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高二生物網(wǎng)上補(bǔ)習(xí)班

發(fā)布于:2022-04-07 10:49:50

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普通高考試卷中時常出現(xiàn)考察種群數(shù)量變化的試題,教輔資料都對種群的數(shù)量變化規(guī)律進(jìn)行解讀、對相關(guān)高考試題進(jìn)行解析,但不少資料的解讀或解析存在偏差。

11 某些資料對種群數(shù)量變化的解讀摘要

111 種群數(shù)量按J型曲線增長,種群的增長率是不變的,

112 種群J型增長公式N=N0 λ 中,λ與增長率的關(guān)系:

λ=1+增長率=1+(出生率-死亡率)

λ<1時,種群為衰退型;λ=1時,種群為穩(wěn)定型;λ>1時,種群為增長型。

113 種群數(shù)量按S型曲線增長,種群的增長率是時刻發(fā)生變化的,

114 J型曲線的種群增長率保持穩(wěn)定;S型曲線的種群增長率隨種群密度的上升而下降。

12 存在的問題

既然“S型曲線的種群增長率隨種群密度的上升而下降”,那么,其增長率曲線就該是逐漸下降的曲線,而非“低-高-低”的峰樣曲線。對種群增長率的解讀的偏差,不僅存在于多種教輔資料,在相關(guān)的不同的高考試題之間也存在對種群增長率解讀的矛盾。例如:

例1(2005年全國Ⅰ)為了保護(hù)魚類資不受破壞,并能連續(xù)地獲得最大捕魚量,根據(jù)種群增長的S型曲線,應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在K/2水平。這是因為在這個水平上( B )

A種群數(shù)量相對穩(wěn)定 B種群增長量最大

C種群數(shù)量最大 D環(huán)境條件所允許的種群數(shù)量最大

例2(2007年全國Ⅰ)下列有關(guān)種群增長的S型曲線的敘述,錯誤的是( D )

A通常自然界中的種群增長曲線最終呈S型 B達(dá)到K值時種群增長率為零

C種群增長受自身密度的影響 D種群的增長速度逐步下降

例3(2002年廣東)在一個玻璃容器內(nèi),裝入一定量的符合小球藻生活的營養(yǎng)液。接種少量的小球藻,每隔一段時間測定小球藻的個體數(shù)量,繪制成曲線,如圖-2所示。圖-3中能正確表示小球藻種群數(shù)量增長率隨時間變化趨勢的曲線是( D )

例1所含的結(jié)論是在時間長短相同的各個時段內(nèi),K/2所對應(yīng)的時段種群增長量最大;例2所含的結(jié)論是在時間長短相同的各個時段內(nèi),K/2所對應(yīng)的時段種群增長速度最大。例1與例2都是指種群大小的瞬時變化速度(dN / d),而非種群增長率隨時間的變化。例3所含結(jié)論則是明確的,K/2時的種群數(shù)量增長率最大。筆者認(rèn)為例3中的“種群數(shù)量增長率”置換成“(瞬時)增長速度”更恰當(dāng)。

按照S型曲線增長的種群,在K/2時種群大小的增長量或增長速度最大,種群的增長率也最大嗎?

若由0-K/2時間段,種群的增長率逐漸增大,則與J型增長曲線相比較,環(huán)境阻力的影響何在?若增長率隨時間的變化如圖-1丙所示,則如何解析微生物種群由調(diào)整期-對數(shù)期的增長率變化?

2 分析討論

21 增長量 例1的種群增長量d N是指某時段內(nèi)種群大小,即總個體數(shù)量N的瞬時變化,增長量的計算公式為:

d N=N+1-N

22 增長速度 例2的種群增長速度是指單位時間內(nèi)種群大小(總個體數(shù)量N)的瞬時變化(d N/ d )。可由以下公式測得:

d N / d = (N+1-N) / (T+1-T)

