扬州大学普通生态学重点

扬州大学普通生态学重点

刘芳 杨益众

1.1生态学与昆虫生态学的基本概念

什么是生态学ecology ？

研究生命系统与其环境之间相互关系的学科。（马世骏，著名生态学家） 环境又包括非生物环境和生物环境。

Levels of biological organization?

Five levels：个体、种群、群落、生态系统、生物圈。

1869年，生态学由德国生物学家 恩斯特·海克尔首次描述“研究生物有机物与其周围环境相互关系的科学。”

几个重要概念：

Species 种 生物个体间相近似而能够交配，产生可育（fertile ）的后代；

population 群，种群 指在一定时间内占据一定空间的同种生物的所有个体。

Community 群落 具有直接或间接关系的多种生物种群的有规律的组合，具有复杂的种间关系。包含一定的空间。

Ecosystem 生态系统 指由生物群落与无机环境构成的统一整体。

个体生态学 autecology = ethology

群体生态学 synecology 生态学的三个主要研究步骤：

1、野外观察与调查。 这是基本方法；

2、室内实验测定。 进一步完善，检验科学理论和假设。 这是重要途径；

3、理论分析。 是前两者的升华，可用于解释现象和结果，指导生产实践。 田间昆虫取样调查的方法：

A. 五点取样： 适用于较小或近方形的田块，样点可稍大；

B. 对角线取样： 分单对角线和双对角线，样点可稍大，取样数较少；

C. 棋盘式取样 将田块划分等距、等面积方块，每隔一个中央取点；

D. 单行线取样 适用于成形的作物田；

E. “Z ”字形取样 样点分布沿田边较多，田中较少。主要针对在田间分布不均的昆虫，如红蜘蛛。 昆虫的观测方法：

1、直接肉眼观察；

2、拍打或抖动法（拍离法）

3、抽吸法

4、网捕法

2.1种群生态学

昆虫种群生态学（population ecology of insect）的概念：研究 种群，环境和时间、空间，性比、出生率、存活率、迁移率、年龄结构、分布、种内竞争、种间竞争、生态对策、种群模型以及种群调节和数量波动原因等。

种群生态学的首个重要的理论贡献者 Thomas Malthus 托马斯·马尔萨斯。他发表了《人口学原理》。

2.1.1 什么是种群？

种群（population ）的概念：是指生活在一定空间内，同属一个物种的个体的集合。 Properties of population?

研究种群的几个property （性质）：

Density 密度 birth rate 出生率 mortality rate 死亡率

Growth rate 增长率 age-structure 年龄结构 Δ则很稳定

Distribution in time and space 时空分布 sex radio 性别比例

种群有哪些特征？

1、数量特征 。（出生率、死亡率、迁入率和迁出率）

2、空间特征。（随机分布、聚集分布、均匀分布）

3、遗传特征。

4、系统特征。

2.1.2昆虫种群的空间格局

种群的空间分布图式（spatial distribution pattern）包括

A. 分布是数理统计上的变量分布：即 poisson 分布 、正二项分布 和 负二项分布。

B. 图式是有机体在空间定位所表现的图式：即随机分布、均匀分布、聚集分布。 Ps: A. 和B. 一一对应。

2.1.3昆虫种群增长模型

用于描述种群的两种数学模型：

A. 世代不重叠的离散型昆虫种群数学模型 差分方程 N t+1 =N t f(N )

B. 世代重叠的昆虫种群数学模型 微分方程 d N /dt = f(N ) N

种群增长的类型概述：

昆虫种群增长型是指在一定空间里，种群随时间序列所表现出的数量变化形式。它的增长有两个基本形式，即J 型和S 型增长。

1.种群的指数增长模型

种群的指数增长又称为“J ”型增长，是昆虫种群中常见的两个模型之一。

2.种群的逻辑斯谛增长模型

在自然界，昆虫种群不可能长期地指数增长。S 型增长。

2.1.4逻辑斯蒂增长模型Logistic population growth 增长曲线为“S ”型。

在自然界中，昆虫种群不可能长期地指数增长。当昆虫种群在一个有限的空间中增长时，随着种群密度的上升，对有限空间资源和其他生活必需条件的种内竞争也增加。 d N /dt = rN ((K - N) / K )

