高级中学生物必修3种群与群落学习知识资料点情况总结分析.doc

种群和群落 第1节 种群的特征 种群： 概念：在一定的自然区域内，同种生物的全部个体。 【注意】 （1） 两个要素：“同种生物”和“全部个体” 各个年龄段的个体/雌雄个体（有性别差异的生物） （2） 两个条件：一定的“时间”和“空间”，存在的种群必须有一定时空限制（种群的时空界限随研究工作方便性划分） （3） 两个方面：宏观：种群是生物繁殖的基本单位 微观：种群是生物进化的基本单位 【辨析】种群、个体、物种 （1） 种群所具有的种群密度、出生率和死亡率、迁入率和迁出率、年龄组成、性别比例等特征是个体所不具备的，个体只能由出生、死亡、年龄、性别等特征。 （2） 同一物种在不同区域内可以有多个种群，但同一种群内的个体都为同一物种。 特征：数量特征、空间特征、遗传特征 种群的数量特征： （一）种群密度（最基本数量特征）： 含义：种群在单位面积或单位体积中的个体数。 表示方法：种群密度=种群的个体数量/面积或体积 特点：不同物种的种群密度，在同样的环境条件下差别很大；同一物种的种群密度，在不同的环境条件下也有差异。 意义：反映了种群在一定时期内的数量。 应用：农林害虫的监测、预报；渔业捕捞强度的确定 （2） 出生率和死亡率： 含义：出生率：单位时间内新个体的个体数目占该种群个体总数的比率。 死亡率：单位时间内死亡个体的个体数目占该种群个体总数的比率。 意义：出生率和死亡率决定种群大小和种群密度。 （3） 迁入率和迁出率： 含义：一个种群单位时间内迁入或迁出的个体占该种群个体总数的比率，分别称为迁入率或迁出率。 意义：迁入率和迁出率直接影响种群大小和种群密度。 不是单纯的出生率高的原因 【学科交叉】中国人口增长：出生率＞死亡率 城市人口增长：迁入率＞迁出率 计划生育政策控制出生率，使增长率下降。 （4） 年龄组成： 含义：一个种群中各年龄期个体数目的比例。 类型和特点： 类型 增长型 稳定型 衰退型 种群特点 幼年个体多，老年个体少 各年龄段个体数目比例相当 幼年个体少，老年个体多 发展趋势 出生率＞死亡率 种群密度将变大 出生率≈死亡率 种群密度保持稳定 出生率＜死亡率 种群密度将变小 图示 老年个体 □ 成年个体□ 幼年个体□ 【说明】 1. 处于生殖前年龄的个体称为幼年个体（幼体）；处于生殖年龄的个体称为成年个体；处于生殖后年龄的个体称为老年个体。 2. 年龄组成为稳定型的种群，种群数量不一定保持稳定。 原因：出生率和死亡率不完全取决于年龄组成，还与气候，食物，天敌等因素有关，与迁入率，迁出率直接相关。 意义：预测种群密度变化趋势。 （5） 性别比例： 含义：种群中雌雄个体数目的比例。 类型： 1. 雌雄相当：多见于高等动物，如猩猩等。 2. 雌多于雄：多见于人工控制的种群（如鸡、鸭等）及蜜蜂、海报等群体动物。 3. 雄多于雌：多见于营社群生活的昆虫，如白蚁等。 意义：性别比例在一定程度上影响种群密度。 应用：利用人工合成的性引诱剂诱杀某种害虫的雌性个体，破坏害虫正常的性别比例，会使很多雌性个体不能完成交配，从而使害虫的种群密度降低。 【种群数量特征的相互关系】 （1） 种群密度是最基本的数量特征。种群密度越大，一定范围内种群个体数量越多，即种群密度与种群数量成正相关。 （2） 出生率、死亡率、迁入率、迁出率是决定种群大小和种群密度的直接因素。出生率＞死亡率，迁入率＞迁出率时种群数量增多，反之种群数量减少。 （3） 年龄组成和性别比例通过出生率和死亡率间接影响种群密度和种群数量。年龄组成是预测种群密度（数量）未来变化的重要依据。 （4）影响种群数量变化的因素：即影响出生率、死亡率、迁入率、迁出率的因素，包括生物因素和非生物因素 A.生物因素： 1.种内关系：种群通过种内斗争调节种群密度。 