生態(tài)學(xué)中的種群與群落課程概述1種群與群落定義生態(tài)單元基本概念2課程結(jié)構(gòu)五大部分系統(tǒng)學(xué)習(xí)3學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握生態(tài)關(guān)系核心理論生態(tài)重要性第一部分：種群生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)1基本概念種群定義與特征2數(shù)量動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)模型與調(diào)節(jié)因子3生活史策略與適應(yīng)性種群的定義同種生物集合共享基因庫(kù)的個(gè)體群體時(shí)間概念世代更替與延續(xù)空間概念特定區(qū)域內(nèi)的分布區(qū)別其他單位有別于個(gè)體與群落種群的基本特征數(shù)量個(gè)體總數(shù)量密度單位面積個(gè)體數(shù)分布空間排列方式年齡結(jié)構(gòu)不同年齡組比例種群密度定義與重要性單位面積/體積內(nèi)個(gè)體數(shù)反映資源利用程度樣方法固定區(qū)域直接計(jì)數(shù)適用于固定生物標(biāo)志重捕法捕獲-標(biāo)記-釋放-再捕獲適用于活動(dòng)生物種群的空間分布1234均勻分布個(gè)體間距相等競(jìng)爭(zhēng)激烈環(huán)境隨機(jī)分布無規(guī)律散布環(huán)境均質(zhì)無競(jìng)爭(zhēng)集群分布聚集成群資源不均或社會(huì)性影響因素資源分布繁殖方式種群的年齡結(jié)構(gòu)1年齡金字塔各年齡段比例圖示2增長(zhǎng)型幼體多,呈三角形3穩(wěn)定型各年齡段均衡4衰退型老年個(gè)體比例大5預(yù)測(cè)作用反映種群未來趨勢(shì)種群的性別比例定義雌雄個(gè)體數(shù)量比影響因素基因、環(huán)境、競(jìng)爭(zhēng)繁殖影響決定繁殖潛力生態(tài)意義種群增長(zhǎng)速率關(guān)鍵出生率和死亡率出生率新個(gè)體產(chǎn)生單位時(shí)間新生比例死亡率個(gè)體死亡單位時(shí)間死亡比例增長(zhǎng)率凈增長(zhǎng)出生率減死亡率遷入率和遷出率開放種群允許遷入遷出封閉種群無遷移現(xiàn)象遷移影響改變遺傳結(jié)構(gòu)測(cè)量挑戰(zhàn)追蹤難度大種群增長(zhǎng)模型指數(shù)增長(zhǎng)邏輯斯蒂增長(zhǎng)指數(shù)模型無限增長(zhǎng)；邏輯斯蒂受環(huán)境容納量限制環(huán)境容納量定義環(huán)境可維持的最大種群影響因素食物、空間、棲息地調(diào)節(jié)關(guān)系種群密度接近時(shí)增長(zhǎng)減緩密度制約因子隨種群密度增加而增強(qiáng)的因素：競(jìng)爭(zhēng)、掠食、疾病、領(lǐng)地行為非密度制約因子1氣候因素溫度、降水、季節(jié)性變化2自然災(zāi)害洪水、火災(zāi)、極端天氣3人為干擾污染、棲息地破壞種群波動(dòng)周期性波動(dòng)規(guī)律性變化捕食-被捕食關(guān)系非周期性波動(dòng)不規(guī)則變化環(huán)境擾動(dòng)狐兔種群案例10年周期經(jīng)典研究種群生活史策略類型r選擇者K選擇者壽命短長(zhǎng)繁殖早熟多產(chǎn)晚熟少產(chǎn)體型小大親代照料少多環(huán)境不穩(wěn)定穩(wěn)定種群動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)收集歷史數(shù)據(jù)積累1模型構(gòu)建數(shù)學(xué)模型開發(fā)2參數(shù)估計(jì)關(guān)鍵變量確定3模型驗(yàn)證與實(shí)際數(shù)據(jù)比對(duì)4預(yù)測(cè)應(yīng)用管理決策依據(jù)5第二部分：群落生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)1概念界定群落定義與特征2結(jié)構(gòu)分析多樣性與組織3動(dòng)態(tài)變化演替與穩(wěn)定性4物種關(guān)系互作與生態(tài)位群落的定義1多種群集合不同物種共存單元2時(shí)空尺度特定區(qū)域內(nèi)相互作用3功能整體能量物質(zhì)流動(dòng)系統(tǒng)4生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系生