积分式： N t = K / (1+ea-rt )

K 为环境容纳量，即空间被该种群个体所饱和时的密度。

r 为每个个体的种群增长率（瞬时增长率）

“S ”增长曲线的五个时期： 潜伏期（开始期）、加速期、转折期（个体数达到饱和密度的一半，即K/2时，增长最快）、减速期（超过K/2时）、饱和期。

2.1.5种群的r-selection 和 K -selection （ps :在r-selection 和 K-selection 之间还有中间型对策。）

r-selection 的概念：有利于昆虫发展较大的r 值的选择，称为r 对策（r -strategy ）；

K -selection 的概念：有利于昆虫竞争能力增加的选择，称为K 对策（K -strategy ） 对比：

r 选择和K 选择的有关特征的比较

一般，迁飞性昆虫及蚜虫、红蜘蛛为典型的r 类昆虫，十七年蝉为典型的K 类害虫。处于两者之间的为r -K 选择。根据不同的生态对策，对害虫所采取的管理策略不同。一般情况下，对r 类害虫，采用化学防治或生物防治；对r -K 中间类型害虫，采用生物防治和农业防治；对K 类害虫，采用农业防治、抗虫育种、遗传防治和化学防治。

2.2昆虫天敌作用的评价

2.2.1生态学中昆虫的生命表可分为两类：

A. 特定时间生命表（ time specific life table）在年龄组配稳定的前提下，以特定时间为单位间隔（如：年，月，周，天）系统调查记载在时刻x 开始时存活的数量（或存活率）和x 期间的死亡数量。有时也包括各时间间隔内每一雌体的平均产雌量m x 。

注意：只记载在同一时间存在各种年龄个体的组合。适用于世代重叠以及种群数量波动幅度小的昆虫。

B. 特定年龄生命表（age-specific life table）以种群的年龄阶段（如虫态或龄期）作为划分时间的标准，系统观察并记载不同发育阶段或年龄区组中的死亡数量、死亡原因以及成虫阶段的繁殖数量。 注意：只记载某一发育阶段或年龄组的个体数或死亡数。适用于世代分隔清晰的自然种群。

2.2.2Survival curve ?

2.2.3种群趋势指数与Morris-Watt 模型 （1959）

1) 种群趋势

种群趋势指标（population trend index，I ）指昆虫新一代的卵量与上一代卵量的比值。

I = N2 / N1

式中，N 1、N 2分别为上、下代种群的卵量；I ＞1为种群数量上升趋势；I ＜1为种群数量下降趋势。

也可用世代存活率（S G ）表示可以发育、最后羽化为成虫的卵所占的比例。

S G = N2 / N1

种群趋势指标I 还可以通过将各年龄阶段存活率S x 。连乘，并乘以种群最高产卵量而得到：

I = Sx1•••••••S x2•S x3• „ •S xn •（每雌最高产卵量／2）

2) Morris-Watt模型应用于对关键因子的分析。（关键因子是指：对下一代或经历一般时间后种群数量变化起主导作用的因子）

Morris-Watt 回归分析法：

根据种群趋势指数公式 I = SE S L S P S A P FPF

两端取对数：

lg I = lg SE + lg S L + lg S P + lg S A + lg P + lg F + lg P F

ps: 如果生命表提供的资料与下一代无关联，那么可以用最后的逐期存活率S G 代替I

2.2.4种群波动的模式

四种： （1）小规模不规则变动 （3）周期性变动

（2）大规模不规则变动 （4）爆发性变动

2.3.5 density-dependent factor与density-independent factor

A 。密度制约因子（density-dependent factor）的概念：种群的死亡率随密度增加而增加，主要由生物因子引起。相当于选择性因子。如舞毒蛾种群密度受寄生性天敌的作用影响，使种群密度按比例地变化。

