4.2群落数量的变化教材精析人教版必修3

知识梳理

一、种群数量变化的数学模型

种群的数量在不同条件下或不同环境下，表现出不同的增长曲线。研究种群的数量增长规律的意义有两个：一是对野生生物资源的合理利用和保护，二是对有害生物的防治。

1．种群增长的“J”型曲线

（1）环境条件：没有任何限制因素，如食物永远充裕、空间足够大、气候适宜、没有天敌、无疾病等，这种条件下，影响种群数目变动的因素只是自然出生率和死亡率，由于环境能提供足够充裕的生活条件，种群内不同个体的生理寿命很长，因而出生率远大于死亡率。这种条件的环境在自然界中几乎不存在，所以我们称之为理想条件或理想环境，这种环境中的种群数量是连续增长而没有下降的。

（2）种群数量增长公式：设N0为种群起始数量，每年增长率不变，且第二年种群数量是第一年的λ倍，则第t年种群的数量Νt=N0λt。这一增长方式在数学上称为指数式增长，它的数学曲线“J”型增长曲线第t年的种群数量取决于两个因素：N0（即起始数量）和λ（λ值取决于每年的自然出生率与死亡率）。

（3）“J”型数量增长的两种情形：一是实验室条件下；二是当一个种群刚迁入一个新的适宜环境时。

2．种群增长的“S”型曲线

由于受环境条件限制，种群不可能按照“J”型曲线无限增长，种群达到环境条件允许的最大值（K）后，数量就会停止增长，呈现“S”型曲线。世界上现存的生物种群，大多数已发展到平衡的稳定期。这种平衡是动态的，种群数量或种群密度往往是围绕着某一特定值波动，即一般的自然种群都符合“S”型种群数量增长。

（1）环境条件：有限的生存环境、有限的空间和食物，导致种内斗争加剧，同时捕食者数量增加，导致了种群出生率下降、死亡率增加，当种群数量达到最大值（K）时，种群数量停止增长。

（2）“S”型曲线具有以下特点：开始时经过一个适应环境的停滞期后，即进入指数增长时期，种群密度增加，然后增长速度变慢，最后增量和减量相等，种群不再增长而达到最高密度的稳定期，这时种群的数量达到一个最大值。

种群数量增长的“S”型曲线能反映或体现达尔文自然选择中的生存斗争。

二、影响种群数量变动的因素

1．出生率和死亡率

出生率和死亡率是影响种群数量变动的最直接因素。出生率和死亡率是决定种群大小和种群密度变化的最主要生物因素。出生率大于死亡率，种群密度增加；出生率小于死亡率，种群密度减小；出生率等于死亡率，种群密度不变。其他因素对种群大小和种群密度的影响大都是通过影响出生率和死亡率来进行的。具有高出生率、短命和高死亡率的物种，比具有低出生率、长寿和低死亡率的物种对环境多变的挑战，具有更大的适应性。

2．迁入和迁出

迁入和迁出也是影响种群数量变动的直接因素。同时，通过迁入和迁出，同一物种的不同种群之间进行了基因交流，能够增加种群的基因多样性。

3．其他因素

（1）种内关系

种群还要通过种内斗争来调节种群密度。种群密度增大时，种内斗争加剧，死亡率和迁出率增加，种群数量随之减少；反之，则使种群数量增加。这种调节方式属于反馈调节。

（2）种间关系

在一个有限的环境中，随着某一种群密度的增大，除种内斗争加剧外，还会导致一系列种间关系的变化，如该种群的捕食者数量随之增加，被捕食者数量相对减少；传染病在密度大的种群中更容易传播，种群密度增大，使传染病的传播几率大大增加，等等。这一切均使得该种群的出生率降低、死亡率升高，种群数量减少。这种调节机制也是反馈调节。

（3）非生物因素

阳光、温度、风、雨、雪等气候因素通过影响种群的出生率、死亡率而间接影响种群的数量，如温度适宜、阳光充足、雨水充沛则草木繁茂，草食动物食物充足，种群数量就增大。

（4）人为因素

人类活动对自然界中种群数量变化的影响越来越大。一方面，随着种植业和养殖业的发展，受人工控制的种群数量在不断增加；另一方面，砍伐森林、围湖造田、过度放牧、猎捕动物及环境污染等人为因素，使许多野生动植物种群数量锐减，甚至灭绝。

