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1、2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-1,參考文獻(xiàn)思考題,第三章 種群及其基本特征,§1 種群的基本概念§2 種群特征§3 種群的分布與多度§4 種群動(dòng)態(tài)§5 種群增長(zhǎng)模型§6 種群調(diào)節(jié),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-2,§1 種群的基本概念,種群定義種群生物學(xué)與種群生態(tài)
2、學(xué)單體生物和構(gòu)件生物研究種群生態(tài)學(xué)的意義,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-3,種群的定義,種群(population): 在一定空間中,同種個(gè)體的組合。為了強(qiáng)調(diào)不同的面,有的生態(tài)學(xué)家還在種群定義中加進(jìn)其他一些內(nèi)容,如能相互進(jìn)行雜交、具有一定結(jié)構(gòu)、一定遺傳特性等內(nèi)容。種群不是個(gè)體的簡(jiǎn)單疊加,是通過(guò)種內(nèi)關(guān)系組成的一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一體或系統(tǒng)。種群是一個(gè)自我調(diào)節(jié)系統(tǒng),通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié),使其能在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)維
3、持自身穩(wěn)定性。作為系統(tǒng)還具有群體的信息傳遞、行為適應(yīng)與數(shù)量反饋控制的功能。種群不僅是自然界物種存在、物種進(jìn)化、物種關(guān)系的基本單位,也是生物群落、生態(tài)系統(tǒng)的基本組成成份,同時(shí),還是生物資源保護(hù)、利用和有害生物綜合管理的具體對(duì)象。一個(gè)物種,由于地理隔離,有時(shí)不只有一個(gè)種群。種群既可以作為抽象概念,也可作為具體存在的客體在實(shí)際研究中加以應(yīng)用。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-4,種群生物學(xué)與種群生態(tài)學(xué)
4、,種群生物學(xué)(population biology): 研究種群的結(jié)構(gòu)、形成、發(fā)展和運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程規(guī)律的科學(xué)。最主要組成部分是種群遺傳學(xué)和種群生態(tài)學(xué)。種群遺傳學(xué)( population genetics ): 研究種群的遺傳過(guò)程。種群生態(tài)學(xué)( population ecology ): 研究種群內(nèi)各成員之間、它們與其他種群成員之間、以及它們與周圍環(huán)境中的生物和非生物因素之間的相互關(guān)系。種群動(dòng)態(tài)是種群生態(tài)學(xué)研究的核心。,2024
5、/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-5,單體生物和構(gòu)件生物,單體生物(unitary organism):每一個(gè)個(gè)體都是由一個(gè)受精卵直接發(fā)育而來(lái),個(gè)體的形態(tài)和發(fā)育都可以預(yù)測(cè),哺乳類、鳥(niǎo)類、兩棲類和昆蟲(chóng)等,構(gòu)件生物(modular organism):其受精卵首先發(fā)育成一結(jié)構(gòu)單位(或稱構(gòu)件module),然后發(fā)育成更多的構(gòu)件,形成分支結(jié)構(gòu),如高等植物,動(dòng)物有珊瑚、苔蘚動(dòng)物門(mén),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)
6、· 《生態(tài)學(xué)》,3-6,研究種群生態(tài)學(xué)的意義,理論意義開(kāi)辟生態(tài)學(xué)研究的新領(lǐng)域。實(shí)踐意義了解生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位;了解數(shù)量的時(shí)空動(dòng)態(tài);實(shí)施物種保護(hù)。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-7,§2 種群特征,種群的主要特征種群的群體特征種群動(dòng)態(tài)是種群生態(tài)學(xué)研究的核心,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-8,種群主要特征,數(shù)量特征種群參數(shù)
7、變化是種群動(dòng)態(tài)的重要體現(xiàn)。空間特征組成種群的個(gè)體在其生活空間中的位置狀態(tài)或布局,稱為種群的內(nèi)分布型(internal distribution pattern)。遺傳特征種群具有一定的遺傳組成,是一個(gè)基因庫(kù)。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-9,種群的群體特征,種群數(shù)量:密度(density) (原始密度(crude density) 、生態(tài)密度(ecological density) )種
8、群初級(jí)參數(shù): ①出生率(natality)(生理出生率(physiological natality) –最大出生率(maximum natality)、生態(tài)出生率(ecological natality) –實(shí)際出生率(realized natality)) ②死亡率(mortality) (生理死亡率(physiological mortality ) –最小死亡率(minimum mortality)、生態(tài)死亡
9、率(ecological mortality) –實(shí)際出生率(realized)) ③遷入和遷出率次級(jí)種群參數(shù):性比(sex ratio) 、年齡分布(age structure) 、種群增長(zhǎng)率(population growth rate)、分布型(pattern of distribution),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-10,種群參數(shù)的一些基本概念,原始密度(crude den
