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17种群和群落

种群和群落

种群密度及调查方法2．种群特征之间的内在联系3．J型曲线与S型曲线形成条件及特征4．S型曲线在实践中的应用5．群落中各种生物之间的相互关系探究6．群落中的分层现象及影响因素7．群落演替的衰老及过程

●

种群的概念

在一定自然区域内的同种生物的全部个体。

即同一时间、同一地点、同一物种；判断物种主要看能否自由交配并产生可育后代。

●种群的两个要素

（1）同种：

同一个物种

（2）全部：

所有个体的总和

●

种群的两个基本单位

（1）从生态学的观点来看：

种群是生物繁殖的基本单位，又是生物群落的基本组成单位。

（2）从进化的观点来看：

种群是生物进化的基本单位，也是基因库的基本单位。

●种群的特点

一个种群不是个体的简单累加，而是有发展、自我调节、动态稳定以及种群密度等一系列特征的有机整体。

●

种群与物种的区别和联系

（1）物种是指能够在自然状态下相互交配，并且产生可育后代的一群生物，根据所处的时间、空间不同可分为多个不同的种群。

（2）同一物种在不同区域内可以有多个种群，但一个种群内的个体都为同一物种。

●

种群特征

包括数量特征、空间特征、遗传特征，种群的特征是个体所不具有的，个体只能具有年龄、性别、出生和死亡等特征，不存在数量、空间和遗传上特征。

●种群的数量特征

种群的密度、年龄结构、出生率与死亡率、性别比例

●空间特征

主要有均匀分布、随机分布和集群分布等类型。

●遗传特征

即种群具有一定的基因组成，一个种群中全部个体所含有的基因，叫做这个种群的基因库。

种群的密度

（1）概念

种群在单位面积或单位体积中的个体数，是种群最基本的数量特征。

（2）调查方法

样方法、标志重捕法。

●

取样调查法

一般情况下，要逐一计算某个种群的个体总数是比较困难的，因此，研究者通常只计数种群的一小部分，用来估计整个种群的种群密度，此方法称取样调查法。

●

植物种群密度取样调查的常用方法——样方法

在被调查种群的分布范围内，随机选取若干样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估计值。

①调查种群密度一定要做到随机取样，不允许掺入任何主观性，否则会使调查结果偏离实际值。

②丛生或蔓生的、从地上部分难以辨认是一株还是多株的单子叶植物不适合用样方法作调查。

③对压在样方界线上的上下和左右只计一边线上植株，这样估算的数值才较准确。

动物种群密度调查的常用方法——标志重捕法

在被调查种群的活动范围内，捕获一部分个体，做上标志后再放回原来的环境中，经过一段时间后进行重捕，根据重捕到的动物中标记个体数占总个体数的比例，估计种群密度。

标志重捕法的适用条件

1.标志个体在整个调查种群中分布均匀

2.未标志个体和被标志个体都有同样被捕获的机会。

3.调查生物中没有迁入和迁出。

4.调查生物中没有新个体的出生和死亡。

●

下列调查活动或实验中，计算所得数值与实际数值相比，可能偏小的是（　）

　A.标志重捕法调查灰喜鹊种群密度时部分标志物脱落

　B.调查某遗传病的发病率时以患者家系为调查对象

　C.样方法调查蒲公英种群密度时在分布较稀疏的地区取样

　D.用血球计数板计数酵母菌数量时统计方格内和在相邻两边上的菌体

（1）样方法除适用于植物外，还适用于活动范围较小的动物如蚯蚓。

（2）标志重捕法（适用于活动范围较大的动物）的前提条件是未标志和被标志个体有同样的被捕机会，而且在调查期间，没有个体出生、死亡、迁入、迁出等。

（3）关于标志：

①标志物和标志方法必须对动物的身体不会产生对于寿命和行为的伤害。

②标志不能过分醒目。

③标志符号必须能够维持一定的时间，在调查研究期间不能消失。

