高中生物《 生物群落的基本單位——種群》學(xué)案2 蘇教版必修3

1、第1節(jié) 生物群落的基本單位種群一、學(xué)習(xí)目標1、列舉種群的特征。2、應(yīng)用調(diào)查種群密度常用的方法：樣方法和標志重捕法。3、說出種群數(shù)量增長的規(guī)律。4、說明制約種群數(shù)量變動的因素。二、教材分析1、重點難點與疑點1教學(xué)重點（1）種群的特征。（2）調(diào)查種群密度常用的方法：樣方法和標志重捕法。（3）種群數(shù)量增長的規(guī)律。（4）制約種群數(shù)量變動的因素。2教學(xué)難點（1）種群的特征。（2）調(diào)查種群密度常用的方法：樣方法和標志重捕法。（3）種群數(shù)量增長的規(guī)律。（4）制約種群數(shù)量變動的因素。3教學(xué)疑點（1）調(diào)查種群密度常用的方法：樣方法和標志重捕法（應(yīng)用）。（2）制約種群數(shù)量變動的因素（應(yīng)用）。2、教材解讀課 文解

2、讀一、種群的特征P48 第1段種群是是在一定空間中的同種個體的集群，作為一個種群不僅占有一定的空間，而且具有一定的結(jié)構(gòu)，同一種群內(nèi)的個體間具有交換基因的能力。種群雖然是有同種個體組成，但不等于個體數(shù)量的簡單相加，從個體層次到種群層次是一個質(zhì)的飛躍，因為種群具有個體所沒有的一些“群體特征”，如種群密度、年齡組成、性別比例、出生率、死亡率、平均壽命等。生物物種的生存、發(fā)展和進化都是以種群為基本單位進行的。因此個體與種群的關(guān)系是一個部分與整體的關(guān)系。P48 第2段P48 第3段P48 第4段種群密度是指單位空間內(nèi)某種群的個體數(shù)量。在生態(tài)學(xué)研究中，種群密度的確定是一個重要的指標。種群數(shù)量的調(diào)查方法：

3、目前有以下幾種調(diào)查方法來估計種群的大小或種群密度。 直接統(tǒng)計法：就是直接用目測統(tǒng)計的方法，適用在開闊地區(qū)統(tǒng)計大型的哺乳動物數(shù)目等。 標志重捕法：本方法的原理很簡單，設(shè)某種群有N個個體，其中a個個體是第一批捕捉并標記，放回原處。經(jīng)過一段時間后，估計標記個體與原來未標己個體混和均勻。再捕捉b個個體，其中c個個體是帶標記的。則某種群的總個數(shù)就可以求出：即N：a=b：c，N=ab/c 這種方法適用于比較穩(wěn)定的種群，即該種群沒有遷移現(xiàn)象，出生率和死亡率幾乎相等。統(tǒng)計一個池塘里的某種魚類數(shù)量或某一昆蟲的數(shù)量時，常采用此法。 取樣計算法（樣方法）：在需測定的陸地或水域隨機劃出若干個樣方，統(tǒng)計每個樣方的全部個

4、體。求出所有樣方的平均數(shù)，根據(jù)平均數(shù)以此估計種群的數(shù)量；或者求出每個樣方的種群密度，以所有樣方種群密度的平均值作為該種群的密度。統(tǒng)計范圍大，種群個體較多的常采用此方法。 間接估計法：常用統(tǒng)計動物洞穴、糞便、皮毛收購量等的數(shù)量來間接推算總量。P48 第5段種群的年齡組成是指一個種群中各年齡期的個體數(shù)目的比例，種群的年齡組成大致可以分為三種類型：（1）增長型：種群中幼年個體很多，老年個體很少，這樣的種群正處于發(fā)展時期，種群密度會越來越大。（2）穩(wěn)定型：種群中各年齡期的個體數(shù)目比例適中，這樣的種群正處于穩(wěn)定時期，種群密度在一段時間內(nèi)會保持穩(wěn)定。（3）衰退型：種群中幼年個體較少，而老年個體較多，這樣的

