《種群與生態(tài)系統(tǒng)間的相互關(guān)系》課件

種群與生態(tài)系統(tǒng)間的相互關(guān)系課程大綱1基本概念2種群特征與動態(tài)3生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能4種群與生態(tài)系統(tǒng)的相互作用基本概念：種群定義同一物種在特定時空中的個體集合研究單位生態(tài)學(xué)研究的基本單位特點(diǎn)有特定的數(shù)量、分布和結(jié)構(gòu)基本概念：生態(tài)系統(tǒng)整體系統(tǒng)生物群落與物理環(huán)境的統(tǒng)一整體生物組分各種生物及其相互關(guān)系非生物組分氣候、土壤、光照等物理因素種群與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系構(gòu)成基礎(chǔ)種群是生態(tài)系統(tǒng)的組成部分相互影響種群活動改變生態(tài)環(huán)境動態(tài)平衡種群間相互作用構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)生態(tài)學(xué)層次1生物圈地球上所有生態(tài)系統(tǒng)的總和2生態(tài)系統(tǒng)生物與環(huán)境的統(tǒng)一體3群落共同生活的不同種群4種群同種生物的集合5個體單個生物有機(jī)體種群生態(tài)學(xué)研究對象種群結(jié)構(gòu)、分布和動態(tài)變化研究內(nèi)容出生率、死亡率、年齡結(jié)構(gòu)研究重點(diǎn)種群內(nèi)部和種群間的相互作用生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)1234結(jié)構(gòu)研究生態(tài)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)功能研究能量流動、物質(zhì)循環(huán)動態(tài)研究生態(tài)系統(tǒng)的變化和演替應(yīng)用研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與管理生物多樣性的重要性物種多樣性不同物種的豐富度和均勻度遺傳多樣性同一物種內(nèi)的基因變異生態(tài)系統(tǒng)多樣性不同類型生態(tài)系統(tǒng)的多樣化生態(tài)平衡1概念定義生態(tài)系統(tǒng)各組分間的動態(tài)平衡狀態(tài)2形成機(jī)制正負(fù)反饋調(diào)節(jié)和自我修復(fù)能力3重要意義種群和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)4人類影響人類活動可打破生態(tài)平衡種群特征：大小N種群數(shù)量個體總數(shù)D種群密度單位面積個體數(shù)K環(huán)境容納量最大可持續(xù)數(shù)量種群特征：分布均勻分布：個體間距相等；隨機(jī)分布：位置無規(guī)律；聚集分布：個體成群種群特征：年齡結(jié)構(gòu)年齡金字塔反映種群發(fā)展趨勢：增長型、穩(wěn)定型、衰退型種群特征：性別比例性別決定不同物種有不同的性別決定機(jī)制繁殖影響性別比例對種群增長的影響平衡意義平衡的性別比有利于種群穩(wěn)定種群特征：出生率定義單位時間內(nèi)新個體產(chǎn)生的比率計算新生個體數(shù)/總個體數(shù)影響因素資源、環(huán)境條件、種群密度種群特征：死亡率定義單位時間內(nèi)個體死亡的比率計算方法死亡個體數(shù)/總個體數(shù)影響因素年齡、捕食、疾病、競爭生態(tài)意義種群更新與選擇壓力種群增長模型：指數(shù)增長時間種群數(shù)量條件：資源充足，無限制；表達(dá)式：dN/dt=rN；例：細(xì)菌繁殖種群增長模型：邏輯斯蒂增長時間種群數(shù)量環(huán)境容納量K限制增長；形成S形曲線；密度制約因素增強(qiáng)種群波動1周期性波動有規(guī)律的變化循環(huán)2獵物-捕食者循環(huán)捕食關(guān)系導(dǎo)致的波動3季節(jié)性波動隨季節(jié)變化的種群大小4非周期性波動不規(guī)則變化，常因環(huán)境波動種群調(diào)節(jié)機(jī)制密度依賴性調(diào)節(jié)種群密度影響出生率死亡率1密度無關(guān)性調(diào)節(jié)環(huán)境因素直接影響種群2自然選擇適應(yīng)性強(qiáng)的個體存活繁衍3種群反饋種群本身對環(huán)境的影響4K-選擇和r-選擇K-選擇特征大型、長壽、少子女、精心養(yǎng)育r-選擇特征小型、短命、多子女、少照顧生態(tài)適應(yīng)適應(yīng)穩(wěn)定vs不穩(wěn)定環(huán)境種間競爭競爭排斥相似種不能長期共存生態(tài)位分化減少競爭的資源分配共存機(jī)制通過