种群的数量变化（教育精品）

*,第2节 种群数量的变化,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,假设你父亲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？,问题的提出,4,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。,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,。,5,一、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。,6,一、建构种群增长模型的方法,时间,（,min),20,40,60,80,100,120,140,160,180,分裂次数,数量,（个）,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,、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。,2,n,代细菌数量,Nn,的计算公式是：,Nn,3,72,小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？,1,n,解：,n,min x,h,min,Nn,1,n,7,细菌数量,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。,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。,8,一、建构种群增长模型的方法,1,、,观察研究对象，,提出问题,细菌每,20,分钟分裂一次，,问题：细菌数量怎样变化的？,2,、,提出,合理的,假设,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,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,列出表格，根据表格画曲线，,推导公式,4,、,通过进一步实验或观察等，对模型进行,检验或修正,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,建立数学模型一般包括以下步骤：,9,1859,年，,24,只,野兔,6,亿只以上,的野兔,近,100,年后,实例,1,：,澳大利亚野兔,10,实例,2,：凤眼莲（水葫芦）,11,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？,12,二、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：,不受资源和空间的限制，种群的数量往往会连续增长，且,增长率,不变。,3.,量的计算：,t,年后种群的数量为,N,t,=N,0,t,（,N,0,为,起始数量,，,t,为,时间,，,N,t,表示,t,年后该种群的数量，,为年均增长率）,4.,例子：,实验室条件下；外来物种入侵；,迁移入新环境。,13,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？,如何验证这个观点？,不会。原因是资源和空间是有限的。,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。,14,思考：,1,、曲线形状象什么？,其种群达到基本稳定的数量值称为什么？,“,S,”型曲线,2,、大草履虫数量增长过程如何？,三、种群增长的“,S”,型曲线,K,值,15,种群增长,速,率不断降低,种群数量,K/2,K,值时，,三、种群增长的“,S”,型曲线,种群数量达到,K,值时，,种群增长速率为零,种群数量,达到最大，且种内斗争最剧烈,种群数量在,K/2,值时，,种群增长速率最大,种群数量由,0,K/2,值时，,种群增长速率增大,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,称为,环境容纳量,。,K/2,转折期，增长速率最快,K,值：,环境容纳量,加速期，个体数量增加，增长加速,潜伏期，个体数量较少增长缓慢,减速期，增长缓慢,饱和期，增长速率为零,16,三、种群增长的“,S”,型曲线,2.,产生条件：,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。,3.,增长特点：,（,1,）,种群数量达到环境所允许的最大值（,K,值）后，将停止增长，并在,K,值左右保持相对稳定。,（,2,）,种群增长速率先上升，后下降。,存在环境阻力,种群密度越大 环境阻力越大,17,思考讨论,1,、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。,2,、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；养殖或释放它们的天敌，等等。,18,比较种群增长两种曲线的联系与区别,J,型曲线,S,型曲线,条件,种群增长率,有无,K,值,曲线,环境资源无限,环境资源有限,保持稳定,先升后降,（增长速率）,无，,持续保持增长,有,K,值,环境阻力,K,值：,环境容纳量,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,19,用达尔文的观点分析“,J”,、“,S”,曲线,时间,种群数量,J,型曲线,S,型曲线,K,值,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。,“,J”,型曲线表明生物具有什么特性？图中阴影部分表示什么？,20,K/2,a,b,c,d,g,h,f,e,种群数量变化曲线与种群增长率曲线的关系,图乙的,fg,段相当于图甲的,ac,段。,图乙的,g,点相当于图甲的,c,点。,图乙的,gh,段相当于图甲的,cd,段。,图乙的,h,点相当于图甲的,de,段。,甲,乙,种群增长曲线的生产生活中的应用：,有害动物的防治，应通过降低其环境容纳量（,K,值）,受保护动物的拯救和恢复，应通过改善其栖息环境，提高,K,值。,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。,比较两幅图中相似的点,21,种,群,数,量,“,S”,型,增,长,曲,线,K/2,K,种,群,数,量,增,长,速,率,时间,2:,种群数量处于,K,值时，,增长速率,=0,1:,种群数量处于,K/2,值时，,增长速率最大,back,22,种群数量,种群增长的“,J”,型曲线,（理想状态下）,种群增长的“,S”,型曲线,（自然条件下）,1,、种群数量处于,K,值时，,增长速率,=0,，,2,、种群数量处于,K/2,值时，增长速率最大,3,、种群数量 小于,K/2,值时，增长逐渐加快,4,、种群数量 大于,K/2,值时，增长逐渐减慢,小结：,种,群,数,量,增,长,速,率,23,四、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。,24,影响种群数量变化的因素,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,重要因素：人类的活动,25,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。,环境因素,种群的出生率、死亡率、迁出和迁入,种群数量的变化,气候、食物、被捕食、传染病等,增或减,增长、波动、稳定、下降等,26,五、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。,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。,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。,27,一、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,28,1,在下列图中，表示种群在无环境阻力状况下增长的是,B,29,2.,（,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（）,D,30,例,3 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,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,K,时间,K/2,种群数量,B,31,时间,K,种群大小,4,、,如图表示有限环境中某一种群增长的曲线。下列有关叙述正确的是,K,值是环境条件所允许达到的种群数量最大值,在,K,值时，种群的增长率最大,如果不考虑迁入迁出等其它因素，在,K,值时出生率等于死亡率,假设这是鱼的种群，当种群达到,K,值时开始捕捞，可持续获得最高产量,A.B.,C.D.,B,32,5,、（,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,C,、,1500,吨,D,、不超过,300,吨,D,33,6,、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 （）,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）,D,34,（,07,理综,I,）,3,下列有关种群增长的,S,型曲线的叙述，错误的是,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,D,35,7,、,鱼群的增加速度为,y,吨,/,年,鱼群的存在量,为,X,吨，鱼群的内耗量为,X,2,吨，它们有如下关系：,y=ax-bx,2,(ab0),（,1,）该鱼群的最大负荷量是,吨,（,2,）如果既要满足当年的最大捕获量，又要可持续发展，应把鱼群控制在,吨左右，这样获得的最大的捕获量为,吨。,a/b,a/2b,a,2,/4b,36,1.,某生态系统中生活着多种植食性动物，其中某一植食性动物种群个体数量的变化如图所示。若不考虑该系