種群的數(shù)量變化

第2節(jié)

種群數(shù)量的變化

第一課時種群：溫故而知新在一定的空間和時間內的同種生物個體的總和。種群的研究核心就是種群的數(shù)量變動。為了直觀、簡便地研究種群的數(shù)量變動的規(guī)律，數(shù)學建模是常用的方法之一。建構種群增長模型的方法學習目標：1.說明建構種群增長模型的方法。2.能用數(shù)學模型解釋種群數(shù)量的變化。學法指導：1.運用數(shù)學思維理解種群構建種群增長的模型。2.重點掌握構建種群增長的模型，并據(jù)此解釋種群數(shù)量的變化。數(shù)學模型：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數(shù)學形式。數(shù)學模型的表現(xiàn)形式可以為公式、圖表等形式。一、建構種群增長模型的方法描述、解釋和預測種群數(shù)量的變化，常常需要建立數(shù)學模型。建構種群增長模型的方法1、觀察研究對象，提出問題細菌每20分鐘分裂一次，問題：細菌數(shù)量怎樣變化的？2、提出合理的假設在資源和空間無限多的環(huán)境中，細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?shù)臄?shù)學形式對事物的性質進行表達4、通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正觀察、統(tǒng)計細菌的數(shù)量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正建立數(shù)學模型一般包括以下步驟：Nn＝1×２n一、建構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，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一代。一、種群增長的“J"型曲線（1）、填寫下表：算出一個細菌產生的后代在不同時間（單位min）的數(shù)量。①n代細菌數(shù)量的計算公式？②72小時后由一個細菌分裂產生的細菌數(shù)量是多少？Nn＝２n解：n＝60minx72h／20min＝216Nn＝２n＝2216122438416532664712882569512212223242526272829細菌數(shù)量一、建構種群增長模型的方法4、以時間為橫坐標，細菌數(shù)量為縱坐標，畫出細菌的數(shù)量增長曲線。曲線圖與數(shù)學方程式比較，有哪些優(yōu)缺點？曲線圖：直觀，但不夠精確。數(shù)學公式：精確，但不夠直觀。二、種群增長的“J”型曲線1.產生條件：2.建立模型Nt=N0

λt

N0為種群的起始數(shù)量t為時間Nt表示t年后該種群的數(shù)量λ表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)①方程模型λ等于1時,種群數(shù)量基本不變λ﹤1時,種群數(shù)量減少λ﹥1時,種群數(shù)量增加食物和空間條件充裕理想狀態(tài)氣候適宜沒有天敵“J”型增長的數(shù)學模型

1、產生條件：

理想狀態(tài)——食物充足，空間不限，氣候適宜，沒有敵害等；（N0為起始數(shù)量，t為時間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，λ為年均增長率。）

2、種群“J”型增長的數(shù)學模型公式：Nt=N0

λt

種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年是第一年的λ倍。(★模型假設)(★建立模型)3)分析：當λ>1、λ=1、0<λ<1時，種群的數(shù)量變化分別會怎樣？種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年是第一年的λ倍。λ=當年種群數(shù)量/一年前種群數(shù)量λ>1

λ=10<λ<1種群數(shù)量增加，種群為增長型種群數(shù)量不變，種群為穩(wěn)定型種群數(shù)量減小，種群為衰退型3.曲線分析：判斷為“J”型曲線幾種情況（1）在實驗室條件下；（2）食物和空間條件充裕、氣候適宜和沒有敵害等條件同時滿足；（3）外來物種入侵早期階段；（4）無環(huán)境阻力狀況曲線方程：Nt=N0λt

，其中t為自變量，所以屬于指數(shù)方程，a曲線表示的就是種群數(shù)量的“J”型增長。a增長率：是單位時間內種群數(shù)量的變化率，即：增長率＝（現(xiàn)有個體數(shù)－原有個體數(shù)）／原有個數(shù)。由于λ代表當年種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)，故增長率是個定值，在右圖中畫出相應的曲線。

增長率=-------×100%=λ-1(常數(shù)）Nn—Nn-1Nn-1增長速率是指單位時間內種群的增長量，增長速率＝（現(xiàn)有個體數(shù)－原有個體數(shù)）／增長時間。種群的增長速率就是曲線上通過每一點的切線斜率。請畫出“J”型曲線的增長速率的變化曲線圖時間

O種群增長速率時間

O“J”型曲線的增長速率實例一：1859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。例子：外來種群入侵遷移入新環(huán)境環(huán)頸雉種群增長500100015003919374042年種群數(shù)量實例二：在20世紀30年代，人們將環(huán)頸雉引入美國的一個島嶼。在1937－1942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，種群數(shù)量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線大致呈什么型？問題探討“J”型曲線能一直持續(xù)下去嗎？如何驗證這個觀點？不會。原因是資源和空間是有限的；種群密度大，種內斗爭，出等于死。即存在環(huán)境阻力生態(tài)學家高斯曾經做過這樣一個實驗：在0.5ml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。經過反復實驗，得出了如圖所示的結果。[例]生態(tài)學家高斯的實驗大草履蟲種群的增長曲線P67三、種群增長的“S”型曲線①產生條件：自然條件(現(xiàn)實狀態(tài))——食物等資源和空間總是有限的，當種群密度增大時，種內斗爭不斷加劇，天敵數(shù)量不斷增加，導致該種群的出生率降低，死亡率增高。②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

