第2节__种群数量的变化.ppt

本节聚焦本节聚焦一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法二、种群增长的二、种群增长的“J”J”型曲线型曲线三、种群增长的三、种群增长的“S”S”型曲线型曲线四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降五、研究种群数量变化的意义五、研究种群数量变化的意义2问题的提出问题的提出中国水利网中国水利网：宁：宁波、昆明、武汉等地，波、昆明、武汉等地，人躺在铺满凤眼莲的人躺在铺满凤眼莲的湖面上，可以不沉；湖面上，可以不沉；上海去年上海去年3 3万吨的凤眼万吨的凤眼莲打捞量，今年已翻莲打捞量，今年已翻了了3 3倍有余，上升至倍有余，上升至1010万吨；凤眼莲所带来万吨；凤眼莲所带来的水体富营养化，让的水体富营养化，让越来越多的水中生物越来越多的水中生物痛失痛失“家园家园”。3问题的提出问题的提出国家地理国家地理：在几百年前，：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，黔金丝猴的数量只有现在，黔金丝猴的数量只有500500600600只，处于濒危状只，处于濒危状态，只在贵州省的梵净山区态，只在贵州省的梵净山区生存。滇金丝猴生活在云南生存。滇金丝猴生活在云南西北部、西藏东南端及四川西北部、西藏东南端及四川西部长江上端金沙江上游的西部长江上端金沙江上游的高山中，数量不到高山中，数量不到20002000只，只，也处境濒危。也处境濒危。4 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，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？问题的提出问题的提出5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数学模型的表现形式可以为公式公式、图表图表等形式。等形式。一、建构种群增长模型的方法一、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，常常需描述、解释和预测种群数量的变化，常常需要建立要建立数学模型数学模型。6一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法问题探讨问题探讨 在营养和生存空间在营养和生存空间没有限制的情况下，没有限制的情况下，某某种细菌每种细菌每20min20min就通过就通过分裂繁殖一代。分裂繁殖一代。7一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法时间时间（min)min)2020 4040 6060 8080100100120120140140 160160 180180分裂次数分裂次数数量数量（个）（个）2 24 48 8161632326464128128 256256 5125121 12 23 34 45 56 67 78 89 91 1、填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为、填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为minmin）产生后代的数量。产生后代的数量。2 2n n代细菌数量代细菌数量的计算公式是：的计算公式是：3 37272小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？解：解：n n min xmin xh hminminNnNn1 1 8细菌数量一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法4 4、以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的数、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。量增长曲线。曲线图与数学方程式比较，有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。9一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法1 1、观察研究对象，观察研究对象，提出提出问题问题细菌每细菌每2020分钟分裂一次，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？2 2、提出提出合理的合理的假设假设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细菌种群的增长不受种群密度增加的影响加的影响3 3、根据实验数据，用适根据实验数据，用适当的当的数学形式数学形式对事物的性对事物的性质进行质进行表达表达列出表格，根据表格画曲线，推列出表格，根据表格画曲线，推导公式导公式4 4、通过进一步实验或观通过进一步实验或观察等，对模型进行察等，对模型进行检验或检验或修正修正观察、统计细菌的数量，对自己观察、统计细菌的数量，对自己所建立的模型进行检验或修正所建立的模型进行检验或修正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：10实例一：实例一：18591859年，一位英国人来到澳大利亚定居，年，一位英国人来到澳大利亚定居，他带来了他带来了2424只野兔。让他没有想到的是，一个世只野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这纪之后，这2424只野兔的后代竟达到只野兔的后代竟达到6 6亿只以上。漫亿只以上。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。被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤后来，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。 11实例二：实例二：凤眼莲原产于南美，仅以一种观赏性植物零散分布，凤眼莲原产于南美，仅以一种观赏性植物零散分布，18441844年在美国的博览会上曾被喻为年在美国的博览会上曾被喻为“美化世界的淡紫色花冠美化世界的淡紫色花冠”。自此以。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。数十个国家造成危害。19011901年作为花卉引入中国，年作为花卉引入中国，3030年代作为畜禽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，又几乎没有竞争对手和天敌后逃逸为野生。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌 ，在我，在我国南方江河湖泊中发展迅速，目前我国有这种凤眼莲国南方江河湖泊中发展迅速，目前我国有这种凤眼莲184184万吨，成万吨，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。 12实例三：实例三：在在2020世纪世纪3030年代，年代，人们将环颈雉引入美国的人们将环颈雉引入美国的一个岛屿。在一个岛屿。在1937193719421942年期间，这个种群数量的年期间，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种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致曲线来表示，曲线大致呈什么型？呈什么型？13二、种群增长的二、种群增长的“J”J”型曲线型曲线产生条件：产生条件： 理想状态理想状态食物充足，空间不限，食物充足，空间不限， 气候适宜，没有天敌等；气候适宜，没有天敌等；增长特点：增长特点： 种群数量每年以一定的倍数增长，种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的第二年是第一年的倍。倍。量的计算：量的计算：t t年后种群的数量为年后种群的数量为 N Nt t=N=N0 0 t t （NN0 0为起始数量，为起始数量， t t为时间，为时间，NNt t表示表示t t年后该种群的数量，年后该种群的数量，为年均增长率）为年均增长率） 例子：例子：实验室条件下、外来物种入侵、实验室条件下、外来物种入侵、 迁移入新环境。