B 。非密度制约因子（density-independent factor）的概念：种群的死亡率不随密度变化而变化，主要由气候因子所引起的。相当于灾难性因子。如非生物因素（暴雨、高温、低温），总是杀死一定比例的舞毒蛾的个体，与种群密度无关。

2.2.5. 种群的内禀增长率

种群的内禀增长率（r m ）（innate capamty for increase，intrinsic rate of natural in-crease ）是指在食物、空间和同种其他昆虫的数量处于最优，实验中完全排除了其他物种时，在任一特定的温度、湿度、食物的质量等的组合下所获得的最大增长率。

根据生命表中种群的年龄结构（x ）；各个特定年龄结构下的存活率（l x ）及生育力（m x ）可以估计种群的内禀增长率r m 。

r m =ln（R 0）／T

其中及R 0为净生殖率，R 0=Σ l x mx ；T 为世代平均长度T ：T=∑xl x m x / ∑l x m x 。

3.1 种群和环境

在环境中，对生物（如昆虫）个体或群体的生活或分布有影响作用的因素，称为生态因子（ecological factor）。

生态因子通常可分为非生物因子（abiotic factor）和生物因子（biotic factor）。

非生物因子的概念：又称为环境因子，包括温度、光、湿度、pH 等理化因子和土壤环境；生物因子的概念：则包括同种生物的其他个体和异种生物的个体。前者构成了种内关系（in-traspecific relationship），后者构成了种间关系（interspecific relationship）。

什么叫做生存竞争？

又称生存斗争。每个生物在生活过程中必须跟自然环境作斗争、跟同一物种的生物作斗争、跟不同物种的生物作斗争, 其中以同一物种的生物之间的斗争最为激烈。

即：当种群的扩增超过了自然资源的必备补充时，种群的指数增长会导致昆虫为生活资料而战的竞争增加。

1859年，达尔文曾说“survival of the fittest”适者生存。

Demography （n. ）人口统计学

人口统计学Demography 是：阐述搜集整理反映人口现象的状态、变动过程及其与社会经济发展的数量关系的方法论学科。

fecundity （n. ）繁殖力

人口统计学的数据可以用于计算种群的增长或减少，估算收成的比率，估算灭绝的时间。

种群分布的三种类型：

聚集的 clumped ,cluster,aggregation (丛生，簇) ；大象

均匀的 uniform ；灌木丛

随机的 random ；蒲公英

泊松分布（poisson distribution）在生态学中, 常用被来描述随机分布型（random ）的生物个体的空间分布格局。

C = C1（聚集）

还需检验数据与1之间有没有差异？

假设： H0 ：C = 1

t = 是否推翻？ 否则C=1 （近似值无论多大多少，接近与1都划归于1） n -1

3.2 非生物环境

什么是环境？

环境（environment ）的概念：是指某一特定生物体（如昆虫）或生物群体以外的空间以及直接或间接影响该生物个体或群体生活与发展的各种因素。

在环境中，对生物（如：昆虫）个体或群体的生活或分布有影响作用的因素，称为生态因子（ecological factor）。生态因子又分为非生物因子（abiotic factor）和生物因子（biotic factor ）。

非生物因子（abiotic factor）的概念：包括温度、光、湿度、pH 等理化因子和土壤环境；

生物因子（biotic factor）的概念：同种生物的其他个体和异种生物的个体。前者构成种内关系（intraspecific relationship），后者构成种间关系（interspecific relationship）。生物因子包括了寄主植物、其他昆虫或同种昆虫其他个体，捕食性天敌、寄生性天敌和病原菌等。

