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2.2 "S"型曲线

种群与群落的结构及生态系统的功能 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 种群在有限环境中,数量随时间呈“S”形增长,最终达到环境容纳量(K值)并保持相对稳定的曲线。

从哪来 本知识点建立在5.5 生物进化与生物多样性(理解自然选择对种群数量的长期调节作用)以及1.3 内环境稳态(类比个体内部稳态机制,理解种群层面的动态平衡)之上。虽然5.2 生长素的生理作用主要涉及个体发育,但其“两重性”思维可辅助理解环境阻力对生长的抑制效应。

为什么 在理想条件下,种群呈“J”型增长。但在自然界,资源(食物、空间)是有限的。随着种群密度增加,种内斗争加剧,天敌数量可能随之增加,导致出生率下降、死亡率上升。当出生率等于死亡率时,种群数量停止增长,达到环境所能维持的最大数量,即K值。这种负反馈调节机制使得种群数量在K值附近波动,形成“S”型曲线。

适合:形象思维强、喜欢类比的学生** **讲法:餐厅座位类比** 把种群比作一家热门餐厅的顾客。 1. **初期(加速期)
刚开业,座位空,顾客来得快,上座率迅速上升(增长速率快)。 2. 中期(减速期):人越来越多,等位时间变长,部分顾客放弃进入,上座率增加变慢(增长速率减慢)。 3. 后期(稳定期):餐厅满座,新顾客进不来,老顾客离开,总人数维持在满座状态(达到K值)。 *关键点*:强调“资源有限”导致的增长放缓,而非突然停止。
适合:逻辑推理强、擅长数学建模的学生** **讲法:微积分思想简化版** 引入“增长速率”概念。 1. **J型曲线
$dN/dt = rN$,增长速率随N增大而线性增大,无上限。 2. S型曲线:$dN/dt = rN(1 - N/K)$。 * 当 $N \to 0$ 时,$(1-N/K) \approx 1$,近似J型。 * 当 $N = K/2$ 时,$(1-N/K) = 0.5$,此时 $N$ 与 $(1-N/K)$ 乘积最大,增长速率最大。 * 当 $N \to K$ 时,$(1-N/K) \to 0$,增长速率趋近于0。 *关键点*:通过公式直观展示为何在K/2处斜率最大,在K处斜率为0。
适合:抽象思维弱、需要具体情境的学生** **讲法:池塘养鱼实战** 1. **投放初期
鱼少,食物多,长得快,数量翻倍快(曲线陡峭)。 2. 中期:鱼多了,吃剩的粪便污染水质,溶氧下降,鱼长得慢,甚至开始生病死亡(曲线变缓)。 3. 后期:池塘达到最大承载量,再放鱼会死,不放鱼数量也不变(曲线水平)。 *关键点*:结合“水质恶化”、“溶氧降低”等具体环境阻力因素,解释为何不能无限增长。
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练一道
基础题
某岛屿引入一种外来鸟类,其种群数量变化符合“S”型曲线。已知该岛屿该鸟类的K值为1000只。请问: 1. 当种群数量为500只时,种群增长速率如何? 2. 当种群数量为900只时,种群增长速率与500只时相比如何?
变式
为了获得最大的持续捕捞量,渔业部门应控制鱼类种群数量在什么水平?为什么?如果过度捕捞使种群数量低于K/2,会发生什么?
试试手自己判
检测题
在一个封闭的生态瓶中,草履虫种群数量随时间变化呈现S型曲线。在第10天,种群数量达到K值的一半,且此时种群增长速率达到最大值。请问: 1. 第10天之后,种群数量继续增加,但增加的速度(增长速率)是变快还是变慢? 2. 如果此时向生态瓶中加入等量的食物,K值会如何变化?
看答案和判分标准
答案:1. 变慢。 2. 增大。
判对标准:
第1问答“变慢”得1分。需理解K/2后环境阻力增大,增长速率下降。
* 第2问答“增大”得1分。需理解K值由环境资源决定,资源增加则K值提高。
* 两问全对且理由正确(若要求写理由)得满分。
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