10、sity) :?jiǎn)挝豢臻g內(nèi)個(gè)體的數(shù)量。生態(tài)密度(ecological density):生物實(shí)際占有空間內(nèi)的個(gè)體數(shù)量。生理出生率(physiological natality):種群在理想條件下所能達(dá)到的最大出生數(shù)量,又稱最大出生率(maximum natality)。生態(tài)出生率(ecological natality):一定時(shí)期內(nèi),種群在特定條件下實(shí)際繁殖的個(gè)體數(shù)量,它受生殖季節(jié)、一年生殖次數(shù)、一次產(chǎn)仔數(shù)量、妊娠期長(zhǎng)短和孵化期長(zhǎng)短
11、、以及環(huán)境條件、營(yíng)養(yǎng)狀況和種群密度等因素影響,又稱實(shí)際出生率(realized natality)。生理死亡率(physiological mortality ):最適條件下,所有個(gè)體都因衰老而死,這種死亡率稱生理死亡率,又稱最小死亡率(minimum mortality)生態(tài)死亡率(ecological mortality):一定條件下,種群實(shí)際的死亡率,又稱實(shí)際出生率(realized)。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)&
12、#183; 《生態(tài)學(xué)》,3-11,種群動(dòng)態(tài)是種群生態(tài)學(xué)的核心問(wèn)題,種群動(dòng)態(tài)是種群數(shù)量在時(shí)間和空間上的變動(dòng)規(guī)律,涉及:有多少(種群數(shù)量或密度)?哪里多,哪里少(種群分布)?怎樣變動(dòng)(數(shù)量變動(dòng)和擴(kuò)散遷移)?為什么這樣變動(dòng)(種群調(diào)節(jié))?,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-12,§3 種群的分布與多度,種群分布界限種群分布格局生物體大小與種群密度關(guān)系稀有與滅絕種群多度的估計(jì),202
13、4/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-13,種群分布界限,自然環(huán)境限制物種的地理分布?xì)夂驕囟冉邓}度天然屏障,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-14,氣候?qū)θN袋鼠和一種虎甲分布的影響,A: Macrpus giganteus; B: M. fuliginosus; C:M. rufus; D: Cicindela longilabris,A,c,D,B,2024/3/
14、19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-15,標(biāo)準(zhǔn)樣地示意圖,種群的分布格局,個(gè)體可能呈隨機(jī)、均勻和聚集分布等格局;在大尺度上,種群的個(gè)體則是聚積分布的。均勻分布:S2/m=0(S2樣方個(gè)體數(shù)的方差,m為樣方個(gè)體的平均數(shù) )—原因:種群內(nèi)個(gè)體間的競(jìng)爭(zhēng)。隨機(jī)分布:S2/m=1--原因:資源分布均勻,種群內(nèi)個(gè)體間沒(méi)有彼此吸引或排斥。聚集分布:S2/m>1--原因:資源分布不均勻;種子植物以母株為擴(kuò)散中心;動(dòng)物的社會(huì)
15、行為使其結(jié)群。,a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,樣方號(hào),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-16,樣方中個(gè)體平均數(shù)與方差的計(jì)算方法,m=∑fx/NS2= [∑fx 2+(∑ fx)2/N]/(N-1)x為樣方中的個(gè)體數(shù),f為出現(xiàn)的頻率,N為樣方總數(shù),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-17,小尺度上的種群的分布格局示意圖
16、--1,,A 隨機(jī)分布 B 均勻分布 C 聚集分布,A,B,C,S2/m=1,S2/m=0,S2/m>1,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-18,小尺度上的種群分布格局--2,灌叢隨形態(tài)的增大分布格局的變化A 聚集分布 B 隨機(jī)分布C 均勻分布,,A,B,C,B,A,C,,木餾灌叢根的分布格局,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-19,大尺度上的種群分
17、布格局,美洲鴉(Corvus brachyrynchos)(左)和魚(yú)鴉(C. ossifragus)(右)種群的冬季分布,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-20,種群密度隨著有機(jī)體的大小的增加而降低。,生物體大小與種群密度關(guān)系,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-21,體形與種群密度的關(guān)系--1,草食動(dòng)物的種群平均密度隨體型增加而降低,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)
18、· 《生態(tài)學(xué)》,3-22,體形與種群密度的關(guān)系--2,植物種群的平均密度隨體形的增加而減小,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-23,物種多度與豐富度多度(abundance):一定范圍內(nèi)的個(gè)體數(shù)量(種群密度)。豐富度(richness):一定范圍內(nèi)的物種多寡。種群密度的估計(jì)方法:絕對(duì)密度(absolute density)估計(jì):單位面積或空間上的個(gè)體數(shù)量。相對(duì)密度(relative
