上海交通大学生态学课件第三章种群生态学3

生態學20031生态学理论与应用邱江平、赵琦上海交通大学第四节种内种间关系•种内关系(intraspecificrelationship)•种间关系(interspecificrelationship)一、种内关系•植物的种内关系：密度效应、他感作用•动物的种内关系：社群行为•密度效应(densityeffect)：在一定时间内，当种群的个体数目增加时，就必定会出现邻接个体之间的相互影响，称为密度效应或临界效应。最后产量恒值法则(Lawofconstantfinalyield)：Y=•d=KiY：单位面积产量；d：密度；：植物个体平均重量；Ki：常数。-3/2自疏法则(The-3／2thinninglaw)：=Cd-a(日本学者Yoda等1963提出)lg=lgC-algd(自疏线或最大密度线)后英国生态学家J.L.Harper和White等对80多种植物（包括藓类、草本和木本）研究发现a=3/2；-3/2：自疏指数。•他感作用(allelopathy)植物种群内关系他感作用•概念：植物(包括微生物)通过其本身产生并释放到周围环境中去的化学物质对其他个体或其他种的植物（或微生物）直接或间接产生排斥或促进作用的现象。(德国H.Molish1937年提出)•他感作用的主要物质•他感作用物质在植物中的部位即进入环境的途径•他感作用的生态学意义•他感作用的应用他感作用的主要物质(14类)•简单的水溶性的有机酸、直链醇、脂肪醛和酮•长链脂肪酸•单酚、苯甲酸及其衍生物•肉桂酸及其衍生物•香豆素类•简单不饱和内酯•萘醌、蒽醌、复合苯醌•萜类•类黄酮•丹宁•氨基酸和多肽•生物碱•硫化物和介子油苷•卟啉和核苷他感作用物质(克生物质)在植物中的部位及进入环境的途径•存在部位：根、茎、叶、花、果、种子、中均已发现，其存在部位影响其释放方式。•释放方式–挥发：如蒿属挥发释放香精油，桉树属挥发释放萜类，直接被周围植物吸收或溶于雨水、露水进入环境。–淋溶：水溶性的物质经雨水、露水冲洗后，从获得或死的植物表面淋溶到土壤中。–根的分泌：如小麦、燕麦、玉米、黄瓜、西红柿的根均可分泌抑制性物质。–植物残株的腐烂中释放：如水稻、油菜、小麦、高粱、玉米、等作物的残株腐烂后可释放克生物质，或通过微生物作用将原来无毒物质转化为有毒物质后进入土壤。他感作用的生态学意义•它是调节种群动态的重要手段–种内“克生”：如农作物的歇地现象（轮作长势好，连作长势差，早稻）。“种内克生”是使同一资源利用方式的物种不能经久占据一地，从而减轻了资源循环再生的压力；同时还防止种群超越适宜的生长密度，确保种群繁衍。“种间克生”防止它种入侵。–是构成群落内种群间复杂关系的生化基础群落物种的选择性、相克相生。如黑核桃树下几乎没有草本植物，原因是该树种的树皮和果实含有氢化核桃酮，经淋溶氧化成核桃酮后抑制其它植物生长。再如，小麦与麦仙翁混作，可使前者增产，原因是后者产生的麦仙翁素；苜蓿通过分泌三十烷醇刺激与其伴生的番茄、黄瓜、莴苣等生长。是维系种群间协同进化的纽带维系种群间协同进化的纽带植物同取食他们的昆虫通常是对抗性地平行进化。前者产生有毒的化学抑制剂，抑制植食动物，后者形成解毒（如消化酶）和贮毒机制消弱影响，缓解抑制。如斑蝶在获得对强心苷解毒能力后，迫使植物在进化中产生两个新族，一个只产生强心苷，另一个只产生吡咯双烷生物碱，其结果又导致斑蝶种群出现多态。由此可见，抑制（或竞争）促进了他感作用产生和多样化，他感作用的多样化又造成了对抗多样化，以至在种群内形成多态并最终于演化中产生新种，实现了种群间协同进化。