2019年春季学期人教版高二生物必修三第四章第2节 种群数量的变化

第2节 种群数量的变化
实例：澳大利亚本来并没有兔子。 1859年，欧洲野兔从英国被带到了澳大利亚。这些野兔发现自己来到了天堂。因为这里有茂盛的牧草，却没有鹰等天敌，而且生态环境条件适宜。于是，兔子开始了几乎不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子就遍布整个大陆。
【思考】
澳大利亚野兔能指数增长的特殊原因是什么？
一、种群增长的“J”型曲线
思考：在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群的数量变化是怎样的呢？
在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20 min就通过分裂增殖一次。
菌
讨论：
以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的种群增长曲线。
　个

思考：同数学公式相比，曲线图表示的模型有什么优点？有什么局限性？


时间
数量

优点：能更直观地反映出种群数量的增长趋势。
局限性：曲线图表示的数学模型不够精确！
在描述、解释和预测种群数量的变化时，常常需要建立数学模型。数学模型的表现形式可以为公式、图表等。
观察研究对象，提出问题
提出合理的假设

通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验或修正

根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达


细胞每20min分裂一次
资源空间无限多，细菌种群的增长不受种群密度增加的影响

Nn＝２n
观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正


数学模型
用来描述一个系统或它的性质的数学形式。建立数学模型一般包括以下步骤：




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
实例2：凤眼莲（水葫芦）
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。
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？
实例3：环颈雉
学生讨论：
1.野兔种群增长的原因有哪些？
2.怎样用数学语言来描述野兔种群增长的规律？
3.如果用N0表示野兔种群的起始数量，用λ表示野兔种群数量每年的增长倍数，用Nt表示t年后野兔种群的数量，那么， Nt为多少？
4.列举在自然界中还有哪些与素材中野兔种群数量增长相类似的情况。
（1）产生条件：
理想状态下；食物充足，空间充裕，环境适宜，没有敌害等；实验室条件下；无环境阻力；外来物种入侵早期阶段。
（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，种群的增长率不变。
种群增长的Ｊ型曲线
（3）量的计算：t年后种群的数量为 ：
Nt=N0 λt
（N0为起始数量， t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ为年均增长率）
若λ> 1种群密度增大，为增长型种群。若λ<1种群密度减小，为衰退型种群。若λ =1数量不变，为稳定型种群。
实例：实验室条件下、外来物种入侵、迁移入新环境。
（4）曲线解读：
横坐标：时间
纵坐标：种群数量
条件：理想状态下
特点：持续增加
影响因素：N0 和λ值
横坐标：时间
纵坐标：种群增长率
特点：保持不变
计算：
某一地区2001年人口普查时有10万人，2002年比2001年增长1％。请预测，按照此生长速度，2006年该地区的人口将有多少？
Nt＝10×（1+1％）2006-2001
实例：
我国自1393～1990年以来人口统计数据如下：


以上人口增长曲线符合哪种类型？
年份 1393 1578 1764 1849 1928 1982 1990
亿 0.6 0.6 2.0 4.1 4.7 10.3 11.6
我国1000～1990年的人口数量变化
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，种内竞争不断加剧，捕食者数量不断增加。导致该种群的出生率降低，死亡率增高。
　 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。
“J”型增长能一直持续下去吗？
有实例证明吗？
请你绘制大草履虫的种群增长曲线
高斯对大草履虫种群研究的实验
高斯把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中，每隔24小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：
【例】生态学家高斯的实验：
数量(个)
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。
在大自然中
①食物有限
②空间有限
③种内斗争
④种间竞争
⑤天敌捕食
种群密度越大环境阻力越大
二、种群增长的“S”型曲线
环境容纳量:
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，又称K值。
同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。
N≈K/2时，种群有最大持续产量。
资源有限的条件下的种群增长
K
种群增长速率不断降低
种群数量K/2→K值时，
对种群增长的“S”型曲线的分析
种群数量达到K值时，
种群增长速率为零,但种群数量达到最大，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/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




