第三章种群及其动态I

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1、王娓王娓(北京大学城环学院生态系北京大学城环学院生态系)藏羚羊藏羚羊肉肉苁苁蓉蓉锁锁阳阳与涡鸢不同的是与涡鸢不同的是,壁虎被农地分隔开的适宜栖息地壁虎被农地分隔开的适宜栖息地斑块彼此相距斑块彼此相距1-20 km,1-20 km,它们无法穿越这个距离它们无法穿越这个距离,只能以互无联系的亚种群形式存在只能以互无联系的亚种群形式存在.在种群的地理分布范围内在种群的地理分布范围内,个体数量个体数量并不是在所有区域都相等并不是在所有区域都相等.个体只能个体只能生活在适宜的栖息地中生活在适宜的栖息地中.一个种群的地理分布范围应当包括一个种群的地理分布范围应当包括种群成员在整个生命周期内曾经占种群成员在

2、整个生命周期内曾经占有过的所有地区有过的所有地区.2.集合种群与物种保护集合种群与物种保护2.1 生境破碎化与边缘效应生境破碎化与边缘效应例如例如,亚马孙河流域亚马孙河流域,皆伐形成皆伐形成100 m100 m森林边缘森林边缘,树木因失去周树木因失去周围植被的保护而更加暴露围植被的保护而更加暴露,植被干旱并易受强风破坏植被干旱并易受强风破坏.种一面积曲线种一面积曲线:Arrhenius(1921)模型模型:S=b z k Gleason(1925)模型模型:S=c lg z+a Kylin(1926)模型模型:S=Q(1 e-mz)Fisher(1943)模型：模型：S=ln 1+(q n/)

3、S为面积为面积,z为样方的种数为样方的种数,A,b,c,k和和m为常数为常数;n为每个样方为每个样方的平均个体数的平均个体数,q为样方数为样方数,Q为群落的总种数为群落的总种数,为为Fisher的种多的种多样性指数。样性指数。2.2 种一面积曲线种一面积曲线种面积曲线以及种面积曲线以及z z 值的狭窄范围值的狭窄范围:(1)(1)个体数目和面积近似直线的关系个体数目和面积近似直线的关系(2)(2)个体总数和物种数目之间的关系非常接近对个体总数和物种数目之间的关系非常接近对数正态分布或者数正态分布或者说物种的多度分布是一对数正态分布曲线说物种的多度分布是一对数正态分布曲线The species

4、richness of a dominant group of ectomycorrhizal fungi,on tree islands of constant age and host composition that range in size from 10 000 m2 were examined.2.3 岛屿生物地理学理论面积效应:生物多样性随岛屿面积增加而增加的这种现象.假定距离陆地相等的岛屿,从陆地迁入岛屿的物种的速率一样.小岛屿上物种灭绝率比大岛屿快.距离效应:岛屿离陆地和其它岛屿越远其上的物种数目就越少局域小种群的灭绝是非常普遍的现象:“今天被占据的地点明天可能就是空白的,

5、然后1 周或1 年后可能又被重新占据”。两个人:Sewall Wrigh t 和Richard Levins生物进化在一个有空间结构的种群内会进展得更快,尤其是当种群内存在着局域灭绝和再侵占时。一本书:Andrewartha 和Birch 1954 年“The Distribut ion and Abundance of Animals”动物的分布与多度。Levins 上个世纪60 年代末、70 年代MacArthur 和Wilson(1967)出版了岛屿生物地理学理论专著,和Levins 集合种群模型一样围绕着(局域)种群灭绝和侵占过程而建立的2.4 自然界的斑块导致产生了自然界的斑块导致产

6、生了3 3种种群模型种种群模型集合种群模型集合种群模型源源-汇模型汇模型景观模型景观模型资源分布不均匀资源分布不均匀植物种子传播方式植物种子传播方式以母株为扩散中心以母株为扩散中心动物的集群行为动物的集群行为自身与近邻保持最自身与近邻保持最小距离导致均匀分小距离导致均匀分布布.一株植物如果与一株植物如果与一个较大的邻居靠一个较大的邻居靠的太近会被对方遮的太近会被对方遮蔽蔽,加剧根系竞争加剧根系竞争,这些植株枯死后这些植株枯死后,个个体之间的间隔会变体之间的间隔会变的较为均匀的较为均匀缺乏社会拮抗缺乏社会拮抗和相互吸引和相互吸引3 种群的空间分布4.1 年龄结构及性比年龄结构及性比年龄结构年龄结

7、构-不同年龄组的个体在种群内的比例和配置情况。不同年龄组的个体在种群内的比例和配置情况。性比性比-种群中雄性个体和雌性个体数目的比例。性比对种群的种群中雄性个体和雌性个体数目的比例。性比对种群的配偶关系及繁殖潜力有很大影响。配偶关系及繁殖潜力有很大影响。种群年龄结构和性比对分析种群动态和预测预报十分重要。种群年龄结构和性比对分析种群动态和预测预报十分重要。增长型种群增长型种群稳定型种群稳定型种群下降型种群下降型种群4.2 4.2 生命表与存活曲线生命表与存活曲线 4.2.1 生命表：根据各年龄组的存活或死亡数据编制，用于生命表：根据各年龄组的存活或死亡数据编制，用于估算不同年龄组的生命期望估算

