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2. 种群增长的"S"形曲线(逻辑斯谛增长)

种群的特征与数量变化 · 高二
讲清楚它是什么

定义 在有限环境中,种群数量随时间呈“S”形增长,最终达到环境容纳量(K值)并维持动态平衡。

从哪来 本节为高二生物种群数量变化章节的起点,无前置知识点记录,直接基于种群基本概念引入。

为什么 种群增长受“出生率-死亡率”差值驱动。初期资源充裕,增长近似指数级;随着密度增加,种内竞争加剧、天敌捕食压力增大、代谢废物积累,导致环境阻力增大,增长率逐渐下降直至为零,数量稳定在环境所能承载的最大值(K值)。

适合:形象思维强、喜欢生活实例的学生** **类比法:健身房会员增长** 想象一个只有100个器械的健身房。 1. **初期
刚开业,人少,大家觉得好,疯狂办卡(指数增长)。 2. 中期:人多了,器械不够用,排队时间变长,新会员犹豫(增长放缓)。 3. 后期:满员了,想进也进不去,只能等有人退卡(达到K值,动态平衡)。 核心逻辑:资源有限性决定了增长的天花板。
适合:逻辑严密、擅长数学建模的学生** **公式推导法:环境阻力** 引入逻辑斯谛方程:$\frac{dN}{dt} = rN(1 - \frac{N}{K})$ - $r$:内禀增长率(理想状态下的最大增长潜力)。 - $N$:当前种群数量。 - $K$:环境容纳量。 - $(1 - \frac{N}{K})$:**环境阻力系数**。 **解析
当 $N$ 很小时,$(1 - \frac{N}{K}) \approx 1$,增长接近“J”形;当 $N$ 接近 $K$ 时,该项趋近于0,增长停止。这解释了为什么曲线是“S”形——它是理想增长被环境阻力“压制”的结果。
适合:空间感强、喜欢图表分析的学生** **图像对比法:J形 vs S形** 1. **画J形
在坐标纸上画一条指数上升曲线,标注“资源无限、空间无限”。 2. 画S形:在J形曲线下方,画一条先慢、再快、后慢、最后水平的曲线。 3. 关键点对比: - K/2处:S形曲线斜率最大,此时种群增长速率最快(资源尚足,基数已大)。 - K处:S形曲线变平,增长速率为0,出生率=死亡率。 核心逻辑:S形曲线是J形曲线在资源限制下的“截断”与“饱和”。
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练一道
基础题
某岛屿引入一种鸟类,其种群数量变化符合“S”形曲线。已知该岛屿环境容纳量 $K=1000$ 只。当种群数量为 500 只时,该种群的增长速率如何?
变式
若该岛屿因气候变化,食物资源减少,导致环境容纳量 $K$ 从 1000 只降至 600 只。此时种群数量为 800 只,预测接下来种群数量的变化趋势及原因。
试试手自己判
检测题
在一个封闭生态系统中,某种群数量随时间变化如图所示(S形曲线)。下列关于该种群的说法,正确的是( ) A. 在 $t_1$ 时刻($N=K/2$),种群数量最大 B. 在 $t_2$ 时刻($N=K$),种群增长速率最大 C. 在 $t_1$ 时刻,种群增长速率最大 D. 在 $t_2$ 时刻,种群出生率为0
看答案和判分标准
答案:C
判对标准:
- 选C得满分。
- 选A错在混淆数量与速率,$t_1$ 时数量仅为 $K/2$,非最大。
- 选B错在混淆速率与数量,$t_2$ 时增长速率为0。
- 选D错在误解平衡状态,$t_2$ 时出生率=死亡率,但均不为0。
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