集合种群的研究进展

集合种群的研究进展姓名：谭冰学号：2014032026系别：生物技术1401集合种群的研究进展摘要：集合种群(metapopulation)也称为异质种群。Levins(1969)首次提出这一概念，将其定义为一组种群构成的种群”(apopulationofpopulations)。通常用局域种群(localpopulation)来表示传统“意义上由一群个体组成的种群，用集合种群表示一组局域种群构成的种群。集合种群是当今国际数学生态学、理论生态学和保护生物学的一个主要研究前沿,其研究为濒危物种及种群的研究提供了新颖的理论依据,也为全球范围内的环境恶化和生境破坏对物种造成的伤害做出预测和度量,并与空间技术(3S,包括GIS、GPS和RS)相结合,为景观生态学提供深层次的生态与模型机理。Abstact:Collectionpopulations(metapopulation)alsoknownasaheterogeneouspopulation.Levins(1969)forthefirsttimeputforwardthisconcept,itisdefinedasasetofpopulationsofspecies(apopulationofpopulations).Usuallyuselocalpopulations(localpopulation)torepresentthetraditionalsenseconsistsofagroupofindividualspecies,withcollectionsaidagroupoflocalpopulationsofspeciespopulation.Setpopulationisintoday'sinternationalmathematicalecology,theoreticalecologyandconservationbiologyofamajorresearchfront,itsresearchforendangeredspeciesandpopulationofthestudyprovidesthetheoreticalbasisofthenovelforglobalenvironmentaldegradation,andhabitatdestructionofspeciesonthepredictionofthedamagecausedandthemeasures,andspacetechnology,3s,includingGIS,GPSandRS),thecombinationofdeepecologyandlandscapeecologyprovidesmechanismmodel.关键词：集合种群;生态；生物多样性引言：种群是指一定空间和时间的同种生物个体的总和，它具有种群密度、年龄组成、性别比例、出生率和死亡率等统计学特征。此外，有的种群还具有社群结构等特征，如灵长类的首领制和等级制等。而每个种群的大小或数量总是不断地变化着，这就是种群动态。了解种群的特征，掌握种群的动态规律，是我们科学管理、合理开发利用生物资源，控制有害动物的基础。越来越多的人们认识到种群和群落的空间结构是构成生态学理论至关重要的组成成分。种群及群落空间动态的经验性研究也是极富于挑战性的。这种栖息地的丧失和破碎化过程必然影响越来越多物种的种群动态。因此，空间生态学的应运而生是毫不奇怪的。空间生态学有三种不同的研究途径。首先是集合种群研究。集合种群生物学对研究对象的主要提炼是将空间看成由生境岛屿构成的网络。其次是理论生态学家采用的大量数学模型研究。这类研究大多考虑连续空间内有局部相互作用和有限运动的生物个体。它们假定空间不仅是连续的而且还是均一的，但困难在于无法证明种群动态过程是导致复杂动态和空间模式出现的唯一原因。更具挑战性的任务———将这些模型应用于自然种群———现在仅刚刚开始。最后是景观生态学。景观生态学家从与理论生态学家相反方向来研究种群和群落的空间生态学。他们强调环境的复杂物理结构，对复杂景观中个体（及物质）的运动进行描述、分析和建模，并探求不同空间尺度上异质物理环境所产生的种群、群落与生态系统水平上的生态后果。正文：物种多样性物种是生物进化链索上的基本环节,由占有一定空间的、具有实际或潜在繁殖力的种群（或居群）所组成,而且与该种群的其它群体在生殖上隔离物种多样性是生物多样性在物种水平上的表现形式,它包括以下几种含义：（1）特定地理区域的物种多样性,是在一定区域范围内研究物种多样性；（2）特定群落及生态系统单元的物种多样性,是从生态学角度对群落的结构水平进行研究,强调物种多样性的生态学意义；（3）一定进化时段或进化支系的物种多样性，从生物演化角度看,物种多样性随时间推移呈现特殊的变化规律不仅生物物种本身以及物种的集合（分类单元）有起源、发展、退缩和消亡的过程,就是物种多样性整体也有自己特定的演化规律。我国是世界上物种多样性最丰富的国家之一,有533科、3184属，27000余种高等植物,脊椎动物347种,分别占世界总数的10%和14%。Allee效应：Allee效应是种群动态研究的一个重要方面。