5、種群正處于衰退時期，種群密度會越來越小。年齡組成對預(yù)測種群的數(shù)量發(fā)展變化趨勢具有重要的意義，對于一般的自然種群，這種預(yù)測是比較正確的，但對人口數(shù)量變動來說，還要考慮政策因素的影響。P49 第2段種群的性別比例是指雌雄個體數(shù)目在種群中所占的比例。不同物種的種群，具有不同的性別比例，大致可以分為三種類型：（1）雌雄相當，多見于高等動物，如黑猩猩、猩猩等。（2）雌多于雄，多見于人工控制的種群，如雞、鴨、羊等。有些野生動物在繁殖時期也是雌多于雄，如象海豹。（3）雄多于雌，多見于營社會性生活的昆蟲，如家白蟻等。性別比例在一定程度上影響著種群密度。例如，利用人工合成的性引誘劑誘殺害蟲的雄性個體，破壞了害蟲

6、種群正常的性別相比例，就會使很多雌性個體不能完成交配，從而使害蟲的種群密度明顯降低。P49 第3段出生率是指種群中單位數(shù)量的個體在單位時間內(nèi)新產(chǎn)生的個體數(shù)目；死亡率是指種群中單位數(shù)量的個體在單位時間內(nèi)死亡的個體數(shù)目。在對人口數(shù)量進行調(diào)查時，自然增長率是一個重組的指標。自然增長率=出生率死亡率。 對一個自然種群來說，影響種群數(shù)量變動的主要因素是出生率和死亡率，但個體的遷入和遷出也能影響到種群數(shù)量的變動。人群既具有自然種群的屬性，也具有社會屬性。研究一個國家或地區(qū)的人口數(shù)量變動時，出生率和死亡率是二個主要參數(shù)，其中出生率受人為因素的影響很大，我國實行的計劃生育政策有效地控制了出生率的升高，從而降低

7、了人口增長率。遷入和遷出對一個國家和地區(qū)的人口數(shù)量變動影響也很大，特別是一個地區(qū)，由于受政策導(dǎo)向的影響，其影響甚至比出生率和死亡率還要大，如上海市的人口數(shù)量在不斷增加，但根據(jù)出生率和死亡率統(tǒng)計出來的自然增長率已出現(xiàn)負增長的趨勢，即上海的人口數(shù)量在下降，但上海的政策是廣納賢才，大量外來人員的遷入使上海市的人口在增加。二、種群數(shù)量的增長規(guī)律P49 第4段P49 第5段P49 第6段種群數(shù)量的變化包括增長、波動、穩(wěn)定和下降等，這里主要介紹一點有關(guān)種群的增長方面的知識。種群數(shù)量的增長有兩種基本模式：指數(shù)式增長和邏輯斯諦增長。種群數(shù)量時間0指數(shù)式增長是：指在食物（養(yǎng)料）和空間條件充裕，氣候適宜、沒有敵害

8、等理想條件下，不受資源和空間的限制，種群的數(shù)量往往會連續(xù)增長。以某種動物為例，假定種群的數(shù)量為N0，年增長率為，該種群每年的增長速率都保持不變，那么一年后該種群的數(shù)量應(yīng)為： N1=N0·二年后該種群的數(shù)量N2=N1·=N0·2，t年后該種群的數(shù)量應(yīng)為Nt=N0·t 如用坐標表示，黃坐標表示時間，縱坐標表示種群數(shù)量，那么種群的增長就會成“J”形曲線。如圖所示。種群的指數(shù)式增長模式在理論上是存在的，但在自然生態(tài)系統(tǒng)中幾乎是不可能存在的，因為資源、空間和食物不可能是無限的，即使在實驗條件下也無法做到。P50 第1段邏輯斯諦增長：在自然條件下，環(huán)境條件是有限的，

9、因此種群不可能按指數(shù)式增長模型增長。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，個體間對有限空間、食物和其它生活條件的種內(nèi)斗爭必將加劇，以該種群為食的捕食者的數(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容納量時，種群數(shù)量將停止增長。有時會在最大容納量上下保持相對穩(wěn)定。據(jù)此生態(tài)學(xué)家邏輯斯諦建立了種群在有限環(huán)境條件的種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型，稱為邏輯斯諦方程。它是一個微分方程，。式中dN/dt是在某一時間、某一種群數(shù)量條件下的瞬時增長率；r內(nèi)稟是增長率，即該種群的最大增長潛力；K為環(huán)境的容納量；N為某一時間時的種群數(shù)量

