生物圈中的生命系統(tǒng)

關(guān)于生物圈中的生命系統(tǒng)2

第一節(jié)

生命系統(tǒng)的層次生物圈中的生命系統(tǒng)層次第2頁,共45頁，2024年2月25日，星期天3

第二節(jié)

生物種群的特征及動態(tài)一、種群概念及特征二、種群的增長三、種群的數(shù)量變動及生態(tài)對策四、種群調(diào)節(jié)第3頁,共45頁，2024年2月25日，星期天4

一、種群概念及特征種群（Population）在一定空間和一定時間范圍內(nèi)的同一物種個體的集合體。是具有潛在互配能力的個體。例如，實驗室的一群小白鼠。種群和種（物種）的區(qū)別種是能夠相互配育的自然種群的類群。不同種之間存在生殖隔離現(xiàn)象。是一個分類單元。*一個物種可以包括許多種群；*不同種群之間存在明顯的地理隔離，長期隔離有可能發(fā)展為不同亞種，甚至產(chǎn)生新的物種。

第4頁,共45頁，2024年2月25日，星期天5

種群的特征（1）數(shù)量特征：種群的出生率、死亡率、遷入遷出率，了解影響種群波動的因素及種群存在、發(fā)生規(guī)律；（2）空間特征：種群的分布格局等；（3）遺傳特征。

第5頁,共45頁，2024年2月25日，星期天6

二、種群的增長種群的群體特征：（1）種群的密度每個單位空間內(nèi)個體的數(shù)量。密度是種群最基本的參數(shù)。

第6頁,共45頁，2024年2月25日，星期天7

（2）種群的出生率和死亡率A.出生率

生理出生率（最大出生率）：在理想條件下所能達到的最大出生數(shù)量。

生態(tài)出生率（實際出生率）：在一定時期內(nèi)，種群在特定條件下實際出生數(shù)量。內(nèi)外因素共同作用影響的結(jié)果。

影響出生率的因素：

a.性成熟速度；

b.每次產(chǎn)仔數(shù)；

c.每年生殖次數(shù)；

d.生殖年齡的長短。第7頁,共45頁，2024年2月25日，星期天8

B.死亡率

生理死亡率（最小死亡率）：在最適條件下個體因衰老而死亡，其種群死亡率降到最低。

生態(tài)死亡率（實際死亡率）：在一定條件下的實際死亡率。

出生率和死亡率一般都以種群中每單位時間每1000個個體的出生或死亡數(shù)來表示。

第8頁,共45頁，2024年2月25日，星期天9

（3）種群的年齡結(jié)構(gòu)

種群的年齡分為三種生態(tài)年齡，即3個年齡組：

生殖前期、生殖期、生殖后期

3種主要的年齡結(jié)構(gòu)類型：

增長型、穩(wěn)定型、衰退型第9頁,共45頁，2024年2月25日，星期天10

年齡錐體的三種基本類型A增長型種群：幼年組個體數(shù)多，老年組個體數(shù)少，種群的死亡率小于出生率，種群迅速增長。B穩(wěn)定型種群:種群出生率大約與死亡率相當，種群穩(wěn)。C下降型種群:幼年組個體數(shù)少，老年組個體數(shù)多，種群的死亡率大于出生率，種群種群數(shù)量趨向減少。繁殖后期繁殖期繁殖前期A:錐形B:鐘形C:壺形第10頁,共45頁，2024年2月25日，星期天11

木棉樹（Populusdeltoidessubsp.）種群的年齡分布種群年齡分布--1(自M.C.Molles,Jr,1999)第11頁,共45頁，2024年2月25日，星期天12

種群年齡分布--2仙人掌雀（Geospizaconirostris）1983年的年齡分布(自M.C.Molles,Jr,1999)第12頁,共45頁，2024年2月25日，星期天13

白橡樹（Quercusalba）種群的年齡分布種群年齡分布--3(自M.C.Molles,Jr,1999)第13頁,共45頁，2024年2月25日，星期天14

仙人掌雀（Geospizaconirostris）1987的年齡分布種群年齡分布--4(自M.C.Molles,Jr,1999)第14頁,共45頁，2024年2月25日，星期天15

