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种群数量的变化(定稿)


本节聚焦
一、建构种群增长模型的方法 二、种群增长的“J”型曲线 三、种群增长的“S”型曲线 四、种群数量的波动和下降 五、研究种群数量变化的意义

1

问题的提出
《中国水利网》:宁 波、昆明、武汉等地, 人躺在铺满凤眼莲的 湖面上,可以不沉; 上海去年3万吨的凤眼 莲打捞量,今年已翻 了3倍有余,上升至10 万吨

;凤眼莲所带来 的水体富营养化,让 越来越多的水中生物 痛失“家园”。
2

问题的提出

《国家地理》:在几百年前, 金丝猴在许多地区广泛分布, 人口的增加和山林的破坏使 金丝猴的分布区越来越小。 现在,黔金丝猴的数量只有 500~600只,处于濒危状 态,只在贵州省的梵净山区 生存。滇金丝猴生活在云南 西北部、西藏东南端及四川 西部长江上端金沙江上游的 高山中,数量不到2000只, 也处境濒危。
3

问题的提出
? 假设你的家长承包了一个水库养鱼虾,如果一次 投放的幼苗过多或延迟捕捞,由于环境的负载能 力限制,都不能达到效益的最优化;相反,如果 大量捕捞,使鱼虾数量大大减少,其种群往往要 经过相当长的延滞期才能进入指数增长期,对生 产极为不利。那什么时候是捕捞的最佳数量期? ? 问题:如何合理利用和保护生物资源? ? 问题:种群的数量变化有怎样的规律?
4

预习提纲

1.怎样构建种群数量增长的模型?
2.种群数量是怎样变化的? 3.什么是环境容纳量? 4.影响种群数量变化的因素有哪些?

5

一、建构种群增长模型的方法
描述、解释和预测种群数量的变化,常常需 要建立数学模型。

数学模型:
是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 数学模型的表现形式可以为公式、图表等形式。

6

一、建构种群增长模型的方法
问题探讨 在营养和生存空间 没有限制的情况下,某 种细菌每20min就通过 分裂繁殖一代。

7

一、建构种群增长模型的方法
1、填写下表:计算一个细菌在不同时间(单位为min)产 生后代的数量。 时间(min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 5 6 7 8 9 分裂次数 1 2 3 4 数量(个) 2 4 8 16 32 64 128 256 512 2.n代细菌数量Nn的计算公式是:

Nn

=1×2n

3.72小时后,由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少? 解:n= 60min x72h/20min=216 Nn=1×2n =2216 8

一、建构种群增长模型的方法
4、以时间为横坐标,细菌数量为纵坐标,画出细菌的数 量增长曲线。
细菌数量

曲线图与数学方程式比较,有 哪些优缺点?

曲线图: 直观,但不够精确。 数学公式: 精确,但不够直观。
9

Nn

=1×2n

一、建构种群增长模型的方法 5. 类型: ⑴数据分析表格式 方程式——精确 ⑵数学方程式 Nn=2n ⑶坐标式(曲线图、柱状图) 曲线图——直观

10

一、建构种群增长模型的方法
6、建立数学模型一般包括以下步骤:
1、观察研究对象,提出 问题 2、提出合理的假设 3、根据实验数据,用适 当的数学形式对事物的性 质进行表达(建立数学模型) 4、通过进一步实验或观 察等,对模型进行检验或 修正 细菌每20分钟分裂一次, 问题:细菌数量怎样变化的? 在资源和空间无限多的环境中, 细菌种群的增长不受种群密度增 加的影响 列出表格,根据表格画曲线,推 导公式 观察、统计细菌的数量,对自己 所建立的模型进行检验或修正 11

二、种群增长的“J”型曲线
细菌的数量/个

理想条件下细 菌数量增长的推测: 自然界中有此类型 吗?

