上升而降低的修正项(1N/K)。修正项(修正项(1N/K)的生物学含义是)的生物学含义是“剩余空间剩余空间”,即,即种群可利用,但尚未利用的空间。可以理解为种群中种群可利用,但尚未利用的空间。可以理解为种群中的每一个个体均利用的每一个个体均利用1/K的空间,若种群中有的空间,若种群中有N个个体,个个体
11、,就利用了就利用了N/K的空间,而可供种群继续增长的剩余空的空间,而可供种群继续增长的剩余空间则只有(间则只有(1N/K)。)。第第二二章章 种种群群生生态态学学修正项(修正项(1 1N/KN/K)分析)分析如果如果N N00,(1(1N/K)N/K)1 1,这表示几乎全部空间尚未,这表示几乎全部空间尚未被利用,种群潜在的最大增长能力能充分地实现,接被利用,种群潜在的最大增长能力能充分地实现,接近于指数式增长。近于指数式增长。如果如果N NK K,(1(1N/K)N/K)0 0,这表示几乎全部空间已被,这表示几乎全部空间已被利用,种群潜在的最大增长不能实现。利用,种群潜在的最大增长不能实现。当
12、当N N由由0 0逐渐增加到逐渐增加到K K值,值,(1(1N/K)N/K)由由1 1 逐渐下降为逐渐下降为 0 0,表示种群增长的,表示种群增长的“剩余空间剩余空间”逐渐变小,种群潜在逐渐变小,种群潜在的最大增长的可实现程度逐渐降低;并且,种群数量的最大增长的可实现程度逐渐降低;并且,种群数量每增加一个个体,抑制定量每增加一个个体,抑制定量1/K1/K。第第二二章章 种种群群生生态态学学4S型增长曲线型增长曲线S 型曲线具有以下两个特点:型曲线具有以下两个特点:S型曲线有一个上渐近线型曲线有一个上渐近线,即,即S型增长曲线渐近于型增长曲线渐近于K值,值,但不会超过这个最大值的水平。但不会超过
13、这个最大值的水平。曲线的变化是逐渐的、平滑的曲线的变化是逐渐的、平滑的,而不是骤然的。,而不是骤然的。第第二二章章 种种群群生生态态学学S 型增长曲线常被划分为型增长曲线常被划分为5个时期:个时期:(1)开始期)开始期:也可称潜伏期,种群个体很少,密度增:也可称潜伏期,种群个体很少,密度增长缓慢。长缓慢。(2)加速期)加速期:随个体增加,密度增长逐渐加快。:随个体增加,密度增长逐渐加快。(3)转折期)转折期:当个体密度达到饱和密度一半时,密度:当个体密度达到饱和密度一半时,密度增长最快。增长最快。(4)减速期)减速期:个体超过:个体超过K/2时,密度增长逐渐减慢。时,密度增长逐渐减慢。(5)饱
14、和期)饱和期:种群密度达到:种群密度达到K值而饱和。值而饱和。第第二二章章 种种群群生生态态学学第第二二章章 种种群群生生态态学学研究实例:研究实例:1、高斯研究大草履虫实验种群。、高斯研究大草履虫实验种群。在在0.5ml培养液中放置培养液中放置5个大草履虫的环境条件下,个大草履虫的环境条件下,最大种群数量是最大种群数量是375个,即个,即K=375。当以逻辑斯谛。当以逻辑斯谛方程拟合时,种群增长率方程拟合时,种群增长率r=2.309。第第二二章章 种种群群生生态态学学2、塔斯马尼亚岛绵羊种群的增长。、塔斯马尼亚岛绵羊种群的增长。塔斯马尼亚岛上的绵羊种群保持相对稳定。绵羊是在塔斯马尼亚岛上的绵
15、羊种群保持相对稳定。绵羊是在19世纪初期被引人塔斯马尼亚岛的,在此后不到世纪初期被引人塔斯马尼亚岛的,在此后不到30年年内,就迅速增长到了环境容纳量水平,并保持数量变内,就迅速增长到了环境容纳量水平,并保持数量变幅在一倍以内幅在一倍以内。第第二二章章 种种群群生生态态学学逻辑斯谛增长模型的重要意义:逻辑斯谛增长模型的重要意义:它是许多它是许多两个相互作用种群增长模型的基础两个相互作用种群增长模型的基础;在农业、林业、渔业等实践领域中,它是在农业、林业、渔业等实践领域中,它是确定最大持续确定最大持续产量(产量(MSY)的主要模型)的主要模型;模型中参数模型中参数r和和K已成为生物进化对策理论已成
