生物圈中的生命系統(tǒng)

關(guān)于生物圈中的生命系統(tǒng)第1頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2

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(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3

第二節(jié)

生物種群的特征及動(dòng)態(tài)一、種群概念及特征二、種群的增長(zhǎng)三、種群的數(shù)量變動(dòng)及生態(tài)對(duì)策四、種群調(diào)節(jié)第3頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4

一、種群概念及特征種群（Population）在一定空間和一定時(shí)間范圍內(nèi)的同一物種個(gè)體的集合體。是具有潛在互配能力的個(gè)體。例如，實(shí)驗(yàn)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(lèi)群。不同種之間存在生殖隔離現(xiàn)象。是一個(gè)分類(lèi)單元。*一個(gè)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(zhǎng)期隔離有可能發(fā)展為不同亞種，甚至產(chǎn)生新的物種。

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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(dòng)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。

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

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（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(dá)到的最大出生數(shù)量。

生態(tài)出生率（實(shí)際出生率）：在一定時(shí)期內(nèi)，種群在特定條件下實(shí)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(zhǎng)短。第7頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五8

B.死亡率

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

生態(tài)死亡率（實(shí)際死亡率）：在一定條件下的實(shí)際死亡率。

出生率和死亡率一般都以種群中每單位時(shí)間每1000個(gè)個(gè)體的出生或死亡數(shù)來(lái)表示。

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（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(gè)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(lèi)型：

增長(zhǎng)型、穩(wěn)定型、衰退型第9頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五10

年齡錐體的三種基本類(lèi)型A增長(zhǎng)型種群：幼年組個(gè)體數(shù)多，老年組個(gè)體數(shù)少，種群的死亡率小于出生率，種群迅速增長(zhǎng)。B穩(wěn)定型種群:種群出生率大約與死亡率相當(dāng)，種群穩(wěn)。C下降型種群:幼年組個(gè)體數(shù)少，老年組個(gè)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(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五11

木棉樹(shù)（Populusdeltoidessubsp.）種群的年齡分布種群年齡分布--1(自M.C.Molles,Jr,1999)第11頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五12

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(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五13

白橡樹(shù)（Quercusalba）種群的年齡分布種群年齡分布--3(自M.C.Molles,Jr,1999)第13頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五14

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(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五15

肯尼亞、美國(guó)和澳大利亞的人口年齡結(jié)構(gòu)第15頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五16

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

大多數(shù)生物的自然種群內(nèi)♀♂個(gè)體比率常為1:1，出生時(shí)雄性多于雌性，隨年齡增長(zhǎng)，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(dāng)食物短缺時(shí)，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(gè)體性成熟時(shí)的性比；第三性比：充分成熟的個(gè)體性比。

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（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(gè)體的死亡和存活比率的一張清單。同生群(cohort)——同時(shí)出生的個(gè)體種群

動(dòng)態(tài)生命表(dynamiclifetable)——真實(shí)記錄生物個(gè)體存活情況。

靜態(tài)生命表(staticlifetable)—記錄某一特定時(shí)間獲得的各齡級(jí)個(gè)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(guò)程的重要數(shù)據(jù)；

系統(tǒng)表示出種群完整生命過(guò)程；

研究種群數(shù)量動(dòng)態(tài)必不可少的方法。

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2.種群增長(zhǎng)模型馬爾薩斯（Malthus）方程：又稱(chēng)指數(shù)增長(zhǎng)模型。種群的幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)(世代離散性生長(zhǎng)模型)：在世代不重疊的種群，種群的增長(zhǎng)可以用幾何增長(zhǎng)的模型描述。模型前提條件：增長(zhǎng)率不變;無(wú)限環(huán)境；世代不相重疊；種群沒(méi)有遷入和遷出；沒(méi)有年齡結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型：