肯尼亞、美國和澳大利亞的人口年齡結(jié)構(gòu)第15頁,共45頁，2024年2月25日，星期天16

（4）性比（sexratio）:是種群中雄性個體和雌性個體數(shù)目的比例

大多數(shù)生物的自然種群內(nèi)♀♂個體比率常為1:1，出生時雄性多于雌性，隨年齡增長，雌性多于雄性。性比也受環(huán)境因素影響，如食物。如赤眼蜂，當食物短缺時，雌性比例下降。第一性比：受精卵的♂/♀大致是50：50，這叫第一性比。第二性比：個體性成熟時的性比；第三性比：充分成熟的個體性比。

第16頁,共45頁，2024年2月25日，星期天17

（5）種群生命表及分析生命表（lifetable）：是指列舉同生群在特定年齡中個體的死亡和存活比率的一張清單。同生群(cohort)——同時出生的個體種群

動態(tài)生命表(dynamiclifetable)——真實記錄生物個體存活情況。

靜態(tài)生命表(staticlifetable)—記錄某一特定時間獲得的各齡級個體數(shù)情況而編制成的。

作用（意義）：

綜合記錄了生物體生命過程的重要數(shù)據(jù)；

系統(tǒng)表示出種群完整生命過程；

研究種群數(shù)量動態(tài)必不可少的方法。

第17頁,共45頁，2024年2月25日，星期天18

2.種群增長模型馬爾薩斯（Malthus）方程：又稱指數(shù)增長模型。種群的幾何級數(shù)增長(世代離散性生長模型)：在世代不重疊的種群，種群的增長可以用幾何增長的模型描述。模型前提條件：增長率不變;無限環(huán)境；世代不相重疊；種群沒有遷入和遷出；沒有年齡結(jié)構(gòu)數(shù)學模型：

Nt＝N0λt

（λ=Nt/Nt-1

→Nt＝Nt-1λ）

N為種群大小行為：幾何級數(shù)式增長或指數(shù)增長。

第18頁,共45頁，2024年2月25日，星期天19

世代連續(xù)性生長模型（指數(shù)增長的模型）：世代重疊，種群以連續(xù)方式變化。數(shù)學模型：dN/dt＝rN（微分式）Nt=N0ert

（積分式）

行為：幾何級數(shù)式增長或指數(shù)增長。N0：種群起始個體數(shù)量；e：自然對數(shù)的底；dN/dt：種群的瞬時數(shù)量變化。

第19頁,共45頁，2024年2月25日，星期天20

幾何增長模型及草夾竹桃（Phloxdrummomdii）假設(shè)的增長曲線(自M.C.Molles,Jr,1999)第20頁,共45頁，2024年2月25日，星期天21

蘇格蘭松和領(lǐng)鴿種群的指數(shù)增長曲線(自M.C.Molles,Jr,1999)第21頁,共45頁，2024年2月25日，星期天22

種群的邏輯斯諦Logisticgrowth增長（在有限環(huán)境中）：世代重疊，連續(xù)性生長；在有限環(huán)境中的增長；繁殖速率不恒定。

環(huán)境容納量：由環(huán)境資源所決定的種群限度。即某一環(huán)境所能維持的種群數(shù)量。

“擁擠效應”：種群增加一個個體時，瞬時對種群產(chǎn)生一種壓力，使種群的實際增長率“r”下降一個常數(shù)c。第22頁,共45頁，2024年2月25日，星期天23

三種群的邏輯斯諦增長(在有限環(huán)境中)

數(shù)學模型：dN/dt=rN(1-N/k)=rN(k-N)/k

（微分式）

Nt=K/（1+ea-rt）

（積分式）

模型行為：該曲線在N=K/2處有一個拐點，在拐點上，dN/dt最大，在拐點前，dN/dt隨種群增加而上升，在拐點后，dN/dt隨種群增加而下降。

(k-N)/k：邏輯斯諦系數(shù)

