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19.1: 人口人口统计和动态

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    198907

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    人口是动态实体。 它们的大小和组成因多种因素而波动，包括环境的季节和年度变化、森林火灾和火山爆发等自然灾害，以及物种之间和物种内部对资源的竞争。 人口统计研究被称为人口统计学：一组数学工具，旨在描述人口并调查人口的变化。 这些工具中有许多实际上是为研究人口而设计的。 例如，详细列出人口中个人的预期寿命的寿命表最初是由人寿保险公司为设定保险费率而制定的。 实际上，尽管 “人口统计” 一词有时被认为是指对人口的研究，但可以使用这种方法研究所有活人群。

    人口规模和密度

    人口的特点是其人口规模（总人数）和人口密度（每个单位面积的人数）。 人口中可能有大量分布密集或稀疏的个体。 还有一些人口数量很少，在当地可能很密集或分布非常稀少。 种群规模会影响适应潜力，因为它会影响人群中存在的遗传变异量。 密度会影响人群内部的互动，例如对食物的竞争和个人寻找伴侣的能力。 较小的生物往往比较大的生物分布更密集（图\(\PageIndex{1}\)）。

    艺术连接

    图表以千米平方为单位绘制对数密度与对数体重（以克为单位）。 这些值成反比，因此密度会随着体重的增加而线性降低。
    图\(\PageIndex{1}\)：澳大利亚哺乳动物显示出种群密度与体型之间的典型反比关系。

    如图所示，人口密度通常会随着体型的增加而降低。 你为什么认为是这样？

    估算人口规模

    确定人口规模的最准确方法是计算该区域内的所有个体。 但是，这种方法通常在后勤或经济上不可行，尤其是在研究大面积区域时。 因此，科学家通常通过对每个栖息地的代表性部分进行采样来研究种群，并使用该样本对整个种群进行推断。 用于对种群进行抽样以确定其大小和密度的方法通常是根据正在研究的生物的特征量身定制的。 对于植物等静止生物，或者对于非常小且移动缓慢的生物，可以使用象限。 象限是一种木质、塑料或金属方块，它随机位于地面上，用于计算位于其边界内的个体数量。 要使用此方法获得准确的计数，必须将正方形放置在栖息地内的随机位置足够的时间才能得出准确的估计值。 这种计数方法将提供人口规模和密度的估计值。 象限样本的数量和大小取决于生物的类型及其分布的性质。

    对于较小的移动生物，例如哺乳动物，通常使用一种称为标记和捕获的技术。 这种方法包括以某种方式标记捕获的动物样本，然后将它们释放回环境中，与其他种群混合；然后，捕获一个新的样本，科学家确定新样本中有多少被标记的动物。 这种方法假设种群越大，被捕获的标记生物的百分比就越低，因为它们会与更多未标记的个体混合。 例如，如果捕获、标记 80 只野外老鼠并将其释放到森林中，然后捕获第二只捕获 100 只野外老鼠并标记其中 20 只，则可以使用以下方程确定种群规模 (N)：

    \[\dfrac{\text{number marked first catch $\times$ total number second catch}}{\text{number marked second catch}} = N\nonumber\]

    使用我们的示例，人口规模将为 400。

    \[\dfrac{80 \times 100}{20} = 400\nonumber\]