种群密度增大时，种内斗争加剧，死亡率和迁出率增加，种群数量随之 减少；反之，种群数量增加。 2.种间关系：天敌数量增加、食物来源减少使种群数量减少。 3.人为因素：一方面，随着种植业和养殖业的发展，受人工控制的种群种群数量不断增加； 另一方面，破坏环境行为的人为因素使许多野生动植物种群数量锐减甚至灭绝。 B.非生物因素 阳光、温度、风、雨、雪等天气/气候因素通过影响种群出生率、死亡率间接影响种群数量。 例：温度适宜、阳光充足、雨水充沛则草木繁茂，食草动物食物充足，种群数量增加。 【种群年龄结构相关图解】 （1） 个体数曲线图 甲：幼年个体多，老年个体少 出生率＞死亡率 乙：老年个体多，幼年个体少 出生率＜死亡率 （二）年龄比例柱形图 1. A、B两国人口男女比例在各个年龄段均接近1:1 2. A国各个年龄段人口比例相当为稳定型；B国幼年个体特别多老年个体少为增长型。 3. B国若需要控制人口，最有效的措施是计划生育，几十年后可能会面临人口老龄化问题。 （三）年龄分布图 A：幼年个体少，老年个体多，衰退型。 B：幼年个体多，老年个体少，增长型。 C：各年龄段人口比例相当，稳定型。 【预测种群密度的方法】年龄组成情况→性别比例 （1）第一步：年龄组成情况预测 增长型：出生率＞死亡率→种群密度增大 稳定型：出生率≈死亡率→种群密度稳定 衰退型：出生率＜死亡率→种群密度减小 （2）第二步：在年龄组成相同的情况下，性别比例预测 雌＞雄：出生率＞死亡率→种群密度增大 雌≈雄：出生率≈死亡率→种群密度稳定 雌＜雄：出生率＜死亡率→种群密度减小 种群的空间特征： 含义：组成种群的个体，在其生活空间中的位置状态或布局。 类型： 1. 随机分布：每个个体在种群领域中的位置不受其他个体分布的影响形成的分布格局。（比较少见）例：杂草 2. 均匀分布：种群内个体间等距离比较一致的分布方式。例：水稻 原因：种群内个体间的竞争 3. 集群分布：在条件好的地段种群密度大，条件不好的地段种群密度小（最常见）例：瓢虫 第2节 种群数量的变化 数学模型： 含义：描述一个系统或其性质的数学形式。 步骤：观察研究对象，提出问题→提出合理假设→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，对模型检验、修正 表现形式：数学方程式：准确反映出相关量变化 曲线图：直观反映相关量变化趋势 种群增长曲线： （1） J型曲线： 含义：自然界中类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式，在种群数量—时间图中表现为J型曲线。 模型假设：理想条件（食物和空间充裕，气候适宜，没有敌害），种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。 建立数学模型：t年后种群的数量公式： （1） N0为该种群的起始数量，t为时间，Nt为该种群t年后的数量，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。 （2） λ＞1：种群数量增大，为增长型；λ＝1：种群数量不变，为稳定型； λ＜1：种群数量减小，为衰退型；λ＝0：雌性没有繁殖，种群在下一代灭绝。 （3） 种群增长曲线如图，种群增长速率=（现有个体数—原有个体数）/增长时间=（出生率—死亡率）/单位时间 在图上表示为时间—数量曲线的斜率。 （4） J型曲线种群增长率特点：种群增长率（出生率—死亡率）是一定的 相关曲线： 种群数量—时间图 种群增长率—时间图 （2） S型曲线： 含义：种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线。 