19、 density)估計(jì):表示個(gè)體數(shù)量多少的相對(duì)指標(biāo)。,種群多度的估計(jì),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-24,絕對(duì)密度,絕對(duì)密度(absolute density)估計(jì):總數(shù)量調(diào)查(total count) :計(jì)數(shù)某地段全部生活的個(gè)體數(shù)量。取樣調(diào)查(sampling methods) :計(jì)數(shù)種群的一小部分用以估計(jì)種群整體。樣方法(use of quadrats):在若干樣方中計(jì)數(shù)全部個(gè)體,然后將其平
20、均數(shù)推廣,來(lái)估計(jì)種群整體。去除取樣法(removal sampling) :以單位時(shí)間的捕獲數(shù)(Y)對(duì)捕獲累積數(shù)(X)作圖,得到一條回歸直線,直線在X軸上的截距為估計(jì)的種群數(shù)量。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-25,●,去除取樣法估計(jì)種群數(shù)量,,,單位時(shí)間捕獲量(只/周),捕獲累積數(shù)(只),●,●,●,●,,●,●,●,●,●,●,●,●,,●,●,2024/3/19,南京信息工
21、程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-26,標(biāo)志重捕法(mark-recapture methods) :在調(diào)查地段中,捕獲一部分個(gè)體進(jìn)行標(biāo)志,然后放回,經(jīng)一定期限后進(jìn)行重捕。根據(jù)重捕中標(biāo)志的比例,估計(jì)個(gè)體的總數(shù)。,N:M=n:mN=M×n/mM-標(biāo)志數(shù)N-樣地上個(gè)體總數(shù)n-重捕個(gè)體數(shù)m-重捕中標(biāo)記數(shù),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-27,相對(duì)密度(relative density
22、)估計(jì):表示個(gè)體數(shù)量多少的相對(duì)指標(biāo)。捕獲率、遇見(jiàn)率、糞堆數(shù)、鳴叫聲、毛皮收購(gòu)、單位捕撈魚(yú)量、動(dòng)物痕跡(活動(dòng)留下的土丘、洞穴、巢、蛹等),,相對(duì)密度,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-28,§4 種群動(dòng)態(tài),種群結(jié)構(gòu)存活格局種群變化率種群擴(kuò)散自然種群的數(shù)量變動(dòng),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-29,種群結(jié)構(gòu),年齡結(jié)構(gòu)性別結(jié)構(gòu),2024/3/19,南
23、京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-30,年齡結(jié)構(gòu),種群各年齡組的個(gè)體數(shù)或百分比的分布呈金字塔形,因此,稱這樣的年齡分布稱為年齡金字塔或年齡錐體(age pyramid)。年齡錐體有三種類型:下降(declining)、穩(wěn)定(stable)和增長(zhǎng)(increasing)型。種群的年齡分布(age distribution)體現(xiàn)種群存活、繁殖的歷史,以及未來(lái)潛在的增長(zhǎng)趨勢(shì),因此,研究種群的歷史,便可預(yù)測(cè)種群的未來(lái)。,2024
24、/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-31,年齡錐體的三種基本類型,,a下降型種群: 幼年組個(gè)體數(shù)少,老年組個(gè)體數(shù)多,種群的死亡率大于出生率,種群種群數(shù)量趨向減少。b穩(wěn)定型種群: 種群出生率大約與死亡率相當(dāng),種群穩(wěn)。c增長(zhǎng)型種群: 幼年組個(gè)體數(shù)多,老年組個(gè)體數(shù)少,種群的死亡率小于出生率,種群迅速增長(zhǎng)。,,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-32,木棉樹(shù)(Populus delto
25、ides subsp.)種群的年齡分布,種群年齡分布--1,,,(自M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-33,種群年齡分布--2,仙人掌雀(Geospiza conirostris)1983年的年齡分布,(自M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-34,白橡樹(shù)(Quercus alba)種群的年齡
26、分布,種群年齡分布--3,(自M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-35,仙人掌雀(Geospiza conirostris)1987的年齡分布,種群年齡分布--4,(自M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-36,肯尼來(lái)、美國(guó)和澳大利亞的人口年齡結(jié)構(gòu),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)·
27、; 《生態(tài)學(xué)》,3-37,性別結(jié)構(gòu),性比(sex ratio): 同一年齡組的雌雄數(shù)量之比,即年齡錐體兩側(cè)的數(shù)量比例。第一性比: 種群中雄性個(gè)體和雌性個(gè)體數(shù)目的比例;第二性比: 個(gè)體性成熟時(shí)的性比;第三性比: 充分成熟的個(gè)體性比。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-38,存活格局,存活格局可以通過(guò)三條途徑估計(jì):①年齡分布②同生群生命表③靜態(tài)生命表存活曲線: 描述了種群的存活格局。,,
28、生命表,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-39,生命表,同生群生命表(cohort life table)(動(dòng)態(tài)生命表(dynamic life table);特定年齡生命表(age-specific life table);水平生命表( horizontal life table ):根據(jù)大約同一時(shí)間出生的一組個(gè)體(同生群)從出生到死亡的記錄編制的生命表稱同生群生命表。靜態(tài)生命表(static li
