专题十五  种群与生物群落

专题十五  种群与生物群落
 
 
1．列举种群的特征和群落的结构特征。
2. 识别群落，说出群落水平上 研究的问题。
3．尝试用样方法调查种群密度和土壤中小动物类群丰富度的研究。
4．说明建构种群增长模型的方法和人类活动对群落演 替的影响。
5．关注人类活动对种群数量变化的影响和我国实行退耕还林、还草、还湖，退牧还草的政策。
 
 
1．种群和群落的结构的特征。
2．尝试建构种群增长的数学模型，并据此解释种群数量的变化
3．群落的演替过程。
 
 
1．样方的选择和确定；建构 种群增长的数学模型。
2．从结构与功能相统一的角度描述群落的结构特征。
3．群落的演替过程。
 
 
                        第1课时
一、相关知识
（一）基本概念
种群、种群密度、样方法、 五点取样法、等距取样法、重捕标志法、出生率、死亡率、迁入率、迁出率、年龄组成、增长性、稳定性、衰退 型、性别比例；性引诱剂、信息素；种群数量的变化、种群数量增长模型、数学模型、j型曲线、s形曲线、环境容纳量；
 
 
 
（二）知识网络
 
 
 
（三）疑难解析
1．年龄组成
 
2．种群j型增长模型 在假定①增长是无界的；②世代不相重叠；③没有迁入和迁出；④不具年龄结构等条件下，最简单的单种种群增长的数学模型，通常是把世代t+1的种群nt+1与世代t的种群nt联系起来的方程：
nt+1=λnt或nt=n0λt其中n为种群大小，t为时间， λ为种群的周限增长率。
3．影响种群数量变化的因素
种群的数量变化是出生和死亡、迁入和迁出相互作用的综合结果。所有能影响种群的出生率、死亡率和迁移的因 素，都会影响种群数量的变化。
影响种群数量的因素有很多。有些因素的作用是随 种群密度而变化的，这种因素称为密度制约因素。例如，传染病在密度大的种群中更容易传播，因而对种群数量的影响就大。又如，种内斗争在密度大的种群中更加剧烈，对种群数量的影响也就更大。
密度制约因素对种群数量变化的影响是通过反馈调节而实现的。当种群数量超过环境容纳量时，密度制约因素的作用增强，使出生率下降，死亡率增加，从而使种群的增长受到抑制。当种群数量降低到环境容纳量以下时，密度制约因素的作用减弱，从而使种群增长加快。例如，食物是一种密度制约因素。当旅鼠过多时，草原植被遭到破坏，旅鼠种群由于缺 乏食物，数量下降。旅鼠数量减少 后，植被又逐渐恢复，旅鼠种群的数量又随之恢复如图所示。 
 
4．关于种群数量变化的“s”型曲线的探讨
种群数量增长的“s”曲线反映的是种群数量在一个有限环境中随时间变化而变化的规律的曲线如图。
（1）关于种群数量变化规律的探讨：由图中看出，种群数量在不同时期或期间的数量有多少之别，种群增长率也有快慢之分。
（2）关于制约因素的探讨：
在0 2期间，食物、生存空间充裕，种内斗争、天敌等因素的制约强度小。
在1 3期间，环境中各制约因素的作用强度逐渐增大，在3时期及以后达到最大。
（3）关于“s”型曲线与“j”型曲线，波动曲线的包含与被包含关系：
在图中，0 3期间，近似于“j”型曲线，可以说“s”型曲线包含了“j”型曲线，但这一段不等于“j”型曲线。（在“j”型曲线中瞬时增长率是不变的，而在“s ”型曲线中该值是不断变化的。） 
（4）“s”型曲线在生产实践中的指导意义
根据“s”曲线的特点，由于在1/2k时增长率最大，因此若为了持续获得较多的生物资源，一方面应该设法增大环境满载量k，如加强生物生存环境的管理，另一方面，捕捞、采伐应该在种群数量在达到1/2k以上时进行，而且剩余种群数量保持在1/2k左右。若要对有害生物进行防治，一方面应该设法减下环境满载量k，另一方面通过引入天敌等措施，将种群数量尽量控制在较低水平。
三 考点例析
例 (xx年高考全国卷ⅱ)种群数量变化受许多因素的影响。
①某种昆虫在不同温度和湿度条件下种群数量的变化如图。据图回答：
在温度偏离最适温度或湿度偏离最适湿度条件下，昆虫种群数量会__________。一个生态因子的变化会影响________________________________的作用。昆虫种群数量变化是温 度和湿度______________________的结果。
②昆虫种群的大小由种群的____________________________决定 。
③经调查，第一年此种昆虫种群数量为n0，如果在理想条件下，每年增长率保持不变，且λ=1.3，第三年该种群数量为_____________________。
 [试题解析] （1）本题从考试大纲理解能力“（2）能运用所学知识，对某些生物学问题进行解释、推理，作出合理的判断或得出正确的结论。”和获取信息的能力“（1）会鉴别、选择试题给出的相关生物学信息，并能运用 这些信息，结合所学知识解决相关的生物学问题。”和综合运用能力“理论联系实际，综合运用所学知识解决自然界和社会生活中的有关生物学问题。”入手，考查生物与环境的关系。 （2）本题从考试大纲理解能力之“（1）能阐述所学知识的要点，把握知识间的内在联系，形成知识的网络结构。（2）能运用所学知识，对某些生物学问题进行解释、推理，作出合理的判断或得出正确的结论。”和获取信息的能力“（1）会鉴别、选择试题给出的相关生物学信息，并能运用这些信息，结合所学知识解决相关的生物学问题。”入手，综合考查动物的新陈代谢的相关知识。
[参考答案]（1）减少（1分），   另一个生态因子（2分），   综合作用（2分）
出生率和死亡率（1分）、迁出率和迁入率（1分），    1.69 n0（1分）
 