产生原因：在自然条件下，受资源、空间和食物等因素的制约，在一定时期内，随着时间的延续，环境条件的限制作用愈加明显，种群的增长逐渐停止，有时会稳定在一定的水平。 环境容纳量（K值）：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。 种群数量达到最大值（K值）以后保持稳定。 【注意】不同物种在同一环境中K值不同；当环境改变时，同一生物种群的K值也发生改变。 建立数学模型：如图所示 种群生长速率的变化特点： 1. 种群数量∈[0，K/2)时，增长速率由0开始逐渐增大。 2. 种群数量达到K/2时，增长速率达到最大值。 3. 种群数量∈(K/2，K]时，增长速率逐渐减小，直至为0. 相关曲线： 种群数量—时间图 种群增长率—时间图 种群增长速率—时间图 K值的应用： （1）野生生物资源保护：采取相应的措施，保护生物的生存环境，减少环境阻力，提高野生生物的环境容纳量。 （这是保护野生生物资源的根本措施） （2） 有害生物的防治：增大环境阻力，降低有害生物的环境容纳量是防治根本。 K/2值的应用： （1）野生动植物资源合理开发利用：种群数量达到K/2值时，种群增长速率最大，再生能力较强，因此维持被开发资源的种群数量在K/2值处，可实现“即有较大收获量又可保持种群高速增长”，符合可持续发展原则。 A. 过度捕猎导致种群数量少于K/2→种群增长速率减慢，影响生物的再生，导致生物灭绝 B. 种群数量大于K/2：种群增长速率开始下降，可以捕获一定数量该生物资源，使之维持在K/2处。 （2）有害生物的防治：及时控制有害生物种群数量，严防其达到K/2值，防止有害生物泛滥成灾。 J型曲线和S型曲线的比较： 项目 J型曲线 S型曲线 前提条件 理想状态下（环境资源无限） 自然环境下（环境资源有限） 种群增长数率 保持稳定，种群数量以一定的倍数连续增长 先上升后逐渐降低至0，种群数量达到K值后保持稳定 K值的有无 无 有 曲线形成的原因 无种内斗争，缺少天敌 种内斗争加剧，有天敌存在 两种增长曲线的综合分析图： 两种增长曲线有下列关系：J型曲线————→环境阻力逐渐增大————→S型曲线 【注意】 1. 如果种群数量N趋近于0，表示几乎全部空间未被利用，种群接近于J型增长，由于增长不受种群密度影响，叫做非密度制约增长。 2. 如果种群数量N趋近于K值，表示空间几乎全部被利用，种群增长曲线为S型。 3. 当种群数量N由0逐渐增大到K值时，表示种群增长的剩余空间在逐渐缩小，种群增长潜能逐渐降低，这种已知种群增长的效应称为拥挤效应或环境阻力。 种群三种存活曲线： 意义：存活曲线是表示一个种群在一定时期内存活数量的指标，也是衡量种群增长的基本参数。 I型：曲线呈凸型。表示在接近生理寿命前，只有少数个体死亡，而一旦达到生理寿命，则其死亡率大大增加，如大型兽类和人的存活曲线。 II型：曲线呈对角线，各年龄期死亡率相等，许多生物的存活曲线接近II型，如鸟类的存活曲线。 III型：曲线呈凹型，幼年期死亡率很高（此类动物繁殖率或产卵率较高），如青蛙的存活曲线。 种群数量的波动与下降： 1. J型曲线和S型曲线只代表种群数量增长的典型情况。 2. 自然界中由于各种因素的影响，种群的数量处在变动（不规则波动/周期性波动）中，不利条件会使种群数量下降/消亡。 变化类型：增长、稳定、波动、下降 应先种群数量变化的因素： （1） 决定因素：出生率、死亡率、迁入率、迁出率 （2） 间接因素：影响到出生率、死亡率的因素 1.种群的年龄组成和性别比例。2.生物因素：种内关系、种间关系、人为因素 3.非生物因素：食物、气候、传染病等 （3） 人类活动对种群数量变化的影响： 1. 随着种植业和养殖业的发展，受人工控制的种群的种群数量在不断增加。 2. 砍伐森林、猎捕动物、环境污染等，使许多野生动物种群数量急剧减少。 