1、種群數(shù)量的變化和增長曲線介紹12本節(jié)聚焦一、建構(gòu)種群增長模型的方法二、種群增長的“J”型曲線三、種群增長的“S”型曲線四、種群數(shù)量的波動和下降五、研究種群數(shù)量變化的意義3問題的提出中國水利網(wǎng)：寧波、昆明、武漢等地，人躺在鋪滿鳳眼蓮的湖面上，可以不沉；上海去年3萬噸的鳳眼蓮打撈量，今年已翻了3倍有余，上升至10萬噸；鳳眼蓮所帶來的水體富營養(yǎng)化，讓越來越多的水中生物痛失“家園”。4問題的提出國家地理：在幾百年前，金絲猴在許多地區(qū)廣泛分布，人口的增加和山林的破壞使金絲猴的分布區(qū)越來越小。現(xiàn)在，黔金絲猴的數(shù)量只有500600只，處于瀕危狀態(tài)，只在貴州省的梵凈山區(qū)生存。滇金絲猴生活在云南西北部、西藏東南

2、端及四川西部長江上端金沙江上游的高山中，數(shù)量不到2000只，也處境瀕危。5假設(shè)你的家長承包了一個水庫養(yǎng)魚蝦，如果一次投放的幼苗過多或延遲捕撈，由于環(huán)境的負(fù)載能力限制，都不能達到效益的最優(yōu)化；相反，如果大量捕撈，使魚蝦數(shù)量大大減少，其種群往往要經(jīng)過相當(dāng)長的延滯期才能進入指數(shù)增長期，對生產(chǎn)極為不利。那什么時候是捕撈的最佳數(shù)量期？問題：如何合理利用和保護生物資源？問題：種群的數(shù)量變化有怎樣的規(guī)律？問題的提出6預(yù)習(xí)提綱 1.怎樣構(gòu)建種群數(shù)量增長的模型？2.種群數(shù)量是怎樣變化的？3.什么是環(huán)境容納量？4.影響種群數(shù)量變化的因素有哪些？7數(shù)學(xué)模型：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式

3、可以為公式、圖表等形式。一、建構(gòu)種群增長模型的方法 描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化，常常需要建立數(shù)學(xué)模型。8一、建構(gòu)種群增長模型的方法問題探討 在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一代。9一、建構(gòu)種群增長模型的方法時間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)數(shù)量（個）2481632641282565121234567891、填寫下表：計算一個細(xì)菌在不同時間（單位為min）產(chǎn)生后代的數(shù)量。2n代細(xì)菌數(shù)量Nn的計算公式是： Nn372小時后，由一個細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？1n解：n min xhminNn1n 10細(xì)菌數(shù)量一、建構(gòu)種群增

4、長模型的方法4、以時間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出細(xì)菌的數(shù)量增長曲線。曲線圖與數(shù)學(xué)方程式比較，有哪些優(yōu)缺點？曲線圖：直觀，但不夠精確。數(shù)學(xué)公式：精確，但不夠直觀。Nn 1n11一、建構(gòu)種群增長模型的方法5. 類型：坐標(biāo)式（曲線圖、柱狀圖）數(shù)據(jù)分析表格式數(shù)學(xué)方程式Nn=2n方程式精確曲線圖直觀12一、建構(gòu)種群增長模型的方法1、觀察研究對象，提出問題細(xì)菌每20分鐘分裂一次，問題：細(xì)菌數(shù)量怎樣變化的？2、提出合理的假設(shè)在資源和空間無限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群的增長不受種群密度增加的影響3、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進行表達（建立數(shù)學(xué)模型）列出表格，根據(jù)表格畫曲線，推導(dǎo)公式4、通過進一

