《種群數(shù)量的變化》課件

種群數(shù)量的變化課程目標(biāo)1理解種群數(shù)量變化概念2掌握影響種群數(shù)量的因素什么是種群？種群定義同一物種在特定時空內(nèi)共同生活的個體集合種群特征數(shù)量、密度、分布、年齡結(jié)構(gòu)、性別比例種群數(shù)量變化的重要性1生態(tài)系統(tǒng)平衡維持食物網(wǎng)穩(wěn)定2生物多樣性確保物種延續(xù)3資源管理支持可持續(xù)利用種群數(shù)量變化的基本模式指數(shù)增長無限制條件下的快速增長邏輯斯蒂增長環(huán)境容納量限制下的S型增長指數(shù)增長模型定義特征資源無限時的種群增長模式數(shù)學(xué)表達式Nt=N0*e??實例細菌培養(yǎng)初期、入侵物種早期階段邏輯斯蒂增長模型定義特征考慮環(huán)境容納量K的種群增長數(shù)學(xué)表達式dN/dt=rN(K-N)/KS形曲線增長率隨種群密度增加而減小影響種群數(shù)量的因素：概述生物因素種內(nèi)競爭、種間關(guān)系、捕食1非生物因素氣候、棲息地、資源2人為因素棲息地破壞、過度捕獵3生物因素：種內(nèi)競爭食物爭奪個體間對有限食物資源的競爭棲息地爭奪爭奪有限的棲息空間和庇護所配偶爭奪為繁殖機會而進行的競爭生物因素：種間競爭1競爭排除原理兩種生態(tài)位完全重疊的物種無法共存2生態(tài)位分化物種通過資源分配降低競爭3共存機制資源分配、時間錯開、空間分離生物因素：捕食關(guān)系1捕食者-獵物動態(tài)種群數(shù)量周期性波動2Lotka-Volterra模型描述捕食-被捕食關(guān)系的數(shù)學(xué)模型3種群調(diào)控頂級捕食者維持生態(tài)平衡生物因素：寄生關(guān)系寄生蟲影響降低宿主健康和繁殖能力宿主-寄生蟲動態(tài)種群數(shù)量相互依存波動重要案例兔球蟲病、鹿蜱蟲病非生物因素：氣候溫度影響影響代謝率、繁殖周期和存活率降水影響決定植被和水源可用性季節(jié)變化引起種群周期性波動非生物因素：棲息地棲息地質(zhì)量食物、水源、庇護所的充足度棲息地破碎化隔離小種群，增加滅絕風(fēng)險棲息地面積決定環(huán)境容納量上限非生物因素：資源可用性1食物資源直接限制種群增長上限2水資源影響存活率和遷徙行為3礦物質(zhì)資源影響健康和繁殖成功率密度依賴性因素種內(nèi)競爭加劇隨密度增加而增強疾病傳播加速高密度促進病原體擴散繁殖率下降資源有限導(dǎo)致生育率降低密度無關(guān)因素極端天氣暴風(fēng)雨、干旱、洪水自然災(zāi)害火災(zāi)、地震、火山噴發(fā)季節(jié)變化與種群密度無關(guān)的周期性影響種群數(shù)量的周期性波動捕食-被捕食循環(huán)狼-兔子種群周期性變化1資源限制食物短缺導(dǎo)致種群下降2重建階段資源恢復(fù)后種群回升3r-策略和K-策略r-策略特征高繁殖率、短壽命、早熟、小體型r-策略案例嚙齒類、昆蟲、雜草K-策略特征低繁殖率、長壽命、晚熟、大體型K-策略案例大象、鯨類、大猩猩遷移對種群數(shù)量的影響遷入增加種群數(shù)量和遺傳多樣性遷出減少種群數(shù)量和競爭壓力季節(jié)性遷徙適應(yīng)資源季節(jié)性變化人為因素對種群數(shù)量的影響1棲息地破壞導(dǎo)致種群數(shù)量急劇下降2過度捕撈/捕獵超出種群自然恢復(fù)能力3污染降低繁殖率和存活率4人工引種入侵種破壞生態(tài)平衡氣候變化對種群數(shù)量的影響全球變暖影響改變物種分布范圍和遷徙時間極端天氣事件增加死亡率和繁殖失敗生態(tài)系統(tǒng)變化食物網(wǎng)和棲息地適宜性改變種群數(shù)量預(yù)測的方法標(biāo)記重捕法捕獲、標(biāo)記、釋放、再捕獲樣方法統(tǒng)計小區(qū)域內(nèi)個體數(shù)量直接計數(shù)法適用于大型或易識別物種種群數(shù)量變化的案例研究：大熊貓1歷史低谷20世紀80年代僅存1000多只2保護措施棲息地保護、繁育計劃、禁獵3現(xiàn)狀恢復(fù)野外種群超過1800只種群數(shù)量變化的案例研究：長江江豚數(shù)量下降原因水污染、航運干擾、過度捕撈瀕?