2017-2018學(xué)年高中生物第三章生物群落的演替3.1生物群落的基本單位__種群素材1蘇教版必修3

1、第一節(jié)生物群落的基本單位人口人口特征描述人口密度人口密度是指每單位面積或體積的個(gè)體數(shù)量。人口密度不同于“密度”。前者是個(gè)體的數(shù)量，而后者是比例。人口密度是人口最基本的數(shù)量特征。農(nóng)林害蟲的預(yù)測(cè)和漁業(yè)捕撈強(qiáng)度的確定都需要調(diào)查種群密度。在自然狀態(tài)下，一個(gè)種群的種群密度往往波動(dòng)很大，但不是無限的。出生率、死亡率、移民率都對(duì)人口密度有影響。人口規(guī)模有上限和下限。種群密度的上限由種群所處生態(tài)系統(tǒng)的能量流決定，而下限則難以確定。生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)整可以將優(yōu)勢(shì)生物的種群密度保持在有限的范圍內(nèi)。人口密度的統(tǒng)計(jì)和估計(jì)方法人口密度在生產(chǎn)和生活中起著重要的作用。這里有兩種常用的統(tǒng)計(jì)和估計(jì)方法。在評(píng)估時(shí)，“同等可能性”是

2、關(guān)鍵，而人的因素不能被納入。常用取樣方法抽樣方法取樣法適用于調(diào)查流動(dòng)性較弱的動(dòng)植物，如跳蟲和蝸牛。操作過程如下：在調(diào)查范圍內(nèi)，隨機(jī)選取幾個(gè)完全相等的樣方，統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣方的個(gè)體數(shù)量，計(jì)算每個(gè)樣方的種群密度，然后計(jì)算所有樣方的種群密度平均值，并將此值作為調(diào)查種群的種群密度估計(jì)值。常用的抽樣方法有“等距抽樣法”、“五點(diǎn)抽樣法”、“Z形抽樣法”等。標(biāo)記重捕法標(biāo)記再捕獲適用于活動(dòng)能力強(qiáng)的動(dòng)物，如田鼠、鳥類和魚類。操作過程是：在被調(diào)查人群的活動(dòng)范圍內(nèi)，捕獲一些個(gè)體，標(biāo)記它們，把它們放回原來的環(huán)境，一段時(shí)間后在同一地點(diǎn)再捕獲它們。估算公式為：種群密度/標(biāo)記個(gè)體數(shù)=再捕獲數(shù)/再捕獲中標(biāo)記個(gè)體數(shù)通過這種估計(jì)方法獲

3、得的估計(jì)值往往太大，因?yàn)樵S多動(dòng)物在被捕獲一次后更難捕獲，這導(dǎo)致在再捕獲中標(biāo)記的個(gè)體數(shù)量很少。做標(biāo)記時(shí)也要注意，所用的標(biāo)志應(yīng)該小而輕，不能影響生物行為；此外，你不應(yīng)該使用太顯眼的顏色(如紅色)，否則會(huì)使生物更容易捕食天敵，這將影響估計(jì)的準(zhǔn)確性。出生率和死亡率出生率是指人口中新生個(gè)體在特定時(shí)間內(nèi)占現(xiàn)有個(gè)體總數(shù)的比例；死亡率是特定時(shí)間內(nèi)人口中死亡人數(shù)與現(xiàn)存總?cè)藬?shù)的比率。在自然狀態(tài)下，出生率和死亡率決定了人口密度的變化。出生率高于死亡率，人口密度增加，其他條件都一樣。移民率和移民率許多生物種群進(jìn)進(jìn)出出，大量個(gè)體的遷移或遷出將對(duì)種群密度產(chǎn)生重大影響。對(duì)于某一特定人口，單位時(shí)間內(nèi)移入或移出人口的人數(shù)與人口