    这些结果使我们估计原始人口中总共有 400 个人。 由于抽样方法造成的偶然误差和可能的偏差，真实数字通常会与此略有不同。

    物种分布

    除了测量密度外，还可以通过观察个体在其范围内的分布来获得有关种群的更多信息。 物种分布模式是指个体在特定时间点在栖息地内的分布，使用大类模式来描述它们。

    群体中的个体可以随机分布、成组分布，也可以等间隔（或多或少）分布。 它们分别被称为随机、成束和均匀分布模式（图\(\PageIndex{2}\)）。 不同的分布反映了该物种生物学的重要方面；它们还影响估计种群规模所需的数学方法。 随机分布的一个例子是蒲公英和其他植物，这些植物具有风分散的种子，这些种子在有利的环境中落在任何地方都会发芽。 在将种子直接落到地上的植物中，例如橡树，可以看到团块分布；在生活在社会群体（鱼群或大象群）中的动物身上也可以看到这种分布。 在分泌抑制附近个体生长的物质（例如鼠尾草植物释放有毒化学物质）的植物中观察到均匀分布。 它也出现在领地动物物种中，例如保持明确筑巢区域的企鹅。 每个人的领土防御行为形成了在这些领土内大小相似的领土和个人的规律分布模式。 因此，与简单的密度测量相比，人群中个体的分布提供了更多关于他们如何相互作用的信息。 正如密度较低的物种可能更难找到伴侣一样，与成群聚集在一起的社交物种相比，具有随机分布的孤立物种也可能遇到类似的困难。

    照片（a）显示了企鹅，它们保持着明确的领土，因此分布均匀。 照片（b）显示了一片蒲公英田地，其种子被风吹散，形成随机分布模式。 照片（c）显示了大象，它们成群结队地旅行，形成了聚集的分布模式。
    图\(\PageIndex{2}\)：物种可能具有随机、成团或均匀的分布。 诸如（a）带有风分散种子的蒲公英之类的植物往往是随机分布的。 成群旅行的动物，例如（b）大象，表现出聚集的分布。 诸如（c）企鹅之类的领地鸟类往往分布均匀。 （来源 a：罗森达尔对作品的修改；来源 b：丽贝卡·伍德对作品的修改；来源 c：本·塔比对作品的修改）

    人口统计

    虽然人口规模和密度描述的是某一特定时间点的人口，但科学家必须使用人口统计学来研究人口的动态。 人口统计学是对人口随时间变化的统计研究：出生率、死亡率和预期寿命。 这些人口特征通常显示在生命表中。

    生命表

    生命表提供有关生物体生命史和每个年龄个体的预期寿命的重要信息。 它们是根据保险业用来估算人类预期寿命的精算表建模的。 生命表可能包括每个年龄组在下一个生日之前死亡的概率、在特定年龄间隔内死亡的幸存个体的百分比（他们的死亡率）以及他们在每个间隔内的预期寿命。 对达尔山羊的研究表中显示了生命表\(\PageIndex{1}\)的示例，达尔山羊是一种原产于北美西北部的物种。 请注意，人口被划分为年龄间隔（A 列）。 D 栏中显示的死亡率（每 1000 人）基于年龄间隔（B 列）内死亡的人数除以区间开始时存活的人数（C 列）乘以 1000。

    \[\text{mortality rate} = \dfrac{\text{number of individuals dying}}{\text{number of individuals surviving}} \times 1000\nonumber\]

    例如，在三到四岁之间，在最初的1000只绵羊中剩下的776只绵羊中，有12个人死亡。 然后将该数字乘以 1000 得出每千人的死亡率。

    \[\text{mortality rate} = \dfrac{12}{776} \times 1000 \approx  15.5\nonumber\]

    从死亡率数据（D栏）可以看出，当绵羊在六个月至一岁之间时，死亡率很高，然后从8岁增加到12岁，之后几乎没有幸存者。 数据表明，如E栏中的预期寿命数字所示，如果该种群中的一只绵羊要存活到一岁，则平均可再活7.7年。