物組分+環(huán)境因子群落的基本特征1生態(tài)位物種功能位置2群落結(jié)構(gòu)垂直與水平組織3物種多樣性豐富度與均勻度4物種組成構(gòu)成種類組合物種多樣性1234α多樣性局部多樣性單一群落內(nèi)物種豐富度β多樣性群落間差異不同群落物種組成變化γ多樣性區(qū)域總多樣性景觀尺度物種總數(shù)測(cè)量方法物種計(jì)數(shù)多樣性指數(shù)計(jì)算群落結(jié)構(gòu)：垂直結(jié)構(gòu)1冠層高大喬木2亞冠層中型樹木3灌木層小型木本4草本層地表植被5苔蘚層地表覆蓋群落結(jié)構(gòu)：水平結(jié)構(gòu)斑塊分布非均質(zhì)分布格局邊緣效應(yīng)過渡區(qū)特有現(xiàn)象生態(tài)交錯(cuò)帶兩類群落間過渡帶優(yōu)勢(shì)種和鍵石種優(yōu)勢(shì)種定義生物量或數(shù)量最多影響群落物理環(huán)境鍵石種特點(diǎn)數(shù)量不多但影響巨大去除導(dǎo)致群落劇變案例研究海星捕食貽貝狼控制麋鹿種群群落的演替原生演替裸地開始次生演替擾動(dòng)后重建序列發(fā)展先鋒群落→過渡群落頂極群落相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)演替理論促進(jìn)模型早期物種改善環(huán)境有利后續(xù)物種定居抑制模型早期物種阻礙后期需擾動(dòng)才能替換耐受模型物種更替不互相影響基于生命史差異群落穩(wěn)定性抗擾動(dòng)能力抵抗外部干擾1恢復(fù)能力擾動(dòng)后復(fù)原速度2功能冗余多物種同功能3種間關(guān)系復(fù)雜互作增強(qiáng)穩(wěn)定4生態(tài)位理論基礎(chǔ)生態(tài)位物種理論生存范圍實(shí)現(xiàn)生態(tài)位實(shí)際占據(jù)生態(tài)空間生態(tài)位分化減少資源競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)排斥完全重疊不共存種間關(guān)系：競(jìng)爭(zhēng)高斯實(shí)驗(yàn)：證明競(jìng)爭(zhēng)排斥原理，相同生態(tài)位物種不能共存種間關(guān)系：捕食Lotka-Volterra模型描述捕食者-被捕食者種群周期波動(dòng)；協(xié)同進(jìn)化導(dǎo)致攻防策略發(fā)展種間關(guān)系：共生互利共生雙方受益例：螞蟻與蚜蟲寄生關(guān)系一方受益一方受害例：寄生蟲與宿主共棲關(guān)系一方受益另方不受影響例：附生植物種間關(guān)系：偏利共生1定義特征一方受益另方無損2生態(tài)意義增加群落復(fù)雜性3常見形式附生、食腐、同位4案例研究鳥巢蘭附生于樹干群落的邊界生態(tài)交錯(cuò)帶兩群落過渡區(qū)域邊緣效應(yīng)邊界特有環(huán)境與物種生態(tài)廊道連接隔離群落通道島嶼生物地理學(xué)島嶼面積(平方公里)物種數(shù)量物種數(shù)與面積關(guān)系：S=cA^z，島嶼平衡理論：移入率與滅絕率平衡群落的分類和排序分類方法離散單元?jiǎng)澐只谖锓N組成排序技術(shù)連續(xù)梯度排列主成分分析等應(yīng)用案例植被制圖生境分類保護(hù)第三部分：種群與群落的相互作用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)多層次相互影響動(dòng)態(tài)平衡微擾動(dòng)持續(xù)調(diào)整反饋機(jī)制正負(fù)反饋共存適應(yīng)進(jìn)化長(zhǎng)期共同演化種群在群落中的角色功能群類似生態(tài)功能物種集合生產(chǎn)者、消費(fèi)者等1生態(tài)系統(tǒng)工程師改變物理環(huán)境物種如海貍建壩2指示物種反映環(huán)境質(zhì)量物種如地衣指示空氣質(zhì)量3旗艦物種吸引保護(hù)關(guān)注物種如大熊貓4群落對(duì)種群的影響資源可用性群落結(jié)構(gòu)決定資源分配種間競(jìng)爭(zhēng)限制種群增長(zhǎng)空間捕食壓力調(diào)控種群數(shù)量上限共生關(guān)系促進(jìn)特定條件下生存種群波動(dòng)對(duì)群落的影響級(jí)聯(lián)效應(yīng)單一變化引發(fā)連鎖反應(yīng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)互動(dòng)上下營(yíng)養(yǎng)級(jí)相互影響系統(tǒng)重組新平衡建立過程多樣性影響優(yōu)勢(