23 增長率 = 出生率 - 死亡率 種群的實際增長率稱為自然增長率,用r表示,可由出生率與死亡率相減計算。死亡率是在一定時段內(nèi)死亡個體的數(shù)量除以該時段內(nèi)種群的平均大小。出生率泛指任何生物產(chǎn)生新個體的能力,實際出生率就是一段時間內(nèi)種群每個雌體實際的成功繁殖量;為便于跟死亡率對比,出生率也可定義為在一定時段內(nèi)產(chǎn)生的新個體的數(shù)量除以該時段內(nèi)種群的平均大小。增長率就應(yīng)該是在一定時段內(nèi)個體增減的數(shù)量除以該時段內(nèi)種群的平均大小,而非種群大小(總個體數(shù)量N)的變化率。

種群S型增長時,在T-T+1時段內(nèi)的增長率近似值可由以下公式測得:

r = (N+1-N)÷[(N+1+N)(T+1-T)/2]

24 K/2時種群的增長率、增長量和增長速度 在時量相等的各個時段內(nèi),K/2對應(yīng)時段的增長量與增長速度最大而增長率并非最大。在0-K/2時間區(qū)間內(nèi),種群數(shù)量N增大,環(huán)境阻力增大,出生率降低、死亡率升高,增長率逐漸降低;在K/2-K時間區(qū)間內(nèi),種群數(shù)量N繼續(xù)增大,環(huán)境阻力繼續(xù)增大,出生率繼續(xù)降低、死亡率繼續(xù)升高,增長率仍然逐漸降低;達(dá)到K時,出生率和死亡率相等,種群增長率為0,種群數(shù)量在K值附近上下波動。即:S型曲線的種群增長率隨種群密度的上升而下降。

產(chǎn)生S型曲線的最簡單的數(shù)學(xué)模型為邏輯斯諦方程(ogc qo),相當(dāng)于指數(shù)增長方程乘上一個密度制約因子(1-N / K )。 即:

dN / d = r N (1-N / K )。

邏輯斯諦方程中的K為環(huán)境容納量,即物種在特定環(huán)境中的平均密度。r表示物種的潛在增殖能力。在種群增長早期階段,種群大小N很小,N / K很小,1-N / K接近于1,抑制效應(yīng)忽略不計,種群增長實質(zhì)上為r N,呈幾何增長。當(dāng)N逐漸變大時,抑制效應(yīng)逐漸增加,直到當(dāng)N = K時,1-N / K變成1-K/ K ,等于零,這時種群增長為零,種群達(dá)到一個穩(wěn)定的大小不變的平衡狀態(tài)。

按照邏輯斯諦方程,種群呈S型增長時,瞬時增長率r近似于 r(1-N / K ),是隨時間的延續(xù)而逐漸降低的。

在種群增長早期階段,種群(N)小,增長率r雖高,但種群增長速度rN亦小;從種群增長的早期階段到轉(zhuǎn)折期(K/2時),增長率雖變小,但是種群(N)逐漸變大,增長率的降幅小于N的增幅,該時段內(nèi)的種群增長速度增大;在轉(zhuǎn)折期之后,增長率顯著變小,N的增幅明顯減小,種群增長速度逐漸減小。

3 結(jié)論

J型與S型曲線表示的是種群個體總數(shù)量N隨時間的變化;曲線表示J型增長時的種群增長率(r=λ-1)隨時間的變化 ,曲線表示少量個體能迅速適應(yīng)新環(huán)境的種群S型增長時的增長率隨時間的變化;曲線表示種群S型增長時增長速度(dN / d)隨時間的變化。種群增長量、增長速度和增長率是不同的概念,不能混淆。種群增長率的含義是單位時間、單位個體數(shù)量范圍內(nèi)的個體數(shù)量變化;種群增長速度(dN / d)的含義是種群個體總數(shù)量的瞬時變化。

在時量相等的各時間區(qū)段內(nèi)比較增長量dN才有意義,因此增長速度對于描述種群數(shù)量變化比增長量更有意義。誠如例1所含觀點,增長速度在確定漁牧業(yè)和林業(yè)最大持續(xù)產(chǎn)量方面的實踐意義比增長率更大,正是因為K/2時的“增長量”和“增長速度”最大,使捕撈后的魚類種群數(shù)量不明顯低于K/2,才能保證下一個捕撈季節(jié)獲得高產(chǎn)。在命題時,應(yīng)注意種群增長量、增長速度和增長率的區(qū)別,以免概念混淆而徒增學(xué)生疑惑

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