    这份 Ovis dalli 生命表显示了达尔山羊在每个年龄段的死亡人数、幸存者人数、死亡率和预期寿命。
    表\(\PageIndex{1}\)：达尔山绵羊生命表 1
    一个 B C D E
    年龄间隔（岁） 1 000 名出生者中在年龄间隔内死亡的人数 在 1000 名出生者中，在年龄区间初存活的人数 年龄初期每千名活着的死亡率 达到年龄间隔的人的预期寿命或平均剩余寿命
    \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1aAge 生命表年龄间隔（年）” style= “text-align: justise;” >0—0.5 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1bNumber 的生命表 1000 名出生者中有 1000 名出生者在年龄间隔内死亡” style= “text-align: justise;” >54 \ (\ pageIndex {1}\)：在 1000 名出生者中，Dall Mountain Sheep1cNumber 的生命表在年龄间隔开始时存活下来” style= “text-align: justise;” >1000 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1d年龄间隔初期每 1000 人活着的死亡率” style= “text-align: justise;” >54.0 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1eLife 寿命表或达到年龄间隔者的平均寿命” style= “text-align: justise;” >7.06
    \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1aAge 生命表年龄间隔（年）” style= “text-align: justise;” >0.5—1 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1bNumber 的生命表 1000 名出生者中有 1000 名出生者在年龄间隔内死亡” style= “text-align: justise;” >145 \ (\ pageIndex {1}\)：在 1000 名出生者中，Dall Mountain Sheep1cNumber 的生命表在年龄间隔开始时存活下来” style= “text-align: justise;” >946 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1d年龄间隔初期每 1000 人活着的死亡率” style= “text-align: justise;” >153.3 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1eLife 寿命表或达到年龄间隔的人的剩余平均寿命” style= “text-align: justise;” >—
    \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1aAge 生命表年龄间隔（年）” style= “text-align: justise;” >1—2 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1bNumber 的生命表 1000 名出生者中有 1000 名出生者在年龄间隔内死亡” style= “text-align: justise;” >12 \ (\ pageIndex {1}\)：在 1000 名出生者中，Dall Mountain Sheep1cNumber 的生命表在年龄间隔开始时存活下来” style= “text-align: justise;” >801 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1d年龄间隔初期每 1000 人活着的死亡率” style= “text-align: justise;” >15.0 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1eLife 寿命表或达到年龄间隔的人的剩余平均寿命” style= “text-align: justise;” >7.7
    \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1aAge 生命表年龄间隔（年）” style= “text-align: justise;” >2—3 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1bNumber 的生命表 1000 名出生者中有 1000 名出生者在年龄间隔内死亡” style= “text-align: justise;” >13 \ (\ pageIndex {1}\)：在 1000 名出生者中，Dall Mountain Sheep1cNumber 的生命表在年龄间隔开始时存活下来” style= “text-align: justise;” >789 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1d年龄间隔初期每 1000 人活着的死亡率” style= “text-align: justise;” >16.5 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1eLife 寿命表或达到年龄间隔者的平均寿命” style= “text-align: justise;” >6.8
    \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1aAge 生命表年龄间隔（年）” style= “text-align: justise;” >3—4 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1bNumber 的生命表 1000 名出生者中有 1000 名出生者在年龄间隔内死亡” style= “text-align: justise;” >12 \ (\ pageIndex {1}\)：在 1000 名出生者中，Dall Mountain Sheep1cNumber 的生命表在年龄间隔开始时存活下来” style= “text-align: justise;” >776 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1d年龄间隔初期每 1000 人活着的死亡率” style= “text-align: justise;” >15.5 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1eLife 寿命表或达到年龄间隔者的平均寿命” style= “text-align: justise;” >5.9
    \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1aAge 生命表年龄间隔（年）” style= “text-align: justise;” >4—5 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1bNumber 的生命表 1000 名出生者中有 1000 名出生者在年龄间隔内死亡” style= “text-align: justise;” >30 \ (\ pageIndex {1}\)：在 1000 名出生者中，Dall Mountain Sheep1cNumber 的生命表在年龄间隔开始时存活下来” style= “text-align: justise;” >764 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1d年龄间隔初期每 1000 人活着的死亡率” style= “text-align: justise;” >39.3 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1eLife 寿命表或达到年龄间隔者的平均寿命” style= “text-align: justise;” >5.0
    \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1aAge 生命表年龄间隔（年）” style= “text-align: justise;” >5—6 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1bNumber 的生命表 1000 名出生者中有 1000 名出生者在年龄间隔内死亡” style= “text-align: justise;” >46 \ (\ pageIndex {1}\)：在 1000 名出生者中，Dall Mountain Sheep1cNumber 的生命表在年龄间隔开始时存活下来” style= “text-align: justise;” >734 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1d年龄间隔初期每 1000 人活着的死亡率” style= “text-align: justise;” >62.7 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1eLife 寿命表或达到年龄间隔者的平均寿命” style= “text-align: justise;” >4.2
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    \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1aAge 生命表年龄间隔（年）” style= “text-align: justise;” >8—9 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1bNumber 的生命表 1000 名出生者中有 1000 名出生者在年龄间隔内死亡” style= “text-align: justise;” >132 \ (\ pageIndex {1}\)：在 1000 名出生者中，Dall Mountain Sheep1cNumber 的生命表在年龄间隔开始时存活下来” style= “text-align: justise;” >571 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1d年龄间隔初期每 1000 人活着的死亡率” style= “text-align: justise;” >231.2 \ (\ pageIndex {1}\)：Dall Mountain Sheep1eLife 寿命表或达到年龄间隔者的平均寿命” style= “text-align: justise;” >1.9
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    生存曲线

