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種群增長速度與種群增長率

 zhaimd 2012-02-16
一個自然種群的增長率和增長速率曲線

 

1.什么是增長率和增長速率?

 2.二者的不同? 

  增長率=(末數(shù)-初數(shù))/初數(shù)×100%=(Nt-No)/No×100%(無單位)

  增長速率=(末數(shù)-初數(shù))/單位時間=(Nt-No)/t(有單位,如個/年)

舉例說:一個自然村莊,去年有1000人,今年有1100人,增長率=1100-1000/1000=0.1       增長速率=1100-1000/1=100  個/年

曲線是:

1,S型種群的增長率與增長速率

[引用]一個自然種群的增長率和增長速率曲線 - 蔣迎仙 - 蔣迎仙的生物課堂內(nèi)外[引用]一個自然種群的增長率和增長速率曲線 - 蔣迎仙 - 蔣迎仙的生物課堂內(nèi)外
 

 

2.“J”型曲線的增長率與增長速率

[引用]一個自然種群的增長率和增長速率曲線 - 蔣迎仙 - 蔣迎仙的生物課堂內(nèi)外[引用]一個自然種群的增長率和增長速率曲線 - 蔣迎仙 - 蔣迎仙的生物課堂內(nèi)外
 
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3.S型種群的增長率與增長速率如何變化?

在“邏輯斯諦增長曲線”中: 
(1)種群增長率是指單位數(shù)量的個體在單位時間內(nèi)新增加的個體數(shù),計算公式:種群增長率=(Nt-Nt-1)/Nt-1。 
(2)種群增長速率是指單位時間內(nèi)新增加的個體數(shù),計算公式:種群增長速率==(Nt-Nt-1)/t-(t-1)。 
(3) 種群增長率=出生率-死亡率。在有限的環(huán)境中,隨著種群數(shù)量的增加,導致環(huán)境阻力增加,出生率會逐漸減小,而死亡率逐漸增加,可見種群增長率一直減小。  
(4)種群增長速率即過S型曲線某點所作切線的斜率,很明顯它是先增大后減小。另外,可列出以種群數(shù)量為自變量的種群增長速率方程式:種群增長速率=rN(1-N/k),它是一個一元二次方程,曲線的開口向下,中軸線為N=k/2,分析曲線走向同樣可得出種群增長速率先增大后減小的結論。 

增長率:增長率是指單位時間種群增長數(shù)量,增長率=出生率—死亡率=出生數(shù)-死亡數(shù))/(單位時間×單位數(shù)量)。在“J”型曲線增長的種群中,增長率保持不變;而在“S”型增長曲線中增長率越來越小。

增長速率:增長速率是指單位時間內(nèi)種群數(shù)量變化率,增長速率=(出生數(shù)-死亡數(shù))/單位時間。種群增長速率就是曲線上通過每一點的切線斜率,不論是“J”型曲線還是“S”型曲線上的斜率總是變化著的。在“J”型曲線增長的種群中,增長速率是逐漸增大。在“S”型曲線增長的種群中,“增長速率”是該曲線上“某點”的切線的斜率,斜率越大,增長速率就越大,且斜率最大時在“ 1/2K”。之后增長變慢,增長速率是逐漸減小。在“S”曲線到達K值時,增長速率就為0。

1.在“J”型增長曲線中,每年的增長率不變(如圖A);由于“J”型增長曲線的斜率是在不斷變化的,逐漸增大,直至無窮,所以其增長速率也就不斷增大(如圖B)。

2.在“S”型增長曲線中,每年的增長率由最初的最大值,在環(huán)境阻力(空間壓力、食物不足等)的作用下,導致出生率下降、死亡率上升,種群數(shù)量到達最大值(K值),其增長率不斷下降至0,故在“K”時,其增長率為0(如圖C);而增長速率會有先升后降的變化過程,呈現(xiàn)鐘罩形變化曲線,即在“S”型曲線中,開始時斜率為0,斜率逐漸增大,增長速率也就越大,且斜率在 1/2K時最大,即在“ 1/2K”時增長速率最大,過后,斜率下降,在K值時降至為0,故在“K”時,其增長速率為0(如 圖D)。