16、为生物进化对策理论中的重要概念。中的重要概念。第第二二章章 种种群群生生态态学学最大持续产量最大持续产量 (MSY,maximum sustainable yield)当种群密度增加时,最初出生率超过死亡率,但当种当种群密度增加时,最初出生率超过死亡率,但当种群密度接近环境容纳量群密度接近环境容纳量K时,出生率下降,死亡率增加,时,出生率下降,死亡率增加,在环境容纳量水平上,出生率、死亡率相等,种群稳在环境容纳量水平上,出生率、死亡率相等,种群稳定。定。出生率、死亡率之差为种群的出生率、死亡率之差为种群的净增加量净增加量。最大净增加量发生在最大净增加量发生在中等密度中等密度、种群中存在许多繁殖
17、种群中存在许多繁殖个体个体,而,而种内竞争又相对较低种内竞争又相对较低的情况下,这一最大净的情况下,这一最大净增加量代表人们可长期从种群中收获的最大产量增加量代表人们可长期从种群中收获的最大产量(MSY)。)。第第二二章章 种种群群生生态态学学最大持续产量的计算:最大持续产量的计算:在中等种群密度下,种群增加量最大,这是在中等种群密度下,种群增加量最大,这是S曲线的拐点,相当曲线的拐点,相当于于K/2的水平,这时的水平,这时种群的增加量种群的增加量dN/dt最大最大,将,将N=2/K代入逻代入逻辑斯谛方程,得辑斯谛方程,得d(K/2)/dt=rK/2/(1-K/2K)=rK/4,因此,估测最大
18、持续产量因此,估测最大持续产量MSY的公式为:的公式为:MSY=rK/4逻辑斯谛增长率变化曲线逻辑斯谛增长率变化曲线第第二二章章 种种群群生生态态学学自然反应时间(自然反应时间(TR)瞬时增长率瞬时增长率r的倒数的倒数,TR=1/r,TR是度量种群在受干是度量种群在受干扰后返回平衡时间长短的一个有用指标。扰后返回平衡时间长短的一个有用指标。TR值越小,表示种群在受到干扰后,返回平衡所需要值越小,表示种群在受到干扰后,返回平衡所需要的时间越短;的时间越短;TR值越大,则种群受干扰后返回到平衡值越大,则种群受干扰后返回到平衡的自然反应时间就越长。的自然反应时间就越长。第第二二章章 种种群群生生态态
19、学学三、自然种群的数量变动三、自然种群的数量变动 一个种群从进入新的栖息地,经过种群增长,建立一个种群从进入新的栖息地,经过种群增长,建立起种群以后,一般有以下几种可能:起种群以后,一般有以下几种可能:种群平衡种群平衡;规则的或不规则的波动:规则的或不规则的波动:包括季节变动和年际变动;包括季节变动和年际变动;种群衰落和种群灭亡种群衰落和种群灭亡;种群爆发种群爆发;种群崩溃种群崩溃;另外,还有另外,还有生态入侵,生态入侵,它指的是物种进入新的栖息地它指的是物种进入新的栖息地之后的建群过程。之后的建群过程。自然种群的数量变动方式第第二二章章 种种群群生生态态学学 1.种群平衡种群平衡(popul
20、ation equilibrium)种群平衡种群平衡是指种群数量较长时间地维持在同一水平上。是指种群数量较长时间地维持在同一水平上。从理论上讲,种群增长到一定程度,数量达到从理论上讲,种群增长到一定程度,数量达到K值之后,值之后,种群数量会保持稳定,如大多数有蹄类和食肉类动物。种群数量会保持稳定,如大多数有蹄类和食肉类动物。但实际上大多数种群数量不会长时间保持不变,稳定但实际上大多数种群数量不会长时间保持不变,稳定是相对的,种群平衡是一种是相对的,种群平衡是一种动态平衡动态平衡。第第二二章章 种种群群生生态态学学2.季节消长季节消长一般具有生殖季节的种类,种群的最高数量通常是在一一般具有生殖季
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