4、中的總?cè)藬?shù)之比分別成為移民率和移民率。在現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的城市人口研究中，移民率起著重要的作用。男女人口比例性別比率是指人口中男性和女性個(gè)體的數(shù)量比率。在自然界中，不同人群的正常性別比例有很大的不同，而且性別比例對(duì)人群數(shù)量有一定的影響。例如，使用性引誘劑誘捕并殺死大量雄性個(gè)體將使許多雌性害蟲無法完成交配，導(dǎo)致種群密度下降。年齡分布人口的年齡結(jié)構(gòu)是指年輕個(gè)體(生殖前期)、成年個(gè)體(生殖期)和老年個(gè)體(生殖后期)的數(shù)量。分析人口的年齡結(jié)構(gòu)可以間接地決定人口的發(fā)展趨勢(shì)。年齡結(jié)構(gòu)，生長(zhǎng)型(甲)，穩(wěn)定型(乙)生長(zhǎng)類型在不斷增長(zhǎng)的人口中，老年人的數(shù)量老化類型人口老齡化在瀕危物種中更為常見。這一人口中的年輕人數(shù)量

5、少，老年人數(shù)量多，死亡率高于出生率。這種情況經(jīng)常導(dǎo)致惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致種群滅絕。然而，它并不排除一些從根本上扭轉(zhuǎn)發(fā)展趨勢(shì)的情況，如生活環(huán)境的突然改善，大量新的個(gè)體遷入或人工繁殖。立體圖構(gòu)成人口的個(gè)體在其空間中的位置、狀態(tài)或布局被稱為人口的空間模式。人口的空間格局大致可分為三類：制服類型(制服)均勻分布是指人口在空間一定距離上均勻分布所產(chǎn)生的空間格局。根本原因在于種內(nèi)斗爭(zhēng)和資源最大化利用之間的平衡。許多種群的均勻分布是人為造成的，例如，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中水稻的均勻分布。自然界中也有均勻分布，例如，森林中一些樹木的均勻分布。隨機(jī)類型(隨機(jī))隨機(jī)分布意味著每個(gè)個(gè)體在種群場(chǎng)中的每個(gè)點(diǎn)都有均等的機(jī)會(huì)出現(xiàn)，一

6、個(gè)個(gè)體的存在不影響其他個(gè)體的分布。隨機(jī)分布是罕見的，因?yàn)楫?dāng)環(huán)境資源均勻分布且種群中的個(gè)體不相互吸引或排斥時(shí)，很容易產(chǎn)生隨機(jī)分布。例如，一些蜘蛛在森林地面覆蓋，黃粉蟲在面粉，等等。結(jié)塊(結(jié)塊)群體分布是最常見的內(nèi)部分布模式。集群分布形成的原因是：(1)環(huán)境資源分布不均，貧富不均；植物傳播種子的方式使其以母株為擴(kuò)散中心；(3)動(dòng)物的社會(huì)行為使它們組合成群體。群體分布根據(jù)群體本身的分布狀況可進(jìn)一步分為均勻群體、隨機(jī)群體和群體群體，后者具有兩級(jí)群體分布。動(dòng)態(tài)變化數(shù)學(xué)模型一些簡(jiǎn)單而典型的人口動(dòng)態(tài)變化可以用數(shù)學(xué)模型來衡量，有兩種常見的模型指數(shù)增長(zhǎng)(J曲線)指數(shù)增長(zhǎng)模型的作者是著名的人口學(xué)家T .梅特胡斯，

7、他認(rèn)為人口增長(zhǎng)不是簡(jiǎn)單的加性關(guān)系，而是多重增長(zhǎng)；后來，生物學(xué)家C.R .達(dá)爾文通過對(duì)大象種群的研究再次確認(rèn)了這種增長(zhǎng)模式。這個(gè)客觀增長(zhǎng)模型表明，所有種群都具有爆炸式增長(zhǎng)能力。指數(shù)增長(zhǎng)的函數(shù)是指數(shù)方程，變量是時(shí)間t，常數(shù)是人口密度增長(zhǎng)的倍數(shù)。這種增長(zhǎng)模式?jīng)]有上限，完全指數(shù)增長(zhǎng)只存在于沒有天敵、絕對(duì)有足夠的食物和空間(因此沒有種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng))的理想情況下。在現(xiàn)實(shí)生活中，當(dāng)新接種的細(xì)菌、入侵生物(如鳳眼蓮)和藍(lán)藻在培養(yǎng)皿中爆發(fā)時(shí)，種群將在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)呈指數(shù)增長(zhǎng)，然后趨于穩(wěn)定或大量死亡。物流增長(zhǎng)(S型曲線)主要項(xiàng)目：物流增長(zhǎng)模型指數(shù)增長(zhǎng)是一種理想的情況。經(jīng)過一段時(shí)間的指數(shù)增長(zhǎng)后，許多生物的數(shù)量將保持穩(wěn)

