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淺析種群增長(zhǎng)曲線中增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率的變化規(guī)律
2011-12-26 22:09:54| 分類： 教學(xué)參考資料 | 標(biāo)簽：種群 疑難雜癥 增長(zhǎng)率增長(zhǎng)速率 |字號(hào)大中小 訂閱 淺析種群增長(zhǎng)曲線中增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率的變化規(guī)律 湖北省宜昌市三峽高中 原題：在一個(gè)玻璃容器內(nèi)，裝入一定量的符合小球藻生物的營(yíng)養(yǎng)液，接種少量的小球藻，每隔一段時(shí)間測(cè)定小球藻的個(gè)體數(shù)量，繪制成曲線，如圖所示： 下列4圖中能正確表示小球藻種群數(shù)量增長(zhǎng)率隨時(shí)間變化趨勢(shì)的曲線是：（ ?。?/SPAN> 2002年廣東高考提供的參考答案是D。其觀點(diǎn)是：處在自然狀態(tài)下的一個(gè)種群，在其早期，由于資源近似于無(wú)限，環(huán)境壓力甚小，在經(jīng)歷調(diào)整適應(yīng)后，種群內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)過(guò)渡繁殖，種群出生率遠(yuǎn)大于死亡率，增長(zhǎng)率不斷上升（K/2之前）。隨著種群數(shù)量的劇增，食物、空間和其它生活條件變得越來(lái)越有限，環(huán)境壓力也越來(lái)越大，種群的出生率會(huì)下降，死亡率會(huì)增高，增長(zhǎng)率轉(zhuǎn)而逐漸下降（K/2之后）。當(dāng)種群數(shù)量增長(zhǎng)到環(huán)境條件所能承載的最大負(fù)荷即K值時(shí)，數(shù)量不再增加，出生率等于死亡率，增長(zhǎng)率為零。
解析：首先我們應(yīng)當(dāng)明確增長(zhǎng)率的含義是什么？增長(zhǎng)率是指單位數(shù)量的個(gè)體在單位時(shí)間內(nèi)新增加的個(gè)體數(shù)，其計(jì)算公式為：（變化后總數(shù)-變化前總數(shù)）/變化前總數(shù)×100％=增長(zhǎng)率，增長(zhǎng)率是一個(gè)百分比值，是沒(méi)有單位的。 例如，在“J”型曲線中，設(shè)增長(zhǎng)倍率為λ并保持不變的，假定一個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量開(kāi)始為ｎ0，在一年后，變?yōu)椋?SUB>1，則ｎ1＝ｎ0λ那么,該種群的年增長(zhǎng)率為（ｎ1－ｎ0）/n0×100%。該值為（ｎ0λ－ｎ0）/ｎ0×100%=（λ－1）×100%，此值保持不變。 然后，我們?cè)賮?lái)看一看什么是增長(zhǎng)速率，增長(zhǎng)速率則是單位時(shí)間內(nèi)的變化量，它是有單位的，其單位可以用個(gè)/月或個(gè)/年等表示。在“J”型曲線中，第一年的年增長(zhǎng)速率是ｎ0（λ－1），第二年的年增長(zhǎng)速率則是ｎ0λ（λ－1），由此類推，第ｔ年的年增長(zhǎng)速率為ｎ0λ（ｔ－1）（λ－1）。此值不斷增加。 在種群“J”型和“S”型曲線中任意一點(diǎn)的斜率就是該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)差值與橫坐標(biāo)差值的比值，而這個(gè)比值就是曲線某點(diǎn)的某時(shí)刻的增長(zhǎng)速率。因此，在“J”型曲線中曲線斜率所代表的增長(zhǎng)速率是不斷增加的，而在“S”型增長(zhǎng)曲線中，曲線斜率所代表的增長(zhǎng)速率是先升后降的，有最大值。所以上述高考題的D答案的曲線圖描述的實(shí)際是小球藻的增長(zhǎng)速率變化規(guī)律。 在自然界中，環(huán)境條件是有限的，因此，種群不可能按照“J”型曲線無(wú)限增長(zhǎng)。當(dāng)種群在一個(gè)有限的環(huán)境中增長(zhǎng)時(shí)，隨著種群密度的上升，個(gè)體間對(duì)有限的空間，食物和其他生活條件的種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)必將加劇，以該種群生物為食的捕食者的數(shù)量也會(huì)增加，這就會(huì)使這個(gè)種群的出生率降低，死亡率增高，從而使種群數(shù)量的增長(zhǎng)率下降。當(dāng)種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境條件所允許的最大值（以K表示）時(shí)，種群數(shù)量將停止增長(zhǎng)，有時(shí)會(huì)在K值左右保持相對(duì)穩(wěn)定。假定種群的增長(zhǎng)率隨著種群密度的增加而按一定的比例下降，種群數(shù)量達(dá)到K值以后保持穩(wěn)定，那么，將種群的這種增長(zhǎng)方式用坐標(biāo)圖表示出來(lái)，就會(huì)呈“S”型曲線。那么，這個(gè)過(guò)程中，增長(zhǎng)率是如何變化的呢？我們以人教社高二教材中，生態(tài)學(xué)家做的一個(gè)實(shí)驗(yàn)和“S”型曲線 為依據(jù)作一個(gè)數(shù)據(jù)估算分析。 “生態(tài)學(xué)家曾經(jīng)做過(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在0.5 mL培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲(chóng)，然后每隔24 h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲(chóng)的數(shù)量。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出了如上圖所示的結(jié)果。從上圖可以看出，大草履蟲(chóng)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下的最大種群數(shù)量是375個(gè)，這就是該實(shí)驗(yàn)種群的K值?！?/SPAN>觀察此圖，大草履蟲(chóng)第1天后的總數(shù)約為30個(gè)，第2天后的總數(shù)約為130個(gè)，第3天后的總數(shù)約為340個(gè)，第4天后的總數(shù)約接近于K值375個(gè)。那么第1天的增長(zhǎng)率為（30－5）/5＝500%，第2天的增長(zhǎng)率為（130－30）/30＝333%，第3天的增長(zhǎng)率為（340－130）/130＝161%，第4天的增長(zhǎng)率為（375－340）/340＝4.44%。作種群增長(zhǎng)率與時(shí)間的關(guān)系圖如下： 我們?cè)僮饕粋€(gè)種群增長(zhǎng)速率與時(shí)間的關(guān)系圖： 由上圖可知，一個(gè)呈“S”型曲線增長(zhǎng)的種群，它的增長(zhǎng)速率是先升后降的?？梢?jiàn)，開(kāi)始提到的2002年廣東高考理科綜合中的這道生物題的正確答案應(yīng)選C。
“J”和“S”型曲線種群增長(zhǎng)率和種群增長(zhǎng)速率
（1）種群增長(zhǎng)率和種群增長(zhǎng)速率都是反映一段時(shí)間內(nèi)種群數(shù)量改變多少的參數(shù)，但實(shí)質(zhì)不同。種群增長(zhǎng)速率指種群數(shù)量在單位時(shí)間內(nèi)的改變數(shù)值（即曲線的斜率），即dN／dt，有單位（如個(gè)/年等）。種群增長(zhǎng)率指在單位時(shí)間內(nèi)種群數(shù)量增加的量占初始數(shù)量的比例，是一個(gè)百分比，無(wú)單位。例如，某一種群的數(shù)量在某一單位時(shí)間t（如一年）內(nèi)，由初數(shù)量No（個(gè)）增長(zhǎng)到末數(shù)量Nt（個(gè)），則這一單位時(shí)間內(nèi)種群的增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率的計(jì)算分別為：增長(zhǎng)率＝（末數(shù)－初數(shù)）/初數(shù)×100％＝（Nt－No）／No×100％（無(wú)單位） 增長(zhǎng)速率＝（末數(shù)－初數(shù)）/單位時(shí)間＝（Nt－No）/t（有單位，如個(gè)/年） （2）比較
（3）“S”型增長(zhǎng)曲線的開(kāi)始部分是“J”型增長(zhǎng)曲線嗎？ 答案是否定的。（1）“S”型增長(zhǎng)曲線的種群增長(zhǎng)率是隨種群密度而下降，而“J”型增長(zhǎng)曲線的種群增長(zhǎng)率是始終保持不變的。（2）“J”型增長(zhǎng)曲線是一種理想條件下的種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線，種群遷入的是一個(gè)食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有敵害的理想環(huán)境，遷入后種群數(shù)量馬上就會(huì)呈指數(shù)形式增長(zhǎng)，不存在適應(yīng)過(guò)程；而“S”型增長(zhǎng)曲線的前段是種群對(duì)新環(huán)境的一個(gè)適應(yīng)階段。 （4）具體應(yīng)用： 防治病蟲(chóng)害（“S”型曲線中0--1/4K，相當(dāng)于種群生長(zhǎng)的調(diào)整期，且越接近0越好） 魚(yú)類捕撈最佳時(shí)期的選擇：“S”型曲線中1/2K附近，相當(dāng)于種群生長(zhǎng)的對(duì)數(shù)期）
正確理解：如圖1所示，過(guò)A點(diǎn)作A點(diǎn)的切線AB，并過(guò)A、B兩點(diǎn)的分別向X軸和Y軸作垂線，由圖可知，BC為種群數(shù)量增加值，AC為種群數(shù)量增加所用時(shí)間，因此過(guò)A點(diǎn)切線的斜率（BC/AC）應(yīng)該是種群在該時(shí)間段內(nèi)的增長(zhǎng)速度，而不是種群增長(zhǎng)率，該時(shí)間段內(nèi)種群的增長(zhǎng)率應(yīng)該是BC/OD。 誤區(qū)四 認(rèn)為種群“S”型增長(zhǎng)曲線中的K/2時(shí)的增長(zhǎng)率是種群的最大增長(zhǎng)率 誤區(qū)分析：如圖2所示，曲線中K/2點(diǎn)的斜率是最大的，因?qū)⒃擖c(diǎn)切線的斜率當(dāng)成增長(zhǎng)率而出錯(cuò)。 正確理解：K/2時(shí)，不是增長(zhǎng)率最大，而是增長(zhǎng)速度最快。 誤區(qū)五 把增長(zhǎng)率或增長(zhǎng)速度最大視作種群數(shù)量最大 正確理解：種群增長(zhǎng)率或增長(zhǎng)速度最大時(shí)，種群數(shù)量增加較快，并未有達(dá)到種群數(shù)量的最大值。實(shí)際上,當(dāng)種群數(shù)量達(dá)到最大值時(shí)，種群增長(zhǎng)率或增長(zhǎng)速率變?yōu)?。 |
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