4.2 种群数量的变化(定稿)

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问题的提出
• 假设你父亲承包了一个水库养鱼虾，如果一次投 假设你父亲承包了一个水库养鱼虾， 放的幼苗过多或延迟捕捞， 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， 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， 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Байду номын сангаас期才能进入指数增长期， 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？ 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：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：种群的数量变化有怎样的规律？
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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， 没有限制的情况下，某 种细菌每20min 20min就通过 种细菌每20min就通过 分裂繁殖一代。 分裂繁殖一代。
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一、建构种群增长模型的方法
1、填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为min）产 填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为min） min 生后代的数量。 生后代的数量。 时间（min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 5 6 7 8 9 分裂次数 1 2 3 4 数量（个） 2 4 8 16 32 64 128 256 512 代细菌数量Nn的计算公式是： Nn的计算公式是 2．n代细菌数量Nn的计算公式是：
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比较种群增长两种曲线的联系与区别
条件 种群增长率 有无K值 有无K J型曲线 环境资源无限 保持稳定 无， 持续保持增长 S型曲线 环境资源有限 先升后降 有K值
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
K值：环境容纳量 曲线 环境阻力
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用达尔文的观点分析“ 、 用达尔文的观点分析“J”、“S”曲线 曲线
本节聚焦
一、建构种群增长模型的方法 种群增长的“ 型曲线 二、种群增长的“J”型曲线 种群增长的“ 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
问题的提出
《中国水利网》：宁 中国水利网》 波、昆明、武汉等地， 昆明、武汉等地， 人躺在铺满凤眼莲的 湖面上，可以不沉； 湖面上，可以不沉； 上海去年3 上海去年3万吨的凤眼 莲打捞量， 莲打捞量，今年已翻 倍有余，上升至10 了3倍有余，上升至10 万吨； 万吨；凤眼莲所带来 的水体富营养化， 的水体富营养化，让 越来越多的水中生物 痛失“家园” 痛失“家园”。
生态学家高斯曾经做过这 样一个实验： 0.5ml培养液中 样一个实验：在0.5ml培养液中 放入5个大草履虫， 放入5个大草履虫，然后每隔 24h统计一次大草履虫的数量 统计一次大草履虫的数量。 24h统计一次大草履虫的数量。 经过反复实验， 经过反复实验，得出了如图所 示的结果。 示的结果。
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三、种群增长的“S”型曲线 种群增长的“ 型曲线
种群增长率为零, 种群增长率为零,但种群数量 潜伏期， 潜伏期，个体数量较少增长缓慢 达到最大，且种内斗争最剧烈。 达到最大，且种内斗争最剧烈。
饱和期，增 饱和期， 种群数量由0 K/2值时 值时， 长速率为零 K值：环境容纳量 种群数量由0→K/2值时，
K值：在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中 在环境条件不受破坏的情况下， 所能维持的种群最大数量称为环境容纳量 种群最大数量称为环境容纳量。 所能维持的种群最大数量称为环境容纳量。
“J”型曲线表明生 型曲线表明生 物具有什么特性？ 物具有什么特性？ 图中阴影部分表示 什么？ 什么？
K值 种 J型 群 数 曲线 量
S型 曲线
时间
1、“J”型曲线用达尔文的观点分析表明生物具 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。 过度繁殖的特性。 的特性 图中阴影部分表示：环境阻力； 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 生存斗争被 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。 的个体数量， 淘汰的个体数量，也即代表自然选择的作用。
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实例二：凤眼莲原产于南美，仅以一种观赏性植物零散分布， 实例二：凤眼莲原产于南美，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” 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、 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 年作为花卉引入中国， 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， 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， 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， 184万吨 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。 为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。
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三、种群增长的“S”型曲线 种群增长的“ 型曲线
①产生条件： 存在环境阻力 产生条件： 自然条件(现实状态)——食物等资源和空间总 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， 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， 天敌数量不断增加，导致该种群的出生率降低，死 亡率增高。 亡率增高。
细菌数量
曲线图与数学方程式比较， 曲线图与数学方程式比较，有 哪些优缺点？ 哪些优缺点？
曲线图： 曲线图： 直观，但不够精确。 直观，但不够精确。 数学公式： 数学公式： 精确，但不够直观。 精确，但不够直观。
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一、建构种群增长模型的方法
建立数学模型一般包括以下步骤： 建立数学模型一般包括以下步骤：
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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， 描述、解释和预测种群数量的变化，常常需 要建立数学模型 数学模型。 要建立数学模型。
数学模型：
是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 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 公式、 等形式。 数学模型的表现形式可以为公式、图表等形式。
1、观察研究对象，提出 观察研究对象， 问题 2、提出合理的假设 提出合理的假设 合理的 3、根据实验数据，用适 根据实验数据， 当的数学形式 数学形式对事物的性 当的数学形式对事物的性 质进行表达 质进行表达 4、通过进一步实验或观 察等，对模型进行检验或 察等，对模型进行检验或 修正 细菌每20分钟分裂一次， 细菌每20分钟分裂一次， 20分钟分裂一次 问题：细菌数量怎样变化的？ 问题：细菌数量怎样变化的？ 在资源和空间无限多的环境中， 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 列出表格，根据表格画曲线， 列出表格，根据表格画曲线，推 导公式 观察、统计细菌的数量， 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
种群密度越大 环境阻力越大
②增长特点： 增长特点： 种群数量达到环境所允许的最大值（ 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。 将停止增长并在K值左右保持相对稳定。
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思考讨论
1、为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续获得最大捕鱼 为了保护鱼类资源不受破坏， 应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平? 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， 根据种群增长的S型曲线，应使被捕鱼群的种群数量保持 K/2水平 水平。 在K/2水平。这是因为在这个水平上种群增长量最大 。 2、对家鼠等有害动物的控制，从环境容纳量的角度看， 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？ 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， 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； 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； 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。 或释放它们的天敌，等等。
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实例一：1859年 一位英国人来到澳大利亚定居， 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， 24只野兔 他带来了24只野兔。让他没有想到的是，一个世 纪之后， 24只野兔的后代竟达到 亿只以上。 只野兔的后代竟达到6 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， 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， 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。 病毒才使野兔的数量得到控制。
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实例三： 20世纪30年代， 实例三：在20世纪30年代， 世纪30年代 人们将环颈雉引入美国的 一个岛屿。 1937－ 一个岛屿。在1937－1942 年期间， 年期间，这个种群数量的 增长如下图所示。 增长如下图所示。 如果以时间为横坐标， 如果以时间为横坐标， 种群数量为纵坐标画出 曲线来表示， 曲线来表示，曲线大致 呈什么型？ 呈什么型？
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问题的提出
《国家地理》：在几百年前， 国家地理》 在几百年前， 金丝猴在许多地区广泛分布， 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。 金丝猴的分布区越来越小。 现在， 现在，黔金丝猴的数量只有 500～600只 500～600只，处于濒危状 态，只在贵州省的梵净山区 生存。 生存。滇金丝猴生活在云南 西北部、 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 2000只 高山中，数量不到2000只， 也处境濒危。 也处境濒危。