，F(xiàn)狀野外種群不足1000頭保護策略建立保護區(qū)、限制航運、減少污染外來入侵種對本地種群的影響生態(tài)系統(tǒng)失衡改變食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)本地種群減少競爭、捕食或引入疾病防控措施檢疫、早期監(jiān)測、物理清除種群爆發(fā)現(xiàn)象定義特征種群數(shù)量突然急劇增加觸發(fā)因素天敵減少、氣候適宜、資源豐富典型案例蝗蟲災(zāi)害、鼠害、赤潮種群崩潰現(xiàn)象1定義特征種群數(shù)量急劇下降至臨界水平2原因分析過度捕撈、棲息地喪失、疾病3案例大西洋鱈魚、客乘鴿種群數(shù)量與進化遺傳多樣性影響大種群維持高遺傳變異1小種群效應(yīng)遺傳漂變導(dǎo)致多樣性喪失2適應(yīng)性進化種群對環(huán)境變化的適應(yīng)3瀕危物種的種群數(shù)量管理最小可存活種群維持長期生存的種群規(guī)模人工繁育提高繁殖率和存活率棲息地保護保護和恢復(fù)關(guān)鍵棲息地基因庫建設(shè)保存遺傳資源種群數(shù)量與疾病傳播傳染病動力學(xué)高密度加速疾病傳播SIR模型易感-感染-康復(fù)模型種群免疫閾值群體免疫需要的比例種群數(shù)量與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)授粉服務(wù)昆蟲種群數(shù)量影響植物繁殖生物防治天敵控制害蟲種群分解服務(wù)微生物和無脊椎動物分解有機物種群數(shù)量監(jiān)測技術(shù)1傳統(tǒng)方法樣線調(diào)查、樣方法、標(biāo)記重捕2現(xiàn)代技術(shù)衛(wèi)星遙感、無人機、紅外相機3分子技術(shù)環(huán)境DNA、基因條形碼4公民科學(xué)公眾參與野生動物觀察記錄種群數(shù)量與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)害蟲種群控制綜合害蟲管理技術(shù)作物產(chǎn)量預(yù)測害蟲數(shù)量與損失率關(guān)系生物防治利用天敵控制害蟲種群種群數(shù)量與漁業(yè)資源管理魚類種群數(shù)量捕撈量可持續(xù)漁業(yè)管理需平衡捕撈量與種群恢復(fù)能力，避免資源枯竭。種群數(shù)量與野生動物管理狩獵管理配額制度、季節(jié)限制棲息地恢復(fù)提高環(huán)境容納量廊道建設(shè)連接破碎棲息地疾病控制預(yù)防種群大規(guī)模死亡種群數(shù)量與城市生態(tài)1城市化影響棲息地喪失和破碎化2適應(yīng)物種鴿子、麻雀、老鼠種群增加3敏感物種對人類干擾敏感的物種減少4城市生物多樣性保護綠色空間規(guī)劃、屋頂花園種群數(shù)量與生態(tài)恢復(fù)關(guān)鍵種重要性對生態(tài)系統(tǒng)功能的不成比例影響生態(tài)系統(tǒng)重建恢復(fù)關(guān)鍵物種種群平衡考量捕食者-獵物關(guān)系的恢復(fù)種群數(shù)量與生態(tài)毒理學(xué)污染物影響降低繁殖率和存活率生物積累污染物在食物鏈中富集生物指示種敏感物種反映環(huán)境質(zhì)量種群數(shù)量與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性物種多樣性作用增強生態(tài)系統(tǒng)抵抗力1關(guān)鍵種影響維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2基石種作用創(chuàng)造棲息地，影響多個物種3種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型：Leslie矩陣年齡階段存活率生育率幼年0.60亞成年0.82成年0.75Leslie矩陣預(yù)測不同年齡階段的種群增長，包含存活率和生育率數(shù)據(jù)。種群數(shù)量與基因流動遺傳多樣性維持種群間基因交流種群連通性廊道確保個體遷移遺傳適應(yīng)性增強應(yīng)對環(huán)境變化能力種群數(shù)量與島嶼生物地理學(xué)島嶼面積與物種數(shù)量呈正相關(guān)，大島能維持更多種群和更高多樣性。