生物種群

你希望換個(gè)角色過一天嗎？今天，你不是學(xué)生了，而是一名生態(tài)學(xué)家。你正在研究你那個(gè)地區(qū)的白頭鷹種群。你可能會(huì)問：此前這個(gè)地區(qū)的白頭鷹種群發(fā)生了什么樣的變化？現(xiàn)在是多了，還是少了，還是與50年以前一樣？要回答這些問題，你首先必須確定現(xiàn)在白頭鷹種群的大小。

生物種群密度

我們可以用種群密度（population　density），即在一個(gè)特定的范圍內(nèi)生物個(gè)體的數(shù)量，來描述生物種群的大小。種群密度可用以下公式表示：

種群密度＝

例如，假設(shè)你在面積10平方米的花園中發(fā)現(xiàn)了50只黑脈金斑蝶，那么，這種蝴蝶的種群密度就是5只/平方米。

確定種群的大小

作為一名生態(tài)學(xué)家，你研究的對(duì)象是生物種群，那么，如何確定種群的大小呢？確定生物種群大小的方法有：直接和間接的觀察、生物取樣、標(biāo)記與再捕獲研究。

直接觀察　很顯然，我們可以用一個(gè)一個(gè)地?cái)?shù)清所有生物個(gè)體的方法去確定一個(gè)種群的大小。你可以數(shù)一數(shù)一條河沿岸生活的所有白頭鷹，一片森林中所有的紅楓樹，或者肯尼亞一個(gè)山谷里的所有大象。

間接觀察　有時(shí)，一個(gè)生物種群的成員很少或很難尋找，這時(shí)就不宜采用直接觀察的方法，而是根據(jù)生物的行蹤或一些識(shí)別物來觀察。比如觀察一個(gè)紅石燕筑成的泥窩。每個(gè)窩都有一個(gè)小洞口。通過統(tǒng)計(jì)這些小洞口，你們能夠確定這個(gè)區(qū)域筑窩的紅石燕家庭的數(shù)量。假設(shè)每個(gè)家庭平均有4只紅石燕：父母和兩個(gè)子女。如果這里有120個(gè)窩，你就可以推斷出紅石燕的數(shù)量為120乘以4，即480只。

取樣　多數(shù)情況下，要統(tǒng)計(jì)出一個(gè)生物種群的準(zhǔn)確數(shù)量幾乎是不可能的。一個(gè)種群也許非常大，或者分布在一個(gè)很廣闊的區(qū)域，所以很難找到所有的生物個(gè)體，或很難確定哪些生物個(gè)體已經(jīng)被統(tǒng)計(jì)過了。因此，生態(tài)學(xué)家們通常只做一個(gè)估計(jì)。一個(gè)估計(jì)值是一個(gè)建立在合理假設(shè)基礎(chǔ)上的一個(gè)近似值。

一種估計(jì)方式是通過在一個(gè)小地域內(nèi)統(tǒng)計(jì)生物的數(shù)量（一個(gè)樣本），再乘以相應(yīng)的倍數(shù)，來確定一個(gè)較大地域內(nèi)生物個(gè)體的數(shù)量。要得到一個(gè)準(zhǔn)確的估計(jì)，這個(gè)小區(qū)域應(yīng)與較大地域具有相同的種群密度。例如，假設(shè)你在樹林中10米×10米面積上統(tǒng)計(jì)有8棵紅楓樹，如果整片樹林的面積是它的100倍，那么你可以把統(tǒng)計(jì)數(shù)再乘上100，估計(jì)出整片樹林全部紅楓樹的數(shù)量——約有800棵。

標(biāo)記與再捕獲研究　另一種估計(jì)方法是一項(xiàng)稱為“標(biāo)記與再捕獲”的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)之所以叫這個(gè)名稱，是因?yàn)橐恍﹦?dòng)物先前被捕獲，并作上了標(biāo)記，再放回到自然環(huán)境之中。然后再抓捕一批動(dòng)物，通過這批動(dòng)物中帶標(biāo)記動(dòng)物的數(shù)量，就能算出該動(dòng)物整個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量。例如，如果第二次抓捕的動(dòng)物中有一半已做過標(biāo)記，就意味著第一次樣本的動(dòng)物數(shù)量大約是整個(gè)總量的一半。

這里有一個(gè)實(shí)例，可以說明標(biāo)記與再捕獲研究的工作過程。首先，在一個(gè)地域范圍中，用一種非傷害性的捕捉器來捕捉白足鼠。生態(tài)學(xué)家統(tǒng)計(jì)捕獲的數(shù)量，并在每只白足鼠身上用一些染發(fā)劑做上標(biāo)記，然后把它們放回地里。2周以后，研究人員再次回到原地域，捕捉白足鼠。他們數(shù)一數(shù)其中有多少白足鼠帶有上次被抓獲的標(biāo)記，有多少白足鼠沒有做過標(biāo)記。運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，科學(xué)家能夠估計(jì)出這個(gè)地域白足鼠種群的個(gè)體總量。你也可以在這節(jié)結(jié)束的“生活實(shí)驗(yàn)室”里嘗試這個(gè)方法。

生物種群大小的變化

生態(tài)學(xué)家經(jīng)?；氐揭粋€(gè)特定區(qū)域采用上述三種方法中的一種進(jìn)行研究，經(jīng)過一段時(shí)間，就能監(jiān)控該區(qū)域生物種群的大小。有新成員進(jìn)入種群，或種群中有成員離開時(shí)，種群的大小會(huì)發(fā)生變化。