N>k,種群下降；N=k,種群不增不減；N<k種群上升第23頁,共45頁，2024年2月25日，星期天24

邏輯斯諦增長模型dN/dt=Nr(1-N/K)

種群個體數(shù)量瞬時增長率種群變化率環(huán)境容納量當比率增加時，種群增長變慢第24頁,共45頁，2024年2月25日，星期天25

邏輯斯諦增長方程積分式間隔或世代的長度時間t處的種群個體數(shù)瞬時增長率環(huán)境容納量Nt=K／（1＋ea-rt）曲線對原點的相對位置，值取決于N0第25頁,共45頁，2024年2月25日，星期天26

邏輯斯諦增長曲線的五個時期A

開始期(N→0)

B加速期(N→K／2)

C

轉(zhuǎn)折期(N＝K／2)

D

減速期(N→K)

E

飽和期(N＝K)

KtDEBACNtK/2第26頁,共45頁，2024年2月25日，星期天27

《環(huán)境生態(tài)學》精品課程建設(shè)指數(shù)增長與邏輯斯諦增長之間的關(guān)系tK邏輯斯諦增長指數(shù)增長Nt第27頁,共45頁，2024年2月25日，星期天28

非洲水牛（Synceruscaffer）的“S”型增長曲線(自M.C.Molles,Jr,1999)第28頁,共45頁，2024年2月25日，星期天29

邏輯斯締方程的意義：它是兩個相互作用種群增長模型的基礎(chǔ)；它是漁業(yè)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等實踐領(lǐng)域中確定最大持續(xù)產(chǎn)量的主要模型；模型中的兩個參數(shù)K和r已成為生物進化對策理論中的重要概念。第29頁,共45頁，2024年2月25日，星期天30

三、種群的數(shù)量變動種群數(shù)量具有兩個重要的特征波動性，在每一段時間之間(年、季節(jié))種群數(shù)量都有所不同；穩(wěn)定性，盡管種群數(shù)量在波動，但大部分的種群不會無限制地增長或無限制地下降而發(fā)生滅絕，因此，種群數(shù)量在某種程度上維持在特定的水平上。種群數(shù)量在相當長時間內(nèi)維持在一個水平上的情形稱為種群平衡。所謂平衡，指的是在一年中的出生數(shù)和死亡數(shù)大致相等，種群數(shù)量基本穩(wěn)定。這種平衡是相對的。第30頁,共45頁，2024年2月25日，星期天31

1．不規(guī)則波動

環(huán)境的隨機變化很容易造成種群不可預測的波動。許多生物的種群，其數(shù)量與年份條件相對應，會發(fā)生不可預測的數(shù)量波動。小型的短壽命生物，比起對環(huán)境變化忍耐性更強的大型、長壽命生物，其數(shù)量更易發(fā)生巨大變化。藻類是小型、短壽命的，而且繁殖很快，它們對環(huán)境變化很敏感。第31頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2．周期性波動周期性波動是指種群數(shù)量變動隨時間呈現(xiàn)出有規(guī)律的、周而復始的波動現(xiàn)象。這種數(shù)量波動的特點與種群自身的遺傳特性有關(guān)。例如，許多北方的嚙齒動物旅鼠、姬鼠、田鼠，以及北極狐和雪鴿等，其種群數(shù)量波動以3—4年為一周期。美洲兔及其捕食者加拿大猞猁具有大約10年為一個周期的數(shù)量波動。第32頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共45頁，2024年2月25日，星期天3．季節(jié)波動季節(jié)波動(消長)是指種群數(shù)量在一年四季中的變化規(guī)律。生活在中、高緯度地區(qū)的許多動物，它們在夏季和冬季之間的數(shù)量變化相當大。這種數(shù)量變化與其繁殖季節(jié)、生活史、季節(jié)性遷移等原因有關(guān)。具有季節(jié)性生殖特點的動物種類，其種群的最大數(shù)量是在一年中最后一次繁殖之末。低緯度熱帶地區(qū)的動物種群，一些種類也有季節(jié)性波動，這種波動可能與降雨或食物(或果實)的供給有關(guān)，它們在雨季進行繁殖，種群數(shù)量高峰出現(xiàn)在雨季中后期。溫帶地區(qū)，蒼蠅和蚊子自春季開始增多，到夏、秋兩季數(shù)量最多，冬季來臨，隨天氣變冷．這些昆蟲便銷聲匿跡了。同樣地，許多由蚊、蠅傳播的疾病的流行也具有這種季節(jié)性。因此，了解動物的季節(jié)性波動規(guī)律是控制其危害的生態(tài)學基礎(chǔ)。第34頁,共45頁，2024年2月25日，星期天4．種群的暴發(fā)具不規(guī)則或周期性波動的生物都可能出現(xiàn)種群暴發(fā)。最熟悉的暴發(fā)是害蟲和害鼠，以及近些年經(jīng)常發(fā)生的赤潮，赤潮是指水體中一些浮游生物暴發(fā)性增殖引起水色異常和水質(zhì)變劣的現(xiàn)象。赤潮是由于有機污染，即水中氮、磷等營養(yǎng)物過多形成富營養(yǎng)化所致。。第35頁,共45頁，2024年2月25日，星期天36

