第2节__种群数量的变化

第2节种群数量的变化,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,2,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”。,3,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。,4,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,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,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：Nn372小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？,1n,解：nminxhmin,Nn1n,8,一、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。,9,一、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,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,建立数学模型一般包括以下步骤：,10,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。,11,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”。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。,12,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？,13,二、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=N0t,（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：实验室条件下、外来物种入侵、迁移入新环境。,14,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。,15,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？,三、种群增长的“S”型曲线,K值,16,种群增长率不断降低,种群数量K/2K值时，,三、种群增长的“S”型曲线,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,种群数量由0K/2值时，,种群增长率增大,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称为环境容纳量。,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，增长速率为零,17,三、种群增长的“S”型曲线,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,18,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。,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。,19,比较种群增长两种曲线的联系与区别,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,20,用达尔文的观点分析“J”、“S”曲线,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？,21,K/2,a,b,c,d,g,h,f,e,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。,22,四、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。,23,四、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、迁出和迁入率,种群数量的变化,影响种群数量变化的因素,24,五、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。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、