昆虫生态学教(学）案第三章昆虫种群

新疆农业大学昆虫生态学课程教案第三章昆虫种群一、教学目的及要求掌握昆虫空间分布型的计算方法和判别标准，掌握昆虫种群数量动态的计算方法。二、讲授的内容提要种群生态学就是以种群为研究单位，研究种群的数量波动及其范围，种群的发生与环境的关系以及种群消长原因的一门生态科学。种群生态学的研究内容可以归纳为两大类：一类是研究种群数量随时间变化的规律；另一类是研究种群的空间分布规律。种群的数量、空间和时间特征是种群存在的外部基本形式，也是种群变动的三个表现形式。种群生态学是生态学研究的核心内容：阐明和预测昆虫在发生过程中数量变动的规律性（实践意义）；开辟了生态学研究的新的领域（理论意义）；对进化论研究也具有重大意义。Ø一、种群的基本概念与主要特征（一）种群的基本概念种群population是种以下的一个单位，就是在一定时间和一定空间内同种生物个体的集合群。自然种群和实验种群；单种种群和混合种群（寄主与寄生物）。四点含义：1)种群是由许多个体所组成的，但不是个体的简单相加或机械组合；2)同一种群中各个体彼此间的联系较不同种群的另一些个体更为密切；3)在自然条件下，种群是物种存在的基本单位，又是生物群落的基本组成；物种species：自然界中凡是在形态结构、生活方式及遗传上极为相似的一群个体，它们在生殖上与其他种类的生物有严格的生殖隔离。4)种群占有一定的空间，而且随着时间的变化，种群也发生不断的变化。（二）种群的基本特性/特征1.具有可与个体相类比的一般生物学性状（个体相应特征的统计量）\n个体：出生/死亡，寿命，性别，年龄，基因型，繁殖，滞育……种群：出生/死亡率，平均寿命，性比，年龄组配，基因频率，繁殖率，滞育百分率……2.个体所不具备的特征1)数量特征：密度、数量动态；2)空间特征：种群的扩散和聚集，地理种群和食物种群；3)遗传特征；4)自身调节功能Ø二、昆虫种群的结构种群的结构，是指种群内某些生物学、生态学、乃至生理学特性无不相同的各个体群在总体中所占的比例状况或在总体中所表现出的频率分布状况。1.性比（sexratio）性比：雌性个体或雄性个体在种群中所占的比例。食物短缺，雌性比率下降，下代种群显著减少――赤眼蜂；迁飞性昆虫，雌性强于雄性，离虫源地越远，雌性比越大――紫菀叶蝉；多次交配――红铃虫、粘虫；孤雌生殖――不考虑雌雄比。2.年龄组配（age-distribution）种群内各年龄组（成虫各期、幼虫各期等）的相对比率或百分率。对于连续增长并世代重叠的种群而言，其年龄组配状况是反映种群发育阶段，并预示着种群发展趋势的一个重要指标。增长型：高比例的幼年个体，出生率大于死亡率；稳定型：大致均匀分布的年龄结构，出生率与死亡率大致相等；衰减型：高比例的老年个体，死亡率大于出生率。3.多态现象（多型现象polymorphism）\n由于周期性或非周期性环境因素的作用，使种群中的个体在形态以及行为（生态习性）、生理上表现出差异，称为多型现象。Ø三、种群的空间动态（一）基本概念由于种群栖息地内生物的和非生物的环境间相互作用的关系，造成种群在一定空间内个体扩散分布的一定形式，这种形式称为种群的空间分布型（spatialpattern）。意义：1）确定或改进有效的抽样设计方案；2）对研究资料提出适当的数据统计方法；3）了解昆虫的猖獗、扩散行为和种群管理。用相对静止的观点考察种群的空间分布型：离散分布的理论拟合；聚集强度的测定（分布型指数法）和格局纹理。种群的空间分布图式（spatialdistributionpattern），时指种群的个体在其生存空间的分布形式。它包括2个概念：分布是数理统计学上变量的分布，可分为poisson分布，正二项分布和负二项分布三种类型；图式是指有机体在空间定位所表现出来的图式，可分为随机分布、均匀分布和聚集分布三种类型。