植物生态学——植物种群生态

第三章植物种群生态第一节植物种群的分布与数量第二节植物种群的动态和调节第三节植物种群的质量与种间关系一、种群概念和植物种群的特点二、种群的分布三、植物种群的数量特征第一节植物种群的分布与数量一、种群概念和特点1、种群概念特定时间内栖息于特定空间的同种生物个体的总和。例如：一片森林中全部黑松是一个种群，由不同树龄黑松组成。判断：一座山上所有的树木(X)；一块水稻田中所有的水稻(√)问题：一定区域内是否只有一个种群？一个森林中有哪些种群？1、在一片森林里，属于群落的是()A所有的树木B所有的动物和植物C所有的生物与无机环境D所有的生物√2、属于生物群落：A一块朽木上的所有真菌B一棵枯树和其上的所有苔藓、真菌、昆虫等C一块水田的所有水稻、水草、鱼虾及其它生物√2、种群的特征1）遗传方面指的是保持种群内个体间遗传内聚力的随机交配，是种群保持独立界限和共享同一基因库的基础；2）生态方面指的是种群的生态特性：9空间性质：区域的和生长的空间范围和边界，以及相应的生态耐受性和个体间亲缘关系的远近。9数量特征：丰度、密度，个体或集合的大小，生物量等。9分布性质：一个区域内均匀的（同质的）或异质的分布。9物候学特征和节律性：种群在完成其生长和生命周期中的生命力大小和成功的程度，以及种群在年代和季节方面的特性。9‘群居”性质或社会性质：种群密度下降到某一临界值时，其繁殖力随之下降。9相互关联的性质：种内和种间关系，如传粉、捕食、竞争等等。9动力学性质：表现为繁殖、死亡和迁入／迁出等，即种群的时间动态和空间扩张与收缩。3、植物种群的特性¾固着生长，个体不能移动；¾自养性营养；¾具有无限的分生生长和多样的繁殖系统；¾具构件结构和可塑性1）植物是固着生长的自养性生物9一旦定居下来，一般就不可能移动，只能以传播体进行迁移。9不具有逃避不利环境的自主移动性；只能以分化适应来应对环境变迁，主要靠控制组织器官生长的方向和数量来调整对空间的利用和回避不利影响。2）植物体具有无限分生的能力9植物在发育过程中，有分生能力的细胞构成分生组织，包括茎、根和侧枝的顶端，使植株具有不断生长、自我修复的能力。9植物的无限分生能力使植物可通过植株的某个部件复制出一个完整的个体，即无性系生长.3）植物是构件生物9单体生物指的是一个合子经胚胎发育成熟后的生物体，其器官、组织各个部分的数量在整个生命阶段中保持不变，在形态结构上保持高度的稳定。9构件生物的合子发育成幼体后，在其生长发育的各个阶段，可以通过其基本结构单位的反复形成而得到进一步的发育，如高等植物和某些低等动物。注：构件：植物体上凡是具有潜在重复能力的亚单位，包括脱离母体可独立生长的无性系小株或分蘖，及不同龄的小枝、叶和芽等4）植物的生殖方式复杂多样9无性；营养增殖或称无性系生长9有性：自交异交：远交和近交风媒和动物传粉；一年生一次结实、多年生一次结实和多年生多次结实之分。5）植物具有高度的可塑性和生态耐受性9高度的可塑性：若环境条件不同，同一种群的不同植株间生物量相差很大，例如个体大小、产籽数量等可相差若干数量级。9生态耐受性：在环境胁迫下植物在进化过程中形成较高的生态耐受性，以生理调节提高生活力，甚至以构件死亡为代价，保存基株的世代延续。二、种群的分布1、种群的空间分布9任何植物种群的密度在自然环境中都有很大差异，有的植物可密集生长在一起；有的植物种群却很稀疏。9任何植物都以种群的形式存在，不可能只有空前绝后的一株。9多数植物种也不会只有一个种群，而是由不同空间尺度的种群组成。1）根据种群间空间隔离的程度和基因交流的可能性，同一物种的种群可能有3种类型。9同地种群:占据相同的空间或重叠的空间，个体间存在交配的可能性。9异地种群:彼此相隔很远，不存在每个世代随机交配的可能性。9邻接种群:生活在毗邻的地区，在空间上是邻近的或没有空间隔离，在接触区彼此间的交配是可能的。2）种群分布可分为连续和间断两种极端类型，一般的种群分布则是处于两者之间的某种中间类型。