生物学联赛普通生态学教案种群生态学.docx

1、生物学联赛普通生态学教案种群生态学生物学基础知识复习学案生态学-2全国生物学联赛辅导教案种群生态学种群是指特定空间内能自由交配、繁殖后代的同种生物个体的集合。探讨一般规律时，泛指该种的任一种群；具体研究时，种群是具体的，有时间和空间上的限定。种群是由个体组成的，个体通过特定的关系构成一个有机整体。种群具有以下特征：（1）空间特征：种群都有一定的分布区域和格局；（2）数量特征：种群成员总是有出生率和死亡率的变化；（3）遗传特征：种群中的成员都有一定的基因组成。在相对稳定的群落中，各种种群具有自我调节个体密度的能力，所以说种群是具有一定特征结构、功能的整体，是一个客观的生态学单位。一、种群的一般特

2、征（一）种群的大小和密度1.种群密度的定义（1）种群大小：指该种群所包含的个体数目的多少（绝对量）；（2）种群密度：指单位空间内个体数目或生物量（相对量）。2.种群密度的类型（1）天然密度：单位空间的生物数量（粗密度）；（2）生态密度：单位栖息空间内生物的数量（特定密度或经济密度），均匀分布时二种密度相同，集群分布时生态密度较大。根据种群密度的适宜程度，可以分为：（1）最适密度：种群增长处于最佳状况时的种群密度；（2）饱和密度：特定环境所能允许的种群最大密度；（3）最低密度：濒临灭绝前的种群密度。3.构件生物由一个合子发育成由一套构体组成的个体，如一株树有许多树枝，一个稻丛有许多分蘖，并且构件

3、数很不相同，从构件产生新的构件，其多少还随环境条件而变化。高等植物是构件生物，大多数动物属于单体生物，单营固着群体生物的珊瑚、苔藓虫等也是构件生物。（二）种群的内分布型组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局，称为种群的内分布型。种群的内分布的类型可分为随机分布、均匀分布、集中分布三种类型（图1）。图1 种群的内分布型1.随机分布：每一个体在种群领域中各个点上出现的机会相等。随机分布是比较少见的，因为在资源和空间充足且较均匀、种群内个体没有彼此吸引或排斥时才容易产生随机分布。例如，森林地表层中的一些蜘蛛，面粉中的黄粉虫。2.均匀分布：个体之间保持相近的距离。这种分布要求空间资源均匀，再加上

4、人为影响、虫害或种内斗争等而引起。均匀分布的产生原因，主要是种群内个体间的竞争。例如森林中植物为竞争阳光（树冠）和土壤中营养物（根际）。分泌有毒物质于土壤中以阻止同种植物籽苗的生长是形成均匀分布的另一原因。3.群集分布：个体的分布呈密集的斑块。自然界中大多数种群呈此分布。群集分布的形成原因，主要是（1）环境资源分布不均匀，富饶与贫乏相嵌；（2）植物传播种子方式使其以母株为扩散中心；（3）动物的社会行为使其结合成群。最常用而简便的检验内分布型的指标是方差/平均数，即S2/m：若S2/m0 均匀分布；若S2/m1 随机分布；若S2/m1 集群分布。（三）种群统计学1.种群的性别比例（1）种群的性别

5、比例：种群中雄性个体和雌性个体数目的比例。（2）种群性别比例的表示方法：简单性比（雄：雌）；总性比（雌/总数100%或雄/总数100%）。2.种群的年龄结构（图2）（1）年龄结构：指种群中各个年龄级个体数的分布情况，也称年龄分布或年龄组成。可以绝对年龄划分为年、月、日、时等，或以生殖状况划分为繁殖前、繁殖期、繁殖后年龄等作为时间。图2 人口的年龄结构（2）年龄比例：种群中各年龄级的个体数占种群个体总数的比例。（3）年龄金字塔：按年龄级由小到大的顺序，将各龄级个体数或年龄比例用图形表示。上下表示年龄级，左右宽度表示各龄级个体数或年龄比例。（图3）增长型金字塔：典型金字塔，出生率大于死亡率；基部宽