考点点拨：                              第2课时 
一、相关知识
（一）基本概念
群落、群落的物种组成、丰富度；种间关系、捕食、竞争、寄生、互利共生；群落的空间结构、垂直结构、水平结构；群落的演替、初生演替、次生演替。 
（二）知识网络
 

（三）疑难解析
1．群落结构
群落是一个有机的、有规律的系统 ，它具一定结构。其空间结构明显地表现在垂直分层上，称为垂直结构：森林群落分为林冠、下木、灌木、草本和地被等层次，各种动物也在森林的不同高度中占据一定的位置。森林群落的水平结构表现在镶嵌性上，即组成群落的植物在水平方向的分布不均匀和斑块性。一般来说，群落垂直分层越多，动物种类也越丰富。群落结构亦随时间而改变。夏天，温带落叶阔叶林中林木茂盛，动物种类和数量也多；冬季，树叶脱落，草被枯黄，某些鸟迁飞，一些动物则冬眠，这就是群落时间结构的表现。物种多样性结构在不同群落中也有差异：热带雨林中物种十分丰富，没有明显的优势种。北方针叶林中冷杉和云杉等占优势，动物种类相对贫乏。群落结构还表现在生活型组成上，根据休眠或复苏芽位置的高低和保护方式，将高等植物分为高芽位植物、地上芽植物、地面芽植物、地下芽植物和一年生植物五种生活型。
2．种间关系的比较
互利共生：强调的是两种生物生活在一起，互惠互利，若彼此分开一方或双方都不能独立生活。如地衣中的真菌和藻类；白蚁和它肠道中的鞭毛虫等的关系
寄生：也是两种生物生活在一起，但一方受益，另一方受害，受益的一方称为寄生生物，受害的一方称为宿主。寄生的情况有两种，一种是一种生物寄居在另一种生物的体表，代谢类型是异养需氧型，如虱和蚤等；另一种是一种生物寄居在另一种生物的体内，代谢类型是异养厌氧型，如蛔虫、绦虫、血吸虫等。
捕食：强调了两种生物生活在一起，一种生物以另一种生物为食的现象。捕食关系的两种生物之间没有排斥现象，捕食者选择被捕食者，被捕食者也选择捕食者，具有捕食关系的两种生物之间，在长期的进化过程中进行着相互选 择，保持着动态的平衡。
竞争：强调的是两种生物生活在一起由于在生态系统中的生态位重叠而发生争夺生态资源而进行斗争的现象。如果生态位完全重叠，又没有制约其种群发展的其他生物因素和非生物因素的存在，就会发生竞争排斥现象。如培养在一起的大小草履虫，16天后，大草履虫全部死亡，小草履虫仍能继续正常生长。但在池塘内，大小草履虫是共生在一个生态系统中的，原因是在池塘中还存在着草履虫的天敌，通过天敌制约着小革履虫种群的发展，所以还有大草履虫的生存空间
3．引进生物新品种的利与弊
 我国从西汉张骞出使西域时开始，陆续从国外引进苜蓿、葡萄、蚕豆、核桃、大蒜、石榴、马铃薯、玉米、辣椒、花生、红薯、南瓜、棉花、西瓜、菠菜、茄子、姜、芝麻、豌豆、西红柿、荞麦等农作物，以及沉香、菩提树、贝叶树、悬铃木、油橄榄、白杨、黑松、冷杉、橡胶树、桉树、银合欢、相思树、南洋杉等树种。同时，我国的水稻、大豆、茶、油桐、桃、杏、柑桔，以及多种名贵花卉，特产珍树也在异国的土壤中开花结果。我国的四不象(麋鹿)还是首先由我国传入英国，后在我国绝迹，到本世纪50年代再由欧洲返回家园繁衍后代的。由此可见，生物引进的意义重大，它不但丰富了各国人民的生活，而且使世界上的动植物家族更加繁荣兴旺起来。
然而，在几千年的引进史上也不乏失败的例子，更有甚者，由于盲目引进而引起无穷的祸害。