5、步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正觀察、統(tǒng)計細(xì)菌的數(shù)量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正6、建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：13細(xì)菌的數(shù)量個 理想條件下細(xì)菌數(shù)量增長的推測：自然界中有此類型嗎？二、種群增長的“J”型曲線14實例一：1859年，一位英國人來到澳大利亞定居，他帶來了24只野兔。讓他沒有想到的是，一個世紀(jì)之后，這24只野兔的后代竟達到6億只以上。漫山遍野的野兔與牛羊爭食牧草，啃嚙樹皮，造成植被破壞，導(dǎo)致水土流失。后來，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。 15實例二：鳳眼蓮（水葫蘆）原產(chǎn)于南美，僅以一種觀賞性植物零散分布，1844年在美國的博覽會上曾被喻為“美化世界的淡紫色花

6、冠”。自此以后鳳眼蓮被作為觀賞植物引種栽培，現(xiàn)已在亞、非、歐、北美洲等數(shù)十個國家造成危害。1901年作為花卉引入中國，30年代作為畜禽飼料引入中國內(nèi)地各省，并作為觀賞和凈化水質(zhì)的植物推廣種植，后逃逸為野生。由于繁殖迅速，又幾乎沒有競爭對手和天敵 ，在我國南方江河湖泊中發(fā)展迅速，目前我國有這種鳳眼蓮184萬噸，成為我國淡水水體中主要的外來入侵物種之一。 16鳳眼蓮（水葫蘆）1718實例三：在20世紀(jì)30年代，人們將環(huán)頸雉引入美國的一個島嶼。在19371942年期間，這個種群數(shù)量的增長如下圖所示。 如果以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示，曲線大致呈什么型？19二、種群增長的“J”型曲線

7、實例3：自然界確有類似細(xì)菌在理想條件下種群數(shù)量增長的形式，如果以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)，曲線則大致呈“ J ”型美國某島嶼環(huán)頸雉種群數(shù)量的增長20二、種群增長的“J”型曲線產(chǎn)生條件： 理想狀態(tài)食物充足，空間不限， 氣候適宜，沒有天敵等；增長特點： 種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年是第一年的倍。量的計算：t年后種群的數(shù)量為 Nt=N0 t （N0為起始數(shù)量， t為時間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，為一年前種群數(shù)量的倍數(shù)） 例子：實驗室條件下、外來物種入侵、 遷移入新環(huán)境。21問題：“J”型增長能一直持續(xù)下去嗎？ 存在環(huán)境阻力自然界的資源和空間總是有限的；種內(nèi)斗爭就會加?。徊妒痴咴黾拥?/p>

8、。當(dāng)種群數(shù)量增加到一定階段時，種群數(shù)量就會穩(wěn)定在一定的水平。22問題探討在一個培養(yǎng)基中，細(xì)菌的數(shù)量會一直按照這個公式增長嗎？為什么？如何驗證這個觀點？不會。原因是資源和空間是有限的。生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過這樣一個實驗：在培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每隔24h統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實驗，得出了如圖所示的結(jié)果。23三、種群增長的“S”型曲線K=3751.概念：在資源和空間有限時，種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長曲線稱為“S”型曲線。值：在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量成為環(huán)境容納量，又稱K值。如：大草履蟲種群的增長曲線24種群增長速率不斷低種群數(shù)量

9、K/2 K值時，3.對種群增長的“S”型曲線的分析種群數(shù)量達到K值時，種群增長速率為零,但種群數(shù)量達到最大，且種內(nèi)斗爭最劇烈。種群數(shù)量在 K/2值時，種群增長速率最大種群數(shù)量由0K/2值時，種群增長速率增大K/2轉(zhuǎn)折期，增長速率最快K值：環(huán)境容納量加速期，個體數(shù)量增加，增長加速潛伏期，個體數(shù)量較少增長緩慢減速期，增長緩慢飽和期，增長速率為零25三、種群增長的“S”型曲線4.產(chǎn)生條件： 自然條件(現(xiàn)實狀態(tài))食物等資源和空間總是有限的，當(dāng)種群密度增大時，種內(nèi)斗爭不斷加劇，天敵數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致該種群的出生率降低，死亡率增高。5.增長特點： 種群數(shù)量達到環(huán)境所允許的最大值（K值），將停止增長并在K值