12

实例一:1859年,一位英国人来到澳大利亚定居, 他带来了24只野兔。让他没有想到的是,一个世 纪之后,这24只野兔的后代竟达到6亿只以上。漫 山遍野的野兔与牛羊争食牧草,啃啮树皮,造成植 被破坏,导致水土流失。后来,人们引入了黏液瘤 病毒才使野兔的数量得到控制。

13

实例二:凤眼莲(水葫芦)原产于南美,仅以一种观赏性植物零散 分布,1844年在美国的博览会上曾被喻为“美化世界的淡紫色花 冠”。自此以后凤眼莲被作为观赏植物引种栽培,现已在亚、非、 欧、北美洲等数十个国家造成危害。1901年作为花卉引入中国,30 年代作为畜禽饲料引入中国内地各省,并作为观赏和净化水质的植 物推广种植,后逃逸为野生。由于繁殖迅速,又几乎没有竞争对手 和天敌 ,在我国南方江河湖泊中发展迅速,目前我国有这种凤眼莲 184万吨,成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。 14

凤眼莲(水葫芦)

15

实例三:在20世纪30年代, 人们将环颈雉引入美国的 一个岛屿。在1937-1942 年期间,这个种群数量的 增长如下图所示。

如果以时间为横坐标, 种群数量为纵坐标画出 曲线来表示,曲线大致 呈什么型?
17

二、种群增长的“J”型曲线 实例3:

自然界确有类似细菌 在理想条件下种群数 量增长的形式,如果 以时间为横坐标,种 群数量为纵坐标,曲 线则大致呈“ J ”型
美国某岛屿环颈雉 种群数量的增长
18

二、种群增长的“J”型曲线
①产生条件: 理想状态——食物充足,空间不限, 气候适宜,没有天敌等; ②增长特点: 种群数量每年以一定的倍数增长, 第二年是第一年的λ倍。 Nt=N0 λt ③量的计算:t年后种群的数量为
(N0为起始数量, t为时间,Nt表示t年后该种群的数量, λ为一年前种群数量的倍数.)

④例子:实验室条件下、外来物种入侵、 迁移入新环境。
19

?问题: “J”型增长能一直持续下去吗?
存在环境阻力——— 自然界的资源和空间总是有限的;种内斗争就 会加剧;捕食者增加等。 当种群数量增加到一定阶段时,种群数量就会 稳定在一定的水平。

20

问题探讨 在一个培养基中,细菌的数量会一直按照这个公 式增长吗?为什么? 不会。原因是资源和空间是有限的。 如何验证这个观点?
生态学家高斯曾经做过这 样一个实验:在0.5ml培养液中 放入5个大草履虫,然后每隔 24h统计一次大草履虫的数量。 经过反复实验,得出了如图所 示的结果。

21

三、种群增长的“S”型曲线

1.概念:在资源和空间有限时,种群经过一 定时间的增长后,数量趋于稳定的增长曲线 称为“S”型曲线。 K=375
如:大草履虫种 群的增长曲线

2.K值:在环境条件不受破坏的情况下,一定空 间中所能维持的种群最大数量成为环境容纳量, 22 又称K值。

3.对 种群增长的“S”型曲线的分析
种群增长速率增大 减速期,增长缓慢 种群数量在 K/2值时, 种群增长速率最大 转折期,增 K/2 长速率最快 种群数量K/2 →K值时, 种群增长速率不断低 种群数量达到K值时, 加速期,个体数量增加,增长加速 种群增长速率为零,但种群数 潜伏期,个体数量较少增长缓慢
饱和期,增 长速率为零 K值:环境容纳量 种群数量由0→K/2值时,

量达到最大,且种内斗争最剧 烈。
23

三、种群增长的“S”型曲线
4.产生条件: 存在环境阻力 自然条件(现实状态)——食物等资源和空间总是 有限的,当种群密度增大时,种内斗争不断加剧, 天敌数量不断增加,导致该种群的出生率降低,死 亡率增高。 种群密度越大 环境阻力越大
当出生率与死亡率相等时,种群的增长就会停止, 有时会稳定在一定的水平.