資源分配實現(xiàn)共存捕食關(guān)系捕食者增加獵物減少1獵物減少捕食者減少2捕食者減少獵物增加3獵物增加捕食者增加4共生關(guān)系互利共生雙方都獲益（蜜蜂與花朵）偏利共生一方獲益另一方不受影響寄生關(guān)系一方獲益另一方受損共棲關(guān)系物理空間的共享種群遷移與擴(kuò)散1遷移類型季節(jié)性遷移、單向遷移2擴(kuò)散機(jī)制主動擴(kuò)散、被動擴(kuò)散3影響因素資源、氣候、競爭壓力4生態(tài)意義基因流動、避險、資源利用生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：生物組分1高級消費(fèi)者頂級捕食者2中級消費(fèi)者次級肉食動物3初級消費(fèi)者草食動物4生產(chǎn)者綠色植物5分解者細(xì)菌和真菌生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：非生物組分氣候因子溫度、降水、光照、濕度土壤因子質(zhì)地、肥力、pH值、微生物地形因子海拔、坡度、朝向生態(tài)系統(tǒng)功能：初級生產(chǎn)力總初級生產(chǎn)力：光合作用總量；凈初級生產(chǎn)力：除去呼吸消耗后的量生態(tài)系統(tǒng)功能：次級生產(chǎn)力1次級生產(chǎn)力消費(fèi)者生物量積累2傳遞效率約10%能量傳遞效率3生態(tài)金字塔上層生物量減少能量流動能量來源太陽輻射能量轉(zhuǎn)化光合作用固定能量能量傳遞食物鏈和食物網(wǎng)能量損耗呼吸作用和熱量散失物質(zhì)循環(huán)：碳循環(huán)光合作用CO?固定為有機(jī)碳1呼吸作用有機(jī)碳氧化為CO?2食物鏈傳遞碳在生物間傳遞3分解與儲存碳沉積于土壤和沉積物4物質(zhì)循環(huán)：氮循環(huán)氮固定N?轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮1硝化作用銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮2同化作用植物吸收氮化合物3反硝化作用硝態(tài)氮還原為N?4物質(zhì)循環(huán)：水循環(huán)蒸發(fā)水體表面水分子進(jìn)入大氣1蒸騰植物釋放水汽2凝結(jié)和降水水汽冷凝并降落地面3徑流和滲透水在地表和地下流動4生態(tài)系統(tǒng)演替1初始階段裸地或擾動后的環(huán)境2先鋒物種首先定居的耐受性物種3中間階段物種多樣性增加4頂極群落相對穩(wěn)定的最終狀態(tài)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給服務(wù)食物、水、木材、藥物調(diào)節(jié)服務(wù)氣候調(diào)節(jié)、水凈化、授粉文化服務(wù)審美、教育、休閑、靈感支持服務(wù)光合作用、土壤形成、養(yǎng)分循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)健康評估1物種豐富度指標(biāo)生物種類數(shù)量與多樣性2生態(tài)系統(tǒng)完整性食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)完整程度3生產(chǎn)力指標(biāo)生物量積累和能量流動效率4抗干擾能力面對外部擾動的穩(wěn)定性生物地球化學(xué)循環(huán)元素在生物圈、巖石圈、水圈和大氣圈間的循環(huán)流動種群對生態(tài)系統(tǒng)的影響：關(guān)鍵種1關(guān)鍵種定義影響遠(yuǎn)超其生物量占比的物種2生態(tài)系統(tǒng)工程師改變環(huán)境的物種3生態(tài)平衡維持維持穩(wěn)定的關(guān)鍵物種種群對生態(tài)系統(tǒng)的影響：優(yōu)勢種定義數(shù)量最多或生物量最大的物種群落結(jié)構(gòu)影響決定生態(tài)系統(tǒng)的基本特征資源利用占用大部分生態(tài)系統(tǒng)資源功能調(diào)控主導(dǎo)某些生態(tài)系統(tǒng)功能種群對生態(tài)系統(tǒng)的影響：指示種環(huán)境指示反映環(huán)境質(zhì)量的物種生態(tài)監(jiān)測水質(zhì)、空氣質(zhì)量的生物指標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)健康指示整體生態(tài)系統(tǒng)狀況生態(tài)工程師物種環(huán)境改造如河貍建壩改變水文土壤改良蚯蚓改善土壤結(jié)構(gòu)棲息地創(chuàng)建珊瑚蟲建造珊瑚礁入侵種的生態(tài)影響入侵機(jī)制缺少天敵、強(qiáng)競爭力生態(tài)威脅競爭本地物種、改變棲息地經(jīng)濟(jì)損失農(nóng)業(yè)損失、基礎(chǔ)設(shè)施破壞防控策略預(yù)防引入、早期監