10、左右保持相對穩(wěn)定。 存在環(huán)境阻力 種群密度越大 環(huán)境阻力越大當(dāng)出生率與死亡率相等時，種群的增長就會停止，有時會穩(wěn)定在一定的水平26思考討論：從環(huán)境容納量（K值）的角度（2）為了保護魚類資源不受破壞，并能持續(xù)獲得最大捕魚量，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平?根據(jù)種群增長的S型曲線，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在K/2水平。這是因為在這個水平上種群增長量最大 。（3）對家鼠等有害動物的控制，從環(huán)境容納量的角度看，應(yīng)當(dāng)采取什么措施？從環(huán)境容納量的角度思考，可以采取措施降低環(huán)境容納量，如將食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；室內(nèi)采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場所；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵

11、，等等。（1）對瀕危動物如大熊貓應(yīng)采取什么保護措施？建立自然保護區(qū)，改善大熊貓的棲息環(huán)境，提高環(huán)境容納量。6.應(yīng)用：27種群增長的“S”型曲線問題：種群數(shù)量達到K值時，都能在K值維持穩(wěn)定嗎？環(huán)境條件的改變，K值也隨之發(fā)生改變，即改善環(huán)境條件可使K值增大，如環(huán)境條件受到破壞，則K值將會減小。287.比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別J型曲線S型曲線條件種群增長率有無K值曲線環(huán)境資源無限環(huán)境資源有限保持穩(wěn)定逐漸降低無，持續(xù)保持增長有K值環(huán)境阻力K值：環(huán)境容納量食物不足空間有限種內(nèi)斗爭天敵捕食氣候不適寄生蟲傳染病等29用達爾文的觀點分析“J”、“S”曲線時間種群數(shù)量J型曲線S型曲線K值1、“J”型曲線

12、用達爾文的觀點分析表明生物具有過度繁殖的特性。2、圖中陰影部分表示：環(huán)境阻力； 用達爾文的觀點分析指：通過生存斗爭被淘汰的個體數(shù)量，也即代表自然選擇的作用?！癑”型曲線表明生物具有什么特性？圖中陰影部分表示什么？30K/2abcdghfe種群數(shù)量變化曲線與種群增長速率曲線的關(guān)系圖乙的fg段相當(dāng)于圖甲的ac段。圖乙的g點相當(dāng)于圖甲的c點。圖乙的gh段相當(dāng)于圖甲的cd段。圖乙的h點相當(dāng)于圖甲的de段。甲乙種群增長曲線的生產(chǎn)生活中的應(yīng)用：有害動物的防治，應(yīng)通過降低其環(huán)境容納量（K值）受保護動物的拯救和恢復(fù)，應(yīng)通過改善其棲息環(huán)境，提高K值。生產(chǎn)上的捕獲期應(yīng)確定在種群數(shù)量為K/2時最好；而殺蟲效果最好的

13、時期在潛伏期。31 例：我國自13931990年以來人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：以上人口增長曲線符合哪種類型？ 按照此曲線發(fā)展下去將會出現(xiàn)什么狀況，鑒于我國人口的現(xiàn)狀應(yīng)當(dāng)采取什么措施？年份1393157817641849192819821990億0.60.62.04.14.710.311.632人口/億我國1000-1990年的人口數(shù)量變化 課后延伸與拓展：看圖分析33四、種群數(shù)量的波動和下降 大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動之中的，在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡。341、野生生物資源合理利用和保護魚類 的捕撈2、害蟲的防治蝗蟲的防治影響種群數(shù)量變化的因素有哪些呢？研究種群數(shù)量變化有何意義？直接因素：

14、出生率、死亡率、遷入、遷出間接因素：食物、氣候、傳染病、天敵（環(huán)境因素）重要因素：人類的活動 種群的數(shù)量是由出生率和死亡率、遷入率和遷出率決定的，因此，凡是影響上述種群特征的因素，都會引起種群數(shù)量的變化。種群數(shù)量變化的類型：增長，穩(wěn)定，波動、下降等35藏羚羊在哭泣36亂伐森林37被伐的森林和野牛38五、研究種群數(shù)量變化的意義1、為野生生物資源的合理利用及保護提供理論指導(dǎo) 。 （合理利用和保護野生生物資源） 既要使生物資源的產(chǎn)量達到最大，又不危害生物資源的可持續(xù)發(fā)展，砍伐、捕撈、狩獵后，保證種群的增長速率為最大值。2、為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數(shù)量、適時捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。3、通過研

