第三章 生物群落的演替.doc

第三章 生物群落的演替第一節(jié) 生物群落的基本單位種群1、 種群的概念：在一定時間內(nèi)占據(jù)一定空間的_生物的所有個體。種群是生物群落的基本單位。生物群落的概念：在同一時間內(nèi)、占據(jù)一定空間的相互之間有直接或間接聯(lián)系得各種生物種群的集合。群落是由一定的動物、植物和微生物種群組成。生態(tài)系統(tǒng)的概念：生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的空間內(nèi)，生物成分（群落）和非生物成分（無機環(huán)境）通過物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞，彼此相互作用、相互依存而構(gòu)成的一個生態(tài)學功能單位。 種群密度（種群最基本的數(shù)量特征） 出生率和死亡率 數(shù)量特征 年齡結(jié)構(gòu) 性別比例2、種群的特征 遷入率和遷出率 空間特征 均勻分布 隨機分布 集群分布 遺傳特征（1）種群密度：種群密度是指單位面積或體積內(nèi)某一種群全部個體的數(shù)量，它是種群最基本的特征。種群密度變動的原因一般認為是出生率和死亡率、遷入率和遷出率綜合作用的結(jié)果。因此，凡影響出生率和死亡率、遷入率和遷出率的因素都會影響種群密度的大小。、調(diào)查種群密度的方法：樣方法：以若干樣方（隨機取樣）平均密度估計總體平均密度的方法。樣方法一般適應(yīng)于植物和活動能力較弱的動物 樣方大小的選取：草本植物：1m1m；灌木：5m5m；喬本：10m10m。取樣方法：五點取樣法等 和距取樣法計數(shù)原則。若有正好長在邊界線上的，應(yīng)遵循“計上不計下，計左不計右的原則。同種植物無論大小都應(yīng)計數(shù)。各小組計數(shù)都要如實，不能多報或少報。標志重捕法：是在被調(diào)查的種群的生存環(huán)境中，捕獲一部分個體，將這些個體進行標志后再放回原來的環(huán)境，經(jīng)過一段時間再進行重捕，根據(jù)重捕取樣中的標志比例與樣地總數(shù)中的標志比例相等的假定來估算該種群的數(shù)量。計算公式如下，標志重捕法適應(yīng)于不斷移動位置的動物。計算公式如果要調(diào)查某麥田中田鼠的種群密度，應(yīng)用_法。如果在1公頃范圍內(nèi)第一次捕獲并標記39只田鼠，第二次捕獲34只鼠，其中有被標記的鼠15只，那么該麥田中田鼠的種群密度約為_只/公頃。（4）標志重捕法的適用條件標志個體在整個調(diào)查種群中分布均勻；未標志個體和被標志個體都有同樣被捕獲的機會；調(diào)查期中沒有遷入和遷出；調(diào)查期中沒有新個體的出生和死亡（5）操作注意事項：標志物和標記方法必須對動物的身體不會產(chǎn)生傷害；標志不能過分明顯；標志物必須能夠維持一定的時間。（2）出生率和死亡率概念：在單位時間內(nèi)新產(chǎn)生（或死亡）的個體數(shù)目占該種群個體總數(shù)的比率。分析出生率和死亡率與種群密度的關(guān)系：若出生率死亡率，種群密度增大；若出生率死亡率，種群密度減??；若出生率死亡率，種群密度不變 。因此，出生率和死亡率是決定種群大小和種群密度的的直接參數(shù)。意義：出生率和死亡率是種群數(shù)量及密度改變的直接表現(xiàn)。種群的內(nèi)部和外界因素影響都以改變出生率和死亡率來體現(xiàn)。（3）遷入率和遷出率概念：在單位時間內(nèi) 遷入或遷出 的個體，占該 種群 個體總數(shù)的比率，稱為遷入率或遷出率。意義：遷入率和遷出率在研究城市人口變化中具有重要意義，也是決定種群大小和種群密度的的直接參數(shù)。（4）年齡組成年齡組成分為三種類型：增長型、穩(wěn)定型和衰退型。分析圖中A、B、C三種年齡組成的種群，并思考種群的年齡組成與種群的數(shù)量變化的關(guān)系。ABC種群年齡組成情況出生率和死亡率情況種群數(shù)量變化趨勢所屬類型A幼年個體多，老年個體少出生率死亡率種群的個體數(shù)越來越多_B各年齡期的個體數(shù)比例適中出生率死亡率種群的個體數(shù)目保持相對穩(wěn)定_C老年個體多幼年個體少出生率死亡率種群的個體數(shù)目越來越少衰退型 由此分析可以看出，通過分析種群的年齡組成可以預測該種群密度的變化趨勢。年齡組成是決定種群密度的次級參數(shù)。