种群数量的变化定稿幻灯片.ppt
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1、种群数量的变化定稿第1页,共49页,编辑于2022年,星期一1问题的提出问题的提出中国水利网中国水利网:宁波、:宁波、昆明、武汉等地,人躺昆明、武汉等地,人躺在铺满在铺满凤眼莲凤眼莲的湖面上,的湖面上,可以不沉;上海去年可以不沉;上海去年3 3万吨的凤眼莲打捞量,万吨的凤眼莲打捞量,今年已翻了今年已翻了3 3倍有余,上倍有余,上升至升至1010万吨;凤眼莲所万吨;凤眼莲所带来的水体富营养化,带来的水体富营养化,让越来越多的水中生物让越来越多的水中生物痛失痛失“家园家园”。第2页,共49页,编辑于2022年,星期一2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,金金丝猴丝猴在许
2、多地区广泛分布,人口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,黔金丝分布区越来越小。现在,黔金丝猴的数量只有猴的数量只有500500600600只,处只,处于濒危状态,只在贵州省的梵于濒危状态,只在贵州省的梵净山区生存。滇金丝猴生活在净山区生存。滇金丝猴生活在云南西北部、西藏东南端及四云南西北部、西藏东南端及四川西部长江上端金沙江上游的川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,也只,也处境濒危。处境濒危。第3页,共49页,编辑于2022年,星期一3假设你的家长承包了一个水库养鱼虾,如果一次假设你的家
3、长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。产极为不利。那什么时候是捕捞的最佳数量期?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
4、题的提出第4页,共49页,编辑于2022年,星期一4预习提纲预习提纲 1.怎样构建种群数量增长的模型?怎样构建种群数量增长的模型?2.种群数量是怎样变化的?种群数量是怎样变化的?3.什么是环境容纳量?什么是环境容纳量?4.影响种群数量变化的因素有哪些?影响种群数量变化的因素有哪些?第5页,共49页,编辑于2022年,星期一5数学模型数学模型:是用来描述是用来描述一个系统一个系统或或它的性质它的性质的数学形式。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,常常需要
5、描述、解释和预测种群数量的变化,常常需要建立建立数学模型数学模型。第6页,共49页,编辑于2022年,星期一6一、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,某没有限制的情况下,某种细菌每种细菌每20min20min就通过分就通过分裂繁殖一代。裂繁殖一代。第7页,共49页,编辑于2022年,星期一7一、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 4
6、8 81616323264641281282562565125121 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)产生后代产生后代的数量。的数量。2 2n n代细菌数量代细菌数量NnNn的计算公式是:的计算公式是:NnNn3 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?11n n解:解:n n min xmin xh hminminNnNn11n n n n 第8页,共49页,编辑于2022年,星期一8细菌数量一、建构种群增长模型的
7、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,画出细菌的数量增长、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。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。NnNnNnNn 11n n第9页,共49页,编辑于2022年,星期一9一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法5.类型:类型:坐标式(曲线图、柱状图)坐标式(曲线图、柱状图)数据分析表格式数据分析表格式数学方程式数学方程式Nn=2n方程式方程式精
8、确精确曲线图曲线图直观直观第10页,共49页,编辑于2022年,星期一10一、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,提出问提出问题题细菌每细菌每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,细菌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种群的增长不受种群密度增加的影响3 3、根据实验数据,用适当的、根据实验数据,用适当的数学形式数学形式对事物的性质进行对事物的性质进行表达表达(建立数学模型建立数学模型)列出表格,根据表格
9、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察、通过进一步实验或观察等,对模型进行等,对模型进行检验或修正检验或修正观察、统计细菌的数量,对自己所建观察、统计细菌的数量,对自己所建立的模型进行检验或修正立的模型进行检验或修正6 6、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:第11页,共49页,编辑于2022年,星期一11细菌的数量个 理理想想条条件件下下细细菌菌数数量量增增长长的的推推测测:自自然然界界中中有有此此类类型型吗?吗?二、种群增长的二、种群增长的“J”型曲线型曲线第12页,共49页,编辑于2022年,星期一12实例一:实例一:18
10、591859年,一位英国人来到澳大利亚定居,他带年,一位英国人来到澳大利亚定居,他带来了来了2424只野兔。让他没有想到的是,一个世纪之后,这只野兔。让他没有想到的是,一个世纪之后,这2424只只野兔的后代竟达到野兔的后代竟达到6 6亿只亿只以上。漫山遍野的野兔与以上。漫山遍野的野兔与牛羊争食牧草,啃啮树皮,造成植被破坏,导致水土流牛羊争食牧草,啃啮树皮,造成植被破坏,导致水土流失。失。后来,人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到后来,人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。控制。第13页,共49页,编辑于2022年,星期一13实例二:实例二:凤眼莲凤眼莲(水葫芦)原产于南美,仅以一种观赏