出生與死亡　新的成員加入種群的主要方式是繁衍后代。種群的出生率是指在某個(gè)時(shí)期內(nèi)一個(gè)種群中生物個(gè)體的出生數(shù)量。例如，假設(shè)一年內(nèi)有1000只雪雁繁殖了1400只幼雁，這個(gè)種群的出生率就是1400只/年。

同樣，成員離開種群的主要方式是死亡。死亡率（deathrate）是指在某個(gè)時(shí)期內(nèi)一個(gè)種群中生物個(gè)體的死亡數(shù)量。假設(shè)在這個(gè)雪雁種群中每年有500只死亡，該雪雁種群的死亡率就是500只/年。

種群的平衡　一個(gè)種群的出生率大于死亡率，這個(gè)種群將增大。即：

出生率＞死亡率，種群增大

例如，在雪雁種群中，每年有1400只小雪雁出生，同時(shí)有500只雪雁死亡，由于出生率大于死亡率，雪雁種群就增大。

如果死亡率大于出生率，種群就會(huì)減小。即：

死亡率＞出生率，種群減小

遷入與遷出　當(dāng)生物個(gè)體從某個(gè)種群遷出或遷入，也會(huì)改變?cè)摲N群的大小。就像你所生活的城鎮(zhèn)，當(dāng)一些家庭遷入或遷出時(shí)，人口就會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)生物種群的一些成員離開其余的成員時(shí)，發(fā)生的過程就是遷出。例如，當(dāng)食物缺乏時(shí)，羚羊群中的一些成員為了尋找更好的草地可能會(huì)走失。如果它們與原來的種群永久地分離了，它們將不再是這個(gè)種群的一部分。

限制因素

一般地說，生存條件好時(shí)，一個(gè)生物種群就會(huì)增大。但是，一個(gè)種群不會(huì)永遠(yuǎn)保持增大。它生存環(huán)境中的某個(gè)因素最終會(huì)導(dǎo)致這個(gè)種群停止增大。限制因素是指阻礙生物種群增長(zhǎng)的環(huán)境因素，限制種群的因素主要包括：食物、空間和氣候狀況。

食物　生物的生存需要食物。在一個(gè)食物缺乏的地方，食物就成為生物種群增長(zhǎng)的限制因素。假設(shè)長(zhǎng)頸鹿每天需要吃10千克樹葉才能生存，而一個(gè)地方的樹要保持正常健康地生長(zhǎng)，一天只能提供100千克樹葉，那么，5只長(zhǎng)頸鹿在這個(gè)地方很容易生存，因?yàn)樗鼈儍H僅需要50千克樹葉作食物。但是，15只長(zhǎng)頸鹿就不能生存，因?yàn)樗鼈儧]有足夠的食物。盡管這里的庇護(hù)場(chǎng)所、水和其他資源都沒有什么問題，這個(gè)生物種群的數(shù)量不會(huì)超過10只長(zhǎng)頸鹿。一個(gè)環(huán)境所能容納的生物種群的最大值，稱為環(huán)境的承載能力。這個(gè)環(huán)境的承載能力為10只長(zhǎng)頸鹿。

空間　有種鳥叫憨鰹鳥，它們耗費(fèi)一生中的大多數(shù)時(shí)間進(jìn)行越洋飛行。它們只在這個(gè)巖石海灘上筑巢。但我們可以看到，這個(gè)海灘非常擁擠。一對(duì)憨鰹鳥如果沒有地方筑巢，就不能繁殖自己的后代。這樣，這對(duì)憨鰹鳥就不能對(duì)本種群的增大作出自己的貢獻(xiàn)。這就意味著筑巢空間對(duì)這些憨鰹鳥來說是一個(gè)限制因素。如果這里海灘更大，就有可能使更多的憨鰹鳥在這里筑巢，種群也會(huì)隨之增大。

空間經(jīng)常是植物生長(zhǎng)的一個(gè)限制因素。植物生長(zhǎng)空間的大小決定著植物所能獲得的陽光、水和其他必需物質(zhì)的多少。例如，在森林里每年都有許多松樹苗發(fā)芽。但是，當(dāng)松樹長(zhǎng)得越來越大，樹木之間靠得越來越緊時(shí)；一些松樹苗就沒有空間去伸展它們的地下根系。枝繁葉茂的樹林擋住了松樹生長(zhǎng)所需的陽光，一些松樹苗就會(huì)死掉，從而限制了松樹的總量。

氣候　溫度和雨量等氣候狀況，同樣也會(huì)限制生物種群的增長(zhǎng)。許多種類的昆蟲都是在溫暖的春天繁殖的。當(dāng)冬天來臨時(shí)，第一次霜凍會(huì)凍死許多昆蟲。昆蟲死亡率突然提高，會(huì)造成昆蟲種群的減小。

一次嚴(yán)重的氣候事件會(huì)造成大批生物死亡，使種群發(fā)生急劇變化。例如，一場(chǎng)洪水或一次颶風(fēng)會(huì)毀掉動(dòng)物的巢穴，就像毀壞人類的住房一樣。如果你生活在美國(guó)北部的某個(gè)州，你就會(huì)看到，初冬的早期霜凍是如何使菜地里西紅柿產(chǎn)量減少的。