（5）性別比例：概念：種群中雄性個體和雌性個體所占的比例。類型：（一般分三種類型）雌雄相當型：特點是雌性和雄性個體數(shù)目大體相等。這種類型多見于高等動物。 雌多雄少型：特點是雌性個體顯著多于雄性個體。這種類型常見于人工控制的種群、如奶牛等。象海豹等群體動物。雌少雄多型：特點是雄性個體明顯多于雌性個體。這種類型較為罕見，如蜜蜂、螞蟻等營社會性生活的動物。性別比例的應(yīng)用：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，利用人工合成的性引誘劑誘殺某種害蟲的雄性個體，破壞害蟲種群正常的性別比例，從而達到殺蟲效果。性別比例的意義：影響種群密度的變動，是決定種群密度的次級參數(shù)。3空間特征（1）概念：組成種群的個體在其生活空間中的 位置狀態(tài) 或 布局 叫做種群的空間特征。（2）舉例：如農(nóng)作物的 均勻分布 、雜草的 散亂分布 和瓢蟲的 集群分布 。小結(jié)-種群數(shù)量特征的相互關(guān)系第2節(jié) 種群數(shù)量的變化1構(gòu)建種群增長模型（1）描述、 解釋 和預測種群數(shù)量變化。常常需要建立數(shù)學模型。（2）數(shù)學模型的概念：用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的 數(shù)學形式 。（3）建立數(shù)學模型的步驟：提出問題提出假設(shè)建立數(shù)模檢驗或修正觀察研究對象，提出問題 提出合理的假設(shè) 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當?shù)臄?shù)學形式對事物的性質(zhì)進行 表達 通過進一步實驗或觀察等，對模型進行 檢驗或修正 。（4）數(shù)學模型的表現(xiàn)形式：數(shù)學方程精確但不直觀曲線圖直觀但不精確4、種群數(shù)量的增長規(guī)律l 種群增長的“J”型曲線：Nt= N0t定義：在理想條件（ 食物和空間 條件充裕、氣候適宜，沒有敵害等）下種群數(shù)量增長的形式，如果以 時間 為橫坐標， 種群數(shù)量 為縱坐標畫出的曲線，大致呈“J”型。數(shù)學模型：，在數(shù)學模型中這種種群數(shù)量每年以 一定 的倍數(shù)增長，第二年是第一年的倍。N0為起始數(shù)量， t為時間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，種群的數(shù)量是一年前數(shù)量的倍數(shù)。產(chǎn)生原因/產(chǎn)生條件：a.理想條件;b.實驗室條件；c. 食物充足，空間不限，氣候適宜，沒有敵害等幾個條件同時滿足；d.外來物種入侵的早期階段；e.無環(huán)境阻力狀況。特點：種群數(shù)量指數(shù)型增長 “J”型曲線無K值. 種群增長率：不變，是一定值。種群增長速率：隨種群密度上升而上升（2）種群增長的“S”型曲線含義：指在 自然資源和空間有限的自然條件下，種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于 穩(wěn)定的增長曲線，呈“S”型。產(chǎn)生原因：有限的環(huán)境。特點：有k值種群增長率：隨種群密度上升而下降種群增長速率：剛開始隨種群密度上升而上升，1/2K值后下降K值：即 環(huán)境容納量 ，指在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群 最大 數(shù)量。種群數(shù)量達到環(huán)境所允許的最大值（K值）后，將停止增長并在K值左右保持相對穩(wěn)定。、K值不是個固定值。、K2值時種群的增長速率最快，可提供的資源數(shù)量也是最多的，而且又不影響資源的再生。所以是對資源利用的最佳時間。“S型增長曲線”的K值與K/2在實踐中的應(yīng)用K/2(達到最大增長率): a.有利于對有害動物的防治在殺滅害蟲同時應(yīng)降低有害動物的環(huán)境容納量如：滅鼠后，防止鼠的種群數(shù)量在K/2附近，這樣鼠的種群數(shù)量會迅速增加，無法達到滅鼠效果 b.有利于對野生生物資源的保護和利用-使被捕種群的數(shù)量保持在K/2水平(既能使人們獲得最大生物資源,又能使生物資源保持可持續(xù)增長)。