结合“S”型曲线，思考“S”型曲线增长过程中增长速率如何变化？
O
种群增长速率
种
群
数
量
“S”
型
增
长
曲
线


（种群数量）

K/2

K


种
群
数
量
增
长
速率
时间



D: 出生率＝死亡率，即
种群数量处于K值。
B: 出生率与死亡率之差
最大，即种群数量处于
K/2值。
0

K/2
a
b
c
d
g
h
f

e
种群数量变化曲线与种群增长速率曲线的关系
⑴图乙的fg段相当于图甲的ac段。
⑵图乙的g点相当于图甲的c点。
⑶图乙的gh段相当于图甲的cd段。
⑷图乙的h点相当于图甲的de段。
甲
乙
种群增长曲线在生产生活中的应用：
①有害动物的防治，应通过降低其环境容纳量（K值）
②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。
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
K/2 。
思考讨论：从环境容纳量（K值）的角度
（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；养殖或释放它们的天敌等。
（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。
应用：
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。
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
逐渐降低
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

用达尔文的观点分析“J”型“S”型曲线
时间
种群数量




















1． “J”型曲线用达尔文的观点分析指：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。
“J”型曲线指生物具有什么特性？
图中阴影部分表示什么？
影响种群数量变化的因素
1.野生生物资源的合理利用和保护——鱼类的捕捞
2.害虫的防治——蝗虫的防治
研究种群数量变化有何意义？

直接因素：出生率、死亡率、迁入率、迁出率
间接因素：食物、气候、传染病、天敌
重要因素：人类的活动
三、种群数量的波动和下降
苍鹭的保护
野猪的保护
全力防蝗减灾
救护被困的鲸鱼
项目　　 “J”型增长曲线　　 “S”型增长曲线　　
条件　　 无限环境(理想条件)　　 有限环境（自然条件）　　
模型假设　　 食物和空间条件充裕、
气候适宜、没有敌害等。
增长率不随种群密度的
变化而变化　　 食物和空间条件有限、
气候多变、存在敌害等。
增长率随种群密度的变
化而变化　　
建立模型　　 Nt=NOλt　　 K为环境容纳量　　
种群增长速率　　 逐渐增加 先增大后减小　　
B
1.在下列图中，表示种群在无环境阻力的状况下增长
的是（ ）
2. (2018·全国卷Ⅰ)种群密度是种群的数量特征之
一,下列叙述错误的是 ( )
A.种群的S型增长是受资源因素限制而呈现的结果
B.某林场中繁殖力极强老鼠种群数量的增长会受密度
制约
C.鱼塘中某种鱼的养殖密度不同时,单位水体该鱼的
产量有可能相同
D.培养瓶中细菌种群数量达到K值前,密度对其增长的
制约逐渐减弱
D
3.(2017·全国卷I·T5)假设某草原上散养的某种家畜
种群呈S型增长,该种群的增长率随种群数量的变化趋势
如图所示。若要持续尽可能多地收获该种家畜,则应在
种群数量合适时开始捕获,下列四个种群数量中合适的
是(　　)



A.甲点对应的种群数量 B.乙点对应的种群数量
C.丙点对应的种群数量 D.丁点对应的种群数量
D
4.如图是某种群在不同生态系统中的增长曲线模式
图，请据图回答下列问题：



(1)如果种群生活在一个理想的环境中，种群数量是
按_____曲线增长的，但实际上，在自然环境中
_______和_______都是有限的，使种群数量增长受到
影响，结果按_______曲线增长。
a
食物
空间
b
（2）此外，直接影响种群兴衰的两对变量是该种群的
_______和_______、_______和_______。年龄组成是
通过影响_______________而间接对种群动态变化起作
用的。
出生率
出生率和死亡率
死亡率
迁入率
迁出率
（3）下列对阴影部分的解释正确的是（ ）
①表示环境中影响种群增长的阻力
②表示环境中允许种群增长的最大值
③表示种群内迁出的个体数
④表示通过生存斗争被淘汰的个体数
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
C