11、性植物零散分布,(水葫芦)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”。自此以后凤。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。成危害。19011901年作为花卉引入中国,年作为花卉引入中国,3030年代作为畜禽饲料引入中国内地各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,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
12、繁殖迅速,又几乎没有竞争对手和天敌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,在我国南方江河湖泊中发展迅速,目前我国有这种凤眼莲这种凤眼莲184184万吨,成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。万吨,成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。第14页,共49页,编辑于2022年,星期一14凤眼莲(水葫芦)凤眼莲(水葫芦)第15页,共49页,编辑于2022年,星期一15实例三:在实例三:在2020世纪世纪3030年代,年代,人们将人们将环颈雉环颈雉引入美国的一引入美国的一个岛屿。在个岛屿。在1937193719421942年期年期间,这个种群数量的增长如间,这个种群
13、数量的增长如下图所示。下图所示。如果以如果以时间时间为横坐标,为横坐标,种种群数量群数量为纵坐标画出曲线为纵坐标画出曲线来表示,曲线大致呈什么来表示,曲线大致呈什么型?型?第17页,共49页,编辑于2022年,星期一17二、种群增长的二、种群增长的“J”型曲线型曲线实例实例3:自然界确有类似细菌自然界确有类似细菌在在理想条件下理想条件下种群数种群数量增长的形式,如果量增长的形式,如果以以时间时间为横坐标,为横坐标,种种群数量群数量为纵坐标,曲为纵坐标,曲线则大致呈线则大致呈“J”型型美国某岛屿环颈雉美国某岛屿环颈雉种群数量的增长种群数量的增长第18页,共49页,编辑于2022年,星期一18二、
14、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,第种群数量每年以一定的倍数增长,第二年是第一年的二年是第一年的倍。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,为为一年前种群数量的倍数)一年前种群数量的倍数)例子:例子:实验室条件下、外来物种入侵、实验室条件下
15、、外来物种入侵、迁移入新环境。迁移入新环境。第19页,共49页,编辑于2022年,星期一19n问题:问题:“J”型增长能一直持续下去吗?型增长能一直持续下去吗?存在环境阻力存在环境阻力自然界的资源和空间总是有限的;种内自然界的资源和空间总是有限的;种内斗争斗争就就会加剧;捕食者增加会加剧;捕食者增加等等。当种群数量增加到一定阶段时,种群数量就会当种群数量增加到一定阶段时,种群数量就会稳定在一定的水平。稳定在一定的水平。第20页,共49页,编辑于2022年,星期一20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式增长在一个培养基中,细菌的数量会一直按照这个公式增长吗?为什么?吗?为
16、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样一生态学家高斯曾经做过这样一个实验:在个实验:在0.5ml0.5ml培养液中放入培养液中放入5 5个个大草履虫,然后每隔大草履虫,然后每隔24h24h统计一次统计一次大草履虫的数量。经过反复实验,大草履虫的数量。经过反复实验,得出了如图所示的结果。得出了如图所示的结果。第21页,共49页,编辑于2022年,星期一21三、种群增长的三、种群增长的“S”型曲线型曲线K=3751.概念:在资源和空间有限时,概念:在资源和空间有限时,种群经过一种群经过一定时间的增长后,数量
17、趋于稳定的增长曲线定时间的增长后,数量趋于稳定的增长曲线称为称为“S”型曲线。型曲线。2.K值:在环境条件不受破坏的情况下,一定空间中值: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成为所能维持的种群最大数量成为环境容纳量环境容纳量,又称,又称K值值。如:大草履虫种群如:大草履虫种群的增长曲线的增长曲线第22页,共49页,编辑于2022年,星期一22种群增长种群增长速速率不断低率不断低种群数量种群数量K/2 K/2 K K值时,值时,3 3.对对种种群群增增长长的的“S”型型 曲曲 线线的的 分分 析析种群数量达到种群数量达到K K值时,值时,种群增长种群增长速速率为率为零零,
18、但种群但种群数量数量达到最大达到最大,且,且种内斗争最剧烈种内斗争最剧烈。种群数量在种群数量在 K/2K/2值时,值时,种群增长种群增长速速率率最大最大种群数量由种群数量由0 0K/2K/2值时,值时,种群增长速率增大种群增长速率增大K/2转折期,增长转折期,增长转折期,增长转折期,增长速率最快速率最快速率最快速率最快K 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,增长缓慢饱和期,增长饱和期,增长饱和期,增长饱和期,增长速率为零速率为零速率为零速率为零第23页,共49页
19、,编辑于2022年,星期一23三、种群增长的三、种群增长的“S”S”型曲线型曲线4.4.产生条件:产生条件:自自然然条条件件(现现实实状状态态)食食物物等等资资源源和和空空间间总总是是有有限限的的,当当种种群群密密度度增增大大时时,种种内内斗斗争争不不断断加加剧剧,天天敌敌数数量量不断增加,导致该种群的出生率降低,死亡率增高。不断增加,导致该种群的出生率降低,死亡率增高。5.5.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),将停止值),将停止增长并在增长并在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
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