1、第 4 章 种群和群落第 1 节 种群的特征1种群的概念在一定自然区域内，同种生物的全部个体的总和叫种群。种群概念中的内涵：（1）两个要素：“同种”即同一物种的生物。种群是物种在自然界中存在和繁殖的基本单位。 “总和”不等于同种个体的简单相加，同种个体之间相互联系表现出个体不具有的特征。个体只能具有性别、年龄、出生、死亡等特征。（2）两个条件：“时间”和“空间” ，即种群具有时空限制。（3）两个方面：进化观点看种群是生物进化的基本单位。生态观点看种群是生物群落的基本组成单位。2数量特征（1）种群密度定义：在单位 面积 或单位 体积 中的个体数就是种群密度。种群密度变动的原因一般认为是出生率和死
2、亡率、迁入率和迁出率综合作用的结果。因此，凡影响出生率和死亡率、迁入率和迁出率的因素都会影响种群密度的大小。种群密度的调查方法：样方法和标志重捕法方法一：样方法（1）使用范围：多用于植物或活动范围比较小的动物（2）含义：在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，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密度的估计值。（3）样方大小的选取：草本植物：1m1m；灌木：5m5m；乔本：10m10m。（4）取样方法：点状取样法点状取样法中常用的为五点取样法，如左下图所示，当调查的总体为非长条形时，可用此法取样。在总体中按梅花形取 5 个样方，每个样方的
3、长和宽要求一致。这种方法适用于调查植物个体分布比较均匀的情况。等距取样法当调查的总体为长条形时，可用等距取样法，如右下图所示，先将调查总体分成若干等份，由抽样比率决定距离或间隔，然后按这一相等的距离或间隔抽取样方的方法,叫做等距取样法。例如，长条形的总体为 100 m 长，如果要等距抽取 10 样方，那么抽样的比率为 1/10，抽样距离为 10 m，然后可再按需要在每 10 m 的前 1 m 内进行取样，样方大小要求一致。（5）计数原则。若有正好长在边界线上的，应遵循“数上线不数下线，数左线不数右线的原则。同种植物无论大小都应计数。各小组计数都要如实，不能多报或少报。注意：图 甲 为 方 形
4、样 方 ， 图 乙 为 圆 形 样 方 ， 实 心 圈 示 统 计 或 测 量 的 个 体 ， 虚 线 表 示 圆 形 样 方 的 直 径 。（ 6） 调查误差分析。对调查对象认识不准，统计偏差；样方的数目、大小不统一；调查地段种群分布不均匀；计数时对各生长期的个体统计不全。方法二：标志重捕法（1）使用范围：动物（活动范围比较大的）（2）含义：在被调查种群的活动范围内，捕获一部份个体，做上标记后再放回原来的环境，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数的比例，来估计种群密度。（3）计算公式：种群数量（标记个体数 重捕个体数）/重捕标记数（4）标志重捕法的适用条件标志个体在整个
5、调查种群中分布均匀；未标志个体和被标志个体都有同样被捕获的机会；调查期中没有迁入和迁出；调查期中没有新个体的出生和死亡（5）操作注意事项：标志物和标记方法必须对动物的身体不会产生伤害；标志不能过分明显；标志物必须能够维持一定的时间。（6）计算公式 mnMN重 捕 的 标 志 个 体 数再 次 捕 获 个 体 数初 次 捕 获 标 志 数个 体 总 数 （2）出生率和死亡率概念：在单位时间内新产生（或死亡）的个体数目占该种群个体总数的比率。分析出生率和死亡率与种群密度的关系：若出生率死亡率，种群密度增大；若出生率死亡率，种群密度减小；若出生率死亡率，种群密度不变 。因此，出生率和死亡率是决定种群
6、大小和种群密度的的直接参数。意义：出生率和死亡率是种群数量及密度改变的直接表现。种群的内部和外界因素影响都以改变出生率和死亡率来体现。（3）迁入率和迁出率概念：在单位时间内 迁入或迁出 的个体，占该 种群 个体总数的比率，称为迁入率或迁出率。意义：迁入率和迁出率在研究城市人口变化中具有重要意义，也是决定种群大小和种群密度的的直接参数。（4）年龄组成年龄组成分为三种类型：增长型、稳定型和衰退型。分析图中 A、B、C 三种年龄组成的种群，并思考种群的年龄组成与种群的数量变化的关系。A B C种群 年龄组成情况 出生率和死亡率情况 种群数量变化趋势 所属类型A 幼年个体多，老年个 体少 出生率死亡率
