生物种群的大小与大小

生物种群

你希望换个角色过一天吗？今天，你不是学生了，而是一名生态学家。你正在研究你那个地区的白头鹰种群。你可能会问：此前这个地区的白头鹰种群发生了什么样的变化？现在是多了，还是少了，还是与50年以前一样？要回答这些问题，你首先必须确定现在白头鹰种群的大小。

生物种群密度

我们可以用种群密度（population　density），即在一个特定的范围内生物个体的数量，来描述生物种群的大小。种群密度可用以下公式表示：

种群密度＝

例如，假设你在面积10平方米的花园中发现了50只黑脉金斑蝶，那么，这种蝴蝶的种群密度就是5只/平方米。

确定种群的大小

作为一名生态学家，你研究的对象是生物种群，那么，如何确定种群的大小呢？确定生物种群大小的方法有：直接和间接的观察、生物取样、标记与再捕获研究。

直接观察　很显然，我们可以用一个一个地数清所有生物个体的方法去确定一个种群的大小。你可以数一数一条河沿岸生活的所有白头鹰，一片森林中所有的红枫树，或者肯尼亚一个山谷里的所有大象。

间接观察　有时，一个生物种群的成员很少或很难寻找，这时就不宜采用直接观察的方法，而是根据生物的行踪或一些识别物来观察。比如观察一个红石燕筑成的泥窝。每个窝都有一个小洞口。通过统计这些小洞口，你们能够确定这个区域筑窝的红石燕家庭的数量。假设每个家庭平均有4只红石燕：父母和两个子女。如果这里有120个窝，你就可以推断出红石燕的数量为120乘以4，即480只。

取样　多数情况下，要统计出一个生物种群的准确数量几乎是不可能的。一个种群也许非常大，或者分布在一个很广阔的区域，所以很难找到所有的生物个体，或很难确定哪些生物个体已经被统计过了。因此，生态学家们通常只做一个估计。一个估计值是一个建立在合理假设基础上的一个近似值。

一种估计方式是通过在一个小地域内统计生物的数量（一个样本），再乘以相应的倍数，来确定一个较大地域内生物个体的数量。要得到一个准确的估计，这个小区域应与较大地域具有相同的种群密度。例如，假设你在树林中10米×10米面积上统计有8棵红枫树，如果整片树林的面积是它的100倍，那么你可以把统计数再乘上100，估计出整片树林全部红枫树的数量——约有800棵。

标记与再捕获研究　另一种估计方法是一项称为“标记与再捕获”的技术。这项技术之所以叫这个名称，是因为一些动物先前被捕获，并作上了标记，再放回到自然环境之中。然后再抓捕一批动物，通过这批动物中带标记动物的数量，就能算出该动物整个种群的个体数量。例如，如果第二次抓捕的动物中有一半已做过标记，就意味着第一次样本的动物数量大约是整个总量的一半。

这里有一个实例，可以说明标记与再捕获研究的工作过程。首先，在一个地域范围中，用一种非伤害性的捕捉器来捕捉白足鼠。生态学家统计捕获的数量，并在每只白足鼠身上用一些染发剂做上标记，然后把它们放回地里。2周以后，研究人员再次回到原地域，捕捉白足鼠。他们数一数其中有多少白足鼠带有上次被抓获的标记，有多少白足鼠没有做过标记。运用数学方法，科学家能够估计出这个地域白足鼠种群的个体总量。你也可以在这节结束的“生活实验室”里尝试这个方法。

生物种群大小的变化

生态学家经常回到一个特定区域采用上述三种方法中的一种进行研究，经过一段时间，就能监控该区域生物种群的大小。有新成员进入种群，或种群中有成员离开时，种群的大小会发生变化。

出生与死亡　新的成员加入种群的主要方式是繁衍后代。种群的出生率是指在某个时期内一个种群中生物个体的出生数量。例如，假设一年内有1000只雪雁繁殖了1400只幼雁，这个种群的出生率就是1400只/年。

同样，成员离开种群的主要方式是死亡。死亡率（deathrate）是指在某个时期内一个种群中生物个体的死亡数量。假设在这个雪雁种群中每年有500只死亡，该雪雁种群的死亡率就是500只/年。

种群的平衡　一个种群的出生率大于死亡率，这个种群将增大。即：

出生率＞死亡率，种群增大

例如，在雪雁种群中，每年有1400只小雪雁出生，同时有500只雪雁死亡，由于出生率大于死亡率，雪雁种群就增大。

如果死亡率大于出生率，种群就会减小。即：

死亡率＞出生率，种群减小

迁入与迁出　当生物个体从某个种群迁出或迁入，也会改变该种群的大小。就像你所生活的城镇，当一些家庭迁入或迁出时，人口就会发生变化。当生物种群的一些成员离开其余的成员时，发生的过程就是迁出。例如，当食物缺乏时，羚羊群中的一些成员为了寻找更好的草地可能会走失。如果它们与原来的种群永久地分离了，它们将不再是这个种群的一部分。

限制因素

一般地说，生存条件好时，一个生物种群就会增大。但是，一个种群不会永远保持增大。它生存环境中的某个因素最终会导致这个种群停止增大。限制因素是指阻碍生物种群增长的环境因素，限制种群的因素主要包括：食物、空间和气候状况。

食物　生物的生存需要食物。在一个食物缺乏的地方，食物就成为生物种群增长的限制因素。假设长颈鹿每天需要吃10千克树叶才能生存，而一个地方的树要保持正常健康地生长，一天只能提供100千克树叶，那么，5只长颈鹿在这个地方很容易生存，因为它们仅仅需要50千克树叶作食物。但是，15只长颈鹿就不能生存，因为它们没有足够的食物。尽管这里的庇护场所、水和其他资源都没有什么问题，这个生物种群的数量不会超过10只长颈鹿。一个环境所能容纳的生物种群的最大值，称为环境的承载能力。这个环境的承载能力为10只长颈鹿。

空间　有种鸟叫憨鲣鸟，它们耗费一生中的大多数时间进行越洋飞行。它们只在这个岩石海滩上筑巢。但我们可以看到，这个海滩非常拥挤。一对憨鲣鸟如果没有地方筑巢，就不能繁殖自己的后代。这样，这对憨鲣鸟就不能对本种群的增大作出自己的贡献。这就意味着筑巢空间对这些憨鲣鸟来说是一个限制因素。如果这里海滩更大，就有可能使更多的憨鲣鸟在这里筑巢，种群也会随之增大。

空间经常是植物生长的一个限制因素。植物生长空间的大小决定着植物所能获得的阳光、水和其他必需物质的多少。例如，在森林里每年都有许多松树苗发芽。但是，当松树长得越来越大，树木之间靠得越来越紧时；一些松树苗就没有空间去伸展它们的地下根系。枝繁叶茂的树林挡住了松树生长所需的阳光，一些松树苗就会死掉，从而限制了松树的总量。

气候　温度和雨量等气候状况，同样也会限制生物种群的增长。许多种类的昆虫都是在温暖的春天繁殖的。当冬天来临时，第一次霜冻会冻死许多昆虫。昆虫死亡率突然提高，会造成昆虫种群的减小。

一次严重的气候事件会造成大批生物死亡，使种群发生急剧变化。例如，一场洪水或一次飓风会毁掉动物的巢穴，就像毁坏人类的住房一样。如果你生活在美国北部的某个州，你就会看到，初冬的早期霜冻是如何使菜地里西红柿产量减少的。