种群数量变化定稿.pptx
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1、1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,金丝猴金丝猴在许多地区广泛分布,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。第1页/共48
2、页2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
3、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第2页/共48页3预习提纲预习提纲 1.怎样构建种群数量增长的模型?2.种群数量是怎样变化的?3.什么是环境容纳量?4.影响种群数量变化的因素有哪些?第3页/共48页4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,常常需要建描述、解释和预测种群数量的变化,常常需要建立立数学模型数学模型。第4页/共48页5一、建构种
4、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就通过就通过分裂繁殖一代。分裂繁殖一代。第5页/共48页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
5、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)产产生后代的数量。生后代的数量。2 2n n代细菌数量代细菌数量NnNnNnNn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6页/共48页7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
6、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7页/共48页8一、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方程式方程式精确精确曲线图曲线图直观直观第8页/共48页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
7、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(建立数学模型建立数学模型)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
8、进行检验或修正所建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9页/共48页10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“J”型曲线第10页/共48页11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。漫以上。漫山遍野的野兔与牛羊争食牧草,啃啮
9、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。第11页/共48页12实例二:实例二:凤眼莲凤眼莲(水葫芦)原产于南美,仅以一种观赏性植物零散(水葫芦)原产于南美,仅以一种观赏性植物零散分布,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”。自此以后凤眼莲被作为观赏植物引种栽培,现已在亚、非、欧、。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
10、危害。北美洲等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,在我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12页/共48页13凤眼莲(水葫芦)凤眼莲
11、(水葫芦)第13页/共48页15实例三:实例三:在在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。如果以如果以时间时间为横坐标,为横坐标,种群数量种群数量为纵坐标画出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?第15页/共48页16二、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
12、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16页/共48页17二、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
13、 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,为一年前种群数量的倍数)为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、外来物种入侵、迁移入新环境。迁移入新环境。第17页/共48页18n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18页/共48页19问
14、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。第19页/共48页20三、种群增长的三、种群增长的“S”型曲线型曲线K=
15、3751.概念:在资源和空间有限时,种群经过一定时间的增长后,数量趋于稳定的增长曲线称为“S”型曲线。2.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成为环境容纳量,又称K值。如:大草履虫种群的增长曲线第20页/共48页21种群增长种群增长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.对对种群增长的“S”型曲线的分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率为率为零零,但种群但种群数数量达到最大量达到最大,且,且种内斗争最剧种内斗争最剧烈烈。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率率最大最大种群数
16、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,增转折期,增转折期,增转折期,增长速率最快长速率最快长速率最快长速率最快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,增饱和期,增饱和期,增饱和期,增长速率为零长速率为零长速率为零长速率为零第21页/共48页22三、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
17、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不断断增增加加,导导致致该该种种群群的的出出生生率率降降低低,死死亡率增高。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),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当出生率与死亡率相等时,种群的增长就会停止,当出生率与死亡率相等时,种群的增长就会停止,有时会稳定在一定的水平有时会稳定在一定的水平第22页/共48页23
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