第二節(jié)種群增長

1、第二節(jié) 種群增長,第二節(jié) 種群增長,簡單的模型幾何增長指數(shù)增長邏輯斯諦增長種群的數(shù)量自然調(diào)節(jié),1、簡單的模型,Nt+1 – Nt = B + I – D – EB: birth， B=bNtI: immigrantD: death, D=dNtE: emigrant,2、幾何級數(shù)增長,,R0＝,Nt+1,Nt,Nt= R0tN0,(R0>1,增長; R0=1,不增減; R0<1,下降),適用: 世代重

2、疊,生活史短,無特定繁殖期在無限環(huán)境中的幾何增長繁殖速率恒定,3、指數(shù)增長,可用微分方程表示: dN/dt=(b-d)N dN/dt: 種群的瞬時數(shù)量變化 b、d: 每個體的瞬時出生率、死亡率 b-d=r: 瞬時增長率(內(nèi)稟增長率:種群固有的內(nèi)在增長能力) dN / dt = r N → dN / N = r dt,3、指數(shù)增長,對上式積分可得: Nt=N0ert

3、 Nt: t 時刻的種群數(shù)量; N0: 種群起始個體數(shù)量; e: 自然對數(shù)的底對數(shù)增長： lnNt = lnN0 + r t,3、指數(shù)增長,3、指數(shù)增長,4、邏輯斯諦增長,適用條件：世代重疊,連續(xù)性生長;在有限環(huán)境中的增長;繁殖速率不恒定兩個假設(shè)：有一個環(huán)境容納量（K，Nt=K零增長）增長率隨密度上升按比例變化,4、邏輯斯諦增長,dN / dt=N (r - cN) N→K,

4、 dN / dt=0, r - cN=0 , c= r/ K dN/dt = rN (1- N/K) = rN (K-N) / K (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種群上升求其積分:Nt=,,K,1+(K/N0-1)e-rt,4、邏輯斯諦增長,曲線的五個時期：開始期（潛伏期）加速期轉(zhuǎn)折期減速期飽和期,應(yīng)具備:第一:具有穩(wěn)定的年齡分布.第二:

5、對種群密度測定有恰好的單位.第三:每個體增長率與種群大小成線性關(guān)系.第四:種群密度對增長率的影響是瞬時作用,不存在時滯效應(yīng).,4、邏輯斯諦增長,4、邏輯斯諦增長,意義1、它是許多相互作用的種群增長模型的基礎(chǔ)2、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3、模型中兩個參數(shù) K 和 r 已經(jīng)成為生物進化對策理論中的重要概念。,dN / dt: 瞬時增長量。N=K/2時，有最大增長量（optimal yield）,

6、4、邏輯斯諦增長,最大持續(xù)產(chǎn)量（sustained yield）如果收獲量能保持長期穩(wěn)定又不會使種群的數(shù)量下降，那么這樣一個收獲量就被稱為持續(xù)產(chǎn)量。,種群增長模型的分類,與密度無關(guān)的種群增長模型：幾何級數(shù)增長指數(shù)增長與密度有關(guān)的種群增長模型：邏輯斯諦增長世代離散性增長模型：幾何級數(shù)增長世代連續(xù)性增長模型：指數(shù)增長，邏輯斯諦增長,與密度無關(guān)的種群增長模型,環(huán)境容量無限、沒有遷入遷出與密度無關(guān)的單種群離散增長模型與密度無關(guān)

7、的單種群連續(xù)增長模型指數(shù)增長,與密度無關(guān)的單種群離散增長模型,環(huán)境容量無限、沒有遷入遷出、世代不重疊、不具年齡結(jié)構(gòu) N t+1 =λNt Nt =N0λt λ：周限增長率,與密度無關(guān)的單種群連續(xù)增長模型,環(huán)境容量無限、沒有遷入遷出、世代重疊、具年齡結(jié)構(gòu) dN/dt=rN Nt=N0ert r：瞬時增長率 r＝lnλ， λ=er,與密度有關(guān)的種群增長模型,環(huán)境容量有限、沒

8、有遷入遷出與密度有關(guān)的單種群離散增長模型種群增長率與密度的線性函數(shù)關(guān)系與密度有關(guān)的單種群連續(xù)增長模型Logistic增長環(huán)境容量K相鄰壓力時滯,與密度有關(guān)的種群離散增長模型,環(huán)境容量有限、沒有遷入遷出、世代不重疊、不具年齡結(jié)構(gòu)與密度有關(guān)的單種群離散增長模型種群增長率與密度的線性函數(shù)關(guān)系Nt＋1＝λNt＝〔1.0-B（Nt-K）〕Nt 環(huán)境容量K不同B值種群有不同表現(xiàn),與密度有關(guān)的種群連續(xù)增長模型,環(huán)境容量