[引用]一個自然種群的增長率和增長速率曲線 - 蔣迎仙 - 蔣迎仙的生物課堂內(nèi)外
我查了一下1959年孫儒泳先生最早的生態(tài)學書,對于率,就一個詞“rate”,并沒有我們中學老師討論的這樣。 
所謂率,就是以變化量除以發(fā)生變化的時間;因此,率這個術語是表示某種改變隨時間變化的速度。例如,汽車每小時行駛的公里數(shù)就是速率,每年出生的數(shù)目就是出生率?!懊俊钡囊馑季褪恰俺浴?。例如,種群的增長率就是單位時間中種群增加的個體數(shù),就是以種群增加數(shù)除以經(jīng)過時間而得到的。種群增長的平均速率,通常以N/t來表示,在此N是種群的大?。ɑ蚱渌匾笜耍?,t為時間。瞬時增長率,則用dN/dt來表示。 
我們常常關心的,不僅是某時間中的平均率,還關心某時間中的理論上的瞬時率;換言之,當t近于零時的變化率。 
N/t的表示法,用于一般目的的計量模型,而dN/dt則是對模型進行嚴格的數(shù)學處理時所必須的。瞬時dN/dt不能直接測量,也不能直接從種群統(tǒng)計中計算出來。我們必須首先掌握種群增長曲線的類型,然后從方程式計算瞬時率。我們不能像測定汽車的瞬時速率一樣,將“速度計”聯(lián)結在種群上,直接測量種群的瞬時變化率。當然,按很短時間間隔做種群統(tǒng)計,也能得到一個近似值。但是,我們可能會發(fā)現(xiàn),增長率隨時在變化,并難以判斷平均增長。 
 
我們老師們經(jīng)常在比較“J”型和“S”型曲線時,說法不一,我想主要是因為用的概念不一致,如果都用瞬時增長率,那么就是曲線的斜率,這樣比較就有了一致的基礎。