●

显微计数法：

计算时不要忘记稀释倍数的计算。

出生率与死亡率

（1）概念：

单位时间内新产生或死亡的个体数目占该种群个体总数的比率。

（2）意义：

是决定种群大小和种群密度的重要因素。

a.横坐标：

种群数量，纵坐标：

出生率或死亡率；

b．特点：

出生率－死亡率＝增长率，在B点时差值最大，为K/2值；D点时＝0，为K值。

●

迁入率与迁出率

单位时间内迁入或迁出的个体占该种群个体总数的比率。

●

年龄结构

（1）概念：

一个种群中各年龄期个体数目的比例。

（2）类型：

增长型、稳定型、衰退型。

（3）意义：

可预测种群数量的变化趋势。

●

种群的年龄组成图解及分析

年龄结构为稳定型的种群，种群数量不一定保持稳定。

因为出生率和死亡率不完全取决于年龄结构，还与气候、食物、天敌等有关，譬如遇到剧烈的气候变化，可使种群数量急剧减少。

此外，种群数量还与迁入率、迁出率直接相关。

图甲幼年个体多，老年个体少，出生率>死亡率，种群数量增加，属增长型；

而图乙相反，应为衰退型。

●

性别比例

种群中雌雄个体数目的比例。

①种群密度是种群最基本的数量特征。

②出生率和死亡率以及迁入率和迁出率是决定种群大小和种群密度的直接因素。

③年龄组成和性别比例不直接决定种群密度，是预测种群密度（数量）未来变化趋势的重要依据。

④除图中影响因素外，气候、天敌、传染病等都影响种群密度的改变。

⑤种群的基本特征除了数量特征，还有空间特征和遗传特征等。

⑥同一物种在不同区域可以有多个种群，但一个种群内的个体一定属于同一物种。

1.城市人口的剧增——迁入率>迁出率造成的。

2．中国人口的增长——出生率>死亡率造成的，不能单纯说是出生率高造成的。

3．计划生育政策——控制出生率，使增长率下降。

4．利用性外激素诱捕雄蛾——改变性比率来降低出生率。

5．将性外激素释放到大田里，干扰雌雄蛾正常交尾——降低出生率。

6．性比率中，♂多于♀的如蚂蚁等；♀多于♂的如人工控制的种群——牛、鸡等。

●

种群的存活曲线

（1）含义：

表示种群中全部个体死亡过程和死亡情况的曲线。

（2）类型

①凸形：

大多数个体都能活到平均生理年龄，但是达到这一年龄后，短期死亡。

如人类等。

②对角线形：

各年龄组死亡率相同。

如水螅、鸟类等。

③凹形：

低龄死亡率极高，但是活到一定年龄后死亡率变得低而且稳定。

如牡蛎和树蛙等。

●

各数量特征之间的关系

●

下面关于种群的叙述正确的是（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　

 ①内蒙古草原上的全部牛是一个种群

②池塘中所有的鱼是一个种群

③稻田中所有的三化螟是一个种群

④种群密度的决定因素是年龄组成、性别比例

⑤种群密度的大小决定于出生率和死亡率、迁入率和迁出率

A．①③⑤B．②④C．②④⑤D．③⑤

●

种群的数量变化

1．研究方法：

数学模型。

2．种群数量增长的“J”型曲线

（1）理想条件：

若出现以下五种情况即可判断为“J”型曲线

①理想条件下；

②实验室条件下；

③食物和空间条件充裕、气候适宜和没有敌害等几个条件同时满足；

④外来物种入侵早期阶段；

⑤无环境阻力状况。

（2）公式：

Nt＝N0·λt（N0为该种群的起始数量，t为时间，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。

若λ>1，种群密度增大，为增长型种群；λ<1，种群密度减小，为衰退型种群；λ＝1，种群数量不变，为稳定型种群）。

（3）曲线及解读

a．横坐标：

时间；纵坐标：

个体数；

b．前提条件：

环境资源无限（理想条件）；

c．特点：