什么叫做生存竞争？

生存竞争又称生存斗争。每个生物在生活过程中必须跟自然环境作斗争、跟同一物种的生物作斗争、跟不同物种的生物作斗争, 其中以同一物种的生物之间的斗争最为激烈。

即：当种群的扩增超过了自然资源的必备补充时，种群的指数增长会导致昆虫为生活资料而战的竞争增加。

1859年，达尔文曾说“survival of the fittest”适者生存。

李比希最小因子定律 Liebig's "Law of Minimum" :

植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养成分。

谢尔弗德的耐受性定律 Shelford's "Law of Tolerance":

“每一种生物对每一环境因素都有一个耐受范围，包括有一个生态上的最低点和一个最高点，在这个最低点和最高点（或称耐受性下限和上限）之间的范围形成了生态幅或生态价。”

变温动物（ ） ；恒温动物（ ） 冷血动物（ ） ；温血动物（ ） 注意： Cold-blooded 和 Warm-blooded 这种表述是错误的！

耐寒性（cold-hardiness ）的概念： 有机体暴露于长期或短期低温下的存活能力。 昆虫的耐寒性：昆虫暴露于长期或短期低温下的存活能力。

昆虫的耐寒性受以下因素影响：

1、有机体特定的发育阶段； 4、营养情况；

2、环境的季节变化； 5、暴露于低温的时间长短。

3、遗传因素；

昆虫的过冷却点（supercooling point）的概念：当昆虫的体温被降低到冰点温度时，由于昆虫体内溶质保持其体液的浓度，致使体液在冰点时并不结冰；当温度继续降低到某一点时，昆虫体液开始结冰并散发热量，宏观上表现为昆虫的体温有一个小的反弹。 则反弹前的最低温度被定义为昆虫的过冷却点（supercooling point）。

昆虫的体液结冰点（freezing point）的概念：当昆虫体内的热量散发完毕后，昆虫的体温也回升至最高点，则该点成为昆虫的体液结冰点。

此后昆虫的体温就直线下降了。

注意：休眠（dormancy ）与滞育(diapause)的比较。

滞育（ diapause ）的概念： 遗传安排的，常在不利环境还没到来之前，就接受了外界的刺激。滞育一旦被诱导，即使返回最有利的条件，发育也不会立即恢复。“是昆虫个体发育过程中对不良环境条件适应的一种内在的、比较稳定的遗传表现。”昆虫事先感受到不利环境变化的某种信号（光周期、温度等），通过一系列的生理生化过程，随后诱导了发育停滞；滞育不会因不利环境的解除而立即结束。

蛰伏，又称休眠（dormancy ）的概念： 由于不利环境条件直接导致的发育停止。“是昆虫个体发育过程中对不良环境条件的一种暂时性适应。”如恢复正常条件，发育立即开始。休眠泛指包括滞育在内的昆虫的各种发育终止现象。

静息（quiescence ）：非滞育的休眠。

有效积温法则（Law of Sun of effective Temperature）:

“昆虫在整个生长发育期间所需要的热量为一个常数。”