5.增长特点: 种群数量达到环境所允许的最大值(K值), 将停止增长并在K值左右保持相对稳定。 24

6.应用: 思考讨论:从环境容纳量(K值)的角度

(1)对濒危动物如大熊猫应采取什么保护措施? 建立自然保护区,改善大熊猫的栖息环境,提高环境 容纳量。 (2)为了保护鱼类资源不受破坏,并能持续获得最大捕 鱼量,应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平? 根据种群增长的S型曲线,应使被捕鱼群的种群数量保持 在K/2水平。这是因为在这个水平上种群增长量最大 。 (3)对家鼠等有害动物的控制,从环境容纳量的角度看, 应当采取什么措施? 从环境容纳量的角度思考,可以采取措施降低环境容纳量, 如将食物储藏在安全处,断绝或减少它们的食物来源;室 内采取硬化地面等措施,减少它们挖造巢穴的场所;养殖 25 或释放它们的天敌,等等。

种群增长的“S”型曲线 ?问题: 种群数量达到K值时,都能在K值维持稳定吗? 环境条件的改变,K值也随之发生改变,即改 善环境条件可使K值增大,如环境条件受到破 坏,则K值将会减小。

26

7.比较种群增长两种曲线的联系与区别
条件 种群增长率 有无K值 J型曲线 环境资源无限 保持稳定 无, 持续保持增长 S型曲线 环境资源有限 逐渐降低 有K值
食物不足 空间有限 种内斗争 天敌捕食 气候不适 寄生虫 传染病等

K值:环境容纳量

曲线

环境阻力

27

用达尔文的观点分析“J”、“S”曲线
“J”型曲线表明生 物具有什么特性? 图中阴影部分表示 什么?
K值 种 J型 群 数 曲线 量

S型 曲线
时间

1、“J”型曲线用达尔文的观点分析表明生物具 有过度繁殖的特性。 2、图中阴影部分表示:环境阻力; 用达尔文的观点分析指:通过生存斗争被 淘汰的个体数量,也即代表自然选择的作用。 28

种群数量变化曲线与种群增长速率曲线的关系
d e
g
K/2

c b 甲 f 乙 h

a

⑴图乙的fg段相当于图甲的ac段。 种群增长曲线的生产生活中的应用: ⑵图乙的g点相当于图甲的c点。
①有害动物的防治,应通过降低其环境 容纳量(K值) 善其栖息环境,提高K值。

⑶图乙的gh段相当于图甲的cd段。 ②受保护动物的拯救和恢复,应通过改 ⑷图乙的h点相当于图甲的de段。
③生产上的捕获期应确定在种群数量为K /2时最好;而杀虫效果最好的时期在潜 伏期。 29

例:我国自1393-1990年以来人口 统计数据如下:
年份 1393 1578 1764 1849 1928 1982 1990

亿

0.6

0.6

2.0

4.1

4.7

10.3 11.6

以上人口增长曲线符合哪种类型?
按照此曲线发展下去将会出现什么 状况,鉴于我国人口的现状应当采取什 么措施?
30

课后延伸与拓展:看图分析
12

人口/亿

8

4

0 1000

1200

1400

1600

1800

2000
31

我国1000-1990年的人口数量变化

四、种群数量的波动和下降

大多数种群的数量总是在波动之中的,在不利 条件之下,还会急剧下降,甚至灭亡。

32

影响种群数量变化的因素有哪些呢?
种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的, 因此,凡是影响上述种群特征的因素,都会引起种群数量的变化。

直接因素:出生率、死亡率、迁入、迁出 间接因素:食物、气候、传染病、天敌(环境因素) 重要因素:人类的活动

种群数量变化的类型:

增长,稳定,波动、下降等
研究种群数量变化有何意义?
1、野生生物资源合理利用和保护—鱼类 的捕捞 2、害虫的防治—蝗虫的防治
33

藏羚羊在哭泣

34

乱伐森林

35

被 伐 的 森 林 和 野 牛
36

五、研究种群数量变化的意义
1、为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导 。
(合理利用和保护野生生物资源) 既要使生物资源的产量达到最大,又不危害生物资源的可持续发 展,砍伐、捕捞、狩猎后,保证种群的增长速率为最大值。

2、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、 采伐等提供理论指导。 3、通过研究种群数量变动规律,为有害生物的预测及防 治提供科学依据。 (为防治有害生物提供科学依据)
降低环境的负荷量(K值)。如鼠害防治可通过严密封存粮食、 清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措施来降低K值。

4、为引进外来物种提供理性的思考。
必须考虑所引入的外来物种是否会构成对原来物种的危害,即是 否会构成生物入侵。 5、有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。 (拯救和恢复濒危动物种群)
37

1.在研究下列几个种群的增长模型时,最可能
与数学模型相符合的是 A.麋鹿种群 C.玉米种群 ( )