（二）种群空间分布型的类型一般可分为随机分布和聚集分布两大类。1、随机分布个体独立、随机地分配到可利用的单位中去，每个个体占空间任何一点的概率是相等的，并且任何一个个体的存在绝不影响其他个体的分布，即相互是独立的。--poisson分布2、聚集分布1）核心分布型2）负二项分布型（嵌纹分布）3、均匀分布（三）种群空间分布型的分析方法\n1、离散频次分布方法A对实测的各样方的个体数和总样方数计算各分布型的理论概率和理论频次B用ⅹ2检验理论频次和实测频次间的吻合程度调查和分析棉铃虫在田间的分布型（以株为单位），将调查资料整理为频次分布统计表：每样方的卵数（x）实查频次（f）fxx2fx201756000119319311932336641323113399944161665521025506163636∑200032491374第一步：计算各分布型的理论频次poisson分布理论频次的计算--随机分布概率通式（3.1）表示每个样方中具有r个个体的概率（r=0，1，2，......）因此，具有r个个体的Poisson理论频次分布值（3.2）r--各样方内昆虫数；m--种群平均数，以为估计值；N--总调查次数；e--自然对数的底。\n第一项计算出来后，可利用注意：N要足够大；不小于5，可将理论频次小于5的各项合并，合并后的要求大于5。核心（奈曼）分布理论频次的计算--聚集分布型之核心分布计算通式（k>0，r0.05时，即表示二者相符合，可以判断为属于该种分布型。每样方虫数（k）实查频次（f）理论频次卡方（）检验poisson核心嵌纹poisson核心嵌纹017561700.881771.621762.421.790.140.021193275.54155.88177.3124.738.841.3923323.5854.4342.5231.908.442.1331118.0712.170.000.11445.580.355261200020002000200058.4217.424.00df=1，=3.84，=6.63自由度n-2=1n-3=1n-3=2df=2，=5.99，=9.21概率P<0.01P<0.01P>0.05适合程度极不适合极不适合适合上述结果证明，在卵量平均为每株0.162粒的密度下，棉铃虫在田间呈嵌纹分布型。2、种群聚集强度分析用种群聚集强度指数（或称分布型指数）来分析判断昆虫种群的空间分布型的方法是在20世纪50年代后期发展起来的。它既可用来判断种群的空间分布类型，也可对种群中个体群的行为、种群扩散型的时间序列变化提供一定的信息。\n（1）方差S2与平均密度来测定扩散系数（C）扩散系数是检验种群是否属于随机型的一个系数。（3.7）或式中，--样本的虫数；--平均数；S2--方差；N--抽样数。若C=1，则认为种群的分布属随机分布；C<1，均匀分布；C>1，聚集分布。Taylor幂函数法则a，b为参数，b的生物学意义是种群聚集度对密度依赖性的一个测度。=0，b=1，S2=，为随机分布；>0，b=1，S2/=a>1，为聚集分布，且与密度无关；>0，b>1，S2/=ab-1则为聚集分布，且与密度有关；<0，b<1，均匀分布。（2）以平均拥挤度为指标同一个样方中，平均每个个体拥有多少个其他个体称为平均拥挤度，意为平均每个个体与多少个其他个体在同一个样方中。Lloyd（1967）提出的一个种群参数。\n（3.8）式中，xi--第i个个体的邻居数；xj--第j个个体的种群个体数；N--总虫数；Q--样方总数。，随机分布；，均匀分布；，聚集分布。