7、 种群的个体数越来 越多 增长型B 各年龄期的个体数比 例适中 出生率死亡率 种群的个体数目保 持相对稳定 稳定型C 老年个体多幼年个体 少 出生率死亡率 种群的个体数目越 来越少 衰退型由此分析可以看出，通过分析种群的年龄组成可以预测该种群密度的变化趋势。年龄组成是决定种群密度的次级参数。（5）性别比例：概念：种群中雄性个体和雌性个体所占的比例。类型：（一般分三种类型）雌雄相当型：特点是雌性和雄性个体数目大体相等。这种类型多见于高等动物。雌多雄少型：特点是雌性个体显著多于雄性个体。这种类型常见于人工控制的种群、如奶牛等。象海豹等群体动物。雌少雄多型：特点是雄性个体明显多于雌性个体。这种类型较
8、为罕见，如蜜蜂、蚂蚁等营社会性生活的动物。性别比例的应用：农业生产上，利用人工合成的性引诱剂诱杀某种害虫的雄性个体，破坏害虫种群正常的性别比例，从而达到杀虫效果。性别比例的意义：影响种群密度的变动，是决定种群密度的次级参数。3空间特征（1）概念：组成种群的个体在其生活空间中的 位置状态 或 布局 叫做种群的空间特征。（2）举例：如农作物的 均匀分布 、杂草的 散乱分布 和瓢虫的 集群分布 。小结-种群数量特征的相互关系第 2 节 种群数量的变化1构建种群增长模型（1）描述、 解释 和预测种群数量变化。常常需要建立数学模型。（2）数学模型的概念：用来描述一个系统或它的性质的 数学形式 。（3）建
9、立数学模型的步骤：提出问题提出假设建立数模检验或修正观察研究对象，提出问题 提出合理的假设 根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行 表达 通过进一步实验或观察等，对模型进行 检验或修正 。（4）数学模型的表现形式：数学方程精确但不直观曲线图直观但不精确2种群增长曲线（1）种群增长的“J”型曲线定义：在理想条件（ 食物和空间 条件充裕、气候适宜，没有敌害等）下种群数量增长的形式，如果以 时间 为横坐标， 种群数量 为纵坐标画出的曲线，大致呈“J”型。数学模型： ，在数学模型 中这种种群数量每年以 一定 的倍数增长，第二年是第一年的tt0N=倍。N 0为起始数量， t 为时间，N t表示
10、t 年后该种群的数量， 种群的数量是一年前数量的倍数。产生原因/产生条件：a.理想条件;b.实验室条件；c. 食物充足，空间不限，气候适宜，没有敌害等几个条件同时满足；d.外来物种入侵的早期阶段；e.无环境阻力状况。特点：种群数量指数型增长“J”型曲线无 K 值. 种群增长率：不变，是一定值。种群增长速率：随种群密度上升而上升（2）种群增长的“S”型曲线含义：指在 自然资源和空间有限的自然条件下，种群经过一定时间的增长后，数量趋于 稳定的增长曲线，呈“S”型。产生原因：有限的环境。特点：有 k 值种群增长率：随种群密度上升而下降种群增长速率：刚开始随种群密度上升而上升，1/2K 值后下降K 值
11、：即 环境容纳量 ，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。种群数量达到环境所允许的最大值（K 值）后，将停止增长并在 K 值左右保持相对稳定。a、K 值不是个固定值。b、K2 值时种群的增长速率最快，可提供的资源数量也是最多的，而且又不影响资源的再生。所以是对资源利用的最佳时间。“S 型增长曲线”的 K 值与 K/2 在实践中的应用K/2(达到最大增长率): a.有利于对有害动物的防治在杀灭害虫同时应降低有害动物的环境容纳量如：灭鼠后，防止鼠的种群数量在 K/2 附近，这样鼠的种群数量会迅速增加，无法达到灭鼠效果b.有利于对野生生物资源的保护和利用-使被捕种群的数