6、、顶部狭窄。稳定型金字塔：钟形，出生率与死亡率相近；各部相近。衰退型金字塔：壶形，死亡率大于出生率，数量趋于下降；基部比较窄，中上部宽。图3 年龄金字塔的三种基本类型（4）年龄结构的应用判断动物濒危状况的一个重要标志；经济鱼类的捕捞标志捕捞种群年龄的低龄化和小型化现象；研究人口的有用工具。4.出生率和死亡率（1）出生率出生率为种群产生新个体的能力或速率。最大出生率：理想条件下（无生态因子起限制作用，生殖仅受生理限制）的出生率。实际出生率（生态出生率）：特定环境条件下种群的实际出生率。影响出生率的因素有：性成熟的速度；每次新产个体数；单位时间的繁殖次数；繁殖期长短。（2）死亡率死亡率为种群中个体

7、死亡的速率。绝对死亡率：单位时间内种群中个体死亡的数目。专有死亡率：单位时间内死亡个体数占初始种群个体数的比例。最低死亡率：种群在最适环境条件下测得的死亡率。实际死亡率（生态死亡率）：特定环境条件下种群的死亡率。影响死亡率的因素有：种群密度越高，死亡率越高；个体发育期，幼体死亡率高；环境恶劣死亡率高。（3）存活率某一时间间隔后种群存活的个体数占初始（原来）种群个体数的比例。5.迁入和迁出迁入和迁出是指种群间生物个体的相互运动，是基因交流的生态过程。由于种群间的界限常不明确，研究迁入和迁出的空间变化过程很困难，目前，这类研究常采用遥测技术。（四）种群的数量及其动态种群的数量及动态是种群生态学的核

8、心问题，在资源利用和病虫害防治方面具有重要的实践意义。1.生命表（1）生命表：描述种群死亡过程的表格，是分析种群动态的有效工具。首先划分年龄阶段，记录各年龄级开始时的种群数量，直至该群动物全部死亡，最后据此计算各年龄级死亡率、存活分数、平均寿命等。（2）生命表的类型动态生命表：记录同一时间出生的种群存活（死亡）过程的生命表。个体经历了相同的环境条件，适于寿命较短的种群，又称同生群生命表，特定年龄生命表，水平生命表。静态生命表：根据某一特定时间对某一种群进行年龄结构的调查所编制的生命表。各年龄的个体经历了不同的环境条件，适于稳定的种群和寿命较长的动物，特定时间生命表，垂直生命表。2.存活曲线存活

9、曲线是以时间间隔为横坐标，以相应的存活个体数或存活率为纵坐标所作的曲线图。与生命表相比，存活曲线更直观地看出种群的数量动态。为了比较种群数量变化率，纵坐标常采用对数形式；为了比较不同寿命种群动态，横坐标常采用相对年龄。不同生物种群的存活曲线不同，分为三种类型（图4）：（1）I型：凸型存活曲线，种群接近生理寿命之前，死亡率一直很低，直到生命末期死亡率才迅速上升。例如，人类和大型兽类。（2）II型：对角线型存活曲线，种群下降速率（死亡率）各时期相等。例如，许多鸟类。（3）III型：凹型存活曲线，早期死亡率高，以后死亡率很低并稳定。例如，牡蛎等甲壳类，固定下来后死亡率很低；鱼类、两栖类、海产无脊椎动

10、物、寄生虫等都属这一类。图4 存活曲线的类型（五）种群的内禀增长率出生率、死亡率、迁入率、迁出率直接决定种群动态，年龄结构、性比等特征影响种群动态，但是，任何单一特征都不能说明种群整体数量的变化。种群的内禀增长率是种群整体数量变动的重要参数。种群内禀增长率是具有稳定年龄结构的种群，在食物不受限制、同种其他个体的密度维持在最适水平，在环境中没有天敌，并在某一特定的温度、湿度、光照和食物等的环境条件组配下，种群的最大瞬时增长率。种群的内禀增长率用rm表示，它充分表现了种群最大潜在生殖能力，又称生物潜能或生殖潜能。rm与实际增长率（r）之差被称为环境阻力。因为实验条件并不一定是最理想的，所以由实验测

11、定的rm值不会是固定不变的。正因为如此，人们能应用rm值为指标，测定某种生物种群的最适环境。二、种群的增长模型建立动物和植物的种群动态数学模型的目的，在于阐明自然种群动态的规律及其调节机制，帮助理解各种生物和非生物的因素是怎样影响种群动态的。（一）与密度无关的种群离散增长模型在假定种群的增长是无限的，世代不相重叠，没有迁入和迁出，不具有年龄结构的情况下，最简单的单种种群的增长数学模型为：Nt+1NtNtN0t其中是种群的周限增长率，如果1 种群上升；如果1 种群稳定；如果00 种群上升；如果r=0 种群稳定；如果r1，表示物种2的竞争抑制效应比物种1的大；若K2/，K2K1/时，N1取胜，N2