迁移入新环境。14问题探讨问题探讨在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？为什么？式增长吗？为什么？如何验证这个观点？如何验证这个观点？不会。原因是资源和空间是有限的。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生态学家高斯曾经做过这样一个实验：在样一个实验：在0.5ml0.5ml培养液中培养液中放入放入5 5个大草履虫，然后每隔个大草履虫，然后每隔24h24h统计一次大草履虫的数量。统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如图所经过反复实验，得出了如图所示的结果。示的结果。15思考：思考：1 1、曲线形状象什么？、曲线形状象什么？其种其种群达到基本稳定的数量值群达到基本稳定的数量值称为什么？称为什么？“S S”型曲线型曲线2 2、大草履虫数量增长过程、大草履虫数量增长过程如何？如何？三、种群增长的三、种群增长的“S”S”型曲线型曲线K K值值16种群增长率不断降低种群增长率不断降低种群数量种群数量K/2 K/2 K K值时，值时，三、种群增长的三、种群增长的“S”S”型曲线型曲线种群数量达到种群数量达到K K值时，值时，种群增长率为零种群增长率为零, ,但种群数量但种群数量达到最大，且种内斗争最剧烈。达到最大，且种内斗争最剧烈。种群数量在种群数量在 K/2K/2值时，值时，种群增长率最大种群增长率最大种群数量由种群数量由0 0K/2K/2值时，值时，种群增长率增大种群增长率增大K K值：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，一定空间中所能维持的所能维持的种群最大数量种群最大数量称为称为环境容纳量环境容纳量。K/2K K值：值：环境容纳量环境容纳量加速期，个体数量增加，增长加速加速期，个体数量增加，增长加速潜伏期，个体数量较少增长缓慢潜伏期，个体数量较少增长缓慢减速期，增长缓慢减速期，增长缓慢17三、种群增长的三、种群增长的“S”S”型曲线型曲线产生条件：产生条件： 自然条件自然条件( (现实状态现实状态) )食物等资源和空间总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，死天敌数量不断增加，导致该种群的出生率降低，死亡率增高。亡率增高。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 K值），值），将停止增长并在将停止增长并在K K值左右保持相对稳定。值左右保持相对稳定。 存在环境阻力存在环境阻力 种群密度越大种群密度越大 环境阻力越大环境阻力越大18思考讨论思考讨论1 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，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? ?根据种群增长的根据种群增长的S S型曲线，应使被捕鱼群的种群数量保持型曲线，应使被捕鱼群的种群数量保持在在K/2K/2水平。这是因为在这个水平上种群增长量最大水平。这是因为在这个水平上种群增长量最大 。2 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；室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。19比较种群增长两种曲线的联系与区别比较种群增长两种曲线的联系与区别J J型曲线型曲线S S型曲线型曲线条件条件种群增长率种群增长率有无有无K K值值曲线曲线环境资源无限环境资源无限环境资源有限环境资源有限保持稳定保持稳定先升后降先升后降无，无，持续保持增长持续保持增长有有K K值值K K值：值：环境容纳量环境容纳量食物不足食物不足空间有限空间有限种内斗争种内斗争天敌捕食天敌捕食气候不适气候不适寄生虫寄生虫传染病等传染病等20用达尔文的观点分析用达尔文的观点分析“J”J”、“S”S”曲线曲线时间时间种种群群数数量量J J型型曲线曲线S S型型曲线曲线K K值值1 1、“J”J”型曲线用达尔文的观点分析表明生物型曲线用达尔文的观点分析表明生物具有具有过度繁殖过度繁殖的特性。的特性。2 2、图中阴影部分表示：、图中阴影部分表示：环境阻力环境阻力； 用达尔文的观点分析指：通过用达尔文的观点分析指：通过生存斗争生存斗争被被淘汰淘汰的个体数量，也即代表自然选择的作用。的个体数量，也即代表自然选择的作用。“J”J”型曲线表明型曲线表明生物具有什么特性？生物具有什么特性？图中阴影部分表示图中阴影部分表示什么？什么？21K/2a ab bc cd dg gh hf fe e种群数量变化曲线与种群增长率曲线的关系种群数量变化曲线与种群增长率曲线的关系图乙的图乙的fgfg段相当于图甲的段相当于图甲的acac段。段。图乙的图乙的g g点相当于图甲的点相当于图甲的c c点。点。图乙的图乙的ghgh段相当于图甲的段相当于图甲的cdcd段。段。图乙的图乙的h h点相当于图甲的点相当于图甲的dede段。段。甲甲乙乙种群增长曲线的生产生活中的应用：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有害动物的防治，应通过降低其环境容纳量（纳量（K K值）值）受保护动物的拯救和恢复，应通过改善受保护动物的拯救和恢复，应通过改善其栖息环境，提高其栖息环境，提高K K值。值。生产上的捕获期应确定在种群数量为生产上的捕获期应确定在种群数量为K/K/2 2时最好；而杀虫效果最好的时期在潜伏时最好；而杀虫效果最好的时期在潜伏期。期。22四、种群数量的波动和下降四、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。条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。23四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降 种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和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。因素，都会引起种群数量的变化。环境因素环境因素种群的出生率、死亡率、迁出和迁入率种群的出生率、死亡率、迁出和迁入率种群数量的变化种群数量的变化气候、食物、被捕食、传染病等气候、食物、被捕食、传染病等增或减增或减增长、波动、稳定、下降等增长、波动、稳定、下降等影响种群数量变化的因素影响种群数量变化的因素24五、研究种群数量变化的意义五、研究种群数量变化的意义1 1、为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导、为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导 。 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。展，砍伐、捕捞、狩猎后，保证种群的增长速率为最大值。2 2、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、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。采伐等提供理论指导。3 3、通过研究种群数量变动规律，为有害生物的预测及防、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。治提供科学依据。 降低环境的负荷量（降低环境的负荷量（K K值）。如鼠害防治可通过严密封存粮食、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清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措施来降低K K值。值。4 4、为引进外来物种提供理性的思考。、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。否会构成生物入侵。