生物圈中的生命系统

关于生物圈中的生命系统第一页，共四十五页，编辑于2023年，星期二2

第一节

生命系统的层次生物圈中的生命系统层次第二页，共四十五页，编辑于2023年，星期二3

第二节

生物种群的特征及动态一、种群概念及特征二、种群的增长三、种群的数量变动及生态对策四、种群调节第三页，共四十五页，编辑于2023年，星期二4

一、种群概念及特征种群（Population）在一定空间和一定时间范围内的同一物种个体的集合体。是具有潜在互配能力的个体。例如，实验室的一群小白鼠。种群和种（物种）的区别种是能够相互配育的自然种群的类群。不同种之间存在生殖隔离现象。是一个分类单元。*一个物种可以包括许多种群；*不同种群之间存在明显的地理隔离，长期隔离有可能发展为不同亚种，甚至产生新的物种。

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种群的特征（1）数量特征：种群的出生率、死亡率、迁入迁出率，了解影响种群波动的因素及种群存在、发生规律；（2）空间特征：种群的分布格局等；（3）遗传特征。

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二、种群的增长种群的群体特征：（1）种群的密度每个单位空间内个体的数量。密度是种群最基本的参数。

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（2）种群的出生率和死亡率A.出生率

生理出生率（最大出生率）：在理想条件下所能达到的最大出生数量。

生态出生率（实际出生率）：在一定时期内，种群在特定条件下实际出生数量。内外因素共同作用影响的结果。

影响出生率的因素：

a.性成熟速度；

b.每次产仔数；

c.每年生殖次数；

d.生殖年龄的长短。第七页，共四十五页，编辑于2023年，星期二8

B.死亡率

生理死亡率（最小死亡率）：在最适条件下个体因衰老而死亡，其种群死亡率降到最低。

生态死亡率（实际死亡率）：在一定条件下的实际死亡率。

出生率和死亡率一般都以种群中每单位时间每1000个个体的出生或死亡数来表示。

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（3）种群的年龄结构

种群的年龄分为三种生态年龄，即3个年龄组：

生殖前期、生殖期、生殖后期

3种主要的年龄结构类型：

增长型、稳定型、衰退型第九页，共四十五页，编辑于2023年，星期二10

年龄锥体的三种基本类型A增长型种群：幼年组个体数多，老年组个体数少，种群的死亡率小于出生率，种群迅速增长。B稳定型种群:种群出生率大约与死亡率相当，种群稳。C下降型种群:幼年组个体数少，老年组个体数多，种群的死亡率大于出生率，种群种群数量趋向减少。繁殖后期繁殖期繁殖前期A:锥形B:钟形C:壶形第十页，共四十五页，编辑于2023年，星期二11

木棉树（Populusdeltoidessubsp.）种群的年龄分布种群年龄分布--1(自M.C.Molles,Jr,1999)第十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期二12

种群年龄分布--2仙人掌雀（Geospizaconirostris）1983年的年龄分布(自M.C.Molles,Jr,1999)第十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期二13

白橡树（Quercusalba）种群的年龄分布种群年龄分布--3(自M.C.Molles,Jr,1999)第十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期二14

仙人掌雀（Geospizaconirostris）1987的年龄分布种群年龄分布--4(自M.C.Molles,Jr,1999)第十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期二15

肯尼亚、美国和澳大利亚的人口年龄结构第十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期二16

（4）性比（sexratio）:是种群中雄性个体和雌性个体数目的比例

大多数生物的自然种群内♀♂个体比率常为1:1，出生时雄性多于雌性，随年龄增长，雌性多于雄性。性比也受环境因素影响，如食物。如赤眼蜂，当食物短缺时，雌性比例下降。第一性比：受精卵的♂/♀大致是50：50，这叫第一性比。第二性比：个体性成熟时的性比；第三性比：充分成熟的个体性比。

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（5）种群生命表及分析生命表（lifetable）：是指列举同生群在特定年龄中个体的死亡和存活比率的一张清单。同生群(cohort)——同时出生的个体种群