12、量保持在 K/2 水平(既能使人们获得最大生物资源,又能使生物资源保持可持续增长)。如：捕捞后，使鱼的种群数量维持在 K/2，这样鱼的种群数量会迅速回升K(环境容纳量)：降低 K 值，改变环境条件，使之不适合有害生物的生存保护 K 值，保证有益生物生存的环境条件。尽量提升 K 值，还有利于对濒危动物的拯救和恢复。3.“S”型增长曲线的开始部分是“J”型增长曲线吗？答案是否定的。（1）“S”型增长曲线的种群增长率是随种群密度而下降，而“J”型增长曲线的种群增长率是始终保持不变的。（2）“J”型增长曲线是一种理想条件下的种群数量增长曲线，种群迁入的是一个食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害的理想
13、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”型增长曲线的前段是种群对新环境的一个适应阶段。4“J”型曲线与“S”型曲线的比较3影响种群数量的变化因素（1）影响因素：直接因素：出生率 、 死亡率 、迁入、迁出。自然因素： 气候 、食物、 天敌 、传染病等。人为因素：人类活动的影响。（2）研究意义有害动物的 防治 、野生生物资源的 保护和利用 ，以及濒危物种的拯救和 恢复 。4探究培养液中酵母菌种群数量变化的实验该课题的实验假设是：开始一段时间酵母菌呈 “J”型 增长，随着时间的推移，由于 环境资源和空间有限 ，酵母菌呈 “S”型 增长。本实验没有另设置对照实验，原因是 该
14、实验时间上形成前后自身对照 。为提高实验的准确性，实验时应进行 重复实验 。在吸取培养液计数前，要轻轻振荡几次试管的目的是 使酵母菌分布均匀 。如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取的措施是 稀释菌项目 “J”型曲线 “S”型曲线前提条件 环境资源无限 环境资源有限种群增长率 不变 随种群密度上升而下降种群增长速率 随种群密度上升而上升 刚开始随种群密度上升而上升，1/2K 值后下降K 值（环境负荷量） 无 K 值 种群数量在 K 值上下波动曲线形成原因 无种内斗争，缺少天敌 种内斗争加剧，天敌增加液 。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
15、受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响。(2)在理想的无限环境中，酵母菌种群的增长呈“J”型曲线；在有限的环境条件下，酵母菌种群的增长呈“S”型曲线。2实验流程分装：分别将 10 mL 无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入 1、 2、3 号试管中。接种：分别将等量酵母菌接种到 3 支试管中的培养液中混合均匀。培养与取样计数：将试管在 28条件下连续培养 7 d。每天取 样计数酵母菌数量，采用抽样检测方法：将盖玻片放在计 数板上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入到计数板小方格内，显微观察计数一个小方格内的菌种数，已知小方格的培养液厚度为 0.1 mm.计算出培养液体积，换算出
16、 10 mL培养液中酵母菌总数分析结果得出结论：将所得数值用曲线图表示出来，分析实验结果，得出酵母菌种群数量变化规律。3基本技术要求(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，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减小误差。(3)结果的记录最好用记录表，表格如下：第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 第六天1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 31 2 3 4 每个方格菌数5 稀释倍数 平均值 总平均值 (4)每天计数酵母菌数量的时间要固定。(5)溶液