    人口生态学家使用的另一个工具是存活率曲线，该曲线是每个年龄间隔内存活的人数随时间变化的图表。 这些曲线使我们能够比较不同人群的生活史（图\(\PageIndex{3}\)）。 存活率曲线有三种类型。 在 I 型曲线中，早期和中期的死亡率较低，主要发生在老年人身上。 表现出 I 型存活率的生物通常产生的后代很少，可以为后代提供良好的照顾，从而增加其存活的可能性。 人类和大多数哺乳动物表现出 I 型存活率曲线。 在 II 型曲线中，死亡率在整个生命周期中相对恒定，死亡率同样可能发生在生命周期的任何时刻。 许多鸟类种群提供了中间或 II 型存活率曲线的例子。 在III型存活率曲线中，幼儿的死亡率最高，进入高龄的生物的死亡率要低得多。 III 型生物通常会产生大量的后代，但对它们的照顾却很少或根本没有。 树木和海洋无脊椎动物表现出三型存活率曲线，因为这些生物很少能在年轻时存活，但是那些确实进入老年的生物更有可能存活相对较长的时间。

    该图绘制了存活人数与时间对比的对数。 图中显示了三条曲线，分别表示 I 型、II 型和 III 型存活率模式。 鸟类表现出 II 型存活率曲线，随着时间的推移呈线性降低。 人类显示 I 型生存率曲线，该曲线从缓慢的斜坡开始，随着时间的推移，斜坡变得越来越陡峭。 树木呈现三型生存模式，从陡坡开始，随着时间的推移，陡坡变得不那么陡峭。
    图\(\PageIndex{3}\)：存活率曲线显示了按年龄划分的人群中个体的分布。 人类和大多数哺乳动物都有 I 型存活率曲线，因为死亡主要发生在老年时期。 鸟类有 II 型存活率曲线，因为在任何年龄死亡的可能性都相同。 树木具有III型存活率曲线，因为很少有树木能在年轻时存活，但是在一定年龄之后，个体存活的可能性要大得多。

    章节摘要

    种群是生活在特定栖息地的物种的个体。 生态学家测量种群的特征：规模、密度和分布模式。 生命表可用于计算个体人口成员的预期寿命。 存活率曲线显示了每个年龄间隔内存活的人数与时间之间的关系。

    艺术联系

    图\(\PageIndex{1}\)：如图所示，人口密度通常随着体型的增加而降低。 你为什么认为是这样？

    回答

    较小的动物需要更少的食物和其他资源，因此环境可以在单位面积上养活更多的动物。

    脚注

    1. 1 数据改编自小爱德华·迪维，“动物自然种群生命表”，《生物学季刊》第 22 期，第 4 期（1947 年 12 月）：283-314。

    词汇表

    人口统计
    人口随时间变化的统计研究
    生命表
    根据年龄显示人口成员预期寿命的表
    标记并重新捕获
    一种用于确定移动生物种群规模的方法
    死亡率
    在该年龄段内死亡的年龄区间开始时存活的人口比例
    人口密度
    人口成员数除以正在测量的面积
    人口规模
    人口中的个体数量
    象限
    在其中对个体进行计数的正方形，与其他此类计数相结合，以确定缓慢移动或静止生物的种群规模和密度
    物种分布模式
    在给定时间点栖息地内个体的分布
    存活率曲线
    存活人口成员人数与成员相对年龄的对比图