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本节聚焦一、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1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500600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 假设你的家长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:如何合理利用和保护生物资源? 问题:种群的数量变化有怎样的规律?问题的提出4预习提纲1.怎样构建种群数量增长的模型?2.种群数量是怎样变化的?3.什么是环境容纳量?4.影响种群数量变化的因素有哪些?5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。6一、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。7一、建构种群增长模型的方法时间( min)20 40 60 80100120140 160 180分裂次数 数量(个 )248163264128 256 5121234567891、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NnNn的计算公式是:NnNn 372小时后,由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少? 11n n解:n min xhmin Nn1n n 8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。NnNn 11n n9一、建构种群增长模型的方法 5. 类型:坐标式(曲线图、柱状图)数据分析表格式 数学方程式Nn=2n方程式精确曲线图直观10一、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(建立数学模型 )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6、建立数学模型一般包括以下步骤:11细菌的数量个理想条件下细 菌数量增长的推测 :自然界中有此类 型吗?二、种群增长的“J”型曲线12实例一:1859年,一位英国人来到澳大利亚定居 ,他带来了24只野兔。让他没有想到的是,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。 13实例二: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。 14凤眼莲(水葫芦)1516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?17二、种群增长的“J”型曲线 实例3:自然界确有类似细菌 在理想条件下种群数 量增长的形式,如果 以时间为横坐标,种 群数量为纵坐标,曲 线则大致呈“ J ”型美国某岛屿环颈雉 种群数量的增长 18二、种群增长的“J”型曲线产生条件: 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。 量的计算:t年后种群的数量为 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 ,为一年前种群数量的倍数) 例子:实验室条件下、外来物种入侵、迁移入新环境。19n问题: “J”型增长能一直持续下去吗? 存在环境阻力自然界的资源和空间总是有限的;种内斗争就 会加剧;捕食者增加等。当种群数量增加到一定阶段时,种群数量就会 稳定在一定的水平。20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。 21三、种群增长的“S”型曲线K=3751.概念:在资源和空间有限时,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。2.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成为环境容纳量, 又称K值。如:大草履虫种 群的增长曲线22种群增长速率不断低种群数量K/2 K值时,3.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0K/2值时, 种群增长速率增大K/2转折期,增转折期,增 长速率最快长速率最快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,增饱和期,增 长速率为零长速率为零23三、种群增长的“S”型曲线4.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。5.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24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。6.应用:25种群增长的“S”型曲线n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。267.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27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?28K/2abcdghfe种群数量变化曲线与种群增长速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。29例:我国自13931990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?按照此曲线发展下去将会出现什么 状况,鉴于我国人口的现状应当采取什 么措施?年份1393 1578 1764 1849 1928 1982 1990亿0.60.62.04.14.710.3 11.630人口/亿我国1000-1990年的人口数量变化 课后延伸与拓展:看图分析31四、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。321、野生生物资源合理利用和保护鱼类 的捕捞2、害虫的防治蝗虫的防治影响种群数量变化的因素有哪些呢?研究种群数量变化有何意义?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(环境因素 )重要因素:人类的活动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。种群数量变化的类型: 增长,稳定,波动、下降等33藏羚羊在哭泣藏羚羊在哭泣34乱伐森林35被伐的森林和野牛被伐的森林和野牛36五、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 。(合理利用和保护野生生物资源)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。 (为防治有害生物提供科学依据)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。 5、有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。(拯救和恢复濒危动物种群)371在研究下列几个种群的增长模型时,最可能与数学模型相符合的是( )A麋鹿种群 B大熊猫种群C玉米种群 D青蛙种群答案: C种群的增长最符合数学模型的情形, 就是种群中的个体在上下代之间不重叠的情况。382在下列图中,表示种群在无环境阻力 状况下增长的是B393(2009广东高考)太平洋一个小岛上的某野兔种群的数量变化如下表:B该种群变化率最大的时期为( )A19251930年 B19301935年C19401945年 D19451950年年份(年)1920192519301935194019451950数量(百只)130200
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