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淺析種群增長曲線中增長率和增長速率的變化規(guī)律
2011-12-26 22:09:54| 分類： 教學參考資料 | 標簽：種群 疑難雜癥 增長率增長速率 |字號大中小 訂閱 湖北省宜昌市三峽高中 原題：在一個玻璃容器內(nèi)，裝入一定量的符合小球藻生物的營養(yǎng)液，接種少量的小球藻，每隔一段時間測定小球藻的個體數(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)量增長率隨時間變化趨勢的曲線是：（ ） 2002年廣東高考提供的參考答案是D。其觀點是：處在自然狀態(tài)下的一個種群，在其早期，由于資源近似于無限，環(huán)境壓力甚小，在經(jīng)歷調(diào)整適應后，種群內(nèi)部會出現(xiàn)過渡繁殖，種群出生率遠大于死亡率，增長率不斷上升（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越有限，環(huán)境壓力也越來越大，種群的出生率會下降，死亡率會增高，增長率轉(zhuǎn)而逐漸下降（K/2之后）。當種群數(shù)量增長到環(huán)境條件所能承載的最大負荷即K值時，數(shù)量不再增加，出生率等于死亡率，增長率為零。
解析：首先我們應當明確增長率的含義是什么？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)，其計算公式為：（變化后總數(shù)-變化前總數(shù)）/變化前總數(shù)×100％=增長率，增長率是一個百分比值，是沒有單位的。 例如，在“J”型曲線中，設增長倍率為λ并保持不變的，假定一個種群的個體數(shù)量開始為ｎ0，在一年后，變?yōu)椋?SUB>1，則ｎ1＝ｎ0λ那么,該種群的年增長率為（ｎ1－ｎ0）/n0×100%。該值為（ｎ0λ－ｎ0）/ｎ0×100%=（λ－1）×100%，此值保持不變。 然后，我們再來看一看什么是增長速率，增長速率則是單位時間內(nèi)的變化量，它是有單位的，其單位可以用個/月或個/年等表示。在“J”型曲線中，第一年的年增長速率是ｎ0（λ－1），第二年的年增長速率則是ｎ0λ（λ－1），由此類推，第ｔ年的年增長速率為ｎ0λ（ｔ－1）（λ－1）。此值不斷增加。 在種群“J”型和“S”型曲線中任意一點的斜率就是該點所對應的縱坐標差值與橫坐標差值的比值，而這個比值就是曲線某點的某時刻的增長速率。因此，在“J”型曲線中曲線斜率所代表的增長速率是不斷增加的，而在“S”型增長曲線中，曲線斜率所代表的增長速率是先升后降的，有最大值。所以上述高考題的D答案的曲線圖描述的實際是小球藻的增長速率變化規(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”型曲線無限增長。當種群在一個有限的環(huán)境中增長時，隨著種群密度的上升，個體間對有限的空間，食物和其他生活條件的種內(nèi)競爭必將加劇，以該種群生物為食的捕食者的數(shù)量也會增加，這就會使這個種群的出生率降低，死亡率增高，從而使種群數(shù)量的增長率下降。當種群數(shù)量達到環(huán)境條件所允許的最大值（以K表示）時，種群數(shù)量將停止增長，有時會在K值左右保持相對穩(wěn)定。假定種群的增長率隨著種群密度的增加而按一定的比例下降，種群數(shù)量達到K值以后保持穩(wěn)定，那么，將種群的這種增長方式用坐標圖表示出來，就會呈“S”型曲線。那么，這個過程中，增長率是如何變化的呢？我們以人教社高二教材中，生態(tài)學家做的一個實驗和“S”型曲線 為依據(jù)作一個數(shù)據(jù)估算分析。 “生態(tài)學家曾經(jīng)做過這樣一個實驗：在0.5 mL培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每隔24 h統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復實驗，得出了如上圖所示的結(jié)果。從上圖可以看出，大草履蟲在這個實驗環(huán)境條件下的最大種群數(shù)量是375個，這就是該實驗種群的K值。”觀察此圖，大草履蟲第1天后的總數(shù)約為30個，第2天后的總數(shù)約為130個，第3天后的總數(shù)約為340個，第4天后的總數(shù)約接近于K值375個。那么第1天的增長率為（30－5）/5＝500%，第2天的增長率為（130－30）/30＝333%，第3天的增長率為（340－130）/130＝161%，第4天的增長率為（375－340）/340＝4.44%。作種群增長率與時間的關(guān)系圖如下： 我們再作一個種群增長速率與時間的關(guān)系圖： 由上圖可知，一個呈“S”型曲線增長的種群，它的增長速率是先升后降的?？梢?，開始提到的2002年廣東高考理科綜合中的這道生物題的正確答案應選C。
“J”和“S”型曲線種群增長率和種群增長速率
（1）種群增長率和種群增長速率都是反映一段時間內(nèi)種群數(shù)量改變多少的參數(shù)，但實質(zhì)不同。種群增長速率指種群數(shù)量在單位時間內(nèi)的改變數(shù)值（即曲線的斜率），即dN／dt，有單位（如個/年等）。種群增長率指在單位時間內(nèi)種群數(shù)量增加的量占初始數(shù)量的比例，是一個百分比，無單位。例如，某一種群的數(shù)量在某一單位時間t（如一年）內(nèi)，由初數(shù)量No（個）增長到末數(shù)量Nt（個），則這一單位時間內(nèi)種群的增長率和增長速率的計算分別為：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） （2）比較
（3）“S”型增長曲線的開始部分是“J”型增長曲線嗎？ 答案是否定的。（1）“S”型增長曲線的種群增長率是隨種群密度而下降，而“J”型增長曲線的種群增長率是始終保持不變的。（2）“J”型增長曲線是一種理想條件下的種群數(shù)量增長曲線，種群遷入的是一個食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害的理想環(huán)境，遷入后種群數(shù)量馬上就會呈指數(shù)形式增長，不存在適應過程；而“S”型增長曲線的前段是種群對新環(huán)境的一個適應階段。 （4）具體應用： 防治病蟲害（“S”型曲線中0--1/4K，相當于種群生長的調(diào)整期，且越接近0越好） 魚類捕撈最佳時期的選擇：“S”型曲線中1/2K附近，相當于種群生長的對數(shù)期）
正確理解：如圖1所示，過A點作A點的切線AB，并過A、B兩點的分別向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)量增加所用時間，因此過A點切線的斜率（BC/AC）應該是種群在該時間段內(nèi)的增長速度，而不是種群增長率，該時間段內(nèi)種群的增長率應該是BC/OD。 誤區(qū)四 認為種群“S”型增長曲線中的K/2時的增長率是種群的最大增長率 誤區(qū)分析：如圖2所示，曲線中K/2點的斜率是最大的，因?qū)⒃擖c切線的斜率當成增長率而出錯。 正確理解：K/2時，不是增長率最大，而是增長速度最快。 誤區(qū)五 把增長率或增長速度最大視作種群數(shù)量最大 正確理解：種群增長率或增長速度最大時，種群數(shù)量增加較快，并未有達到種群數(shù)量的最大值。實際上,當種群數(shù)量達到最大值時，種群增長率或增長速率變?yōu)?。 |
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