1、第2节 种群数量的变化,1901年,水葫芦被引入中国,现在被称为世界百大外来入侵种之一。许多河道和湖泊被水葫芦覆盖水面,导致大量水生生物死亡,它为什么能生长的如此迅猛?,水葫芦的危害,1.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化和细菌数量的变化,尝试建构种群增长的数学模型。 2.通过资料分析、师生交流,能够阐明种群的“J”型增长和“S”型增长。 3.通过查阅资料、小组讨论,关注人类活动对种群数量变化的影响。,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。,描述、解释和预测种群数量的变化,常常需要建立数学模型。,在营养和生存空间没有限制的情况下,某种细菌
2、每20min就通过分裂繁殖一代。,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。,2n代细菌数量Nn的计算公式是:Nn 372小时后,由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少?,12n,解:n 60min x72h20min216,Nn12n 2216,细菌数量,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。,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,细菌每20分钟
3、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,例1:1859年,一位英国人来到澳大利亚定居,他带来了24只野兔。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。,例2:凤眼莲原产于南美,现已在亚、非、欧、
4、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。,例3:在20世纪30年代,人们将环颈雉引入美国的一个岛屿。在19371942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?,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;,增长特点:,种群数量每年以一定的倍数增长,第二年是第一年的倍。,种群 “ J ”型增长的数学模型公式:,Nt=N0 t,(N0为起始数量, t为时间,Nt表示t年后该种群的数量,为年均增长率),例子:
5、实验室条件下、外来物种入侵、迁移入新环境。,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。,问题探讨,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?,K值,种群增长率不断降低,种群数量K/2 K值时,,种群数量达到K值时,,种群增长率为零,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,,种群增长率最大,
6、种群数量由0K/2值时,,种群增长率增大,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,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。,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。,存在环境阻力,种群密度越大 环境阻力越大,19,1、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,
7、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 。,问题探讨,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。,环境资源无限,环境资源有限,保持稳定,先升后降,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,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
8、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。,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。,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。,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,影响种群数量变化的因素,1、为野生生物资源的合理利用及保
9、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。,1在下列图中,表示种群在无环境阻力状况下增长的是( ),B,2、某海滩黄泥螺种群现存量约3000吨,正常状况下,每年该种
10、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,3、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,4、以下关于“J”型曲线与“S”型曲线的说法中,错误的是( ) A.“J”型曲线只适用于实验室条件下或种群迁入新的适宜环境后 B.两种增长方式的差异主要在于有无环境阻力对种群数量增长的影响 C.环境阻力主要有种内斗争的加剧、种间关系的影响以及无机环境的影响 D.“S”型曲线和“J”型曲线一样,增长率始终保持不变,D,5、下图表示一个生物群落中甲、乙两个种群的增长速率随时间变化的曲线,下列叙述不正确的是( ),A.t1t3时间内,甲、乙种群均呈“S”增长 B.t3t5时间内,甲、乙两种群的年龄组成不同 C.t4t5时间内,乙种群出生率下降,死亡率上升,但出生率仍大于死亡率 D.甲、乙两种群可能为竞争关系,甲的竞争力小于乙 答案:A,退出,