8、定，這可以用另一個(gè)數(shù)學(xué)模型來描述。試驗(yàn)結(jié)果例如：俄羅斯生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過一個(gè)實(shí)驗(yàn)，將5只草履蟲放入0.5毫升的培養(yǎng)基中，每24小時(shí)計(jì)算一次這個(gè)種群的密度。結(jié)果顯示在右圖中。從圖中可以看出，草履蟲快速生長(zhǎng)后，穩(wěn)定在75 (k值)。邏輯斯蒂增長(zhǎng)模型能更好地指導(dǎo)人工種群調(diào)節(jié)。環(huán)境容量(承載能力)邏輯上增長(zhǎng)的人口數(shù)量有一個(gè)上限，這就是所謂的環(huán)境容量。簡(jiǎn)而言之，“K值”代表環(huán)境中人口的最大承載能力或環(huán)境中人口的最大數(shù)量。當(dāng)種群密度為K/2時(shí)，種群的增長(zhǎng)速度最快，可以引導(dǎo)經(jīng)濟(jì)生物的聚集，使種群密度始終保持在K/2的范圍內(nèi)，并聚集“多余的”，可以保持經(jīng)濟(jì)生物的最快增長(zhǎng)。自然增長(zhǎng)和衰退在自然界中，人口的數(shù)量

9、變化不僅是增加或減少，也不是必須的一般來說，對(duì)于具有季節(jié)性繁殖的物種，最大種群密度通常在一年中最后一次繁殖后下降，然后繁殖停止，因此種群密度下降，因?yàn)樗凰劳觯瑳]有繁殖。這種下降一直持續(xù)到下一個(gè)繁殖季節(jié)開始，這時(shí)種群數(shù)量最少，導(dǎo)致季節(jié)變化。在歐亞大陸的寒冷地區(qū)，許多小型鳥類和動(dòng)物通常在冬天停止繁殖，它們的數(shù)量在春天開始繁殖之前是最少的。自春季開始繁殖以來，種群數(shù)量一直在增加，到秋季因寒冷而停止繁殖前一年，種群數(shù)量達(dá)到高峰。大型動(dòng)物，如獾和旱獺，每年只繁殖一次，在春天繁殖，數(shù)量在分娩后達(dá)到高峰，然后由于死亡而逐漸減少。當(dāng)調(diào)查人口密度隨季節(jié)變化的人口時(shí)，通常要做兩次。年度變化在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境條件下

10、，種子植物和大型脊椎動(dòng)物的種群密度在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)呈周期性變化。如楊樹、柳樹等普通樹木每年開花結(jié)果一次，種子數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定；另一個(gè)例子是大型有蹄類動(dòng)物，一般每年產(chǎn)1 2只幼獸，它們的數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定。36年來加拿大盤羊種群數(shù)量變化的最高與最低之比僅為4.5倍。然而，在20多年的美國(guó)馬鹿冬季數(shù)量統(tǒng)計(jì)中，最高數(shù)量與最低數(shù)量之比僅為1.8倍。不規(guī)則波動(dòng)還有一些種類的動(dòng)物，它們的數(shù)量波動(dòng)劇烈，但不是周期性的，最著名的是老鼠。它生活在房屋、農(nóng)田和打谷場(chǎng)。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院16年的統(tǒng)計(jì)，其年平均捕獲率在0.10-17.57之間波動(dòng)，即最高-最低比率是數(shù)百倍。另一個(gè)例子是勃蘭特田鼠，它也有不規(guī)則的數(shù)量變化。在數(shù)量最少的年份，平均每公頃