无K值，个体数量持续增加；

d．影响因素：

N0（即起始数量），λ值。

a．横坐标：

时间；纵坐标：

种群增长率；

b．特点：

种群增长率保持相对稳定。

（3）特点：

种群数量连续增长。

●

种群增长的“S”型曲线

（1）概念

种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线。

（2）产生原因

自然界的资源和空间是有限的。

（3）特点

种群数量达到环境条件所允许的环境容纳量（K）值后，将停止增长，或保持在K左右。

（1）种群数量达到K值不再增加的原因

资源和空间有限，当种群密度增大时，种内斗争加剧，天敌数量增加，导致出生率下降，死亡率上升，最终达到平衡。

（2）曲线及解读

a.横坐标：

时间；纵坐标：

个体数；

b．前提条件：

环境资源有限；

c．特点：

有最大值K值，K/2时斜率最大，增长率最大。

a．横坐标：

时间；纵坐标：

种群增长率；

b．特点：

种群增长率先增大后减小，最后变为0（即K值时），t1对应K/2值，t2对应K值。

（3）K值含义

即环境容纳量，是指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。

种群数量达到最大值（K值）以后保持稳定。

●K值与K/2在实践中的应用

●

K值变动的示意图

（1）同一种生物的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。

在环境不遭受破坏的情况下，种群数量会在平均值附近上下波动；当种群偏离平均值的时候，会通过负反馈调节机制使种群密度回到一定范围内。

（2）环境遭受破坏，K值会下降；当生物生存的环境改善时，K值会上升。

●

“J”型、“S”型曲线的比较

①两种增长曲线的差异主要是因环境阻力大小不同。

②不能认为“S”型曲线的开始部分是“J”型曲线。

●

如图为某种群数量增长的“J”型曲线和“S”型曲线。

若不考虑迁入和迁出，下列有关叙述错误的是（　　）

A．改善空间和资源条件有望使K值提高

B．bc段种群增长率逐渐下降，出生率小于死亡率

C．c点时种群增长率为零，出生率等于死亡率

D．比较曲线Y与曲线X表明自然状态下种群无法超出理想状态下的最大增长率

在自然界的某一段时间内，种群数量的增长曲线有可能呈“J”型，但统观整个历史过程来看，应呈“S”型。

当一个种群进入一个适宜环境时，在刚进入时，食物和空间条件丰裕，种群增长速率较快，接近“J”型曲线，当变化到一定程度后，环境中的容纳是接近饱和，种群增长减缓，呈“S”型曲线，最后种群是趋于稳定。

自然界中生物种群的增长常表现“S”型增长的实质是种群的增长率在各个阶段是不相同

（1）Nt＝N0·λt，λ代表增长倍数，不是增长率。

λ>1时，种群密度增大；λ＝1时，保持稳定；λ<1时，种群密度减小。

（2）种群数量在K／2→K时增长率不断降低，当为K值时，种群增长率为零，此时出生率等于死亡率，处于动态平衡中。

●

“S”型曲线在生产中的应用

（1）在对野生动、植物资源的合理开发和利用方面：

①一般将种群数量控制在环境容纳量的一半，即K/2值，此时种群增长率最快，可提供的资源数量也最多，而且又不影响资源的再生。

②当过度捕猎导致种群数量小于K/2时，种群的增长率减慢，获取的资源数量将减少，而且还会影响资源的再生。

（2）对野生生物资源的保护方面：

建立自然保护区等，提高野生生物的环境容纳量。

（3）农林害虫的防治方面：

降低农林害虫的环境容纳量。

（4）“S”型曲线中K/2时的增长速率最大，因此，指导渔业生产时，应在略大于K/2时进行捕捞，捕捞后保持在K/2；若超过K/2，增长速率下降，但个体数仍然增多；灭鼠、消灭害虫时，应在种群数量开始增加时进行。