9连续分布-连续的生境是呈线状分布的，如河流、海岸等。9间隔的种群分布-岛屿模型的分布，海岛上生长的植物。淡水湖泊中的水生植物9线状分布与岛屿模型结合的种群分布形式称作踏脚石模型,生境兼含有连续分布和间断分布的性质：在河漫滩或海岸沙滩上生长的植物，沿岸呈不连续的分布，但彼此间又能沿一定的狭窄通道相互联。2、种群内个体的分布格局1）种群的空间格局定义在种群分布区内，由于植物种群生长地的生物和非生物环境间的相互作用，种群内个体扩散分布形成一定的形式，称为种群的空间分布型或称种群的空间格局、社会性、聚集。2）种群分布格局的类型a）随机分布指种群个体的活动或生长位置完全由随机因素决定，个体间彼此独立生存不受其他个体的干扰，它的出现与其余个体无关，任何个体在某一位置上出现的几率相等。随机分布在自然条件下并不多见，进入稳定期的单优森林群落或原始热带雨林中，上层优势种也常表现为随机分布。b）均匀分布个体间保持一定的平均距离，个体间形成等距的规则分布。在自然条件下均匀分布极其罕见。人工栽培的植物种群c）集群分布个体的分布很不均匀，常成群、成簇或成斑块地密集分布。集群分布是昀为广泛的一种分布格局。d）嵌式分布嵌式分布表现为种群簇生结合为许多小的集群，而这些集群又是有规则的均匀分布。嵌式分布的形成原因与集群分布相同，原本属于集群分布的范畴。3）分布格局的成因影响种群格局的因素主要由环境的空间异质性和物种适应性决定，表现为3个方面：a）植物的形态结构特点种群的空间格局与该物种的生长习性和亲代的散布习性密切相关，其中营养增殖、种子的重量和传播力是影响种群格局的重要因素b）环境因素的配置自然界中各种环境因素的分布呈梯度变化，特别是小地形、温度、湿度、光照、土壤厚度等小尺度生境条件的分异。c）生物之间的相互作用例如，动物贮藏种子的行为、植物种群的种间联结和种群间的排他行为，如他感化学作用。三、植物种群的数量特征种群结构的要素是数量、密度、年龄、性比等1、植物种群的取样分析草本植物的样方为边长0.5m或2.0m；乔木的样方边长为10－50m;在样方内记录种类的组成，并进行个体的计数和植物盖度的估计。a）机械随机取样法样方的随机定位可以通过随机数对的选择来确定。沿一轴线确定样地，选取随机数对来确定样方的坐标位置。在存在明显环境梯度的地点上，机械取样可能导致样方集中于某种梯度范围内。b）分层随机取样法将调查区域划分为面积相等的亚区，每个亚区随机设置相等的样方.c）无样地法用罗盘确定一条直线，在这条调查线上的随机点上，测量4个象限中距离昀近的个体与随机点的距离，调查足够多的样点以后，就可根据平均距离估计种群密度。2、种群的数量和密度种群的数量：指的是一定范围内某个种的个体总数，也称种群大小。种群密度：单位面积或单位体积内的个体数，＝种群个体数目（N）/面积（S）或体积（V）种群的数量（密度）在种群内在或外在的因素影响下，总是随着时间变动而保持动态平衡或者改变。随时间的变化(t到t＋1时刻)种群数量的改变将是：Nt＋1—Nt＝B＋I—D-E式中B、I、D、E是一段时间内种群的出生数、迁入数、死亡数和迁出数。3、种群的年龄结构1）概念是种群内不同年龄的个体数量分布情况。一般将栽培植物或一年生植物视为同龄种群，多年生植物的自然种群则视为异龄种群。2）年龄比例：各龄级的个体数与种群个体总数的比例。按从小到大的年龄比例绘图，即是年龄金字塔。种群的年龄结构是判定种群动态的重要方面，也可以看出不同植物种群在不同环境条件下的适应分化。植物群落演替系列不同阶段的植物种群，其年龄结构是不同的。3）年龄结构模型的分类根据年龄金字塔的形状，可分为增长型种群、稳定型种群和衰退型种群三种。9增长型种群的年龄结构呈正金字塔型；9稳定型种群的年龄结构模式呈钟型，每一龄级的个体死亡数与进入此龄级的新个体数大致相等；9衰退型种群的年龄结构呈倒金字塔型，种群处于衰退并将逐步消失。