他感作用的应用•农田杂草的防除–植物残体地面覆盖–合理轮作、间作–分离、鉴定高活性他感物质,并进行人工模拟合成•选择合理的作物布局•防治作物病害：植物抗毒素类物质的应用等。•其他：如开发种子萌发抑制剂，植物生长抑制或促进剂等。动物的种内关系：社群行为•婚配制度和双亲行为•竞争行为•利他行为婚配制度和双亲行为•雌雄繁殖策略•婚配制度单配偶制多配偶制—一雄多雌制—一雌多雄制—混交制•最适婚配•双亲行为竞争行为•竞争行为的概念直接竞争行为间接竞争行为•领域行为—采食领域、繁殖领域—个体领域、配偶领域、社群领域•社会等级利他行为•利他行为的概念•亲缘选择•互惠•蒙混•回报种间关系(populationinteraction)•种间关系的类型•种间竞争•捕食与被食•寄生与共生作用类型种群1种群2一般特征中性作用00两个种群彼此不受影响竞争▴－－两个种群竞争共同资源而带来负影响偏害作用－0种群1受抑制，种群2无影响捕食作用▴＋－种群1是捕食者，种群2为被食者寄生作用▴＋－种群1为寄生者，种群2为宿主偏利作用＋0种群1为偏利者，种群2无影响互利作用▴＋＋相互作用双方有利，种间竞争(interspecificcompetition)•概念：是指具有相似要求的物种，为了争夺空间和资源，而产生的一种直接或间接抑制对方的作用。•种间竞争的典型实例•高斯假说(G.F.Gause1934)：–竞争排斥原理(Principleofcompetiveexclusion)：在一个稳定的环境内，两个以上受资源限制的、但具有相同资源利用方式的种，不能长期共存在一起，也即完全的竞争者不能共存。如共存，就必然出现分化。•竞争类型及一般特征•似然竞争•洛特卡-沃尔泰勒(Lotka-Volterra)模型：在单种群逻辑斯谛增长模型基础上发展起来的描述中间竞争的模型。（洛特卡1925年在美国，沃尔泰勒1926年在意大利分别独立提出）•竞争排斥原理生態學200319洛特卡-沃尔泰勒(Lotka-Volterra)模型物种1的竞争增长：dN1/dt=r1N1(K1-N1-αN2)/K1物种2的竞争增长：dN2/dt=r2N2(K2-N2-βN1)/K2α：表示在物种1的环境中，每存在一个物种2的个体，对于物种1种群的效应。β：表示在物种2的环境中，每存在一个物种1的个体，对于物种2种群的效应。模型对竞争物种命运的预测①αK1/K2或βK2/K1，两个种都可能获胜②αK1/K2和βK2/K1，物种1被排斥，2获胜。③αK1/K2和βK2/K1，物种2被排斥，1获胜④αK1/K2和βK2/K1，两个种共存,达到某种平衡。捕食与被食•捕食者与猎物的相互适应•捕食策略和功能反应食谱宽度边际值原理理想自由分布功能反应和数量反应生态位理论•生态位(niche)概念：指在生态系统中一个种群在时间、空间上的位置及其与相关种群之间的功能关系。•生态位的维度–时间：–空间：美国的格林尼尔(J.Grinell1917)，微环境。–营养：英国埃尔顿(C.Elton1927)“物种在生物群落中的功能与地位”。–n维生态位（超体积）：英国哈奇森(G.E.Hutchinson1957)。生態學200323超体积生态位的几层含义•与生境(habitat)的区别：物种的概念•竞争的特殊地位：–基础生态位–实际生态位•生境的限制作用生态位对物种竞争与进化的解释•资源利用曲线的作用–种内竞争促使两物种生态位接近–种间竞争促使两物种生态位分离•生态位分离的方式–地理分隔：不同分布区–群落分隔：不同群落–营养的选择吸收、个体大小、根系深浅（取食部位）、物候期等趋异。•对群落稳定性的解释–种群生态位分化是群落稳定的基础–多种群组成的群落有更大的稳定性26