在生物引进史上造成危害最大的恐怕要数烟草的引种了。1492年，哥伦布发现美洲新大陆，当他们看到当地人口中叼着一卷燃着的干草 棒时，初时惊叹不己，继而羡慕之极，后来竞相效尤。1558年，烟草在哥伦布的家乡西班牙试种，随后迅速蔓延欧洲各地，并逐步走向世界。明朝时，烟草经菲律宾传入我国。烟草对人类的危害可谓罄竹难书，要是当初人们将它拒之门外，也就不会有无数的瘾君子死于它的魔掌之下了。
对我国恐怕最令人辛酸的是英帝国主义强迫我国引种鸦片(罂粟植物)。1840年以来，英国殖民主义者强迫我国人民种植鸦片，结果有许多人成为吸毒者，害得家破人亡，同时中国的几亿两白银和大量财富随之流入英国侵略者的腰包。
在作物的引种上，古今中外也出现过不少失败的事例。汉武帝刘彻曾因荔枝“味道好极了”于公元1xx年便下令在长安建造一座“扶荔宫”，从当时的“蛮夷之地”引种了100株荔枝，结果竟全部冻死，虽一再补种，仍无一幸存 。尽管武帝“怒发冲冠”杀了几十个无辜的养护人，也无法使荔枝在长安生存，最后只能“偃旗息鼓”。解放后的50年代，我国曾在东北引种南方良种水稻，结果苗株茂盛但不抽穗扬花，而南方引种东北水稻也同样颗粒无收。
在生物引进史中，动物引进的数量相对植物而言可谓“九牛一毛”。然而，引进不当，危害比植物毫不逊色。最著名的恐怕是澳大利亚的“兔害”和“癞蛤蟆事件”了。
1859年，澳大利亚一位庄园主托马斯•奥斯金在英国游玩时，看到本国没有的小动物——兔子十分可爱，于是带回24只放养在自己的庄园里。想不到，兔子在澳大利亚迅速繁殖生长，在不长的时间里便遍布全国各地。它们破坏植被，引起土壤侵蚀，啃光大片牧草和庄稼。据统计，因兔子造成的经济损失每年高达1亿美元以上。生物学家曾多次设法对付兔害，但均未成功。本世纪50年代，曾培育出一种能使兔子不育的跳蚤，一度使兔子死亡90％以上；然而到80年代初，这里的兔子已对跳蚤病毒产生了免疫力，于是兔子家族又迅速兴旺发达。目前，澳大利亚至少有兔子4亿只以上，灾害日益严重。
三 考点例析
例  （xx年高考全国卷）生活在一个生物群落中的两个种群（a、b）的数量变化如图所示，下列判断正确的是
a. a种群与 b种群为竞争关系，a种群依 赖b种群
b. a种群与 b种群为竞争关系，竞争程度由强到弱
c. a种群为 s型增长，其增长受本身密度制约
d. b种群为 j型增长，始终受到 a种群的制约
[解析]本题考查了种群的增长相关知识。a为“s”型曲线，b为“t”曲线，由于 a和 b为竞争关系，导致 b被淘汰。研究种群数量变化的意义生物群落的概念
[答案]c
四  自我检测
1．下列叙述中属于种群的是（    ）。
a．一个池塘里的鱼　　  b．一座山上的树
c．一个公园里的草地　　d．一块油菜地里的油菜
2．下列哪两个重要因素（参数）决定着动物种群的增长？
a．出生率和食物供应              b.死亡率和迁移
c．死亡率和种群占据的地域面积    d.出生率和死亡率
3．下表中有一种必要的生长因子和另一 种物质是由两种微生物合成的，如果将这两种微生物培养在一起，它们之间的关系是（   ）
生物 必须供应的生长因子 被合成释放的物质
红色酵母 嘧啶 噻唑
毛霉 噻唑 嘧啶
a．竞争      b．捕食       c．共生       d．寄生
4．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
5．浅海中牡蛎与鱼类、节肢动物、棘皮动物等生物生活在一起。这些生物构成了(    )  
a．群落             b．种群               
c．生态系统          d．生态因子
6．下图描述了一种鹿的种群增长速度的变化，在1935年大约有多少只鹿在特定的环境中生存下去而不会饿死
 