29、fe table)((特定時(shí)間生命表(time-specific life table);垂直生命表(vertical life table)):根據(jù)某一特定時(shí)間對(duì)種群作一年齡結(jié)構(gòu)調(diào)查數(shù)據(jù)而編制的生命表稱表態(tài)生命表。綜合生命表(complex life table):包括了出生率的生命表稱綜合生命表。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-40,生命表的結(jié)構(gòu)—簡(jiǎn)單生命表,2024/3/19,南京信息工程大
30、學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-41,由生命表的lx估計(jì)e值的原理,,,,,,,,,,,,,,,,,lx,x,L0,L1,L2,L3,l0,l1,l2,l3,l4,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-42,3. 生命表(life table)的編制,x為按年齡的分段;,dx為從x期到x+1期的死亡數(shù)目;,nx為x期開(kāi)始時(shí)的存活數(shù)目;,lx為x期開(kāi)始時(shí)的存活率;,qx為從x期到x+1期的死亡率;,ex為開(kāi)
31、始時(shí)的平均生命期望或平均余年,從x到x+1期的平均存活數(shù),Lx=(nx+nx+1)/2,,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-43,生命表的結(jié)構(gòu)—綜合生命表,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-44,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-45,各類生命表的優(yōu)缺點(diǎn)及生命表的意義,同生群生命表個(gè)體經(jīng)歷了同樣的環(huán)境條件,而靜態(tài)生命表中個(gè)體出生于不同的
32、年份,經(jīng)歷了不同的環(huán)境條件,因此,編制靜態(tài)生命表等于假定種群所經(jīng)歷的環(huán)境沒(méi)有變化,事實(shí)上情況并非如此。同生群生命表研究的對(duì)象必須是同一時(shí)間出生的個(gè)體,但歷時(shí)太長(zhǎng)工作量太大,難以獲得生命表數(shù)據(jù)。靜態(tài)生命表雖有缺陷,在運(yùn)用得法的情況下,還是有價(jià)值的。通過(guò)生命表的研究可以了解種群的動(dòng)態(tài)。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-46,Ⅰ型存活曲線(type Ⅰ survivorship): 幼體和中年個(gè)體的存活
33、率相對(duì)高,老年個(gè)體的死亡率高。Ⅱ型存活曲線(type Ⅱ survivorship): 各年齡段的死亡率恒定,曲線呈對(duì)角線型。Ⅲ型存活曲線(type Ⅲ survivorship): 一段極高的幼體死亡率時(shí)期之后,存活率相對(duì)高。,,,,,,年齡,存活數(shù)的對(duì)數(shù),存活曲線,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-47,野大白羊的生命表和存活曲線,,(自M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19
34、,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-48,種群變化率,生命表與繁殖力表相結(jié)合,可用于估計(jì)種群的凈繁殖率(R0)、幾何增長(zhǎng)率(周限增長(zhǎng)率)(λ)、世代時(shí)間(T)和每員增長(zhǎng)率(r)。凈繁殖率(net reproductive rate)(R0):種群每個(gè)體平均產(chǎn)生的后代數(shù)量。 R0= ∑lxmx世代時(shí)間(generation time)(T):從上一代到下一代,如卵到卵,種子到種子所需的平均時(shí)間。T= ∑x lxmx /R
35、0,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-49,種群變化率,世代不重疊的種群變化率世代重疊的種群變化率內(nèi)稟增長(zhǎng)能力,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-50,世代不重疊的種群變化率,種群變化率:△N/△t = λNtNt+1 = λNtλ = Nt+1 /Nt周限增長(zhǎng)率 (finite rate of increase) (λ):時(shí)間軸上兩點(diǎn)間種群數(shù)量的比率,又稱幾
36、何增長(zhǎng)率(geometric rate of increase)。 λ = R0,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-51,世代不重疊種群變化率估計(jì)方法,,(自M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-52,世代重疊的種群變化率,種群變化率: △N/△t = rNtdN/dt = rNtNt = N0ertr =ln ( Nt/N0
37、)/t瞬時(shí)增長(zhǎng)率(instantaneous rate of increase;per-capita rate of increase)(r): 任一短的時(shí)間內(nèi),出生率與死亡率之差便是瞬時(shí)增長(zhǎng)率。r= ln R0/T通過(guò)種群動(dòng)態(tài)估計(jì)評(píng)估污染物的影響,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-53,世代重疊的種群變化率估計(jì)方法,通過(guò)綜合生命表,估計(jì):T、和r,(自M.C.Molles,Jr,1999),20
38、24/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-54,內(nèi)稟增長(zhǎng)能力,內(nèi)稟增長(zhǎng)能力定義:在種群不受限制的條件下,即能夠排除不利的天氣條件,提供理想的食物條件,排除捕食者和疾病,我們能夠觀察到種群的最大增長(zhǎng)能力(rm )。 mm是最大的瞬時(shí)增長(zhǎng)率,即內(nèi)稟增長(zhǎng)率(intrinsic or innate rate of increase)或內(nèi)稟增長(zhǎng)能力( innate capacity of increase ) 。內(nèi)稟增長(zhǎng)能