5、生態(tài)入侵生態(tài)入侵（ecologicalinvasion）：由于人類有意識或無意識地將某種生物帶入適宜于其棲息和繁衍的地區(qū)，種群不斷擴大，分布區(qū)逐步穩(wěn)定地擴展，該過程稱生態(tài)入侵。后果：排擠當?shù)氐奈锓N,改變原有的生物地理分布和自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

,對環(huán)境產(chǎn)生了很大的影響。入侵種危及土著群落的生物多樣性并影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

第36頁,共45頁，2024年2月25日，星期天廣東省內(nèi)伶仃島

薇甘菊

第37頁,共45頁，2024年2月25日，星期天38

四、種群調(diào)節(jié)氣候?qū)W派－－種群數(shù)量受天氣的強烈影響

生物學派－－捕食、寄生、競爭、食物等生物因素對種群起調(diào)節(jié)作用

自動調(diào)節(jié)學說－－種內(nèi)成員的異質(zhì)性社群的等級和領(lǐng)域性－－行為調(diào)節(jié)學說激素分泌的反饋調(diào)節(jié)機制－－內(nèi)分泌調(diào)節(jié)學說遺傳多態(tài)－－遺傳調(diào)節(jié)學說

外源性調(diào)節(jié)內(nèi)源性調(diào)節(jié)第38頁,共45頁，2024年2月25日，星期天39

1.氣候?qū)W派種群參數(shù)受天氣條件強烈影響；

種群的數(shù)量大發(fā)生與天氣條件的變化明顯相關(guān)；

強調(diào)種群數(shù)量的變動，否認穩(wěn)定性。第39頁,共45頁，2024年2月25日，星期天40

2.生物學派種間因素平衡學說（NicholsonAJ）：種群是一個自我管理系統(tǒng)，當動物種群的密度高時，調(diào)節(jié)因素的作用更強，當密度低時，調(diào)節(jié)因素的作用減弱。Smith的種群調(diào)節(jié)觀點：種群的特征是既有穩(wěn)定性，也有連續(xù)變化。密度圍繞著一個“特征密度”而變化。只有密度制約因素決定種群的平衡密度。

食物因素

Lack的種群調(diào)節(jié)觀點：影響鳥類密度制約性死亡的動因有三個：食物短缺、捕食和疾病，食物短缺是最重要的限制因子。第40頁,共45頁，2024年2月25日，星期天41

3.自動調(diào)節(jié)學說特點：強調(diào)種群調(diào)節(jié)的內(nèi)源性因素。

種群密度自身影響本種群的出生率、死亡率、生長、性成熟、遷入和遷出等種群各種特征和參數(shù)。建立在種群內(nèi)部的負反饋理論的基礎(chǔ)上。

種群的自動調(diào)節(jié)是各物種所具有的適應性特征，它對于種內(nèi)成員整體來說，能帶來進化上的利益。

第41頁,共45頁，2024年2月25日，星期天42

（1）行為調(diào)節(jié)

溫·