因此可以根据这个法则分析昆虫发育速度与温度的关系。即： N （T--C ）= K

N 为发育历期，T 为发育期间平均温度，C 为发育起点温度，K 为有效总积温。

有效积温法则的作用：

根据有效积温法，可以：①预测某一个地区某种害虫可能发生的代数；②预测害虫在地理上的分布界限；③预测害虫发生期；④开展益虫的保护和利用。

光周期与滞育的诱导

A. 昆虫的滞育（ diapause ）的发生多数由光周期控制。至于诱导的光周期反应分为四种类型：

1、长日照反应，滞育仅仅出现在短日照下。（冬季滞育型）

2、短日照反应，滞育仅仅出现在长日照下。（夏季滞育型）

3、短日照-长日照反应，冬季滞育型；

4、长日照-短日照反应，夏季滞育型。

B. 滞育诱导的临界光周期（导致50%个体反应的光周期界限）随着纬度的北移或温度的降低而延长。

3.1 昆虫的通讯行为

昆虫的通讯可以有以下途径：

1、视觉信号通讯

2、声音信号通讯

3、化学信号通讯（性激素、追踪信息素、报警信息素、聚集信息素）

4、舞蹈信号通讯

——化学信号通讯

信息素，又称外激素（pheromone ）:昆虫体内所分泌的，并引起同种其他个体行为反应的化学信号物质。

利己素 （allomone ） 定义：又称 益己素 一种生物释放的，能引起他种生物产生对释放者有利反应的信息化学物质。

利他素（kairomone ）定义：一种生物释放的，能引起他种生物产生对接受者有利反应的信息化学物质。

*“自上而下”和“自下而上”是指的是？

上行控制效应（bottom-up effect）:自上而下，指较低营养阶层的密度，生物量等（资源限制）决定较高营养阶层的种群结构。如：植物生产力决定了害虫的种群密度。

下行控制效应（top-dowm effect）:自下而上，只较低营养阶层的群落结构依赖于较高营养阶层的的物种结构。 如：捕食者天敌密度决定了害虫种群的密度。

补充：

如果用“+”表示有利，“—”表示有害，“O ”表示既无利也无害

种群的相互作用类型

4.2 Shannon-Wienner 指数

H' = —∑P i ln P i

P i 为第i 个物种数量占整个群落中物种总数量的比例

Shannon-Wienner 指数常用于表示群落中包含的物种数目和个体在种间的分布特征，即群落的多样性（community diversity）。

Simpson's diversity index 辛普森多样性指数

D = 1— ∑P i 2

P i 为第i 个物种数量占整个群落中物种总数量的比例

几个必须要掌握的概念：

关键种（keystone species）：

优势种（dominant species）：

从属种（subordinate species）：

次要种（accidental species）：

4.3昆虫群落的演替

群落演替（communlty succession）又称生态演替（ecological succession），是指在一定区域内，群落随时间而变化，由一种类型转变为另一种类型的生态过程。

该过程可分为群落刚开始的侵入定居阶段、一定时间内的竞争平衡阶段和最后的顶极平衡阶段。

4.4演替的主要类型: 原生演替和次生演替。

A. 原生演替（primary succession）：

B. 次生演替（Secondary succession）：

Pattern of succession？演替的模式/过程 ?

1）裸地的形成

2）生物定居

3）环境变化

4）物种竞争

5）顶级群落：随着群落演替的进展，最后出现一个相对稳定的群落阶段，称之为顶极群落（climax community）。这种现象主要发生在相对比较稳定的森林、果园昆虫群落中。

群落演替特征？

通常群落演替具有如下的3个特征。

1. 演替的方向性：演替都是由初始的昆虫侵入定居经发展到成熟期或顶极期。

2. 演替的速度：原生（初级）演替的速度非常慢，次生（次级）演替的速度一般比较快。

3. 演替的效应：群落内部的物种，在其自然发展过程中，在生境中产生一些对自己不利，而对其他物种有利的因素，从而在此过程中创造了物种替代的环境条件。

群落的识别？（两个途径）recognition of community

1）通过自然特征识别（环境的类型和栖息地的类型）

2）通过优势种识别（通常是最丰富，数量最多的）

群落的结构？Structure of community

1）非生物特征

2）生物群落的整个外观

3）群落中的物种

4）群落中的物种种间关系

4.5丰富度和多度

丰富度的概念：群落是由多种生物（昆虫）所组成的。群落中的昆虫种类的数目为昆虫的物种丰富度（richness ）。

多度的概念：群落中每个物种的个体数量占总个体数的比例为物种多度

（abundance ）。

4.6 多样性的模式？ Pattern of diversity

1）纬度梯度

2）海拔梯度

3）环境梯度

4）时间梯度

物种的丰度richness (S )的概念： 物种的数量。

物种的均度evenness (J )的概念: 各物种个体数占总数的比例。