39、力測(cè)定方法:通過(guò)生命表估算。內(nèi)稟增長(zhǎng)能力的意義:可以敏感地反應(yīng)出環(huán)境的細(xì)微變化,是特定種群對(duì)于環(huán)境質(zhì)量反應(yīng)的一個(gè)優(yōu)良指標(biāo);是自然現(xiàn)象的抽象,它能作為一個(gè)模型,可以與自然界觀察到的實(shí)際增長(zhǎng)率進(jìn)行比較。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-55,種群擴(kuò)散,種群擴(kuò)散(dispersal)擴(kuò)散是種群動(dòng)態(tài)的一個(gè)重要方面,通過(guò)作用擴(kuò)散可以使種群的個(gè)體遷出和遷入,從而增加或降低當(dāng)?shù)胤N群的密度。種群的擴(kuò)散可通過(guò):
40、風(fēng)、水、動(dòng)物等途徑。種群擴(kuò)散的原因多種,如集群和擴(kuò)散性;氣候變化分布區(qū)擴(kuò)大;食物資源變化;河流和洋流的作用;人為因素等。種群擴(kuò)散的意義:減少種群壓力,擴(kuò)大分布區(qū),形成新種。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-56,非洲蜂(Apis melifera)的種群擴(kuò)散,,(自M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-57,領(lǐng)鴿(Strepto
41、pelia decaocto)的種群擴(kuò)散過(guò)程,(自M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-58,北美的楓樹(shù)(Acer spp.)(左)和芹葉鉤吻(Tsuga canadensis)(右)的種群擴(kuò)散,,(自M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-59,生物入侵,生物入侵 指生物通過(guò)擴(kuò)散造成異地經(jīng)濟(jì)損失、
42、嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境安全的現(xiàn)象,入侵生物種包括細(xì)菌、害蟲(chóng)、藻類等,傳播途徑千變?nèi)f化,常令人防不勝防。1845年,愛(ài)爾蘭從南美引進(jìn)的馬鈴薯帶有晚疫病,導(dǎo)致境內(nèi)馬鈴薯全部枯死,餓死150萬(wàn)人,成為人類史上“生物入侵”造成的最大悲劇。19世紀(jì)中期,從俄國(guó)侵入北美的白松銹病,幾乎毀滅了美國(guó)全部的白松;20世紀(jì)七十年代,為平息境外傳入的“豬霍亂”,荷蘭銷毀了全國(guó)三分之二的存欄生豬。近10年多來(lái),生物入侵的勢(shì)頭并沒(méi)有減弱。1986年英國(guó)爆發(fā)“瘋牛病”
43、事件,歐盟各國(guó)為防止該病入境至少耗去30億歐元。美國(guó)康奈爾大學(xué)公布的數(shù)據(jù)表明,美國(guó)目前每年要為“生物入侵”損失1370億美元。 我國(guó)也曾吃過(guò)“生物入侵”的苦頭。上個(gè)世紀(jì)90年代末,為保護(hù)黃山的松樹(shù)免遭境外傳入的松材線蟲(chóng)侵害,國(guó)家一次性就投入6190萬(wàn)元建立防護(hù)體系。 如今,隨著交通日益發(fā)達(dá),高山、海洋等阻隔屏障的作用正逐漸弱化。物種的全球大旅行,增強(qiáng)著全球生物跨國(guó)大入侵的趨勢(shì)。被列入國(guó)際自然保護(hù)聯(lián)盟有害生物黑名單的馬鈴薯甲蟲(chóng),正從歐
44、洲持續(xù)以每年100公里的速度向東推進(jìn)。我國(guó)2001年出入境總?cè)藬?shù)已達(dá)2億,入世又使我國(guó)進(jìn)入一個(gè)國(guó)際貿(mào)易和旅游發(fā)展的新時(shí)期,“生物入侵”問(wèn)題無(wú)疑將日趨重要。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-60,自然種群的數(shù)量變動(dòng),不規(guī)則波動(dòng)周期性波動(dòng)季節(jié)波動(dòng)種群暴發(fā)生態(tài)入侵種群的衰落和滅亡,,,,種群不穩(wěn)定,種群穩(wěn)定/不穩(wěn)定,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-61,種群增長(zhǎng)
45、J型、S型、中間過(guò)渡類型并存,2. 季節(jié)消長(zhǎng),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-62,3. 不規(guī)則波動(dòng),4. 周期性波動(dòng),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-63,生態(tài)入侵,生態(tài)入侵(ecological invasion)由于人類有意識(shí)或無(wú)意識(shí)地將某種生物帶入適宜于其棲息和繁衍的地區(qū),種群不斷擴(kuò)大,分布區(qū)逐步穩(wěn)定地?cái)U(kuò)展,這個(gè)過(guò)程稱生態(tài)入侵。生態(tài)入侵的后果:排擠當(dāng)?shù)氐?/p>
46、物種,改變?cè)械纳锏乩矸植己妥匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 ,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了很大的影響。入侵種經(jīng)常形成廣泛的生物污染 ,危及土著群落的生物多樣性并影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-64,§4 種群增長(zhǎng)模型,非密度制約種群增長(zhǎng)模型密度制約種群增長(zhǎng)模型,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-65,非密度制約種群增長(zhǎng)模型,在資源充分(無(wú)限的環(huán)境(unlim