a． 1xx   b．35000    c．50000     d．100000
7．下列哪种情况会导致田鼠 种群内个体间斗争加剧的是（　　）
ａ．发生流行病 　　　　      ｂ．鹰数量增加
ｃ．繁殖力提高 　 　　　      ｄ．迁出率增加
8．某海滩黄泥螺种群现存量为3000吨。正常状况下，每年该种群最多可增加300吨，为充分利用黄泥螺资源，又不影响可持续发展，理论上每年最多捕捞黄泥螺的是为（  ）
a．3000吨    b．1650吨    c．1500吨    d．不超过300吨
9．生活在一个生物群落中的两个种群（a、b）的数量变化如下图所示，下列判断正确的是（  ）
a．a种群与b种群为捕食关系，a种群依赖于b种群
b．种群与b种群为竞争关系，竞争程度由强到弱
c．a种群为s型增长，其增长受本身密度制约
d．b种群为j型增长，始终受到a种群的制约
10．在下列哪种条件下，种群可能呈“j”型增长  （    ）
a．当食物受到限制时
b．在物种适宜的环境中，食物开始出现不足，但远不至于影响到该物种在这里生存
c．在一个没有捕食者的生态系统中
d．在实验室内的实验条件下
11．为除去农作物的某种害虫而引入天敌蜘蛛后，一定时间后对两个种群进行调查，得出如图所示的结果(图中两条曲线分别表示它们的数量变化)。有关叙述正确的是
a．在a-b期问，若同时引入害虫的另一种天敌螳螂，蜘蛛的数量将增加更快
b．在b-c期间，造成蜘蛛数量减少的原因是蜘蛛的食物不足
c．在c-d期间两个种群数量保持相对稳定的原因是发生了种间互助
d．害虫数量减少可导致蜘蛛数量增加
12．下图反映了三个种群的年龄组成。请据图回答：
 
（1）三个种群的发展趋势是：
a      ；
b      ；
c      。
（2）比较三个种群的密度发展趋势：             。
13．下图为种群在不同环境条件下的增长曲线，据图回答问题。
 
（1）a曲线呈“j”型，表示种群在                 环境中的增长。
（2）b曲线呈“s”型，表示种群在      环境中的增长，阴影部分表示             。用达尔文进化理论解释，这是                       的结果。
（3）若“s”曲线表示某个鼠群迁入一个新的生态系统后的增长曲线，那么，k点以后，曲线出现平区的原因是                               。
（4）根据种群变动的曲线，解释为什么投药灭鼠在短期内能控制鼠害，但很快又会鼠灾泛滥的原因                              。对此，应采取哪些有效措施?                                       。
14．海洋水域的上层多为绿藻，中层多为褐藻，下层多为红藻。这一生态现象说明：
(1)影响海洋水域中藻类植物分布的主要生态因素是______。随着海洋深度的增加，_____逐渐减弱，水域中所分布的藻类植物的种类也就随之出现差异。
(2)各种藻类植物在海洋水域的______方向上有明显分层的现象，叫做这个生物群落的_____结构。
(3)生物群落的结构与环境中的各种______密切相关。
15．调查某草原田鼠数量时，在设置1公顷的调查区内，放置100个捕鼠笼，一夜间捕获鼠32头(记作[a])，将捕获的鼠经标记后在原地释放。数日后，在同一地方再放置同样数
量的捕鼠笼，这次共捕获30头(记作[b])，其中有上次标记过的个体10头(记作[c])。请回答下列问题：
（1）若该地区田鼠种群个体总数为n，则n=      头(计算公式是n [a] =[b] [c]。)
a．30        b．32         c．64         d．96
（2）要使上面所计算的种群个体总数和实际相符,理论上在调查期必须满足的2个条件是（    ）
a．有较多个体迁出调查区        b．调查区内没有较多个体死亡
c．调查区内没有较多个体出生      d．有较多个体迁入调查区
（3）调查甲、乙两草原所捕获鼠的月龄，它们的月龄构成如下左图所示。据图分析：   草原的田鼠种群属于        型；     草原的田鼠种群属于      型，可以预测，该草原鼠害将会严重，必须作好防治准备工作。
  