9、有限、沒有遷入遷出、世代重疊、具年齡結(jié)構(gòu)與密度有關(guān)的單種群連續(xù)增長模型Logistic增長dN/dt=rN·(1-N/K)= rN·[(K-N)/K] Nt=K/(1+eα-rt) 環(huán)境容量K相鄰壓力：N/K 剩余空間： 1-N/K,,,5 種群數(shù)量的自然調(diào)節(jié),種群數(shù)量的波動非周期性波動：無周期,5 種群數(shù)量的自然調(diào)節(jié),種群數(shù)量的波動周期性波動,5 種群數(shù)量的自然調(diào)節(jié),種群數(shù)量的波動③ 季節(jié)波動

10、④ 種群爆發(fā),5 種群數(shù)量的自然調(diào)節(jié),1. 種群數(shù)量的波動⑤ 生態(tài)入侵,牽牛(Ipomoea nil),馬櫻丹（Lantana camara）,大米草 (Spartina anglica),薇甘菊(Mikania micrantha),紅瓜(Coccinia cordifolia),貓爪藤(Macfadyena unguis-cati),銀膠菊(Partheniu

11、m hysterophorus,五爪金龍 (Ipomoea cairica),西番蓮 (Passiflora coerulea),水花生(Alternanthera philoxeroides),水葫蘆(Eichhornia crassipes),心葉落葵薯(Anredera cordifolia),種群數(shù)量的自然調(diào)節(jié),種群數(shù)量的波動⑥種群的衰落和滅亡：

12、背景滅絕率 (background extinction rate):人類出現(xiàn)之前的滅絕速率.當代的物種絕滅率比之高1000至10000倍。,種群數(shù)量的自然調(diào)節(jié),種群數(shù)量自然調(diào)節(jié)的機制：氣候?qū)W派：氣候是決定種群數(shù)量的重要因素。強調(diào)種群數(shù)量的變動。1928年，博德海默。以色列昆蟲學家。昆蟲發(fā)育早期80%－90%的死亡源于氣候特別強調(diào)極端氣候?qū)τ诜N群的影響,種群數(shù)量自然調(diào)節(jié)的機制：生物學派：主張捕食、寄生、競爭等生物過程及食物因

13、素對種群調(diào)節(jié)起決定作用。強調(diào)種群是一個自我調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有調(diào)節(jié)機制密度制約因素非密度制約因素,種群數(shù)量的自然調(diào)節(jié),種群數(shù)量自然調(diào)節(jié)的機制：自動調(diào)節(jié)學派：強調(diào)種群內(nèi)部的異質(zhì)性。行為調(diào)節(jié)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)遺傳調(diào)節(jié),種群數(shù)量的自然調(diào)節(jié),種內(nèi)關(guān)系集群種內(nèi)競爭 負競爭 分攤競爭 爭奪競爭,第三節(jié) 種群間的相互關(guān)系,第三節(jié) 種群間的相互關(guān)系,種內(nèi)關(guān)系的進化種群作為一個系統(tǒng)，個體關(guān)系更親密性關(guān)系親子關(guān)

14、系群體關(guān)系社會關(guān)系利他行為種群對綜合環(huán)境適應(yīng)能力的提高,第三節(jié) 種群間的相互關(guān)系種間關(guān)系,類型 A B 特 點競爭 - - 彼此互相抑制捕食 - - A種殺死或吃掉B種食草中性O(shè) O 彼此互不影響共生+ + 彼此有利，分開后不能生活

15、合作+ + 彼此有利，分開能獨立生活附生+ O A種有益，B種無影響寄生和擬寄生+ - 對A有利，對B有害,,競爭,競爭: 生活在同一地區(qū)的兩個物種,由于利用相同的資源,導致每一個物種的數(shù)量下降,即兩種群彼此發(fā)生有害影響. 競爭一般可分為干擾競爭和利用競爭. 干擾競爭:一種動物借助于行為排斥另一種動物使其得不到資源. 如:紅翅鶇和黃頭鶇.