8、不同年龄组的生命期望静态生命表：静态生命表：根据某一特定时刻对种群年龄分布频率的取根据某一特定时刻对种群年龄分布频率的取样分析。无法分析死亡原因，不能对密度制约过程和调节样分析。无法分析死亡原因，不能对密度制约过程和调节过程进行定量分析过程进行定量分析动态生命表：动态生命表：从同龄群开始，跟踪观察死亡过程从同龄群开始，跟踪观察死亡过程综合生命表：综合生命表：包括了存活率和出生率，将两者相乘，累加包括了存活率和出生率，将两者相乘，累加即得净生殖率即得净生殖率生命表生命表动态生命表动态生命表综合生命表综合生命表存活曲线-表达同生群（cohort）的存活过程。Deevey(1947)将存活曲线分为三

9、个类型：I型：曲线凸型，在接近生理寿命前只有少数个体死亡II型：曲线呈对角线，各年龄死亡率相等III型：曲线凹形，幼年期死亡率很高10000ACB1B2B3年龄101001000地球正在成为一个很拥挤的星球地球正在成为一个很拥挤的星球,很多人相信世界人口很久以很多人相信世界人口很久以前已经超过地球的承受能力前已经超过地球的承受能力,我们正在迅速耗尽地球资源我们正在迅速耗尽地球资源.世界人口会在什么时候和在什么水平上停止增长呢世界人口会在什么时候和在什么水平上停止增长呢?美国广为美国广为接受的一种估计是世界人口将会在达到大约接受的一种估计是世界人口将会在达到大约9090亿时停止增长亿时停止增长.

10、广东珠江伶仃岛，森林覆盖面95%，国家级自然保护区。岛上生活 600只猕猴，近两年岛上出现大片森林死亡现象，这些可爱的小生灵在岛上很难找到食用的各类果实，只能靠人来喂养。是什么原因造成这种恶果呢？菊科，假泽兰，原产热带美洲，作为垃圾场覆盖植物而引种毒麦毒麦薇甘菊薇甘菊互花米草互花米草豚草豚草紫茎泽兰紫茎泽兰空心莲子草空心莲子草（水花生）（水花生）飞机草（香泽兰）飞机草（香泽兰）凤眼莲（水葫芦）凤眼莲（水葫芦）假高梁（石茅、阿拉伯高粱）假高梁（石茅、阿拉伯高粱）美国白鹅美国白鹅(秋幕毛虫、秋幕蛾秋幕毛虫、秋幕蛾)牛蛙（美国青蛙）牛蛙（美国青蛙）福寿螺福寿螺(大瓶螺大瓶螺)湿地松粉蚧湿地松粉蚧非洲

11、大蜗牛非洲大蜗牛强大小蠧（红脂大小蠧）强大小蠧（红脂大小蠧）蔗扁蛾蔗扁蛾(香蕉蛾香蕉蛾)近万名志愿者在海南省儋州市参加“外来入侵生物灭毒除害行动”。严重危害棕榈科植物的外来入侵害虫-椰心叶甲TRrTrReRNNeNNTteNNNrdtdNmmTrtTrttrtmmmm0000000lnln微分方程：微分方程：设：设：积分得：积分得：则：则：即有：即有：对数：对数：T-世代时间世代时间，子代，子代从母体出生到子代从母体出生到子代再产子的平均时间再产子的平均时间R0-世代的净增值率世代的净增值率内禀增长率内禀增长率-不受条不受条件限制下观察到的件限制下观察到的种群增长率种群增长率降低降低R R0

12、0,限制每对夫妇子女数限制每对夫妇子女数增大增大T T，推迟首次生殖时间或晚婚，推迟首次生殖时间或晚婚控制控制人口人口人口的增长人口的增长接受救济的非洲难民接受救济的非洲难民 塞内加尔过度放牧形成的荒漠草原 随着人口的猛增，食品供应越来越短缺。仅撒哈拉南部非洲国家的饥饿和营养不良人数就占世界处于同类状况总人数的27。为了耕种，人们破坏森林和牧场；牧场载畜量不断增加，过度放牧，生态环境严重恶化。5.2 与密度有关的种群增长与密度有关的种群增长逻辑斯谛增长逻辑斯谛增长假设假设:环境容纳量环境容纳量k,当当N=K时时,种群为零增长种群为零增长增长率随密度上升而降低的变化是按比例的增长率随密度上升而降

13、低的变化是按比例的,即假设某一空即假设某一空间仅能容纳间仅能容纳K个个体个个体,每一个体利用了每一个体利用了1/K的空间的空间,N个体利用个体利用了了N/K空间空间,可供种群增长的剩余空间为可供种群增长的剩余空间为1-N/KdN/dt=rN(1-N/K)r=ln(l),(内秉增长率)N饱和期饱和期减速期减速期转折期转折期加速期加速期开始期开始期逻辑斯谛增长逻辑斯谛增长近缘物种种群的波动近缘物种种群的波动取食松树针叶取食松树针叶,依依赖同一种树木为生赖同一种树木为生寄生物和寄生物和病原物病原物绵羊和藻类对环境变化绵羊和藻类对环境变化的敏感性不同的敏感性不同.(1)(1)绵羊绵羊个体较大个体较大,