问题探究

问题：生活在加拿大北方森林中的猞猁捕食雪兔。研究人员在90多年的时间里，对猞猁和雪兔的种群数量作了研究，结果如图4-8所示。分析猞猁和雪兔的种群数量的波动情况

你能得出什么结论？

图4-8兔和猞猁数量的周期性变动

探究：从图象上可以看出，猞猁和雪兔种群数量之间存在相关性。例如，从1845年到1855年间，猞猁数量的增加导致雪兔减少；而雪兔的减少，又会造成猞猁减少，之后雪兔又大量增加。从多年的调查看，雪兔和猞猁相互制约，使它们的种群数量保持在一定范围内波动。

雪兔是以植物为食，猞猁是以雪兔为食。猞猁的存在不仅制约雪兔的种群数量，使得植物、雪兔、猞猁之间保持相对稳定，而且由于植物资源比较稳定，进而使得另一些以植物为生的动物数量及其食物链相对稳定，因而整个群落可以处在相对稳定的状态。

精题精讲

例1．在大田作物的栽培中，适当的密植可以提高单位面积产量，但种植过密反而减产。正确的解释是（）

A．导致害虫大量繁殖B．已造成杂草生长旺盛

C．导致种内斗争激烈D．使成熟期大大延迟

思路解析

由于生存的空间有限、土壤的肥水供应能力有限等因素，又由于作物的栽培种类比较单一，同种生物要求的条件一样，种内斗争激烈，作物生长不好，必然减产。其他三项均与密植无直接关系。

答案：C

绿色通道

这是与农业生产相关的问题，田间的玉米、花生、棉花等都不是种植得越密越好。既要保证土地的养料能最大限度地被植物利用，又要保证所有的植物都能得到生长所需的养料，二者达到最佳的结合才能使作物的产量最高。

例2．近十年来，我国东部沿海城市人口密度急剧增长，造成这一现象的主要原因是（）A．年龄组成呈增长型B．性别比例适当

C．迁入率大于迁出率D．出生率大于死亡率

思路解析

本题考查影响种群密度的因素。人口密度的大小与年龄组成、性别比例、迁入率和迁出率等密切相关。由于我国制定了“计划生育”这一基本国策，“独生子女”政策在东部沿海城市被严格执行，故出生率不是造成城市人口在短时间内急剧增加的主要原因。改革开放以来，东部沿海城市发展迅速，吸引了大批农村民工涌入沿海大、中城市打工，这是造成城市人口密度在短时间内急剧增加的主要原因。

答案：C

黑色陷阱

对我国国情不了解，不知道东部沿海地区人口增多的真正原因，也不知道计划生育取得的成果，不考虑迁入的人口，错误地选择D。

例3．图4-9为某种群在不同生态环境中的增长曲线，请仔细分析图中曲线后回答下列问题：（1）如果种群处在一个理想的环境中，没有资源和空间的限制，种群内个体的增长曲线是_______，用达尔文进化的观点分析，这是由于生物具有__________特性。

（2）如果将该种群置于有限制的自然环境中，种群内个体数量的增长曲线是_________，用达尔文进化观点分析，图中的阴影部分表示________________________________________。

（3）影响种群密度的主要因素是种群的_________、_________、_________和。

图4-9

思路解析

种群增长的基本模式有两种：一是假定无资源、空间等限制条件下的指数增长模型。因为资源和空间是无限大的，所以生物可能充分发挥它的繁殖潜力，即达尔文自然选择学说中的“过度繁殖”。种群数量的增长呈指数式增长，如图49中曲线a。二是有资源、空间等限制条件下的逻辑斯蒂增长模型。因为在实际的生态系统中，资源和空间都是有限的，种群增长的起始阶段，种群很小，每个个体得到足够的资源和空间。所以还以某种形式的指数增长模式增长，但随着种群数量的增加，每个个体得到的资源和空间越来越小，生存压力越来越