动态生命表(dynamiclifetable)——真实记录生物个体存活情况。

静态生命表(staticlifetable)—记录某一特定时间获得的各龄级个体数情况而编制成的。

作用（意义）：

综合记录了生物体生命过程的重要数据；

系统表示出种群完整生命过程；

研究种群数量动态必不可少的方法。

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2.种群增长模型马尔萨斯（Malthus）方程：又称指数增长模型。种群的几何级数增长(世代离散性生长模型)：在世代不重叠的种群，种群的增长可以用几何增长的模型描述。模型前提条件：增长率不变;无限环境；世代不相重叠；种群没有迁入和迁出；没有年龄结构数学模型：

Nt＝N0λt

（λ=Nt/Nt-1

→Nt＝Nt-1λ）

N为种群大小行为：几何级数式增长或指数增长。

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世代连续性生长模型（指数增长的模型）：世代重叠，种群以连续方式变化。数学模型：dN/dt＝rN（微分式）Nt=N0ert

（积分式）

行为：几何级数式增长或指数增长。N0：种群起始个体数量；e：自然对数的底；dN/dt：种群的瞬时数量变化。

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几何增长模型及草夹竹桃（Phloxdrummomdii）假设的增长曲线(自M.C.Molles,Jr,1999)第二十页，共四十五页，编辑于2023年，星期二21

苏格兰松和领鸽种群的指数增长曲线(自M.C.Molles,Jr,1999)第二十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期二22

种群的逻辑斯谛Logisticgrowth增长（在有限环境中）：世代重叠，连续性生长；在有限环境中的增长；繁殖速率不恒定。

环境容纳量：由环境资源所决定的种群限度。即某一环境所能维持的种群数量。

“拥挤效应”：种群增加一个个体时，瞬时对种群产生一种压力，使种群的实际增长率“r”下降一个常数c。第二十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期二23

三种群的逻辑斯谛增长(在有限环境中)

数学模型：dN/dt=rN(1-N/k)=rN(k-N)/k

（微分式）

Nt=K/（1+ea-rt）

（积分式）

模型行为：该曲线在N=K/2处有一个拐点，在拐点上，dN/dt最大，在拐点前，dN/dt随种群增加而上升，在拐点后，dN/dt随种群增加而下降。

(k-N)/k：逻辑斯谛系数

N>k,种群下降；N=k,种群不增不减；N<k种群上升第二十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期二24

逻辑斯谛增长模型dN/dt=Nr(1-N/K)

种群个体数量瞬时增长率种群变化率环境容纳量当比率增加时，种群增长变慢第二十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期二25

逻辑斯谛增长方程积分式间隔或世代的长度时间t处的种群个体数瞬时增长率环境容纳量Nt=K／（1＋ea-rt）曲线对原点的相对位置，值取决于N0第二十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期二26

逻辑斯谛增长曲线的五个时期A

开始期(N→0)

B加速期(N→K／2)

C

转折期(N＝K／2)

D

减速期(N→K)

E

饱和期(N＝K)

KtDEBACNtK/2第二十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期二27

《环境生态学》精品课程建设指数增长与逻辑斯谛增长之间的关系tK逻辑斯谛增长指数增长Nt第二十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期二28

非洲水牛（Synceruscaffer）的“S”型增长曲线(自M.C.Molles,Jr,1999)第二十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期二29

逻辑斯缔方程的意义：它是两个相互作用种群增长模型的基础；它是渔业、林业、农业等实践领域中确定最大持续产量的主要模型；模型中的两个参数K和r已成为生物进化对策理论中的重要概念。第二十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期二30

三、种群的数量变动种群数量具有两个重要的特征波动性，在每一段时间之间(年、季节)种群数量都有所不同；稳定性，尽管种群数量在波动，但大部分的种群不会无限制地增长或无限制地下降而发生灭绝，因此，种群数量在某种程度上维持在特定的水平上。种群数量在相当长时间内维持在一个水平上的情形称为种群平衡。所谓平衡，指的是在一年中的出生数和死亡数大致相等，种群数量基本稳定。这种平衡是相对的。第三十页，共四十五页，编辑于2023年，星期二31