47、ited environment))的情況下,種群的增長(zhǎng)不受密度制約,種群以幾何和指數(shù)增長(zhǎng)。增長(zhǎng)率不變的離散增長(zhǎng)模型增長(zhǎng)率不變的連續(xù)增長(zhǎng)模型瞬時(shí)增長(zhǎng)率/內(nèi)稟增長(zhǎng)能力和周限增長(zhǎng)率λ的關(guān)系Nt=N0 λtNt=N0ertλ = err = ln λ,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-66,增長(zhǎng)率不變的離散增長(zhǎng)模型,在世代不重疊的種群,種群的增長(zhǎng)可以用幾何增長(zhǎng)的模型描述。模型前提條件:增長(zhǎng)率不
48、變; 無(wú)限環(huán)境;世代不相重疊;種群沒(méi)有遷入和遷出;沒(méi)有年齡結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型: Nt=N0λt (λ=Nt/Nt-1 →Nt =Nt-1λ)行為:幾何級(jí)數(shù)式增長(zhǎng)或指數(shù)增長(zhǎng),種群的增長(zhǎng)曲線為“J”型,又稱“J”型增長(zhǎng)。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-67,增長(zhǎng)率不變的連續(xù)增長(zhǎng)模型,在世代重疊的種群(連續(xù)種群),種群的增長(zhǎng)可以用指數(shù)增長(zhǎng)的模型描述。模型前提條件:增長(zhǎng)率不變化;無(wú)限環(huán)
49、境;世代重疊;種群沒(méi)有遷入和遷出;具有年齡結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型: dN/dt=rN(微分式)[dN/dt=B-D+I(xiàn)-E=Nb-Nd=(b-d)N=rN,B、D、I、E、b、d 分別代表出生個(gè)體數(shù)、死亡個(gè) 體數(shù)、遷入個(gè)體數(shù)、遷出個(gè)體數(shù)、出生率、死亡率,b-d=增長(zhǎng)率]Nt=N0ert(積分式)行為:幾何級(jí)數(shù)式增長(zhǎng)或指數(shù)增長(zhǎng),種群的增長(zhǎng)曲線為“J”型,又稱“J”型增長(zhǎng)。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)
50、183; 《生態(tài)學(xué)》,3-68,種群幾何增長(zhǎng)模型,Nt = N0λt,時(shí)間t處的種群個(gè)體數(shù),初始時(shí)的種群個(gè)體數(shù)量,幾何增長(zhǎng)率(周限增長(zhǎng)率),間隔或世代的長(zhǎng)度,Nt+1 = Ntλ,時(shí)間t+1處的種群個(gè)體數(shù),N1 = N0 λ1; N2= N0λ 2N3 = N0 λ3,,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-69,幾何增長(zhǎng)模型及草夾竹桃(Phlox drummomdii)假設(shè)的增長(zhǎng)曲線,(自
51、M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-70,dN/dt=rN,Nt=N0ert,種群變化率,瞬時(shí)增長(zhǎng)率(每員增長(zhǎng)率),種群個(gè)體數(shù)量,瞬時(shí)增長(zhǎng)率(每員增長(zhǎng)率),時(shí)間t處的種群個(gè)體數(shù),間隔或世代的長(zhǎng)度,初始時(shí)的種群個(gè)體數(shù)量,種群的指數(shù)增長(zhǎng)模型,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-71,內(nèi)稟增長(zhǎng)能力,內(nèi)稟增長(zhǎng)能力定義:在種群不受限制的條件下
52、,即能夠排除不利的天氣條件,提供理想的食物條件,排除捕食者和疾病,我們能夠觀察到種群的最大增長(zhǎng)能力(rm )。 mm是最大的瞬時(shí)增長(zhǎng)率,即內(nèi)稟增長(zhǎng)率(intrinsic or innate rate of increase)或內(nèi)稟增長(zhǎng)能力( innate capacity of increase ) 。內(nèi)稟增長(zhǎng)能力測(cè)定方法:通過(guò)生命表估算。內(nèi)稟增長(zhǎng)能力的意義:可以敏感地反應(yīng)出環(huán)境的細(xì)微變化,是特定種群對(duì)于環(huán)境質(zhì)量反應(yīng)的一個(gè)優(yōu)良指標(biāo)
53、;是自然現(xiàn)象的抽象,它能作為一個(gè)模型,可以與自然界觀察到的實(shí)際增長(zhǎng)率進(jìn)行比較。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-72,蘇格蘭松和領(lǐng)鴿種群的指數(shù)增長(zhǎng)曲線,(自M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-73,密度制約種群增長(zhǎng)模型,增長(zhǎng)率隨種群大小而變化的離散增長(zhǎng)模型增長(zhǎng)率隨種群大小而變化的連續(xù)增長(zhǎng)模型,2024/3/19,南京信息工程大
54、學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-74,密度制約的不連續(xù)增長(zhǎng)模型,,,,,B=0.02→λ=1.0-0.02(Nt-100),,,1.0,2.0,,,,0,50,100,150,N 種群密度,λ種群增長(zhǎng)率,Nt+1 = Nt λ = Nt[ 1-B(Nt- Neq )],●,平衡點(diǎn)Neq=100,,,λeq=1.0,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-75,增長(zhǎng)率隨種群大小而變化的離散增長(zhǎng)模型,不連續(xù)
55、增長(zhǎng)模型模型前提條件:增長(zhǎng)率變化:有限環(huán)境;世代重疊;密度與增長(zhǎng)率關(guān)系是線性的。 λ=1―B(Nt―Neq)數(shù)學(xué)模型:Nt+1=Ntλ=[1―B(Nt―Neq)] Nt 行為:種群表現(xiàn)為很不相同的動(dòng)態(tài)類型,從穩(wěn)定點(diǎn)、穩(wěn)定環(huán)直到雜亂的不規(guī)則波動(dòng)。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-76,增長(zhǎng)率隨種群大小而變化的連續(xù)增長(zhǎng)模型,種群的邏輯斯諦增長(zhǎng)(連續(xù)增長(zhǎng)模型):隨著資源的消耗,種群增長(zhǎng)率變慢,并趨