Nt＝N0λt

（λ=Nt/Nt-1

→Nt＝Nt-1λ）

N為種群大小行為：幾何級(jí)數(shù)式增長(zhǎng)或指數(shù)增長(zhǎng)。

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

（積分式）

行為：幾何級(jí)數(shù)式增長(zhǎng)或指數(shù)增長(zhǎng)。N0：種群起始個(gè)體數(shù)量；e：自然對(duì)數(shù)的底；dN/dt：種群的瞬時(shí)數(shù)量變化。

第19頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五20

幾何增長(zhǎng)模型及草夾竹桃（Phloxdrummomdii）假設(shè)的增長(zhǎng)曲線(自M.C.Molles,Jr,1999)第20頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五21

蘇格蘭松和領(lǐng)鴿種群的指數(shù)增長(zhǎng)曲線(自M.C.Molles,Jr,1999)第21頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五22

種群的邏輯斯諦Logisticgrowth增長(zhǎng)（在有限環(huán)境中）：世代重疊，連續(xù)性生長(zhǎng)；在有限環(huán)境中的增長(zhǎng)；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(yīng)”：種群增加一個(gè)個(gè)體時(shí)，瞬時(shí)對(duì)種群產(chǎn)生一種壓力，使種群的實(shí)際增長(zhǎng)率“r”下降一個(gè)常數(shù)c。第22頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五23

三種群的邏輯斯諦增長(zhǎng)(在有限環(huán)境中)

數(shù)學(xué)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(gè)拐點(diǎn)，在拐點(diǎn)上，dN/dt最大，在拐點(diǎn)前，dN/dt隨種群增加而上升，在拐點(diǎn)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(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五24

邏輯斯諦增長(zhǎng)模型dN/dt=Nr(1-N/K)

種群個(gè)體數(shù)量瞬時(shí)增長(zhǎng)率種群變化率環(huán)境容納量當(dāng)比率增加時(shí)，種群增長(zhǎng)變慢第24頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五25

邏輯斯諦增長(zhǎng)方程積分式間隔或世代的長(zhǎng)度時(shí)間t處的種群個(gè)體數(shù)瞬時(shí)增長(zhǎng)率環(huán)境容納量Nt=K／（1＋ea-rt）曲線對(duì)原點(diǎn)的相對(duì)位置，值取決于N0第25頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五26

邏輯斯諦增長(zhǎng)曲線的五個(gè)時(shí)期A

開(kāi)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(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五27

《環(huán)境生態(tài)學(xué)》精品課程建設(shè)指數(shù)增長(zhǎng)與邏輯斯諦增長(zhǎng)之間的關(guān)系tK邏輯斯諦增長(zhǎng)指數(shù)增長(zhǎng)Nt第27頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五28

非洲水牛（Synceruscaffer）的“S”型增長(zhǎng)曲線(自M.C.Molles,Jr,1999)第28頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五29

邏輯斯締方程的意義：它是兩個(gè)相互作用種群增長(zhǎng)模型的基礎(chǔ)；它是漁業(yè)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等實(shí)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(gè)參數(shù)K和r已成為生物進(jìn)化對(duì)策理論中的重要概念。第29頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五30

三、種群的數(shù)量變動(dòng)種群數(shù)量具有兩個(gè)重要的特征波動(dòng)性，在每一段時(shí)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(dòng)，但大部分的種群不會(huì)無(wú)限制地增長(zhǎng)或無(wú)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(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持在一個(gè)水平上的情形稱(chēng)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(duì)的。第30頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五31

1．不規(guī)則波動(dòng)