Iwao的方法（3.9）为分布基本成分的平均拥挤度：=0，基本成分是个体；>0，基本成分是个体群；<0，基本成分是个体，相互排斥。为基本成分的空间分布型：=1，随机分布；>1，聚集分布；<1，均匀分布。扩散指数（）Morisita（1959）提出用抽样概率的方法来分析种群内个体的聚集程度。他定义为两个个体落入同一样方的概率与随机分布的比值为指标。\n（3.10）当=1时为随机分布；当>1时为聚集分布；当<1时为均匀分布。（3）负二项分布参数K和种群聚集均数（）（3.11）<0，均匀分布；>0，聚集分布；∞（一般为8以上），随机分布（逼近poisson分布）。K值有时会受到抽样单位的大小的影响，因此，最好用相同样方来作比较。Cassie（1962）年提出用CA来表示，比较方便。CA=1/K（3.9）CA=0，随机分布；CA>0，聚集分布；CA<0，均匀分布。因昆虫的聚集可由本身的行为或环境条件引起，Bliackth（1961）进一步提出了用聚集均数（）来判断聚集是由什么原因引起的。（3.12）（）为聚集均数，r是具有自由度等于2k时的x2分布函数，即分布表中自由度等于2k与0.5概率值时对应的x値（计算（）值应用0.5概率水平）。由于2k自由度常是有小数的，因此，精确的x値可用图或比例内插法估计値来计算。判断标准：（）<2，聚集是由环境条件引起的；（）≥2，聚集是由昆虫行为或环境条件引起。\nØ四、种群的数量动态种群随着时间－空间两个方向上的数量变动，称为种群动态（populationdynamics）。种群动态可以概况为数量、时间和空间三维结构。昆虫种群的数量动态决定于两个方面：1)种群内在的因素（生理、生态特征和适应性）2)内在因素与栖息地各外在因素间特殊的联系方式。（一）昆虫种群的数量动态类型1.种群在地理上（栖息地区）的数量分布动态种群在一定空间上的数量分布是以种群种的特性及其与栖息地内生物群落的组成和物理化学环境间的矛盾为转移的。适生区常年维持高水平状态――其它地区低水平状态2.种群密度的季节性消长类型昆虫的种群密度是随着自然界季节的演替而有起伏波动，这种波动在一定的空间内常有相对的稳定性，形成了种群季节性消长类型。种群季节性消长原因是由种的主要特性及其栖息地生态系内气候、食物及天敌的季节性变动间的互相联系形成的。以种群对气候的适应性为内因，栖息地气候条件为主导诱发因子的：凡气候适宜的季节亦为种群的发生季节――小地老虎；以种对气温因素的适应或其食性为内因，外界气候或食料条件为主导诱发因子：发生与生育关系密切――水稻三化螟；以外界天敌的季节性消长为主导诱发因子：――银纹夜蛾。（二）表征种群数量动态的常用数学模型\n数学模型并不是系统的真实写照，而是对实体（真实系统）的抽象或简化。详细的说，就是将生物学现象和概念翻译成一套数学关系，用数学的符号和方程式来表示这些现象和概念（抽象化的过程），并将由此得到的数学系统进行运算和操作，以便作出未来的预测。我们把这样的数学系统称为数学模型。对每一个数学模型，我们的注意力应该放在该模型的直观生物学背景、建立模型的生物学假设、各个量的生物学含义、模型应用的前提和适用的范围等方面。切忌只注意数学的技巧和细节，而忽视对生物学基础的研究。1.单种种群数量动态的数学模型三、重点、难点1.湿度的生态作用及昆虫的适应；2.光的生态作用及昆虫的适应；3.土壤因子的作用特点；4.生物因子与非生物因子对昆虫作用的特点；5.食物的生态作用及昆虫的适应。四、教学过程及方法黑板板书。五、作业布置及参考资料思考：理解各因子对昆虫的作用及昆虫的适应。六、教学后记（课堂效果评价）您好，欢迎您阅读我的文章，本WORD文档可编辑修改，也可以直接打印。阅读过后，希望您提出保贵的意见或建议。阅读和学习是一种非常好的习惯，坚持下去，让我们共同进步。