14、有更有更强强内环境稳定能力内环境稳定能力 (2)(2)绵羊可活很多年绵羊可活很多年,任任一时刻种群都是由不同一时刻种群都是由不同年龄的个体组成年龄的个体组成,通常通常能避免出生率短期波动能避免出生率短期波动造成的影响造成的影响(3)(3)单细胞藻类的单细胞藻类的寿命寿命只只有几天有几天,周转速度快周转速度快,容容易遭受变化环境的冲击易遭受变化环境的冲击6.1 不规则波动猞猁和雪兔种群的周期数量波动20072007年年4 4月月2121日日1414：0000左右，福建厦左右，福建厦门杏林新阳大桥沿杏滨路往集美方向门杏林新阳大桥沿杏滨路往集美方向出现长约出现长约3 3公里的红色海域。公里的红色海域

15、。赤潮的颜色主要由引起赤潮的海洋浮游生物种类决定。夜光虫引起的呈粉(棕)红色，硅藻引起的呈黄(红)褐色，双鞭毛藻引起的呈绿(褐)色，膝沟藻引起的，颜色无明显变化。20042004年晚报讯据央视今日报道，内蒙古、新年晚报讯据央视今日报道，内蒙古、新疆、河北等疆、河北等1414个省市自治区再次爆发大面积个省市自治区再次爆发大面积蝗灾。由于连年干旱少雨，内蒙古草原遭受蝗灾。由于连年干旱少雨，内蒙古草原遭受的蝗灾尤其严重。由于蝗灾爆发，草场遭到的蝗灾尤其严重。由于蝗灾爆发，草场遭到严重破坏。严重破坏。蝗虫蝗虫19881988年，非洲的塞内加尔和毛里塔尼亚境内，发生了数十年，非洲的塞内加尔和毛里塔尼亚境

16、内，发生了数十年罕见的蝗灾，仅一群蝗虫就可达年罕见的蝗灾，仅一群蝗虫就可达10001000亿只以上亿只以上成熟的雄性美国白蛾成熟的雄性美国白蛾 正在产卵的雌性美国白蛾正在产卵的雌性美国白蛾 一只雌蛾一年可繁殖一只雌蛾一年可繁殖3000万万-2亿只后代！亿只后代！19791979年，美国白蛾首先年，美国白蛾首先进入我国辽宁省丹东市进入我国辽宁省丹东市 国务院办公厅印发了关于进一步加强美国白蛾防治工作的通知。繁殖力强得惊人。旅鼠出生一个月后就能繁殖，一只雌繁殖力强得惊人。旅鼠出生一个月后就能繁殖，一只雌鼠每鼠每5 5周产下一窝周产下一窝8 8只小鼠。大约每只小鼠。大约每4 4年旅鼠的数量就会出年旅

17、鼠的数量就会出现一次顶峰，之后又锐减，少到难以寻觅。现一次顶峰，之后又锐减，少到难以寻觅。旅鼠集体跳海自杀是旅鼠集体跳海自杀是一个美丽的谎言一个美丽的谎言 网上流行一篇署名网上流行一篇署名“桑内斯桑内斯”的的“美文美文”浩荡祭大海浩荡祭大海奔赴死亡之约奔赴死亡之约，转自，转自读读者者2005年第年第15期，据说是期，据说是一位挪威癌症病人在追随旅一位挪威癌症病人在追随旅鼠奔向死亡的旅途中，顿悟鼠奔向死亡的旅途中，顿悟了生命的真谛：无须畏惧死了生命的真谛：无须畏惧死亡，因为生和死都是生命的亡，因为生和死都是生命的一部分。一部分。迪斯尼在迪斯尼在19581958年拍摄纪录片年拍摄纪录片白色荒野白色

18、荒野中。这部奥斯卡中。这部奥斯卡获奖影片影响深远，使旅鼠奔获奖影片影响深远，使旅鼠奔赴死亡之约的动人传说在西方赴死亡之约的动人传说在西方家喻户晓。家喻户晓。实例2-猞猁和雪兔种群的周期数量波动最新研究表明捕食效最新研究表明捕食效应可能不是导致雪兔应可能不是导致雪兔-猞猁周期波动的主因猞猁周期波动的主因 密度依赖性调节是主因密度依赖性调节是主因种群数量种群数量+种内个体社群压力种内个体社群压力+生殖激素生殖激素-促肾上腺激素促肾上腺激素+低血糖低血糖肝脏萎缩肝脏萎缩脂肪沉积脂肪沉积肾上腺肥大肾上腺肥大淋巴组织退化淋巴组织退化-较低进攻行为繁殖力高适于低密度较强进攻行为繁殖力低适于高密度低密度型高密度型种群密度较低种群密度较高-+自然选择