環(huán)境的隨機(jī)變化很容易造成種群不可預(yù)測(cè)的波動(dòng)。許多生物的種群，其數(shù)量與年份條件相對(duì)應(yīng)，會(huì)發(fā)生不可預(yù)測(cè)的數(shù)量波動(dòng)。小型的短壽命生物，比起對(duì)環(huán)境變化忍耐性更強(qiáng)的大型、長(zhǎng)壽命生物，其數(shù)量更易發(fā)生巨大變化。藻類(lèi)是小型、短壽命的，而且繁殖很快，它們對(duì)環(huán)境變化很敏感。第31頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2．周期性波動(dòng)周期性波動(dòng)是指種群數(shù)量變動(dòng)隨時(shí)間呈現(xiàn)出有規(guī)律的、周而復(fù)始的波動(dòng)現(xiàn)象。這種數(shù)量波動(dòng)的特點(diǎn)與種群自身的遺傳特性有關(guān)。例如，許多北方的嚙齒動(dòng)物旅鼠、姬鼠、田鼠，以及北極狐和雪鴿等，其種群數(shù)量波動(dòng)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(gè)周期的數(shù)量波動(dòng)。第32頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第33頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3．季節(jié)波動(dòng)季節(jié)波動(dòng)(消長(zhǎng))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(dòng)物，它們?cè)谙募竞投局g的數(shù)量變化相當(dāng)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(diǎn)的動(dòng)物種類(lèi)，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(dòng)物種群，一些種類(lèi)也有季節(jié)性波動(dòng)，這種波動(dòng)可能與降雨或食物(或果實(shí))的供給有關(guān)，它們?cè)谟昙具M(jìn)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(kāi)始增多，到夏、秋兩季數(shù)量最多，冬季來(lái)臨，隨天氣變冷．這些昆蟲(chóng)便銷(xiāo)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(dòng)物的季節(jié)性波動(dòng)規(guī)律是控制其危害的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。第34頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4．種群的暴發(fā)具不規(guī)則或周期性波動(dòng)的生物都可能出現(xiàn)種群暴發(fā)。最熟悉的暴發(fā)是害蟲(chóng)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(jī)污染，即水中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物過(guò)多形成富營(yíng)養(yǎng)化所致。。第35頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五36

5、生態(tài)入侵生態(tài)入侵（ecologicalinvasion）：由于人類(lèi)有意識(shí)或無(wú)意識(shí)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(kuò)大，分布區(qū)逐步穩(wěn)定地?cái)U(kuò)展，該過(guò)程稱(chēng)生態(tài)入侵。后果：排擠當(dāng)?shù)氐奈锓N,改變?cè)械纳锏乩矸植己妥匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

,對(duì)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(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五廣東省內(nèi)伶仃島

薇甘菊

第37頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五38

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

生物學(xué)派－－捕食、寄生、競(jìng)爭(zhēng)、食物等生物因素對(duì)種群起調(diào)節(jié)作用

自動(dòng)調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)－－種內(nèi)成員的異質(zhì)性社群的等級(jí)和領(lǐng)域性－－行為調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)激素分泌的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制－－內(nèi)分泌調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)遺傳多態(tài)－－遺傳調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)

外源性調(diào)節(jié)內(nèi)源性調(diào)節(jié)第38頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五39

1.氣候?qū)W派種群參數(shù)受天氣條件強(qiáng)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(qiáng)調(diào)種群數(shù)量的變動(dòng)，否認(rèn)穩(wěn)定性。第39頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五40

2.生物學(xué)派種間因素平衡學(xué)說(shuō)（NicholsonAJ）：種群是一個(gè)自我管理系統(tǒng)，當(dāng)動(dòng)物種群的密度高時(shí)，調(diào)節(jié)因素的作用更強(qiáng)，當(dāng)密度低時(shí)，調(diào)節(jié)因素的作用減弱。Smith的種群調(diào)節(jié)觀點(diǎn)：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(gè)“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(diǎn)：影響鳥(niǎo)類(lèi)密度制約性死亡的動(dòng)因有三個(gè)：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(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五41

3.自動(dòng)調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)特點(diǎn)：強(qiáng)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(zhǎng)、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(fù)反饋理論的基礎(chǔ)上。

種群的自動(dòng)調(diào)節(jié)是各物種所具有的適應(yīng)性特征，它對(duì)于種內(nèi)成員整體來(lái)說(shuō)，能帶來(lái)進(jìn)化上的利益。

第41頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期五42

（1）行為調(diào)節(jié)

溫·愛(ài)