17、要进行定量稀释。(6)计算 10 mL 菌液的数量。易错辨析 1几种种群密度的调查方法比较种群密度 取样调查 种群密度的计算公式 ：种群个体数/单位空间植物种群密度 样 方 法 所有样方内种群密度合计 /样方数动物种群密度 标志重捕法 mnMN重 捕 的 标 志 个 体 数再 次 捕 获 个 体 数初 次 捕 获 标 志 数个 体 总 数 显微计数法 1 ml 菌液的总菌数=（A/5）2510000B=50 000ABA 是 5 个中格总菌数，B 稀释倍数微生物种群密度测细胞法 已 知 红 细 胞 数总 菌 数视 野 中 红 细 数视 野 中 菌 数2.“J”和“S”型曲线种群增长率和种群增长
18、速率（1）种群增长率和种群增长速率都是反映一段时间内种群数量改变多少的参数，但实质不同。种群增长速率指种群数量在单位时间内的改变数值（即曲线的斜率），即 dNdt，有单位（如个/年等）。种群增长率指在单位时间内种群数量增加的量占初始数量的比例，是一个百分比，无单位。例如，某一种群的数量在某一单位时间 t（如一年）内，由初数量 No（个）增长到末数量 Nt（个），则这一单位时间内种群的增长率和增长速率的计算分别为：增长率（末数初数）/初数100（NtNo）No100（无单位）增长速率（末数初数）/单位时间（NtNo）/t（有单位，如个/年）第 3 节 群落的结构1群落的概念及特征（1）概念：同一
19、 时间 内聚集在 一定区域 中 各种生物种群 的集合。（2）概念的内涵：生活在一定区域内，相互之间有直接或间接关系的各种生物种群的总和。由于种间关系而形成了生物群落，所以，一定区域中各种生物并非简单的机械的组合。（3）研究问题：群落的物种组成、物种丰富度、优势种、种间关系、空间结构、范围和边界等。2群落的物种组成（1）群落的 物种组成 是决定群落性质最重要的因素，也是区别不同群落的重要特征。（2）群落物种造成的差异主要表现在两个方面：数量上：不同群落的物种 丰富度 不同；群落中物种数目的多少称为物种的丰富度。其规律为：热带两极：物种多样性减少海拔高度增加：物种多样性减少随水深加深：物种多样性减
20、少性质上：组成不同群落的 优势种 不同。森林群落占优势的是乔木；草原群落中则是草本植物，一般用群落中的优势种为群落命名。3种间关系：包括竞争、 捕食 、互利共生和 寄生 等。概念：竞争：两种或两种以上生物相互争夺资源和空间等。捕食：一种生物以另一种生物作为食物互利共生：两者生活在一起，相互依赖，彼此有利。寄生：一种生物（寄生者）寄生于另一种生物（寄主）的体内或体表，摄取寄主的养分以维持生活。易错辨析 种内斗争与竞争的区别种内斗争是种内关系，发生在同种生物个体之间；竞争是种间关系，发生在不同种生物个体之间。例如，在农田中，相邻的作物植株之间会发生对阳光、水分、养料的争夺，这就属于种内斗争而不是竞
21、争。捕食与竞争的区别竞争是两种生物生活在一起，由于争夺资源和空间等而发生的斗争现象，而且两种生物生活习性越相似，竞争就越激烈。捕食是一种生物以另一种生物为食的现象，强调的是吃与被吃的关系。关系名称 数量坐标图 能量关系图 特点 举例互 利 共 生相互依存，彼此有利。如果彼此分开，则双方或者一方不能独立生存。数量上两种生物同时增加，同时减少，呈现出“同生共死”的同步性变化地衣；大豆与根瘤菌寄 生 对寄主有害，对寄生生物有利。如果分开，则寄生生物难以单独生存，而寄主会生活得更好蛔虫与人；菟丝子与大豆；噬菌体与被侵染的细菌竞 争 数量上呈现出“你死我活”的“同步性变化” 。两种生物生存能力不同，如图
22、 a；生存能力相当，如图b。一般生态需求越接近的不同物种间竞争越激烈牛与羊；农作物与杂草；大草履虫与小草履虫捕 食 一种生物以另一种生物为食，数量上呈现出“先增加者先减少，后增加者后减少”的不同步性变化羊与草；狼与兔；青蛙与昆虫特别提醒：两种生物之间可能有多种种间关系。上述种间关系都有利于种群的进化。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群落的空间结构（1）概念：指群落中 各个生物种群 分别占据不同的 空间 。（2）空间结构 垂直结构 ：大多数