shì)度與均勻度變化種群入侵對(duì)群落的影響1引入階段外來種進(jìn)入新環(huán)境2建立階段成功繁殖形成種群3擴(kuò)散階段快速增長(zhǎng)占據(jù)生態(tài)位4影響階段改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)功能群落多樣性對(duì)種群穩(wěn)定性的影響多樣性物種豐富度提高系統(tǒng)冗余功能群生態(tài)角色類型增強(qiáng)抵抗力穩(wěn)定性波動(dòng)抑制程度高多樣性更穩(wěn)定氣候變化對(duì)種群和群落的影響物候變化：提前開花結(jié)果；分布變化：向極地高海拔遷移；功能改變：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低棲息地破碎化的影響種群影響隔離小種群形成群落結(jié)構(gòu)邊緣效應(yīng)增加保護(hù)策略建立生態(tài)廊道第四部分：研究方法與技術(shù)1種群監(jiān)測(cè)數(shù)量變化追蹤技術(shù)2群落分析結(jié)構(gòu)功能評(píng)估方法3多樣性測(cè)量豐富度均勻度計(jì)算4高科技手段分子生態(tài)學(xué)應(yīng)用種群動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)記-重捕法個(gè)體標(biāo)記追蹤適用于動(dòng)物種群遙感技術(shù)衛(wèi)星航拍監(jiān)測(cè)大尺度植被變化DNA分析基因指紋識(shí)別種群遺傳結(jié)構(gòu)無人機(jī)技術(shù)自動(dòng)化巡查高精度數(shù)據(jù)采集群落調(diào)查方法樣線法沿直線記錄物種樣方法固定面積詳細(xì)調(diào)查點(diǎn)格法系統(tǒng)點(diǎn)位置記錄遙感法大尺度植被調(diào)查生物多樣性評(píng)估技術(shù)取樣面積物種數(shù)物種豐富度曲線顯示采樣充分性；多樣性指數(shù)：香農(nóng)-威納指數(shù)（H'）生態(tài)位分析技術(shù)生態(tài)位寬度資源利用范圍測(cè)量Levins指數(shù)計(jì)算生態(tài)位重疊種間資源共享程度Pianka重疊指數(shù)多維分析多因素生態(tài)位空間主成分分析方法種群遺傳學(xué)方法微衛(wèi)星分析高變異區(qū)域檢測(cè)線粒體DNA母系遺傳標(biāo)記單核苷酸多態(tài)性基因組變異分析群體遺傳結(jié)構(gòu)基因流動(dòng)模式識(shí)別群落網(wǎng)絡(luò)分析食物網(wǎng)構(gòu)建捕食關(guān)系圖譜1互作網(wǎng)絡(luò)多種關(guān)系整合2網(wǎng)絡(luò)參數(shù)連接度中心性3可視化技術(shù)復(fù)雜關(guān)系直觀展示4第五部分：應(yīng)用與案例研究1物種保護(hù)瀕危物種管理策略2生態(tài)控制有害生物防治方法3生態(tài)恢復(fù)退化系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)4人類環(huán)境城市與農(nóng)業(yè)生態(tài)管理5氣候適應(yīng)全球變化應(yīng)對(duì)措施瀕危物種保護(hù)1小種群?jiǎn)栴}遺傳多樣性低2棲息地保護(hù)原位保護(hù)優(yōu)先3遷地保護(hù)人工環(huán)境繁育4再引入策略恢復(fù)野外種群生物防治天敵利用引入特定捕食者群落調(diào)控增強(qiáng)生態(tài)抵抗力成功案例水葫蘆天敵控制生態(tài)恢復(fù)1退化恢復(fù)污染地修復(fù)技術(shù)2物種重引入關(guān)鍵物種恢復(fù)3生態(tài)工程地形植被重建4自然恢復(fù)減少干擾自然演替城市生態(tài)學(xué)城市種群特點(diǎn)高密度集中適應(yīng)人為環(huán)境城市群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化多外來種熱島效應(yīng)影響綠地規(guī)劃生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)多功能綠地系統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)管理害蟲控制綜合防治策略生物多樣性間作套種技術(shù)可持續(xù)實(shí)踐有機(jī)農(nóng)業(yè)模式土壤健康微生物群落管理氣候變化適應(yīng)性研究物種分布模型預(yù)測(cè)未來適