4）植物年龄结构的研究方法a）生长特征确定年龄有些多年生草本或灌木植物在生长过程中会留存芽龄痕等生长印记;木本植物的轮枝台数、小枝节数也可反映其生长的年限；b）年轮温带或亚热带生长的乔木可根据年轮来判别个体的年龄；c）表现结构（高度、重量、茎级）替代。胸高直径与植物的年龄或生活阶段有明显的正相关关系，可直接以胸径作为相对年龄来反映本本植物的年龄结构。思考题1、基本概念：种群；年龄结构；构件生物2、植物种群有何特点？3、植物种群的分布有哪几种模型？试举例说明。4、什么是种群的空间格局，有哪些类型，成因是什么？5、植物种群的年龄结构有何特点？如何确定植物种群的年龄结构？第三章植物种群生态第一节植物种群的分布与数量一.种群概念和植物种群的特点特定时间内栖息于特定空间的同种生物的集合群。1）固着生长的自养性生物;2）具有无限分生的能力;3)是构件生物;4)生殖方式复杂多样二.种群的分布1)空间分布;2)个体的分布格局(随机、均匀、集群、嵌式）三.植物种群的数量特征1）种群的取样分析（机械随机、分层随机、无样地）；2）数量和密度、年龄结构（研究方法）3）构件种群单体生物：每一个体都是由一个受精卵直接发育而来。构件生物：受精卵首先发育成一结构单位，或构件，然后发育成更多的构件，形成分支结构。死亡率：死亡率：生理死亡率生理死亡率((昀小死亡率昀小死亡率):):在昀适条件下个体在昀适条件下个体因衰老而死亡因衰老而死亡,,其种群死亡率降到昀低其种群死亡率降到昀低..生态死亡率生态死亡率((实际死亡率实际死亡率):):在一定条件下的实在一定条件下的实际死亡率际死亡率..许多个体死于各种生物或非生物影响许多个体死于各种生物或非生物影响的因素的因素..出生率和死亡率一般都以种群中每单位时间每出生率和死亡率一般都以种群中每单位时间每100100个个个体的出生或死亡数来表示个体的出生或死亡数来表示..种群的兴衰决定于出生率和死亡率的相互作用。种群的兴衰决定于出生率和死亡率的相互作用。种群的内分布型的检定：如果我们将某一种群的分布区分成许多相等的小样方，根据各小样方生物个数的平均数（m）和方差（S2），计算出空间分布指数I=S2/m。I=0时，均匀分布（S2=0）=1时，随机分布（S2=m）1时,成群分布(S2m)。第二节植物种群的动态和调节一、植物种群数量动态的描述二、影响植物种群动态的因素三、植物种群调节一、植物种群数量动态的描述1、生命表及其编制2、存活曲线3、种群增长模型4、植物的构件增长与个体增长亦称寿命表，用于记录在自然条件和实验条件下，种群在整个生命周期内的出生和死亡数量，以及出生、死亡发生的年龄以及特定年龄群的繁殖率。列表生命表特定年龄生命表－动态生命表特定时间生命表－静态生命表图解生命表1、生命表及其编制1)列表生命表a）特定年龄生命表－特定年龄生命表、同生群生命表以种群的年龄阶段作为划分标准，系统观测记录一个同时出生的个体群在不同发育阶段或年龄阶段的死亡与存活、死亡原因、繁殖数量。适于寿命较短的种群，个体经历了相同的环境条件。b）特定时间生命表－静态生命表在一个特定的时间断面观察种群各龄级的存活状况，并以此来估计每个年龄组的死亡率。适于稳定的和寿命较长的种群，各年龄的个体经历了不同的环境条件。年龄级(每龄3个月)x存活数（每一季的）ax存活数(标准化)lx死亡数(标准化)dx死亡率qx亏损度Kxlgax-lgax+1该龄级的单株平均种子数Bx01234567884372252731614454153010008576253751716417.53.56014323225020410746.214.243.56—0.1430.2710.4000.5440.6260.7220.8001.0000.0670.1370.2220.3420.4260.5560.6990300620430210603010—早熟禾的同生群生命表X年龄级lxdxqxLxTxexaxkx0.52.04.63.93.12.31.40.55.9541.2530.0620.0660.0710.0760