23、群落具有明显的分层现象。a 植物的分层分布与光照强度有关，群落中的光照强度总是随着高度的下降而逐渐减弱。如森林中的垂直结构：乔木层、灌木层、草本层。b 动物的分层与其食物和栖息场所有关。可以说，植物的分层现象决定了动物的分层现象c 水域中，某些水生动物也有分层现象。影响浮游动物垂直分布的原因主要有阳光、温度、食物和溶氧量等。原因： 阳光 的利用、食物、温度等。意义：一方面避免了相互竞争的概率，有利于物种的生存；另一方面，提高了群落利用 环境资源 的能力。 水平结构 ：群落在水平上由于地形的变化、 土壤湿度和盐碱度 的差异、 光照强度 的不同、生物自身生长的特点，以及 人与动物的影响 等因素，不
24、同地段往往分布着不同的 种群 ，同一地段上种群密度也有差异，常呈 镶嵌 分布。5土壤中小动物类群丰富度的研究许多土壤动物有较强的 活动能力 ，而且身体 微小 ，因此不适于用 样方法 或 标志重捕法 进行调查。在进行这类研究时，常用 取样器取样 的方法进行采集。丰富度的统计方法通常有两种：一是 记名计算法 ，二是 目测估计法 。第 4 节 群落的演替1群落的演替（1）演替的概念：随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程，就叫做演替。说明：演替过程中的代替是优势种地位的取代。（2）群落演替的特点可预测性：演替是群落组成想着一定的方向、具有一定的规律、随时间而变化的有序过程。不可逆性：演替是生
25、物和环境反复相互作用，发生在时间和空间上的不可逆过程。稳定性：演替的最终结果是稳定状态。因此，演替并非一个无限持久的变化过程。在此，我们要认识进化演替的方向：物种多样化；营养结构复杂化；功能完善化。（3）演替的过程：入侵定居阶段竞争平衡阶段相对稳定阶段。需要注意的是稳定阶段获得环境条件是很重要的，例如水是限制灌木森林阶段的关键因素。而对于进化演替第一阶段入侵阶段是最长最慢的。（4）群落演替的原因环境不断变化，为群落中某些物种提供繁殖条件，而对另一些物种的生存产生不利影响。植物繁殖体的散布即植物不断进行繁殖和迁移。植物之间直接或间接地相互作用，使它们之间不断相互影响，种间关系不断发生变化。人类活
26、动的干扰。2演替的类型（1）初生演替：指在一个从来没有被植物覆盖的地面，或者是原来存在过植被，但被彻底消灭了的地方发生的演替。裸岩上的演替过程：裸岩阶段地衣阶段苔藓阶段草本植物阶段灌木阶段森林阶段。举例：在火山岩、沙丘、冰川泥上开始的演替（2）次生演替：是指在原来就有生物群落或曾经被生物占据过的地方发生演替，又称次级演替。弃耕的农田的演替过程：弃耕农田一年生杂草 多年生杂草 小灌木 灌木丛 乔木林。举例：火灾过后的草原、过量砍伐的森林、弃耕的农田等初生演替与次生演替的比较类型内容 初生演替 次生演替起点 从来没有被植被覆盖的环境原有植被环境只是失去原有植被时间 经历的时间长 经历的时间短速度
27、缓慢 较快影响因素 自然因素 人类活动较为关键实例 裸岩上的演替 火灾过后的草原、弃耕的农田等上的演替3人类活动对群落演替的影响（1）人类的活动方式：不合理的方式：对自然资源的过度开发、不合理的利用。如过度放牧、对森林的过度采伐，对某些野生生物的过度采猎等过度开发自然资源的行为和毁林开荒、毁草开荒、围湖造田等不合理利用自然资源的行为，都可能导致生物群落衰退，甚至完全荒漠化。环境污染。生活垃圾、工业垃圾、工业废渣、废气等，都会导致生物群落衰退。外来物种的引入。在适宜条件下，外来物种会由于缺乏天敌而大量繁殖迅速成为优势种，破坏原有群落的稳定性，使本地物种生存空间变小，甚至影响到本地物种生存，使生物群落退化。合理方式：封山育林、治理沙漠、管理草原等。人类还可以建立人工群落。（2）影响结果：使群落演替按照 不同于 自然演替的 速度 和 方向 进行。4退耕还林、还草、还湖为了处理好经济发展同人口、资源、环境的关系，走 可持续发展 的道路，我国明确提出了退耕还林、还草、还湖， 退牧还草 ，以提高林草覆盖率。