56、向停止,因此,自然種群常呈邏輯斯諦增長(zhǎng)。體現(xiàn)在增長(zhǎng)曲線上為“S”型。種群停止增長(zhǎng)處的種群大小通常稱“環(huán)境容納量”或K,即環(huán)境能維持的特定種群的個(gè)體數(shù)量。種群增長(zhǎng)可以用邏輯斯諦模型描述。模型前提條件:增長(zhǎng)率變化:有限環(huán)境,有一個(gè)環(huán)境條件所允許的最大種群值,即環(huán)境容納量K;世代重疊;密度與增長(zhǎng)率關(guān)系是隨種群的密度增加,種群的增長(zhǎng)率所受的影響逐漸地、按比例地增加。r'= r(1-N/K)。數(shù)學(xué)模型: dN/dt=r ‘N= r N
57、 (1-N/K) (微分式) Nt=K/(1+ea-rt ) (積分式)模型行為:該曲線在N=K/2處有一個(gè)拐點(diǎn),在拐點(diǎn)上, dN/dt最大,在拐點(diǎn)前, dN/dt 隨種群增加而上升,在拐點(diǎn)后,dN/dt隨種群增加而下降,因此,曲線可劃分為:①開(kāi)始期(潛伏期)(N→0),②加速期(N→K/2) ,③轉(zhuǎn)折期(N=K/2) ,④減速期(N→K) ,⑤飽和期(N=K),2024/3/19
58、,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-77,邏輯斯締方程的意義,它是兩個(gè)相互作用種群增長(zhǎng)模型的基礎(chǔ);它是漁業(yè)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等實(shí)踐領(lǐng)域中確定最大持續(xù)產(chǎn)量的主要模型;模型中的兩個(gè)參數(shù)K和r已成為生物進(jìn)化對(duì)策理論中的重要概念。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-78,,,,,K,邏輯斯諦增長(zhǎng),指數(shù)增長(zhǎng),,,,,,,,,,,指數(shù)增長(zhǎng)與邏輯斯諦增長(zhǎng)之間的關(guān)系,1- N /K,t,Nt,2024/3/
59、19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-79,邏輯斯諦增長(zhǎng)模型,dN/dt=Nr(1-N/K),種群個(gè)體數(shù)量,瞬時(shí)增長(zhǎng)率(每員增長(zhǎng)率),種群變化率,環(huán)境容納量,當(dāng)比率增加時(shí),種群增長(zhǎng)變慢,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-80,邏輯斯諦增長(zhǎng)率變化曲線,dN/dt,,,,,,,dN/dt=Nr(1-N/K),N,k/2,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-8
60、1,邏輯斯諦增長(zhǎng)方程積分式,間隔或世代的長(zhǎng)度,時(shí)間t處的種群個(gè)體數(shù),瞬時(shí)增長(zhǎng)率(每員增長(zhǎng)率),環(huán)境容納量,Nt=K/(1+ea-rt),曲線對(duì)原點(diǎn)的相對(duì)位置,值取決于N0,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-82,邏輯斯諦增長(zhǎng)曲線的五個(gè)時(shí)期,A 開(kāi)始期B 加速期C 轉(zhuǎn)折期D 減速期E 飽和期,,,,,K,,,,,,,D,E,B,A,C,t,Nt,K/2,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)
61、3; 《生態(tài)學(xué)》,3-83,非洲水牛(Syncerus caffer)的“S”型增長(zhǎng)曲線,(自M.C.Molles,Jr,1999),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-84,§3 種群調(diào)節(jié),種群數(shù)量受天氣的強(qiáng)烈影響--氣候?qū)W派捕食、寄生、競(jìng)爭(zhēng)、食物等生物因素對(duì)種群起調(diào)節(jié)作用--生物學(xué)派種內(nèi)成員的異質(zhì)性--自動(dòng)調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)社群的等級(jí)和領(lǐng)域性--行為調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)激素分泌的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制--內(nèi)分泌
62、調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)遺傳多態(tài)--遺傳調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)種群調(diào)節(jié)的新理論,,,外源性調(diào)節(jié),內(nèi)源性調(diào)節(jié),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-85,氣候?qū)W派,種群參數(shù)受天氣條件強(qiáng)烈影響;種群的數(shù)量大發(fā)生與天氣條件的變化明顯相關(guān);強(qiáng)調(diào)種群數(shù)量的變動(dòng),否認(rèn)穩(wěn)定性。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-86,生物學(xué)派,種間因素平衡學(xué)說(shuō)(Nicholson A J):種群是一個(gè)自我管理系統(tǒng),為了維持
63、平衡,當(dāng)動(dòng)物種群的密度很高時(shí),調(diào)節(jié)因素的作用必須更強(qiáng),當(dāng)密度低時(shí),調(diào)節(jié)因素的作用就減弱。Smith的種群調(diào)節(jié)觀點(diǎn):種群的特征是既有穩(wěn)定性,也有連續(xù)變化。密度雖不斷變化,卻是圍繞著一個(gè)“特征密度”而變化。非密度制約因素不可能決定種群的平衡密度,只有密度制約因素才能決定種群的平衡密度。食物因素Lack的種群調(diào)節(jié)觀點(diǎn):影響鳥(niǎo)類密度制約性死亡的動(dòng)因有三個(gè):食物短缺、捕食和疾病,食物是決定性的。對(duì)于大多數(shù)脊椎動(dòng)物種群而言,食物短缺是最重要的