12、被排挤掉；（2）当K1K1/时，N2取胜，N1被排挤掉；（3）当K1K2/，K2K1/时，平衡不稳定；（4）当K1K2/，K2K1/时，平衡稳定。3.高斯假说于竞争排斥原理生态习性相近（食物、利用资源的方式等相同）的两个不同种群不能在同一地区长期共存，即生态位相同的两个种群不能永久共存，这一假说被称为高斯假说，又称为竞争排斥原理。4.生态位Grinnell提出Niche这一名词，定义为物种栖息地再划分的空间单位，指具体的居住区域，即空间生态位；Elton认为，生态位是指物种在其群落中的地位和角色，强调与其他物种间的营养关系，即营养生态位；Hutchinson认为，生态位是指在N维空间中的一个物

13、种能够存活和增殖的范围，即超体积和多维生态位；Odum认为，生态位不仅包括生物占有的物理空间，还包括了它在生物群落中的地位和角色，以及它们在各种环境变化梯度中的位置。生态位的分化是竞争物种共存的基础。（二）他感作用和偏害作用他感作用指某些植物能分泌一些有害化学物质，对别种生物发生影响的现象，又称异种抑制作用。植物的分泌物在种间竞争中具有重要作用，他感作用是保证种群生存和繁衍的重要手段之一。植物排出分泌物的方式或途径主要有挥发和根的直接分泌。影响分泌物作用效果的因素主要包括生物体的生理状况和气候条件（温度、风、降水量、气压、光照）。（三）捕食作用捕食就是一种生物攻击、损伤或杀死另一种生物，并以其

14、为食的现象；前者称为捕食者，后者称为猎物或被食者。狭义的捕食指肉食动物捕食其它动物；广义的捕食还包括食草动物的食草作用、拟寄生（寄生蜂将卵产于其它动物卵中，在幼虫体内生长）和寄生等。捕食者与猎物的关系，即猎物是捕食者的食物资源，捕食者对猎物种群有调节作用。在评价捕食作用时，常从个体角度看待，认为捕食者是强者，猎物是弱者，捕食者会使猎物数量减少，是一种威胁和灾难。再加上人也是捕食者，由于对共同资源的竞争，本能地对捕食者产生憎恨。但是，从种群水平上看，捕食者确实限制了猎物种群的增长，但对猎物种群的数量和质量起着重要的调节作用。目前的研究发现，不同的捕食者-猎物的种群动态表现不同，因种而异。澳洲瓢虫

15、对吹绵介壳虫的防治作用。网捕凶猛鱼类，可使大麻哈鱼数量增加，鱼苗成活率提高了三倍；可使武昌东湖的鱼产量增加。捕打榛鸡天敌后，仅雏鸡的存活率提高，对秋季种群密度没有明显影响。英国牛津大学附近的林姬鼠和欧鼠平种群数量变化很大，它们的捕食者灰林鸮种群非常稳定。千里光的数量直接决定捕食者的数量。捕食者的猎物可以有多种，一种猎物也有多种捕食者，捕食者的食物组成可以随猎物种群数量、环境等的变化而变化。食草作用：食草作用不同于狭义的捕食作用，食草动物对于许多植物（如高等植物）并不杀死，只取食其中的构件（如部分树叶等）。接近于寄生，但不是弱者对强者的依附。食草动物对植物种群的作用也是复杂的。植物没有被动物全部吃掉，其原因主要表现在：（1）食草动物在进化中发展了自我调节机制，防止作为植物全部被毁灭；（2）植物在进化过程中发展了防卫机制。协同进化：是指一个物种的性状作为对另一个物种性状的反应而进化，而后一物种的这一性状本身又作为前一物种性状的反应而进化。（四）寄生寄生是指一种生物（寄生者）摄取另一种生物（宿主）的体液、组织或已消化物质、而维持生活的现象。寄生者与捕食者不同，它多次摄取宿主营养，一般不“立即”或直接杀死宿主，这是“弱者”依附“强者”的情况。寄生者：因其生活环境稳定、少变、营养条件优越，所以，神经、感官退化，生殖器官发达，繁殖力高，有雌雄同体现象。宿主：因寄生者的