当种群大小过小时,会引起种群群体功能的紊乱、寻找配偶困难以及遗传变异的丧失,从而使种群灭绝。在集合种群中,每一局域种群本身就是小种群,并且在空斑块中建群时,其先锋迁移个体数量很少,建群效应强烈,在遗传、个体、群体以及集合种群水平都会出现一系列的瓶颈问题。集合种群Allee效应产生的原因主要有二:一是建群困难,二是扩散损失.当集合种群过小时,迁移个体数量也将很小,这些个体在迁移过程中会有死亡风险,使得到达空斑块的数量降低,在斑块内就会发生传统意义上的Allee效应。因此可以说,集合种群的Allee效应,是众多局域种群上Allee效应在区域尺度上的综合表现。援救效应：援救效应是指迁移个体如果到达一斑块,而此斑块中已有局域种群,那么迁入的个体会起到降低该局域种群灭绝风险的作用,即对局域种群有援救作用。集合种群越大,迁移个体也就越多,从而援救效应也就越强。在实际中,由于援救效应,常常会使空斑块比例降低,从而也使我们容易低估集合种群持续生存的可行斑块数量。竞争共存机制：竞争共存是生态学的一个重要概念,对它的研究也是集合种群研究的重点之一.竞争能力较弱的集合种群,要想在整个区域上实现稳定共存,必须在侵占能力上强于竞争能力强的物种.将这一结果扩展到多物种集合种群,可以得到:一个物种在竞争能力上的排序必须和它在空斑块侵占能力的排序正好相反才能使它在群落中与其它物种共存,即使其所处的环境是均质的.可见多物种集合种群要实现稳定的竞争共存,就必须在竞争能力和侵占能力之间达成妥协。灭绝债务：灭绝债务反映了由目前生境破坏造成未来的生态损失。例如,当生境已有90%被破坏后,多破坏1%的生境将比在已破坏20%生境中多破坏1%灭绝的物种数多8倍。因此表明,在已经破碎化的生境中,继续破坏会威胁更多的物种。达尔文指出,如果在一块土地上仅播种一个草种,同时在另一块相像的土地上播种若干不同属的草种,那么,在后一块土地上能够生长更多的草种,收获更大重量的干草,亦既有更高植物物种丰富度的群落,会有更高的初级生产力。20世纪70年代以来,态学家一直认为,更高的物种多样性和营养关系复杂性会增加种群与系统的稳定性。例如,Macarthur认为,随着食物网中链环数的增加稳定性提高。Elton指出,如果生态系统变的比较简单,那么它们的稳定性就会差;Odun指出,较大的多样性意味着较长的食物链、更多的共生和对负反馈控制的更大可能性,这就减少了波动并因此提高了稳定性；Glowka等的研究结果表明,物种多样性和生态系统稳定性有正相关关系；Tilman等在美国147个试验点的研究结果表明,生物多样性对生态系统生产力和稳定性有积极影响。然而，自从Garther和Asbby及May向稳定性随物种多样性增加而提高的普遍看法提出挑战以来，一些科学家的想法逐渐开始转变。例如,Gilpin争辩说，他们的研究结果不支持自然历史学家们多样性产生稳定性的普遍看法;Woodward认为,较高的物种多样性并不总是意味着较稳定的生态系统功能；根据他在实验区的实验结果认为没有证据可以证明较大的多样性有较高的稳定性；Beeby认为高度多样化的群落似乎更脆弱。生物多样性与连通性在严格数学推理的基础上,构造了一个可用于所有多边形最大半径距离（从中心运动到最远点的距离）的通用数学表达式,并由此推导出了景观连通性模型。按照该连通性模型的构造过程,美国景观生态学家Forman有关研究成果可表述为：景观连通性与生物多样性有正相关关系。1997年在欧洲召开的两次会议上,一个日本学者和一个欧洲学者也报告了相同的结论。然而,景观连通性与生物多样性关系的研究刚刚起步,它们是否确实正相关有待进一步研究。在自然界中,许多濒危物种的种群已经非常小,可能不允许我们对这类物种进行大规模的研究。一个替代的解决办法就是运用集合种群理论和方法,寻找一个在生态学上与濒危种类似的常见种进行研究,估计得出模型参数,然后再用于模拟濒危物种的集合种群动态,从而指导濒危物种的就地或易地保护。集合种群的存活时间随着保护区数目的增大先增大而后减小,即保护区的数目维持在中等大小时最有利于种群在集合种群水平上的存活;自然保护区大小的最优值与种群的Allee效应有关。如果保护区的规划者面临的是建立一个一定面积的自然保护区以保护某种生物,那么,最佳决策不是建立一个大的保护区,而是建立多个相对较小的保护区,并在各保护区之间建立或保留通道使得各保护区之间能够有迁移发生。而且如果被保护的生物受较大的Allee效应的影响,则保护区的最佳个数更为严格。相对于迁移能力弱种群数量小的物种来说，栖息地片断化有重要影响，因为栖息地片断化造成种群分布的隔离，除了直接对动物个体产生不利影响外，还会引起种群交流受阻，势必阻碍种群间的基因流动和杂交，久而久之，近亲繁殖增加，导致种群生存能力下降种群退化，物种有走向灭绝的可能对种群数量小且其栖息地已经片断化的珍贵濒危物种采用集合种群理论进行研究，了解其栖息地受胁的现状，对于保护珍稀濒危物种维护生物多样性和保持生态平衡有重要的现实意义，在种群生态学的数学模型遗传学的遗传漂变和生物进化论方面有重大的理论意义。结论：综上所述,生物多样性是人类赖以生存的物质基础,也是维持全球生态平衡的重要条件。而生物的多样性建立在集合种群的基础上，所以对集合种群的研究进展前沿有着重大的生态学意义。