《高中生物种群及其动态思维导图》

一、种群的概念与特征

1. 种群定义

• 同种生物：生活在同一区域
• 具有繁殖能力：能够相互交配并产生可育后代
• 自然群体：形成相对独立的繁殖单位

2. 种群特征

• 数量特征 (核心)
  • 种群密度:
    • 定义：单位面积或体积内种群个体数量
    • 调查方法：
      • 样方法：
        • 适用范围：植物、活动范围小的动物、昆虫卵等
        • 操作步骤：
          • 选取样方：随机取样，确保代表性
          • 计数：计数样方内个体数
          • 计算：求平均值并估算种群密度
        • 影响因素：样方大小、样方数量、取样随机性
      • 标志重捕法：
        • 适用范围：活动能力强、活动范围广的动物
        • 公式： N = (n1 * n2) / m
          • N：种群数量估计值
          • n1：第一次捕获并标记的个体数
          • n2：第二次捕获的个体数
          • m：第二次捕获的个体中标记的个体数
        • 注意事项：
          • 标记物对生物行为无影响
          • 标记不脱落
          • 捕获和释放过程不影响种群数量
          • 在调查期内，种群数量基本稳定 (无出生、死亡、迁入、迁出)
  • 出生率和死亡率:
    • 定义：单位时间内出生或死亡个体占种群总数的比率
    • 影响因素：食物、天敌、气候、疾病等
    • 与种群密度关系：一般情况下，种群密度高，死亡率可能升高，出生率可能降低。
  • 迁入率和迁出率:
    • 定义：单位时间内迁入或迁出个体占种群总数的比率
    • 影响因素：资源、环境变化、种群密度等
  • 年龄组成:
    • 类型：
      • 增长型：幼年个体多，老年个体少，出生率大于死亡率，种群密度增大
      • 稳定型：各年龄段个体比例稳定，出生率约等于死亡率，种群密度稳定
      • 衰退型：老年个体多，幼年个体少，出生率小于死亡率，种群密度减小
    • 意义：预测种群未来发展趋势
  • 性别比例:
    • 类型：
      • 雌雄相当型：多数高等动物
      • 雌多于雄型：家养动物
      • 雄多于雌型：一些社会性昆虫
    • 意义：影响出生率

二、种群数量的变化

1. 种群增长模型

• “J”型曲线:
  • 条件：理想条件下 (资源无限、空间无限、没有天敌等)
  • 公式：Nt = N0 * λ^t
    • Nt：t年后种群数量
    • N0：初始种群数量
    • λ：增长倍数 (大于1)
  • 实质：种群数量呈指数增长
• “S”型曲线:
  • 条件：实际环境中 (资源有限、空间有限、存在天敌等)
  • K值 (环境容纳量)：
    • 定义：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。
    • 影响因素：环境资源、空间大小、天敌数量等
    • 应用：保护濒危物种，防治有害生物
  • 增长速率变化：
    • 初期：增长速率逐渐增大
    • 中期：增长速率最大，约为K/2时
    • 后期：增长速率逐渐减小，接近K值时增长速率接近于零

2. 种群数量的调节

• 外源性调节:
  • 环境因素：气候、食物、天敌、疾病、人类活动等
  • 影响：改变出生率和死亡率
• 内源性调节:
  • 种群自身因素：种群密度、领域行为、内分泌调节等
  • 影响：种群密度过大时，个体间竞争加剧，生存压力增大，出生率降低，死亡率升高

3. 种群数量波动和周期性波动

• 种群数量波动: 在一定范围内，种群数量的上下波动。 受多种因素影响，如环境变化、资源供应、种间关系等。
• 种群周期性波动: 在某些环境中，某些种群的数量呈现出周期性变化。 例如，草原上蝗虫数量的周期性爆发，森林中猞猁和雪兔数量的周期性波动。
• 种间关系对波动的影响: 捕食者和猎物的种群数量常常呈现周期性波动。 捕食者数量的增加会抑制猎物数量的增长，而猎物数量的减少又会导致捕食者数量的下降。

三、种群密度的调查方法选择依据

• 生物种类:
  • 植物：通常采用样方法
  • 活动范围小的动物、昆虫卵：通常采用样方法
  • 活动能力强的动物：通常采用标志重捕法
• 环境特点:
  • 环境复杂、个体难以计数：采用样方法或标志重捕法估算
  • 环境简单、个体容易计数：可直接计数
• 调查目的:
  • 了解种群数量的大致情况：采用估算方法
  • 精确研究种群数量：需要选择更精确的调查方法

四、种群在生态系统中的作用

• 能量流动: 种群是生态系统能量流动的重要环节，通过摄食、生长、繁殖等过程，将能量传递给下一个营养级。
• 物质循环: 种群参与生态系统的物质循环，通过生物体的生长、死亡、分解等过程，实现物质的转化和循环利用。
• 信息传递: 种群通过行为、化学物质等方式传递信息，影响种群内的个体行为和社会结构，也影响种群间的相互关系。
• 调节生态平衡: 种群间的相互作用能够调节生态系统的平衡，维持生态系统的稳定。 例如，捕食者对猎物数量的控制，能够防止猎物种群数量过度增长，维持生态系统的物种多样性。

五、人类活动对种群的影响

• 正面影响:
  • 保护濒危物种：采取保护措施，提高种群数量
  • 控制有害生物：减少对农作物和人类健康的危害
• 负面影响:
  • 过度捕捞：导致渔业资源衰竭，破坏生态系统
  • 环境污染：影响生物的生存和繁殖，导致种群数量下降
  • 外来物种入侵：破坏本地生态系统，威胁本地物种的生存

六、种群动态的实际应用

• 农业生产:
  • 控制害虫种群数量，减少农作物损失
  • 合理利用渔业资源，实现可持续发展
• 野生动物保护:
  • 了解濒危物种的种群数量和分布，制定保护措施
  • 监测野生动物的种群动态，评估保护效果
• 疾病防控:
  • 研究病原体的种群动态，制定有效的防控措施
  • 控制传播疾病的媒介生物种群数量，降低疾病传播风险