如：捕撈后，使魚的種群數(shù)量維持在K/2，這樣魚的種群數(shù)量會迅速回升K(環(huán)境容納量)：降低K值，改變環(huán)境條件，使之不適合有害生物的生存保護K值，保證有益生物生存的環(huán)境條件。盡量提升K值，還有利于對瀕危動物的拯救和恢復。3.“S”型增長曲線的開始部分是“J”型增長曲線嗎？ 答案是否定的。（1）“S”型增長曲線的種群增長率是隨種群密度而下降，而“J”型增長曲線的種群增長率是始終保持不變的。（2）“J”型增長曲線是一種理想條件下的種群數(shù)量增長曲線，種群遷入的是一個食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害的理想環(huán)境，遷入后種群數(shù)量馬上就會呈指數(shù)形式增長，不存在適應(yīng)過程；而“S”型增長曲線的前段是種群對新環(huán)境的一個適應(yīng)階段。4“J”型曲線與“S”型曲線的比較3影響種群數(shù)量的變化因素（1）影響因素：直接因素：出生率 、 死亡率 、遷入、遷出。自然因素： 氣候 、食物、 天敵 、傳染病等。人為因素：人類活動的影響。（2）研究意義有害動物的 防治 、野生生物資源的 保護和利用 ，以及瀕危物種的拯救和 恢復 。6、實驗：培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化實驗原理用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，種群的增長受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響。在理想的無限環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“J”型曲線；在有限的環(huán)境條件下，酵母菌種群的增長呈“S”型曲線。2實驗流程分裝：分別將10 mL無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入1、 2、3 號試管中。接種：分別將等量酵母菌接種到3支試管中的培養(yǎng)液中混合均勻。培養(yǎng)與取樣計數(shù)：將試管在28條件下連續(xù)培養(yǎng)7 d。每天取 樣計數(shù)酵母菌數(shù)量，采用抽樣檢測方法：將蓋玻片放在計 數(shù)板上，用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入到計數(shù)板小方格內(nèi)，顯微觀察計數(shù)一個小方格內(nèi)的菌種數(shù)，已知小方格的培養(yǎng)液厚度為0.1 mm.計算出培養(yǎng)液體積，換算出10 mL培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)分析結(jié)果得出結(jié)論：將所得數(shù)值用曲線圖表示出來，分析實驗結(jié)果，得出酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律。3基本技術(shù)要求(1)顯微鏡計數(shù)時，對于壓在小方格界線上的酵母菌，應(yīng)遵循“數(shù)上線不數(shù)下線，數(shù)左線不數(shù)右線”的原則計數(shù)。(2)從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數(shù)前，需將試管輕輕振蕩幾次，目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，減小誤差。易錯辨析 1幾種種群密度的調(diào)查方法比較種群密度取樣調(diào)查種群密度的計算公式：種群個體數(shù)/單位空間植物種群密度樣方法所有樣方內(nèi)種群密度合計/樣方數(shù)動物種群密度標志重捕法微生物種群密度顯微計數(shù)法1 ml菌液的總菌數(shù)=（A/5）2510000B=50 000ABA是5個中格總菌數(shù)，B稀釋倍數(shù)測細胞法第3節(jié) 群落的結(jié)構(gòu)1群落的概念及特征（1）概念：同一 時間 內(nèi)聚集在 一定區(qū)域 中 各種生物種群 的集合。（2）概念的內(nèi)涵：生活在一定區(qū)域內(nèi)，相互之間有直接或間接關(guān)系的各種生物種群的總和。由于種間關(guān)系而形成了生物群落，所以，一定區(qū)域中各種生物并非簡單的機械的組合。