B.大熊猫种群 D.青蛙种群

种群的增长最符合数学模型的情形, 就是种群中的个体在上下代之间不重叠的情况。
答案: C
38

2.在下列图中,表示种群在无环境阻力 状况下增长的是 B

39

3.(2009· 广东高考)太平洋一个小岛上的某野兔种群的
数量变化如下表:B 年份(年) 数量(百只) 1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 130 200 398 990 1350 1290 1190 ( )

该种群变化率最大的时期为 A.1925-1930年 B.1930-1935年

C.1940-1945年

D.1945-1950年
40

4.下图中能够正确表示种群“S”型 增长曲线的增长率的是 ( )

答案:D

41

5.(2002高考)在一个玻璃容器 内,装入一定量的符合小球藻生 活的管养液,接种少量的小球藻, 每隔一段时间测定小球藻的个体 数量,绘制成曲线,如右图所示。 下列四图中能正确表示小球藻种 群数量增长率随时间变化趋势的 曲线是( ) C

42

6(2004江苏)某海滩黄泥螺种群现 存量约3000吨,正常状况下,每年该 种群最多可增加300吨,为充足利用 黄泥螺资源,又不影响可持续发展, 理论上每年最多捕捞黄泥螺的量为() A、3000吨 B、1650吨
D

C、1500吨

D、不超过300吨
43

7、下图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生 长曲线图,曲线中哪段表示由于有限空间资源的限 制使种内竞争增加( )

D

A.CD段(增长速度慢) B.DE段(速度加快) C.EF段(变化速率加快) D.FG段(速度逐渐变慢)
44

8( 05全国卷I) 为了保护鱼类资源不受破坏,并能持 续地获得最大捕鱼量,根据种群增长的S型曲线,应使 被捕鱼群的种群数量保持在 K/2水平。这是因为在这个 水平上 B A. 种群数量相对稳定 B. 种群增长量最大 C. 种群数量最大 D. 环境条件所允许的种群数量最大
种群数量 K K/2

时间

45

9.右图为鱼塘中鱼的数量增长曲线,为

了使鱼塘的总产量达到最大值,应该
做到适时捕捞。下列做法中正确的是 ( )

A.超过T4时捕捞,使剩余量保持在K B.超过T3时捕捞,使剩余量保持在3K/4

C.超过T2时捕捞,使剩余量保持在K/2
D.超过T4时捕捞,使剩余量保持在K/4 答案: C
46

解析:一般将动植物种群的数量控制在环境容纳量的一半, 即K/2值时,此时种群数量增长速度最快,可提供的资源 数量也最多,而又不影响资源的再生,当种群数量大于

K/2值时,种群增长的速度将开始下降。所以,在开发动
植物资源时,种群数量大于K/2值时就可以猎取一定数量 的该生物资源,而且获得最大量,当过度猎取会导致种群 数量小于K/2值,种群的增长速度将减慢,获取的资源数 量将减少,而且还会影响资源的再生。 答案: C
47

? 10(07理综I)下列有关种群增长的S型 曲线的叙述,错误的是 D ? A.通常自然界中的种群增长曲线最终呈 S型 ? B.达到K值时种群增长率为零 ? C.种群增长受自身密度的影响 D.种群的增长速度逐步降低

48

11、如图为某种群在不同生态系统中的增 长曲线,请仔细分析图中曲线后回答问题。

(1)如果种群处于一个理想的环境中,没有资源和 空间的限制,种群数量增长的曲线是 a ? (2)如果将种群置于有限的自然环境中,种群数量 增长曲线是 b ? 49

12:下图为某种群在不同生态环境中的增长曲线, 仔细分析图中去先后回答下列问题: ? ⑴如果种群处在一个理想的环境中, 个 ? 没有自然和空间的限制,种群内个 体 数 ? 体数量的增长曲线是____,用达尔文 a a b ? 的进化理论解释,这是由于生物具 ? 有__________特性。 过度繁殖 ? ⑵如果将该种群置入有限制的自然 时间 ? 环境中,种群内个体数量的增长曲 b ? 线是_____,用达尔文进化理论分析图中的阴影部分 在生存斗争过程中淘汰的个体 表_____________________________。 年龄组成 ? ⑶影响种群密度的主要因素是种群的_______、 死亡率 _______、________和_______ 性别比例 出生率
50


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