10、。按此方程繪制的曲線如圖所示。曲線成“S”形。在N=1/2K時，“S”形曲線有一個拐點A。種群數(shù)量K時間0·A在對野生動植物資源的合理開發(fā)和利用方面，一般將種群的數(shù)量控制在環(huán)境容納量的一半，即1/2K值時，此時種群增長速度最快，可提供的資源數(shù)量也最多，而又不影響資源的再生。當種群數(shù)量大于1/2K時，種群增長的速度將開始下降。所以在開發(fā)動植物資源時，種群數(shù)量大于1/2K時就可以獵取一定數(shù)量的該生物資源，而且獲得的量最大，當過度獵取導(dǎo)致種群數(shù)量小于1/2K時，種群的增長速度將堿慢，獲取的資源數(shù)量將堿少，而且還會影響資源的再生。種群數(shù)量的增長速度是由出生率、死亡率、遷入和遷出決定的，所以凡

11、是影響到出生率、死亡率、遷入和遷出的因素都可影響種群數(shù)量的變化，如氣候、食物、被捕食、傳染病等。拓展閱讀一、種群組成的數(shù)量特征有了所研究群落的完整的生物名錄，只能說明群落中有哪些物種，想進一步說明群落特征，還必須研究不同種的數(shù)量關(guān)系。對種類組成進行數(shù)量分析，是近代群落分析技術(shù)的基礎(chǔ)。    （一）種的個體數(shù)量1多度    多度是對物種個體數(shù)目多少的一種估測指標，多用于群落野外調(diào)查。國內(nèi)多采用Drude的七級制多度，即： 極多、  數(shù)量很多、數(shù)量多、數(shù)量尚多、 數(shù)量不多而分散、

12、數(shù)量很少而稀疏、個別或單株。 2密度    指單位面積或單位空間內(nèi)的個體數(shù)。一般對喬木、灌木和叢生草本以植株或株叢計數(shù)，根莖植物以地上枝條計數(shù)。樣地內(nèi)某一物種的個體數(shù)占全部物種個體數(shù)的百分比稱做相對密度。某一物種的密度占群落中密度最高的物種密度的百分比稱為密度比。 3蓋度    指的是植物地上部分垂直投影面積占樣地面積的百分比，即投影蓋度。后來又出現(xiàn)了“基蓋度”的概念，即植物基部的覆蓋面積。對于草原群落，常以離地面1英寸（2.54cm）高度的斷面計算；對森林群落，則以樹木胸高（1.3m處）斷面積

13、計算。基蓋度也稱真蓋度。喬木的基蓋度特稱為顯著度。    蓋度可分為種蓋度（分蓋度）、層蓋度（種組蓋度）、總蓋度（群落蓋度）。林業(yè)上常用郁閉度來表示林木層的蓋度。通常，分蓋度或?qū)由w度之和大于總蓋度，這是由于植物枝葉互相重疊而造成的。群落中某一物種的分蓋度占所有分蓋度之和的百分比，即為該物種的相對蓋度。某一物種的蓋度占蓋度最大物種的蓋度的百分比稱為蓋度比。4頻度    是指群落中某種植物出現(xiàn)的樣方數(shù)占整個樣方數(shù)的百分比，即某個物種在調(diào)查范圍內(nèi)出現(xiàn)的頻率。    丹麥學(xué)者Raun

14、kiaer在歐洲草地群落中，用1/10的小樣圓任意投擲，將小樣圓內(nèi)的所有植物種類加以記載，然后計算每種植物出現(xiàn)的次數(shù)與樣圓總數(shù)之比，得到各個種的頻度。Raunkiaer根據(jù)8000多種植物的頻度統(tǒng)計編制了一個標準頻度圖解，提出了著名的Raunkiaer定律。    凡頻度在120%的植物種歸入A級，2140%者為B級，4160%者為C級，6180%者為D級，80100%者為E級。在他統(tǒng)計的8000多種植物中，頻度屬A級的植物種類占 53%，屬于B級者有 14%，C級有 9%，D級有 8%，E級有 16%，

15、這樣按其所占比例的大小，五個頻度級的關(guān)系是： ABCDE。這就是Raunkiaer頻度定律。這個定律說明：在一個種類分布比較均勻一致的群落中，屬于A級頻度的種類占大多數(shù)，B、C和D級頻度的種類較少，E級頻度的植物是群落中的優(yōu)勢種和建群種，其數(shù)目也較多，因此占有較高的比例。這個規(guī)律符合群落中低頻度種的數(shù)目較高頻度種的數(shù)目多的事實。    實踐證明，上述定律基本上適合于任何穩(wěn)定性較高而種數(shù)分布比較均勻的群落，群落的均勻性與A級和E級的大小成正比。E級愈高，群落的均勻性愈大。如若B、C、D級的比例增高時，說明群落中種的分布不均勻，暗示著植被分化和演替