, 剛才的年代好像寫錯了,是60年代的書。 
另外,趙占良老師曾給湖南一位老師回過信,大意是這樣的: 
dN/dt是種群的瞬時增長量,有的書上也把它說成種群增長率,是因為把單位時間內(nèi)種群密度的變化作為增長率了.dN/dt=rN,這里的r才是每頭瞬時增長率.圖中C圖應是r的變化,D圖應是dN/dt的變化.老師們針對這道題之所以出現(xiàn)爭議,是因為不同生態(tài)學專著上對dN/dt的叫法不同引起的,如科學出版社出版的李振基等編著的《生態(tài)學》P110-111將其稱為種群增長率(人教版教師用書也如此),北京大學出版社出版的尚玉昌編著的《普通生態(tài)學》P135將其稱為種群的瞬時增長量。如果把該題中種群增長率理解為dN/dt,應選D;如果把它理解為每頭增長率即r,則應選C。為了避免不同專著定義不一致引起的麻煩,新課標教材中不再給種群增長率下定義。教參中的有關敘述我們會研究如何修改,以便老師們教學中容易把握。 
初查了一下資料供大家參考: 
1.吳慶余教授編著《基礎生命科學》第2版的觀點: 
1.1“J”型曲線(以大腸桿菌E.coli為例) 
在沒有限制的指數(shù)增長中,增長速度(G)與個體數(shù)量(N)成正比,也就說,個體數(shù)量越大,增長速度越快: 
G=rN 
上式子中r是實際增長系數(shù),又稱為實際增長率,它與細菌本身的生長特性和培養(yǎng)條件相關。 
G還可表達為dN/dt,即任一無限小的變化時刻內(nèi)N的變化,指數(shù)可以用以下微分方程來表示:G=dN/dt=rN 
變式后為(dN/dt)/N=r,其含義為:在一定的物種與環(huán)境條件下,處于指數(shù)生長期任一時刻個體數(shù)量的變化與該時刻的個體數(shù)之比永遠是一個常數(shù)r,實際增長率常數(shù)r反映了對數(shù)生長期個體增殖的程度,r越大,說明增殖越快。 
2.1“S”型曲線(以大腸桿菌E.coli為例) 
生態(tài)學家用下述公式來描述自然界種群的增長速度隨時間的變化: 
G=rN(K-N)/K 
其中K定義為環(huán)境對一物種的最大承受容量,它是環(huán)境所能承受或者養(yǎng)活的最大的個體密度。 
在開始階段它與指數(shù)增長模型基本吻合,因為在種群密度很小的特定的時間內(nèi),環(huán)境中承受容量的剩余空間很大,K-N≈K,根據(jù)G=rN(K-N)/K公式,G=rN,因此相當于指數(shù)增長公式。 
2.吳相鈺主編《普通生物學》第2版的觀點: 
2.1“J”型曲線 
理想條件下,種群數(shù)量呈指數(shù)增長,其動態(tài)可以用下面的微分方程表示: 
dN/dt=(b-d)N 
其中dN/dt表示種群的瞬時增長量,b和d分別代表個體的瞬時出生率和死亡率,N代表種群的大小。在這里,b和d可以綜合為一個值r,r= b-d,表示種群的瞬時增長率,因此種群的瞬時增長量就是:dN/dt=rN 
顯然,若r>0,種群數(shù)量就會增長;若r<0,種群數(shù)量就會下降;若r=0種群數(shù)量不變。 
2.2“S”型曲線 
在自然情況下,為了描述種群增長過程就必須在指數(shù)增長方程中引入環(huán)境容納量(即K值)的概念,添加一個系數(shù)(K-N)/K,使方程為 
dN/dt=rN(K-N/K) 
其中的K-N/K是邏輯斯諦系數(shù)??梢姡壿嬎怪B系數(shù)對種群增長有一種制約作用,使種群數(shù)量總是趨向于環(huán)境容納量K,從而形成一種“S”型曲線,而指數(shù)增長曲線是“J”型。由于種群數(shù)量高于K時便下降,低于K時便上升,所以K值就是種群的穩(wěn)定平衡密度。 

綜上可知, 
(1)對于“J”型曲線來說:r應該是高中教材所言的種群增長率。我們可以用r(種群增長率)=b(生物的出生速率)—d(生物的死亡速率)來估算其數(shù)值。由于r與生物本身的生長特性和環(huán)境條件相關,在一定的物種與環(huán)境條件下,r=(dN/dt)/N顯然是一個常數(shù)。因為“J”型曲線是在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等環(huán)境無限的理想條件。由公式G=dN/dt=rN 可以得出,在r一定時G隨N的增加而增大即種群增長速度(G)是逐漸增加的。

(2)對于“S”型曲線來說:此時的r并非理想條件下的種群增長率了,因為K-N/K這一邏輯斯諦系數(shù)對種群增長有一種制約作用,即種群密度的增加會減少每一個個體的資源可得量,最終會限制種群的增長。個體平均食物量減少或繁殖地等的短缺等限制因子會使出生率下降和死亡率上升,因此r是逐漸減小的,當種群大小穩(wěn)定值環(huán)境容納量水平時,出生率將等于死亡率時即種群增長率(r)為零。由邏輯斯諦曲線方程dN/dt=rN(K-N/K)可知,當(K-N)/K~1時,即在種群開始生長,N值很小時,種群生長快。當N值達到K/2時,種群減速增長。當種群密度很高時,即N值很大時,接近于K時,(K-N)/K~0,種群即不再增長,此時種群即達到了滿載量的平衡狀態(tài)(參考陳閱增等《普通生物學》)。故種群的增長速度是先增加后下降的,在K/2時種群的增長速度最高。 

(3)種群增長速度與種群增長率的比較

a.種群增長速度是一個數(shù)值即增長了多少,而種群增長率是一個比率即增長的比例。

b.對“S”型曲線來說,密度的增加值即增長量(種群增長速度)是先增加后減少的(相當于物理學上的加速度)。種群增長率是一直變小的(這與環(huán)境壓力有關)。

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