（3）研究問題：群落的物種組成、物種豐富度、優(yōu)勢種、種間關(guān)系、空間結(jié)構(gòu)、范圍和邊界等。2群落的物種組成（1）群落的 物種組成 是決定群落性質(zhì)最重要的因素，也是區(qū)別不同群落的重要特征。（2）群落物種造成的差異主要表現(xiàn)在兩個方面：數(shù)量上：不同群落的物種 豐富度 不同；群落中物種數(shù)目的多少稱為物種的豐富度。其規(guī)律為：熱帶兩極：物種多樣性減少海拔高度增加：物種多樣性減少隨水深加深：物種多樣性減少性質(zhì)上：組成不同群落的 優(yōu)勢種 不同。森林群落占優(yōu)勢的是喬木；草原群落中則是草本植物，一般用群落中的優(yōu)勢種為群落命名。3種間關(guān)系：包括競爭、 捕食 、互利共生和 寄生 等。概念：競爭：兩種或兩種以上生物相互爭奪資源和空間等。 捕食：一種生物以另一種生物作為食物 互利共生：兩者生活在一起，相互依賴，彼此有利。 寄生：一種生物（寄生者）寄生于另一種生物（寄主）的體內(nèi)或體表，攝取寄主的養(yǎng)分以維持生活。易錯辨析 種內(nèi)斗爭與競爭的區(qū)別種內(nèi)斗爭是種內(nèi)關(guān)系，發(fā)生在同種生物個體之間；競爭是種間關(guān)系，發(fā)生在不同種生物個體之間。例如，在農(nóng)田中，相鄰的作物植株之間會發(fā)生對陽光、水分、養(yǎng)料的爭奪，這就屬于種內(nèi)斗爭而不是競爭。捕食與競爭的區(qū)別競爭是兩種生物生活在一起，由于爭奪資源和空間等而發(fā)生的斗爭現(xiàn)象，而且兩種生物生活習性越相似，競爭就越激烈。捕食是一種生物以另一種生物為食的現(xiàn)象，強調(diào)的是吃與被吃的關(guān)系名稱數(shù)量坐標圖能量關(guān)系圖特點舉例互利共生 相互依存，彼此有利。如果彼此分開，則雙方或者一方不能獨立生存。數(shù)量上兩種生物同時增加，同時減少，呈現(xiàn)出“同生共死”的同步性變化地衣；大豆與根瘤菌寄生對寄主有害，對寄生生物有利。如果分開，則寄生生物難以單獨生存，而寄主會生活得更好蛔蟲與人；菟絲子與大豆；噬菌體與被侵染的細菌競爭數(shù)量上呈現(xiàn)出“你死我活”的“同步性變化”。兩種生物生存能力不同，如圖a；生存能力相當，如圖b。一般生態(tài)需求越接近的不同物種間競爭越激烈牛與羊；農(nóng)作物與雜草；大草履蟲與小草履蟲捕食一種生物以另一種生物為食，數(shù)量上呈現(xiàn)出“先增加者先減少，后增加者后減少”的不同步性變化羊與草；狼與兔；青蛙與昆蟲特別提醒：兩種生物之間可能有多種種間關(guān)系。上述種間關(guān)系都有利于種群的進化。關(guān)于捕食坐標曲線中捕食者與被捕食者的判定：a.從最高點判斷，捕食者數(shù)量少，被捕食者數(shù)量多；b.從變化趨勢看，先到波峰的為被捕食者，后達到波峰的為捕食者，即被捕食者變化在先，捕食者變化在后。4群落的空間結(jié)構(gòu)（1）概念：指群落中 各個生物種群 分別占據(jù)不同的 空間 。（2）空間結(jié)構(gòu) 垂直結(jié)構(gòu) ：大多數(shù)群落具有明顯的分層現(xiàn)象。a植物的分層分布與光照強度有關(guān)，群落中的光照強度總是隨著高度的下降而逐漸減弱。如森林中的垂直結(jié)構(gòu)：喬木層、灌木層、草本層。b動物的分層與其食物和棲息場所有關(guān)。可以說，植物的分層現(xiàn)象決定了動物的分層現(xiàn)象c水域中，某些水生動物也有分層現(xiàn)象。影響浮游動物垂直分布的原因主要有陽光、溫度、食物和溶氧量等。原因： 陽光 的利用、食物、溫度等。意義：一方面避免了相互競爭的概率，有利于物種的生存；另一方面，提高了群落利用 環(huán)境資源 的能力。 水平結(jié)構(gòu) ：群落在水平上由于地形的變化、 土壤濕度和鹽堿度 的差異、 光照強度 的不同、生物自身生長的特點，以及 人與動物的影響 等因素，不同地段往往分布著不同的 種群 ，同一地段上種群密度也有差異，常呈 鑲嵌 分布。5土壤中小動物類群豐富度的研究許多土壤動物有較強的 活動能力 ，而且身體 微小 ，因此不適于用 樣方法 或 標志重捕法 進行調(diào)查。在進行這類研究時，常用 取樣器取樣 的方法進行采集。豐富度的統(tǒng)計方法通常有兩種：一是 記名計算法 ，二是 目測估計法 。第三節(jié) 生物群落的演