16、的趨勢。    5高度 為測量植物體的一個指標。測量時取其自然高度或絕對高度。某種植物高度占最高的種的高度的百分比稱為高度比。 6重量 用來衡量種群生物量或現(xiàn)存量多少的指標?？煞瞩r重與干重。在草原植被研究中，這一指標特別重要。單位面積或容積內(nèi)某一物種的重量占全部物種總重的百分比稱為相對重量。7體積 是生物所占空間大小的度量。在森林植被研究中，這一指標特別重要。在森林經(jīng)營中，通過體積的計算可以獲得木材生產(chǎn)量（稱為材積）。單株喬木的材積由胸高斷面積（s）、樹高（h）和形數(shù)（f）三者的乘積，即V=shf。形數(shù)是樹干體積與等高同底的圓柱體體積之比。因此

17、在斷面積乘樹高而獲得圓柱體體積之后，必須按不同樹種乘以該樹種的形數(shù)（可由森林調(diào)查表中查到），就獲得一株喬木的體積。草本植物或小灌木體積的測定，可用排水法進行。（二）綜合數(shù)量指標 1優(yōu)勢度    優(yōu)勢度用以表示一個種在群落中的地位與作用，但其具體定義和計算方法各家意見不一。Braun-Blanquet主張以蓋度、所占空間大小或重量來表示優(yōu)勢度，并指出在不同群落中應(yīng)采用不同指標。蘇卡喬夫（1938）提出，多度，體積或所占據(jù)的空間、利用和影響環(huán)境的特性、物候動態(tài)均應(yīng)作為某個種優(yōu)勢度指標。有的認為蓋度和密度為優(yōu)勢度的度量指標。也有的認為優(yōu)勢度即“蓋度和

18、多度的總和”或“重量、蓋度和多度的乘積”等等。 2重要值    也是用來表示某個種在群落中的地位和作用的綜合數(shù)量指標，因為它簡單、明確，所以在近些年來得到普遍采用。重要值是美國的JTCurtis和      RPMcIntosh（1951）首先使用的，他們在Wisconsin研究森林群落連續(xù)體時，用重要值來確定喬木的優(yōu)勢度或顯著度，計算的公式如下：   重要值（IV）=相對密度+相對頻度+相對優(yōu)勢度（相對基蓋度）    上式用

19、于草原群落時，相對優(yōu)勢度可用相對蓋度代替：重要值=相對密度+相對頻度+相對蓋度二、動物種群的數(shù)量波動種群的數(shù)量是波動的，有的波動不規(guī)則，有的波動規(guī)則而又穩(wěn)定，呈現(xiàn)出種群數(shù)量波動的周期現(xiàn)象。如交喙鳥數(shù)量的最大值，在芬蘭約3年出現(xiàn)一次；棲息在凍原地帶的北極梟、北極狐和環(huán)頸旅鼠每隔4年大發(fā)生一次；雪兔和猞猁數(shù)量的最大值每隔910年出現(xiàn)一次。動物種群數(shù)量變動的調(diào)節(jié)機理，目前還不清楚，一般認為是出生率和死亡率、遷入和遷出這兩組過程的綜合結(jié)果。因此，凡是能影響出生率、死亡率以及遷移率的因素，都會影響動物種群的數(shù)量變動。這里只以食物因素和發(fā)育階段因素來說明它們對種群數(shù)量的調(diào)節(jié)作用。1食物對種群數(shù)量的調(diào)節(jié) 食

20、物是種群數(shù)量的重要限制因素。草食動物的數(shù)量直接受食物的限制，如環(huán)頸旅鼠以草料為生，所以草原的生長情況和它的數(shù)量變化關(guān)系密切。又如芬蘭的交喙鳥種群大發(fā)生和它的食物云杉球果豐收年一致。肉食動物的數(shù)量也直接受食物所限制。如北極地區(qū)的猞猁以雪兔為食物，雪兔的數(shù)量直接決定猞猁的數(shù)量，所以雪兔的最高產(chǎn)量一般要比猞猁的最高產(chǎn)量提前12年。2發(fā)育階段對種群數(shù)量的調(diào)節(jié) 我們可以從存活曲線理解動物的發(fā)育階段對種群數(shù)量變動的影響。存活曲線是表示一個種群在一定時期內(nèi)的存活量的指標，可以從100頭或1000頭動物開始，跟蹤這種動物的命運，隨時記錄下這動物的死亡數(shù)，直到最后全部死亡。一般可分成三種存活曲線。第型存活曲線所