15、究種群數(shù)量變動規(guī)律，為有害生物的預(yù)測及防治提供科學(xué)依據(jù)。 （為防治有害生物提供科學(xué)依據(jù)） 降低環(huán)境的負(fù)荷量（K值）。如鼠害防治可通過嚴(yán)密封存糧食、清除生活垃圾、保護老鼠的天敵等措施來降低K值。4、為引進外來物種提供理性的思考。 必須考慮所引入的外來物種是否會構(gòu)成對原來物種的危害，即是否會構(gòu)成生物入侵。 5、有利于對瀕危動物種群的拯救和恢復(fù)。 （拯救和恢復(fù)瀕危動物種群）391在研究下列幾個種群的增長模型時，最可能與數(shù)學(xué)模型相符合的是()A麋鹿種群 B大熊貓種群C玉米種群 D青蛙種群答案： C種群的增長最符合數(shù)學(xué)模型的情形，就是種群中的個體在上下代之間不重疊的情況。402在下列圖中，表示種群在無環(huán)

16、境阻力狀況下增長的是B413(2009廣東高考)太平洋一個小島上的某野兔種群的數(shù)量變化如下表：B該種群變化率最大的時期為()A19251930年B19301935年C19401945年 D19451950年年份(年)1920192519301935194019451950數(shù)量(百只)130200398990135012901190424下圖中能夠正確表示種群“S”型增長曲線的增長率的是()答案：D435.（2002高考）在一個玻璃容器內(nèi)，裝入一定量的符合小球藻生活的管養(yǎng)液，接種少量的小球藻，每隔一段時間測定小球藻的個體數(shù)量，繪制成曲線，如右圖所示。下列四圖中能正確表示小球藻種群數(shù)量增長率隨時間

17、變化趨勢的曲線是（ ）C446（2004江蘇）某海灘黃泥螺種群現(xiàn)存量約3000噸，正常狀況下，每年該種群最多可增加300噸，為充足利用黃泥螺資源，又不影響可持續(xù)發(fā)展，理論上每年最多捕撈黃泥螺的量為（）A、3000噸 B、1650噸C、1500噸 D、不超過300噸D457、下圖表示接種到一定容積培養(yǎng)液中的酵母菌生長曲線圖，曲線中哪段表示由于有限空間資源的限制使種內(nèi)競爭增加（ ）ACD段（增長速度慢）BDE段（速度加快）CEF段（變化速率加快）DFG段（速度逐漸變慢）D468( 05全國卷I） 為了保護魚類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚量，根據(jù)種群增長的S型曲線，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持

18、在 K/2水平。這是因為在這個水平上 A. 種群數(shù)量相對穩(wěn)定 B. 種群增長量最大 C. 種群數(shù)量最大 D. 環(huán)境條件所允許的種群數(shù)量最大K時間K/2種群數(shù)量B479右圖為魚塘中魚的數(shù)量增長曲線，為了使魚塘的總產(chǎn)量達到最大值，應(yīng)該做到適時捕撈。下列做法中正確的是 ()A超過T4時捕撈，使剩余量保持在KB超過T3時捕撈，使剩余量保持在3K/4C超過T2時捕撈，使剩余量保持在K/2D超過T4時捕撈，使剩余量保持在K/4答案： C48解析：一般將動植物種群的數(shù)量控制在環(huán)境容納量的一半，即K/2值時，此時種群數(shù)量增長速度最快，可提供的資源數(shù)量也最多，而又不影響資源的再生，當(dāng)種群數(shù)量大于K/2值時，種群增長的速度將開始下降。所以，在開發(fā)動植物資源時，種群數(shù)量大于K/2值時就