種群數(shù)量與氣候變化適應(yīng)1分布范圍變化向高緯度或高海拔遷移2物候變化繁殖時間提前，遷徙模式改變3適應(yīng)性進化對極端溫度的生理適應(yīng)4滅絕風(fēng)險適應(yīng)能力不足的物種面臨威脅種群數(shù)量與生態(tài)位理論基礎(chǔ)生態(tài)位物種理論上能夠占據(jù)的生態(tài)空間實現(xiàn)生態(tài)位競爭和其他限制下實際占據(jù)的空間生態(tài)位與種群生態(tài)位寬度影響種群大小和穩(wěn)定性種群數(shù)量與生態(tài)系統(tǒng)功能1頂級捕食者數(shù)量少，控制食物網(wǎng)2中級消費者數(shù)量適中，連接上下營養(yǎng)級3初級消費者草食動物數(shù)量較多4生產(chǎn)者植物數(shù)量最多，支撐整個食物網(wǎng)種群數(shù)量與生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力恢復(fù)力定義生態(tài)系統(tǒng)從干擾中恢復(fù)的能力物種多樣性更多物種增強系統(tǒng)穩(wěn)定性功能冗余多個物種執(zhí)行相似生態(tài)功能臨界轉(zhuǎn)換點系統(tǒng)狀態(tài)突變的閾值種群數(shù)量與保護遺傳學(xué)遺傳多樣性重要性提高適應(yīng)能力和抵抗疾病能力就地保護在自然棲息地保護物種遷地保護動物園、植物園等人工環(huán)境種群數(shù)量與生態(tài)系統(tǒng)工程海貍工程筑壩改變水文，創(chuàng)造濕地棲息地珊瑚礁建造提供棲息地，支持高生物多樣性蚯蚓土壤改良增加土壤通氣性和肥力種群數(shù)量與全球變化1人類活動綜合影響棲息地破壞、污染、過度開發(fā)2未來預(yù)測1/3物種面臨滅絕風(fēng)險3保護挑戰(zhàn)全球協(xié)作、可持續(xù)發(fā)展、棲息地保護種群數(shù)量研究的新技術(shù)現(xiàn)代技術(shù)包括環(huán)境DNA采樣、衛(wèi)星追蹤、人工智能識別和聲學(xué)監(jiān)測等。種群數(shù)量與保護優(yōu)先級36生物多樣性熱點地區(qū)需優(yōu)先保護的全球關(guān)鍵區(qū)域1000+瀕危物種IUCN紅色名錄中的物種數(shù)量17%保護目標(biāo)愛知目標(biāo)陸地保護區(qū)比例種群數(shù)量與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟價值，為保護決策提供依據(jù)。種群數(shù)量與可持續(xù)發(fā)展生態(tài)足跡概念衡量人類對自然資源的需求1人口與資源平衡尋求可持續(xù)利用模式2生態(tài)系統(tǒng)承載力不破壞生態(tài)系統(tǒng)的最大開發(fā)量3可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)聯(lián)合國SDGs涉及生物多樣性保護4種群數(shù)量研究的倫理問題實驗設(shè)計考慮盡量減少對野生種群的干擾瀕危物種研究挑戰(zhàn)平衡研究需求和物種保護傳統(tǒng)知識尊重原住民對本地物種的了解研究結(jié)果共享確保數(shù)據(jù)用于保護決策種群數(shù)量與公民科學(xué)鳥類監(jiān)測公眾參與鳥類數(shù)量調(diào)查記錄蝴蝶監(jiān)測志愿者記錄蝴蝶種類和數(shù)量移動應(yīng)用智能手機記錄上傳野生動物數(shù)據(jù)種群數(shù)量研究的未來方向跨學(xué)科整合生態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)、氣候?qū)W結(jié)合大數(shù)據(jù)分析整合多源數(shù)據(jù)揭示模式高分辨率監(jiān)測實時追蹤個體和種群動態(tài)預(yù)測模型優(yōu)化提高對未來變化的預(yù)測能力總結(jié)：種群數(shù)量變化的關(guān)鍵概念增長模型指數(shù)增長、邏輯斯蒂增長1影響因素生物因素、非生物因素、人為因素2種群動態(tài)波動、崩潰、爆發(fā)、恢復(fù)3研究方法監(jiān)測技術(shù)、