21、代表的生物，它們早年活動期死亡率極低，晚年在達到生理年齡的最大值時，在很短的期限內(nèi)一齊死亡。人類和許多哺乳動物的存活曲線很接近這一類。第型存活曲線代表一類生物，它在整個生命周期內(nèi)，死亡率基本穩(wěn)定，如水螅，有些鳥類及小型哺乳動物較接近這一型。第型存活曲線代表的生物，它們在幼齡階段有極高的死亡率，一旦過了危險期，死亡率變得很低，而且穩(wěn)定，許多無脊椎動物和低等脊椎動物屬于這一型。如青蛙一次產(chǎn)卵很多，卵在早期發(fā)育中的死亡和蝌蚪大量被捕食，曲線迅速下降。一些蝌蚪闖過早期，變成成蛙，就能存活多年。存活曲線以環(huán)境條件和對有限資源的競爭為轉(zhuǎn)移。例如人類的存活曲線因營養(yǎng)、衛(wèi)生和醫(yī)藥條件有很大的變化。從石器時代人

22、的壽命只有35歲，到現(xiàn)在已增加了一倍多。這主要是因嬰兒死亡率大大降低的緣故。又如低等動物產(chǎn)大量的卵，只有幾個能存活到成熟期。但是，如果環(huán)境變得合適，死亡率變得很低，種群就會突然爆發(fā)，不少農(nóng)業(yè)害蟲大爆發(fā)，就是這種情況。研究存活曲線是極有意義的。它可判斷各種動物種群最易受傷害的年齡。如我們能人為地影響最易受害階段，就可較有效地控制這一種群的數(shù)量，以達造福人類的目的。如可選擇最有利的時間組織打獵；可選擇最有利的時間進行害蟲防治。三、農(nóng)業(yè)的大敵蝗蟲提起蝗蟲，幾乎無人不知無人不曉，它們是農(nóng)作物和其他植物的害蟲。蝗蟲的蹤跡遍布全世界，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一大害。 1999年夏天，我國北方大部分地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)高溫干

23、旱的天氣，這種天氣給人民的生活帶來了不便，也給農(nóng)作物的生長帶來了不利的影響。但是，這卻給農(nóng)作物害蟲的繁殖和生長帶來了便利的條件。這樣，蝗災(zāi)便爆發(fā)了。特別是在黃淮海地區(qū)，發(fā)生了較大面積的蝗災(zāi)，受災(zāi)面積達1000多萬畝。其中河北、河南、山東等省的一些地區(qū)情況尤其嚴重，有的區(qū)域蝗蝻（蝗蟲幼蟲）密度每平方米達2000多只，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成了嚴重威脅。 蝗災(zāi)在世界各地均有出現(xiàn)，幾乎在我國出現(xiàn)蝗災(zāi)的同時，俄羅斯的西伯利亞地區(qū)也爆發(fā)了大蝗災(zāi)，其災(zāi)情之嚴重是歷史上罕見的。小小的蝗蟲竟讓俄羅斯這樣的科技強國束手無策，奈何不得。而在我國華北等地也出現(xiàn)了同樣的蝗災(zāi)，由于科技人員努力和廣大人民群眾的積極配合，很快就控制

24、了災(zāi)情。這說明蝗災(zāi)并不是不可以防治和控制的。 那么，蝗蟲大爆發(fā)的緣由和情形如何呢？每逢蝗災(zāi)爆發(fā)時，一群群的蝗蟲鋪天蓋地，烏云蔽日般東奔西撞，它們所到之處，各種綠色植物均遭暴殄，慘不忍睹。譬如，1988年，非洲的塞內(nèi)加爾和毛里塔尼亞境內(nèi)，發(fā)生了數(shù)十年罕見的蝗災(zāi)，僅一群蝗蟲就可達1000億只以上?；认x屬于節(jié)肢動物門、昆蟲綱、直翅目、蝗科，身體一般綠色或黃褐色，咀嚼式口器，后足大，適于跳躍，不完全變態(tài)，其幼蟲稱為“蝻”，主要以禾本科植物為食，種類很多，世界上共約有1萬余種，在我國就有300余種，如飛蝗、稻蝗、竹蝗，意大利蝗、蔗蝗、棉蝗等是農(nóng)林業(yè)的主要害蟲。 飛蝗通常分為兩種生態(tài)型，即“獨棲型”及“遷移型”，或稱“群居型”和“散居型”。獨棲型一般在傍晚稍有遷移習(xí)性，但對農(nóng)作物的危害稍輕。遷