1．不规则波动

环境的随机变化很容易造成种群不可预测的波动。许多生物的种群，其数量与年份条件相对应，会发生不可预测的数量波动。小型的短寿命生物，比起对环境变化忍耐性更强的大型、长寿命生物，其数量更易发生巨大变化。藻类是小型、短寿命的，而且繁殖很快，它们对环境变化很敏感。第三十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期二2．周期性波动周期性波动是指种群数量变动随时间呈现出有规律的、周而复始的波动现象。这种数量波动的特点与种群自身的遗传特性有关。例如，许多北方的啮齿动物旅鼠、姬鼠、田鼠，以及北极狐和雪鸽等，其种群数量波动以3—4年为一周期。美洲兔及其捕食者加拿大猞猁具有大约10年为一个周期的数量波动。第三十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期二第三十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期二3．季节波动季节波动(消长)是指种群数量在一年四季中的变化规律。生活在中、高纬度地区的许多动物，它们在夏季和冬季之间的数量变化相当大。这种数量变化与其繁殖季节、生活史、季节性迁移等原因有关。具有季节性生殖特点的动物种类，其种群的最大数量是在一年中最后一次繁殖之末。低纬度热带地区的动物种群，一些种类也有季节性波动，这种波动可能与降雨或食物(或果实)的供给有关，它们在雨季进行繁殖，种群数量高峰出现在雨季中后期。温带地区，苍蝇和蚊子自春季开始增多，到夏、秋两季数量最多，冬季来临，随天气变冷．这些昆虫便销声匿迹了。同样地，许多由蚊、蝇传播的疾病的流行也具有这种季节性。因此，了解动物的季节性波动规律是控制其危害的生态学基础。第三十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期二4．种群的暴发具不规则或周期性波动的生物都可能出现种群暴发。最熟悉的暴发是害虫和害鼠，以及近些年经常发生的赤潮，赤潮是指水体中一些浮游生物暴发性增殖引起水色异常和水质变劣的现象。赤潮是由于有机污染，即水中氮、磷等营养物过多形成富营养化所致。。第三十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期二36

5、生态入侵生态入侵（ecologicalinvasion）：由于人类有意识或无意识地将某种生物带入适宜于其栖息和繁衍的地区，种群不断扩大，分布区逐步稳定地扩展，该过程称生态入侵。后果：排挤当地的物种,改变原有的生物地理分布和自然生态系统的结构与功能

,对环境产生了很大的影响。入侵种危及土著群落的生物多样性并影响农业生产。

第三十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期二广东省内伶仃岛

薇甘菊

第三十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期二38

四、种群调节气候学派－－种群数量受天气的强烈影响

生物学派－－捕食、寄生、竞争、食物等生物因素对种群起调节作用

自动调节学说－－种内成员的异质性社群的等级和领域性－－行为调节学说激素分泌的反馈调节机制－－内分泌调节学说遗传多态－－遗传调节学说

外源性调节内源性调节第三十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期二39

1.气候学派种群参数受天气条件强烈影响；

种群的数量大发生与天气条件的变化明显相关；

强调种群数量的变动，否认稳定性。第三十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期二40

2.生物学派种间因素平衡学说（NicholsonAJ）：种群是一个自我管理系统，当动物种群的密度高时，调节因素的作用更强，当密度低时，调节因素的作用减弱。Smith的种群调节观点：种群的特征是既有稳定性，也有连续变化。密度围绕着一个“特征密度”而变化。只有密度制约因素决定种群的平衡密度。

食物因素

Lack的种群调节观点：影响鸟类密度制约性死亡的动因有三个：食物短缺、捕食和疾病，食物短缺是最重要的限制因子。第四十页，共四十五页，编辑于2023年，星期二41

3.自动调节学说特点：强调种群调节的内源性因素。

种群密度自身影响本种群的出生率、死亡率、生长、性成熟、迁入和迁出等种群各种特征和参数。建立在种群内部的负反馈理论的基础上。

种群的自动调节是各物种所具有的适应性特征，它对于种内成员整体来说，能带来进化上的利益。

第四十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期二42

（1）行为调节

温·爱德华（