64、限制因子。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-87,自動(dòng)調(diào)節(jié)學(xué)派,自動(dòng)調(diào)節(jié)學(xué)派的三個(gè)共同特點(diǎn):自動(dòng)調(diào)節(jié)學(xué)派強(qiáng)調(diào)種群調(diào)節(jié)的內(nèi)源性因素。種群密度自身影響本種群的出生率、死亡率、生長(zhǎng)、性成熟、遷入和遷出等種群各種特征和參數(shù)。種群的自動(dòng)調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)是建立在種群內(nèi)部的負(fù)反饋理論的基礎(chǔ)上。種群的自動(dòng)調(diào)節(jié)是各物種所具有的適應(yīng)性特征,它對(duì)于種內(nèi)成員整體來(lái)說(shuō),能帶來(lái)進(jìn)化上的利益。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)&
65、#183; 《生態(tài)學(xué)》,3-88,行為調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō),溫·愛(ài)德華(Wyune-Edwards)學(xué)說(shuō)社群等級(jí)和領(lǐng)域性等社群行為可能是傳遞有關(guān)種群數(shù)量的信息,尤其是關(guān)于資源與種群數(shù)量關(guān)系的信息。通過(guò)這種社群行為限制在生境中的動(dòng)物數(shù)量,使食物供應(yīng)和繁殖場(chǎng)所在種群內(nèi)得到合理分配,把剩余的個(gè)體從適宜生境排擠出去,使種群的密度不至于上升太高。種內(nèi)劃分社群等級(jí)和領(lǐng)域,限制了種群不利因素的過(guò)度增長(zhǎng),并且這種“反饋?zhàn)饔谩彪S種群密度本身的升降而改
66、變其調(diào)節(jié)作用的強(qiáng)弱。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-89,內(nèi)分泌調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō),克里斯琴(Christian)學(xué)說(shuō)社群壓力→下丘腦 →腦下垂體前葉 生長(zhǎng)激素減少 →生長(zhǎng)代謝障礙→低血糖、休克/抗體減少→ 對(duì)疾病及外界刺激抵抗力降低 →死亡率增加 促腎上腺皮質(zhì)激素增加→皮質(zhì)激素增多→抗體減少→ 對(duì)疾病及外界刺激抵抗力降低 →死亡率增加 促腎上腺皮質(zhì)激素增加→ 生殖器官和血細(xì)胞障礙→出生率下降促性激
67、素減少 →性激素減少/ 生殖細(xì)胞成熟減少 →出生率下降,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-90,遺傳調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō),奇蒂(Chitty)學(xué)說(shuō)基因型A:適于高密度的種群,繁殖力低,高進(jìn)攻性,有外遷傾向?;蛐虰:適于低密度的種群,繁殖力高,較低的進(jìn)攻性,有留居傾向。種群數(shù)量增加→選擇有利于基因型A→相互進(jìn)攻,生殖減少,死亡增加,部分遷出→種群數(shù)量降低→選擇有利于基因型B→相互容忍,繁殖力高,留居→種群數(shù)量
68、增加。,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-91,種群調(diào)節(jié)的新理論,種群調(diào)節(jié)與種群限制密度制約與生活周期多衡點(diǎn),2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-92,第三章 種群及其基本特征 參考文獻(xiàn),周立志, 宋榆鈞. 長(zhǎng)春花背蟾蜍春夏季種群生態(tài)初步研究.動(dòng)物學(xué)雜志, 1997,32(6):26-31.周立志, 宋榆鈞. 三種鷺雛鳥(niǎo)生命表的研究. 淮北煤師院學(xué)報(bào), 1999
69、,(4):50-54. 高中信等編著. 動(dòng)物生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)方法. 哈爾濱:東北林業(yè)大淡出版社,65-215.唐為. 警惕外來(lái)生物入侵. 環(huán)境與生活,2000,(8):16-17.徐承遠(yuǎn),張文駒,盧寶榮,陳家寬 .生物入侵機(jī)制研究進(jìn)展. 生物多樣性,2000,(4)杜占文. 生物入侵. 國(guó)外科技動(dòng)態(tài),2001,(1) 向言詞,彭少麟,周厚誠(chéng),方煒.生物入侵及其影響. 生態(tài)科學(xué),2001
70、,(4)外來(lái)物種入侵. 大自然探索.2000,(7) 錢(qián)翌. 生態(tài)入侵的危害及防范對(duì)策. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,(4)Soares,A.M.V.M.,D.J.Baird,PCalow. Interclonal variation in the performance of Daphnia magna Straus in chronic bioassays.Environmental Toxicology and Chemis
71、try,1992, 11:1477-1483.,2024/3/19,南京信息工程大學(xué)· 《生態(tài)學(xué)》,3-93,第三章 思考題--名詞解釋題1,1. 種群(population) √2. 單體生物與構(gòu)件生物(unitary organism and modular organism) 3. 最大出生率與實(shí)際出生率(maximum natality and realized nataity
72、) √ 4. 生態(tài)壽命 (ecological longevity) 5. 年齡錐體(年齡金字塔)(age pyramid) √ 6. 動(dòng)態(tài)生命表(特定年齡生命表;同生群生命表;水平生命表)(dynamic life table ; age-specific life table; cohort life table; horizontal life table) √ 7.
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