“S”型曲線分析K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)量稱為環(huán)境容納量。K/2K值：環(huán)境容納量abcoa數(shù)量增長慢的原因是：

數(shù)量增長最快的是__________段，其原因是。③增長最快的點是_____。④bc段增長速度變慢的可能原因是_

種群個體數(shù)少，需要適應新環(huán)境ab已經適應了新環(huán)境，并且生活條件比較優(yōu)越，沒有敵害等威脅。b種群數(shù)量越來越多，食物、空間有限，敵害也越來越多，種群的增長逐漸減慢，

“S”型曲線分析K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)量稱為環(huán)境容納量。K/2K值：環(huán)境容納量abc⑤分別分析a點和c點時的出生率和死亡率情況。a點：出生率_____死亡率c點：出生率_____死亡率⑥c點達到最大值K值，種群增長速率為零,種群數(shù)量最大，種內斗爭最劇烈。K值的含義是______________________

大于等于問題：同一種群的K值是固定不變的嗎？不是，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。在不利條件下，種群數(shù)量還會急劇的下降甚至消亡。消亡原來的環(huán)境容納量新的環(huán)境容納量新的環(huán)境容納量K0K1K2種群增長速率不斷降低種群數(shù)量K/2→K值時，三、種群增長的“S”型曲線種群數(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0→K/2值時，種群增長速率增大K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)量稱為環(huán)境容納量。K/2K值：環(huán)境容納量25③種群數(shù)量變化曲線與種群增長速率曲線的關系⑴圖乙fg段相當于圖甲ac段⑵圖乙g點相當于圖甲c點⑶圖乙gh段相當于圖甲cd段⑷圖乙h點相當于圖甲de段K/2abcdghfe甲乙種群增長的“Ｓ”型曲線4、在生產中的應用（1）為了持續(xù)獲得較多的生物資源：應設法增大環(huán)境容納量K，如加強生物生存環(huán)境的管理，

捕撈、采伐應該在種群數(shù)量達到K/2以上時進行，而且剩余種群數(shù)量應保持在K/2左右,種群增長速率大易恢復。(2)若要對有害生物進行防治：應設法使其環(huán)境容納量（K值）變小

通過引入天敵等措施，將種群數(shù)量盡量控制在較低水平。防治一定要在K/2之前。

在“S”型曲線中，種群數(shù)量達到環(huán)境容納量的一半（K/2）時，種群增長速率最大，資源再生能力最強。因此，在野生動植物資源的合理開發(fā)和利用方面，如漁業(yè)捕撈，應在種群數(shù)量大于K/2時開始捕撈，并且應使捕撈后的種群數(shù)量保持在K/2點。這樣做即可獲得較大捕撈量，又保持種群的高速增長，不影響資源的再生。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，應使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平?為什么？魚群數(shù)量超過K／2后才能捕撈，但要保證被捕后數(shù)量保持在K／2水平以上，因為在這個水平上種群增長速率最大。右圖為魚塘中魚的數(shù)量增長曲線，為了使魚塘的總產量達到最大值，應該做到適時捕撈。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：C比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別環(huán)境資源無限環(huán)境資源有限保持穩(wěn)定先升后降無，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斗爭天敵捕食氣候不適寄生蟲傳染病等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？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。四、種群數(shù)量的波動和下降種群的數(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。環(huán)境因素種群的出生率、死亡率、遷出和遷入率種群數(shù)量的變化氣候、食物、被捕食、傳染病等增或減增長、波動、穩(wěn)定、下降等影響種群數(shù)量變化的因素五、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。既要使生物資源的產量達到最大，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。3、通過研究種群數(shù)量變動規(guī)律，為有害生物的預測及防治提供科學依據(jù)。降低環(huán)境的負荷量（K值）。如鼠害防治可通過嚴密封存糧食、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成對原來物種的危害，即是否會構成生物入侵。第二部分課堂探究案針對自主學習中不懂的地方（用紅筆標記）進行討論，組長收集組內共性疑惑共同探究第三部分課堂鞏固1、經調查，第一年某種昆蟲種群數(shù)量為N0，如果在理想的條件下，每年的增長率λ=1.3保持不變，則第三年該種群數(shù)量為（）Ａ.1.3N0B.1.69N0C.2.3N0 D．5.29N02.自然界中生物種群增長常表現(xiàn)為“S”型增長曲線。下列有關種群“S”型增長的正確說法是A．“S”型增長曲線表示種群數(shù)量和食物的關系B．種群的增長速率先升高后降低C．在K值之前，不存在種內斗爭D．當魚的種群達到K值時開始捕撈，可持續(xù)獲得最高產量3、一個新的物種進入某地后，其種群數(shù)量變化，哪一項是不正確的A．先呈“S”形增