对于种群的特征、数量变化规律，在分析“J”型、“S”型曲线时要考虑环境因素，分析数学方程式模型时要理解每个字母代表的含义。

把握种群的数量增长方式时，要从增长条件、增长率变化、有无K值等几个方面进行把握。

“J”型增长是在一种理想条件下形成的，自然界中的“J”型增长往往是短时期的，如一个物种迁入一个新的环境后的短期内的增长。

大多数种群的数量增长呈“S”型增长。

数量的增长与增长率有关，而增长率与出生率和死亡率相关。

“S”型增长过程中的增长率是变化的，先“由小变大”再“由大变小”，达到K值时出生率＝死亡率，即增长率＝0。

●

种群“S”型增长曲线分析：

（1）潜伏期（对环境的适应期）：

个体数量很少，增长速率很慢。

（2）快速增长期（对数期）：

个体数量快速增加，K/2时，增长速率达到最高。

（3）稳定期（饱和期）：

随着种群密度增加，个体因食物、空间和其他生活条件的斗争加剧，同时天敌数量也增加，种群实际增长速率下降。

当数量达到环境条件允许的最大值（K）时，种群停止生长。

种群增长速率为零，即出生率＝死亡率，但种群数量达到最大。

到达K值后，有的种群呈锯齿状波动。

●

右图表示出生率、死亡率和种群密度的关系，据此分析得出的正确表述是（　　）

A．在K/2时控制有害动物最有效

B．图示规律可作为控制人口增长的依据

C．该图可用于实践中估算种群最大净补充量

D．在K/2时捕捞鱼类最易得到最大日捕获量

纠错笔记　

（1）种群数量变化曲线与增长速率曲线不同：

把握种群的数量增长方式时，要从增长条件、增长率变化、有无K值等几个方面进行把握。

“J”形增长是在一种理想条件下形成的，自然界中的“J”形增长往往是短时期的，如一个物种迁入一个新的环境后的短期内的增长。

大多数种群的数量增长呈“S”形增长。

（2）“增长率”是否就是曲线的斜率：

增长率是单位时间内增长的个体数/初始个体数；增长速率是单位时间内增长的个体数/时间。

其实，在种群增长曲线中，增长率并不等于曲线的斜率，只有增长速率才等于曲线的斜率。

“J”形增长曲线的增长率不变，但其增长速率（等于曲线的斜率）却逐渐增大。

“S”形增长曲线的种群增长率先不变后下降，其增长速率（相当于曲线斜率）是先增后减。

（3）“S”形增长曲线的开始部分不是“J”形增长曲线:

①“S”形增长曲线的种群增长率是先不变后下降，而“J”形增长曲线的种群增长率始终保持不变。

②“J”形增长曲线是一种理想条件下的种群数量增长曲线，如有些种群迁入一个食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害的理想环境，迁入后种群数量马上就会呈指数形式增长，不存在适应过程；而“S”形增长曲线的前段是种群对新环境的一个适应阶段，始终存在环境阻力。

●

影响种群数量变化的因素

种群的数量变化包括增长、波动、稳定、下降等。

影响因素包括内因（种内关系和种间关系）和外因（水分、温度、食物、人类活动等）。

●

种群数量的波动和下降

1．影响因素

（1）自然因素：

气候、食物、天敌、传染病等。

（2）人为因素：

人类活动的影响。

（3）种群数量的内源性调节因素：

领域行为、内分泌调节等

2．数量变化

大多数种群的数量总是在波动，在不利的条件下，种群数量还会急剧下降甚至灭亡。

3．研究意义

有害动物的防治、野生生物资源的保护和利用，濒危动物种群的拯救和恢复。

探究培养液中酵母菌种群数量的变化

（1）实验原理

①用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响。

②在理想的环境中，酵母菌种群的增长呈“J”型曲线；在有限的环境下，酵母菌种群的增长呈“S”型曲线。

（2）实验过程

　①提出问题：

培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的。

　②作出假设：

接种到培养液中的酵母菌，适应新环境，开始数量增长缓慢；一段时间后种群数量呈对数上升；随着种群密度增大，营养物的耗尽、有害代谢产物的积累、pH变化，种内斗争加剧，种群数量达环境容纳量，活菌数最大；营养物质过度消耗，有害代谢产物大量积累、pH剧烈变化，出生率远远小于死亡率，种群密度显著下降。

　③实施计划：

用显微镜计数，估算10mL酵母菌的初始数量N0，然后连续观察7天，记录每天的数值。

　④分析结果：

进行数形转换，以时间为横坐标，酵母菌数量为纵坐标，画出坐标曲线图。

①显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应遵循“数上线不数下线，数左线不数右线”的原则计数。