(jiān)測、綜合治理生態(tài)系統(tǒng)對種群的影響：資源可用性資源限制食物、水、空間等限制因素1種群調(diào)節(jié)資源限制種群大小2生態(tài)位形成資源分配形成不同生態(tài)位3適應(yīng)性進(jìn)化物種適應(yīng)特定資源環(huán)境4生態(tài)系統(tǒng)對種群的影響：環(huán)境脅迫1非生物脅迫極端溫度、鹽度、干旱等2生理適應(yīng)特殊器官和機(jī)制應(yīng)對脅迫3行為適應(yīng)遷移、躲避等行為策略4種群篩選脅迫導(dǎo)致適應(yīng)性選擇生態(tài)系統(tǒng)對種群的影響：棲息地分化垂直分層森林不同高度的物種分布水平分化不同地形地貌的物種分布時間分化季節(jié)性活動時間差異種群與生態(tài)系統(tǒng)的反饋機(jī)制正反饋變化加強(qiáng)原始趨勢1負(fù)反饋變化減弱原始趨勢2穩(wěn)定性負(fù)反饋維持生態(tài)穩(wěn)定3彈性恢復(fù)原狀的能力4氣候變化對種群和生態(tài)系統(tǒng)的影響1物候變化開花、遷徙等季節(jié)性活動時間改變2分布范圍變化物種向高緯度或高海拔遷移3不匹配現(xiàn)象捕食者與獵物周期不同步4生態(tài)系統(tǒng)功能改變初級生產(chǎn)力、碳儲存變化生境破碎化的影響邊緣效應(yīng)邊緣環(huán)境增加影響物種組成種群隔離基因交流減少導(dǎo)致近親繁殖連通性喪失遷移和擴(kuò)散受阻生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能物種數(shù)量生態(tài)系統(tǒng)功能生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性多樣性增加提升功能和穩(wěn)定性；功能冗余提供生態(tài)保險種群動態(tài)與生態(tài)系統(tǒng)過程的耦合1時間尺度耦合短期種群變化與長期生態(tài)過程2空間尺度整合局部種群與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)3多尺度研究綜合不同層次的生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)4模型整合將種群模型與生態(tài)系統(tǒng)模型結(jié)合營養(yǎng)級聯(lián)效應(yīng)1自上而下控制捕食者控制下層營養(yǎng)級2自下而上控制資源限制上層營養(yǎng)級3中間控制中間營養(yǎng)級的關(guān)鍵作用種群遺傳學(xué)與生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化微進(jìn)化種群內(nèi)基因頻率變化生態(tài)進(jìn)化反饋生態(tài)變化促進(jìn)進(jìn)化共同進(jìn)化物種間相互適應(yīng)進(jìn)化生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)進(jìn)化改變生態(tài)系統(tǒng)功能景觀尺度的種群-生態(tài)系統(tǒng)相互作用元種群理論局部種群的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)景觀連通性棲息地之間的連接程度生態(tài)廊道連接隔離棲息地的通道景觀異質(zhì)性不同生境鑲嵌分布全球變化背景下的種群與生態(tài)系統(tǒng)人類活動影響土地利用變化、污染、氣候變化適應(yīng)性管理基于監(jiān)測的反饋式管理恢復(fù)生態(tài)學(xué)修復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)的原則和方法可持續(xù)發(fā)展平衡生態(tài)保護(hù)與人類需求應(yīng)用：生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)1評估損害確定退化程度和原因2制定目標(biāo)確定修復(fù)的參考狀態(tài)3實施措施重新引入關(guān)鍵種、改善棲息地4監(jiān)測評價追蹤修復(fù)進(jìn)展并調(diào)整方法應(yīng)用：生物多樣性保護(hù)就地保護(hù)自然保護(hù)區(qū)、國家公園遷地保護(hù)動物園、植物園、種子庫瀕危物種棲息地保護(hù)、繁育放歸應(yīng)用：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估與管理$經(jīng)濟(jì)價值生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的貨幣化評估??生態(tài)補(bǔ)償為生態(tài)保護(hù)提供經(jīng)濟(jì)激勵??可持續(xù)利用資源的永續(xù)利用策略研究方法與技術(shù)野外調(diào)查：標(biāo)記重捕法