（4）若某种群有成鼠a 头(计算时作为亲代)，每头雌鼠一生产仔16头，各代雌雄性别比例均为1 1，子代幼鼠均发育为成鼠，所有个体的繁殖力均相等，则从理论上计算，第n代亲生的子代数为    头。
a．         b．   
c．          d． 
（5）若将雌雄成鼠各若干头，放在大小一定的笼内饲养，让它们交配繁殖，且供给足够的饵料和水，则笼内鼠数变化和饲养时间之间的关系，应为上右图中的曲线        。
16．用水蚤进行如图实验：
（1）原共同在①号试管中生存的水蚤，些水蚤能在②号试管中生存，有些能在④号试管中生存。这表明水蚤个体间存在着________________，从而体现了生物的变异一般是___________。
（2）温度的改变对水蚤起了_____________作用，这种作用是_________的。
（3）③号、⑤号试管中的水蚤全部死亡。死亡原因可能是________，
 参考答案
1．d，提示：种群是同种生物中许多个体的集合体。一个池塘里的鱼，一般不会由一种鱼组成；一座山上的树也不会是单一的一种树；一片草地里的草也是由许多种草本植物生长在一起所组成的；因此这三个选项的内容都不能称为种群。
2．d，提示：本题考查的知识点是种群的特征。直接影响种群密度的四个参数是出生率、死亡率、迁入率和迁出率，其中出生率和迁入率是决定种群增长的变量，死亡率和迁出率是决定种群密度下降的变量。迁入和迁出不是最本质的，只有出生率和死亡率才是决定种群增长的最重要参数。食物供应和领域大小不能直接影响种群数量，它们通过影响出生率和死亡率起作用。
3．c，提示：从表中可以看出，红丝酵母菌和毛霉必须供应的生长因子都是对方合成释放的物质。因此他们生活在一起会相互依存彼此有利。
4．d ，提示：森林植物的分层对光的利用有利，群落下层比上层的光照弱，不同植物适用于不同的光照强度生长，这种垂直结构提高了群落利用阳光等环境资源的能力；群落种植物的垂直分布有位动物创造了多种栖息空间和食物条件。
5．a
6．a
7．c，提示：在一定的空间条件下，个体数量越多，种内斗争越剧列。
8．d，提示：不应超过种群增加的量，如果超过增加量将会破坏海滩黄泥螺种群的数量。
9．c
10．d，提示：在充足的食物和足够空间条件下，种群可能成j型增长。这种条件只能在实验室内完成
11．b，提示：从图可以看出，蜘蛛与害虫之间可能是捕食与被捕食关系，因此当害虫数量发生变化的时候，蜘蛛应该向相反的趋势变化，而螳螂与蜘蛛之间是竞争关系。
12．提示：本题考查的知识点是种群的特征。图式表示的是种群年龄结构的三种类型，不难看出，a属于增长型，b属于稳定型，c属于衰退型，当然也能判断出种群密度的发展趋势是：a b c。
答案（1）趋于扩大；趋于稳定；趋于减少。（2）a b c。
13．(1)无环境阻力下的增长
(2)有环境阻力下的增长； 由于环境阻力，导致种群个体数实际增长与理论值的差异；
生存斗争
(3)由于食物短缺等因素的限制，种群在达到环境负荷量以后在一段时间内不再增加。
(4)原因：①老鼠种群的抗药性增强；②毒杀一部分个体，剩余的个体数目在环境负荷量以下，会以指数式增长，很快会恢复到原来数量。
措施：原则上是降低环境负载能力，无污染，具可行性。如①严密封储粮食；②清除生活垃圾；③生物防治，保护老鼠天敌等。(其他方法，符合以上原则即可)
14．提示：与此题相关的知识点是生物群落的结构和生态因素。生物群落的结构包括垂直结构和水平结构。在海洋水域的不同水层中，分布着不同的藻类植物，这种在垂直方向上的分层现象显然属于垂直结构。引起藻类植物在海洋水域中出现明显分层现象的主要生态因素是阳光。水域越深，光线越弱，藻类植物细胞内的叶绿素含量越少。这一生态现象充分说明，生物群落结构的形成受生态因素的影响。
答案(1)阳光 光线；(2)垂直 垂直；(3)生态因素。
15．(1)d  (2)b、c  (3)乙   稳定  甲  增长  (4)c  (5)c
16．（1）差异  不定向  （2）选择  定向的  （3）环境的改变