②从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻振荡几次。

③酵母菌是兼性厌氧菌，实验过程中，培养液中酵母菌分布不均匀，且培养后期的样液中酵母菌浓度高，因此不能直接从静置的培养瓶中取培养原液计数，而应摇匀培养液后再取样，培养后期的样液稀释后再计数，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性，减少误差。

④我们测定的酵母菌种群数量变化是在恒定容积的培养基中培养测定的，与自然界中的数量变化有差异。

⑤本探究为前后对照实验，采用多次取样求平均的方法减少实验误差。

⑦计数板使用：

先盖盖玻片―→吸培养液―→滴盖玻片边缘―→自行渗入―→吸去多余培养液―→片刻后待沉降到室的底部―→观察计数；

●

如图表示某种鱼迁入一生态系统后，种群数量增长率随时间变化的曲线，下列叙述正确的是（　）

A.在t0～t2时间内，种群数量呈“J”型增长

B.若在t2时种群的数量为N，则在t1时种群的数量为N/2

C.捕获该鱼的最佳时期为t2时

D.在t1～t2时间内，该鱼的种群数量呈下降趋势

●

群落

同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合。

每个群落都由一定的植物、动物、微生物种群组成。

不同类型的群落必然具有不同的物种组成。

群落包括了一定区域中的所有生物，包括了动物、植物、微生物等。

判断一个概念是否是群落时，注意看是否包括了这个区域中的所有生物。

●

种群与群落的关系

生物群落以种群为单位，是各种生物种群的集合体，具有复杂的种间关系。

依靠这种关系使各种生物在长期自然选择与进化中形成了稳定的彼此适应的有机整体，其关系可表示为：

各种种群之和＝群落，或种群

群落

●

优势种

（1）含义

在组成群落的诸多物种中，能够凭借自己的大小、数量和生产力对群落产生重大影响的物种。

（2）主要识别特征

①个体数量多。

②通常都会占有竞争优势，并能通过竞争来取得资源的优先占有地位。

③常在群落中占有持久不变的优势。

●

群落水平上与种群水平上研究问题的区别

（1）种群是一个系统，种群水平的研究集中于种群的数量动态，包括出生率、死亡率、年龄组成、性别比例等。

（2）群落是更高层次的系统，在群落水平上研究的是另外一些问题：

①群落的物种组成；②种间关系；③群落演替；④群落的空间结构；⑤各种群的占据位置；⑥群落的范围和边界。

●

个体、种群、物种、群落的比较

●

下列实例中，不能构成群落的是（　　）

A．西双版纳的热带雨林

B．青藏高原上的高山苔原

C．海南岛清澜港保护区的红树林

D．大兴安岭的全部红松

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种间关系的比较

●

种间关系

（1）互利共生曲线——同步变化（同生共死）。

（2）捕食曲线——不同步变化的此消彼长（不会导致某种生物灭绝）。

（3）竞争曲线——看最终结果，一种数量增加，另一种下降甚至降为0；只要曲线中提示两种生物有共同的空间或食物，则必为竞争，竞争激烈程度取决于空间、食物的重叠范围。

①在捕食坐标曲线中，从波峰判断，捕食者的波峰低于被捕食者，从曲线的趋势来看，先增先减的为被捕食者；同一物种之间的大鱼吃小鱼不叫捕食，而是种内斗争，捕食必须是不同物种之间的关系。