16、 利用競爭:一個物種所利用的資源對第二個物種也非常重要,但兩個物種并不發(fā)生直接接觸.如:螞蟻、嚙齒動物都以植物種子為食.,競爭,一、種群競爭的理論模型 競爭方程建立在邏輯斯諦方程的基礎(chǔ)上. dN1/dt=r1N1(k1-N1- α12N2)/k1 dN2/dt=r2N2(k2-N2- α21N1)/k2 k1、k2:兩競爭物種的環(huán)境負荷 α12: 物種2的競爭系數(shù),2對1的競爭抑制作用;

17、 α21: 物種1的競爭系數(shù),1對2的競爭抑制作用. 當沒有競爭情況下, α12或N2等于0, α21或N1等于0;即呈S曲線.,競爭,二、競爭排除 兩個種群開始競爭時,一個種群最終將另一個種群完全排除掉,并使整個系統(tǒng)趨向飽和. 結(jié)論: 兩個生態(tài)學上完全相同的物種不可能同時同地生活在一起（競爭排斥原理）;不同物種要實現(xiàn)在飽和環(huán)境和競爭群落中的共存,必須具有某些生態(tài)學的差異（生態(tài)位分化

18、）.,競爭,三、實驗條件下的種群競爭 兩個例子: 大草履蟲和雙小核草履蟲 兩種谷盜競爭, 赤擬谷盜和雜擬谷盜,競爭,四、在自然條件下的種群競爭 (1) 對生活在同一地區(qū)的近緣物種生態(tài)學研究: 近緣物種在形態(tài)生理生態(tài)方面相似,因生活在同一地區(qū),競爭激烈,迫使其在生態(tài)學上發(fā)生分化,表現(xiàn)在3方面: 第一: 利用不同的生境或微生境 第二: 吃不同的食物

19、 第三: 在不同的時間出來活動,競爭,(2) 特征替代現(xiàn)象: 同地分布的近緣種之間的差 異往往比異地分布時所表現(xiàn)的差異大. 因同地分布時,彼此由于競爭而發(fā)生分化,而異地分布時,由于無競爭而分化不明顯. (3)對所謂“不完全”動植物區(qū)系及生態(tài)位相應(yīng)變化 如:海島即屬于這種區(qū)系 在海島上缺少大陸上許多物種,侵入海島的物種擴展其生態(tài)位,利用一些新生境資源,因此其數(shù)量比大陸多,生境

20、也更廣,覓食技巧更多樣.,捕食,一個物種的成員以另一物種成員為食,被捕食者常常被殺死. 狹義捕食: 動物吃動物 廣義捕食: 肉食、植食、擬寄生、同種相殘 捕食作為一個重要生態(tài)學現(xiàn)象的理由: a.限制種群的分布,抑制種群的數(shù)量. b.捕食同競爭一樣,是影響群落結(jié)構(gòu)的主要生態(tài)過程. c.捕食是一個主要的選擇壓力,生物的很多適應(yīng)可用捕食者和獵物間的協(xié)同進化來說明.,捕食,一、捕食過程的數(shù)學模型

21、 P:代表捕食者的種群數(shù)量, R:代表資源種群數(shù)量1.資源種群的增長率 無捕食者,呈指數(shù)增長: dR/dt=rR 有捕食者: dR/dt=(r-aP)R (a:捕食者個體攻擊的成功率)2.捕食者種群增長率 無資源種群,呈指數(shù)下降: dP/dt=-dP(d:捕食者死亡率) 有資源種群, dP/dt=(-d+bR)P (b:捕食者將資源種群轉(zhuǎn)化為新生捕食者的個體轉(zhuǎn)化率),捕食,二、捕食者的功能反應(yīng)

22、 功能反應(yīng): 捕食者與獵物種群相互關(guān)系模型揭示出捕食者對獵物密度的變化可作出不同類型反應(yīng).隨著獵物密度的增加,每個捕食者可捕獲更多獵物或可較快地捕獲獵物,此現(xiàn)象稱捕食者的功能反應(yīng). Holling(1959)圓盤方程: Na=aTN/(1+aThN) Na:每個捕食者所攻擊的獵物數(shù)量 a: 常數(shù),捕食者的攻擊率 N:獵物數(shù)量 Th:處理時間 T:總時間,Meta種群（課本84頁）,met

23、a種群： population of populations要求自學，回答以下問題：1.瑪他種群的理論原理2.瑪他種群的應(yīng)用,本章復習思考題,名詞解釋：種群，分布型，年齡結(jié)構(gòu)，多型現(xiàn)象，生理年齡，生態(tài)年齡，同生群1.什么是生命表？如何建立生命表？2.種群間的相互關(guān)系包括哪些類型？你能舉出哪些例子？3.簡述與密度有關(guān)的單種群連續(xù)增長模型.4.捕食的生態(tài)學意義。5.比較r-選擇和k-選擇策略的不同。6.說明存活曲線的類