②种间关系的实质是营养关系。

捕食关系中，捕食者一般不会导致被捕食者灭绝，但竞争关系则可使劣势物种灭绝。

●

将a、b两种草履虫分别单独培养和混合培养在成分和温度等条件完全相同的培养液中，种群数量变化如图所示。

根据培养产生的结果判断下列推断正确的是

A．在绝大多数自然条件下，有b存在，a就不能生存

B．在绝大多数自然条件下，a和b能够共存，但b的数目肯定多于a

C．在该实验培养条件下，b的生存能力肯定强于a

D．在该实验培养条件下，a和b是互利共生关系

（1）两种生物之间可能有多种种间关系。

（2）上述种间关系都有利于种群的进化。

（3）关于捕食坐标曲线中捕食者与被捕食者的判定：

a.从最高点判断，捕食者数量少，被捕食者数量多；b.从变化趋势看，先到波峰的为被捕食者，后达到波峰的为捕食者，即被捕食者变化在先，捕食者变化在后。

（4）种内斗争为种内关系，竞争（不同种生物争夺资源或空间的现象）为种间关系，种间斗争包含竞争，而生存斗争是达尔文自然选择学说的中心论点之一。

很明显，生存斗争内容更丰富，既包括生物与生物之间的斗争，又包括生物与无机环境之间的斗争，图示如下：

A代表生存斗争、B代表种内斗争、C代表种间斗争、D代表竞争。

●

群落的丰富度

群落中物种数目的多少。

●不同群落的丰富度不同

一般来说，热带地区群落的物种比温带和寒带地区的物种丰富。

生物群落的生态环境越优越，组成群落的物种越丰富，反之则减少；丰富度随海拔高度的增加而减少；丰富度随水深度的增加而减少。

●

土壤中小动物类群丰富度的研究

（1）土壤小动物丰富度的调查方法——取样器采集调查

用采集罐、吸虫器等取样，调查样土中小动物的种类、数量来推测某一区域内土壤小动物的丰富度。

（2）土壤小动物丰富度的统计方法和主要的探究过程

●丰富度的统计方法

a.记名计算法：

在一定面积的样地中，直接数出各种群的个体数目。

此方法适于个体较大、数量有限的种群。

b.目测估计法：

运用多度等级来估计单位面积上个体数量的多少。

等级的划分和表示方法有：

非常多、多、较多、较少、少、很少等。

制作取样器注意安全，取样时尽量不要破坏环境，样土塑料袋上标明地点和时间。

●

群落的结构

群落的结构是指一空间内所有生物种群的集合体，它由一定的结构、种类构成和种间相互关系，并在环境相似的地段可以重复出现。

●

群落的垂直结构

在垂直方向上，大多数群落具有明显的分层现象。

植物的分层分布与光照强度有关，群落的光照强度总是随着高度的下降而逐渐减弱。

乔木层——接受全光照

灌木层——利用全光照的10%

草本层——仅利用1%～5%的光照

苔藓地衣层——仅利用微弱的光照

在高山植物群落中，不同海拔地带的植物呈垂直分布主要是受温度制约（如图所示）。

动物的分层与其食物及栖息场所等有关。

可以说，群落中植物的分层现象决定了动物的分层现象。

猫头鹰——森林上层

大山雀——灌木层

鹿、野猪——地面活动

蚯蚓及部分微生物——落叶层和土壤

在不同季节也会因光照条件的不同而引起垂直分布的变化。

●

群落的水平结构

在水平方向上，由于光照强度、地形、土壤湿度和盐碱度等因素的影响，不同地段分布着不同的生物种群，同一地段上种群密度也有差异，常呈镶嵌分布。

●群落结构形成的原因及意义

（1）原因：

生物的垂直结构与水平结构都与环境中生态因素有关，垂直结构和水平结构的具体表现都是在长期自然选择基础上形成的对环境的适应。

（2）意义：

生物在垂直方向及水平方向上的位置配置关系有利于提高生物群落整体对自然资源的充分利用。

①植物的分层与光照强度密切相关，但热带高山植物群落中，不同海拔地带则主要受温度制约。

②在水平方向上，我国由东到西的群落主要受水分限制，由南到北则主要受温度的制约。

③同种生物的高度不同不属于群落的垂直分层现象。

④高山植物群落中，不同海拔地带的植物呈垂直分布主要是受温度制约。

●

关于群落的结构，以下理解不正确的是（　　）

A．竹林中竹子高低错落有致，其在垂直结构上有分层现象

B．动物在群落中垂直分布与植物的分层现象密切相关

C．淡水鱼占据不同的水层，出现的分层现象与各种鱼的食性有关

D．不同地段生物种类有差别，在水平方向上有分层现象

●

群落结构的类型比较

●

大多数生物群落在空间上有垂直分层现象，称为群落的垂直结构。

引起森林群落中植物和动物垂直分层现象的主要因素分别是（　　）

A.温度、食物B.温度、光照

C.湿度、温度D.光照、食物