第3节 群落的结构 群落： 概念：同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合。 【注意】 （1）具有时空属性 同一时间：随着时间的推移，群落内种群的种类和数量会发生改变。 一定区域：群落有一定的分布范围，群落内的各种生物聚集在一起才能发生关系。 （2） 群落中的各种生物包括该区域内所有动物种群、植物种群和微生物种群。 三大功能类群不是任意拼凑在一起→它们相互作用，相互影响 纽带：物质和能量 特征：群落中物种的多样性；群落的生长形式（森林、灌木层、草地、沼泽）和结构（垂直结构、水平结构、时间结构）； 优势种；相对丰富度（群落中不同物种的相对比例）；营养结构；一定的分布范围；种群的边界特征 研究的问题： （1） 种群是组成群落的基本单位，研究种群是研究群落的基础。 种群水平上研究的问题：出生率、死亡率、迁入率、迁出率、年龄组成、性别比例等。 （2） 群落水平上研究的问题：群落的物种组成及优势种群；物种间的关系；群落的演替；群落的空间结构；各种群占据的位置；群落的分布范围和边界等。 概念框架： 群落的物种组成： （1）物种组成是区别不同群落的重要特征，是决定群落性质最重要的因素。 （2）优势种：对群落的结构和群落环境的形成具有明显控制作用的物种称为优势种。 特点：个体数量多，投影盖度大，生物量高，体积较大，生活能力较强，即优势度较大。 在不同群落中由于群落的结构和组成不同，优势种也不同。 （3） 丰富度：群落中物种数目的多少称为丰富度。 环境条件越优越，群落发育的时间越长，物种越多，物种丰富度越高，群落结构越复杂。 丰富度是群落的首要特征，不同群落的物种丰富度差别很大。 种间关系：概念：不同种生物之间的关系称为种间关系。 （1） 互利共生 概念：互利共生指两种生物共同生活在一起，相互依存，彼此有利。 特点：两种生物相互依存彼此有利；数量上表现为同时增加或减少，呈现出同生共死的同步性变化；如果彼此分开，则双方或者一方不能独立生存。 曲线形态：两种生物在数量上同时增加或减少。 举例：地衣中的真菌和藻类，大豆与根瘤菌，白蚁与鞭毛虫 （2） 寄生 概念：一种生物（寄生者）寄居在另一种生物（寄主）的体内或体表，靠摄取寄主的养分维持生活。 特点：对寄主有害，对寄生者有利；如果分开，则寄生者难以单独生存，而寄主会生存地更好。 举例：蛔虫与人，噬菌体与被感染的细菌 （3） 竞争 概念：生活在同一区域的两种或两种以上生物相互争夺资源和空间等。 特点：数量上呈现出“你死我活”的同步性变化。竞争的结果常表现为相互抑制，有时也表现为一方占优势，另一方处于劣势，甚至死亡。 曲线形态：1.你增我减，你减我增 2.一种生物明显占优势，另一种生物逐渐减少，最终灭绝 举例：农作物与杂草，大草履虫与双小核草履虫。 （4） 捕食 概念：一种生物以另一种生物为食。 特点：先增加者先减少，后增加者后减少，不同步性变化 曲线形态：“先增者先降，后增者后降”的波浪形曲线。从起点判断：捕食者数量少，被捕食者数量多。 从曲线变化趋势判断：先到波峰者为捕食者，被捕食者变化在先，捕食者变化在后。 举例：狼与兔，蛇与鼠 相关图示： 种间关系 互利共生 寄生 竞争 捕食 图示 【种群和群落的比较】 种群 群落 概念 一定时间内占据一定空间的同种生物个体的总和 同一时间内聚集在一定区域的各种生物种群的总和 研究范围 种内关系——种内互助，种内斗争 种间关系——互利共生，寄生，竞争，捕食 特征 最重要的特征是种群密度，预示种群的发展趋势，其他特征都是和种群密度有关系 主要特征是垂直方向上的分层现象和水平方向上不同种群以及小群落的分布差异 共性 1. 种群和群落均是由生物个体组成的集合体； 2. 种群和群落都是在一个较为稳定的区域内和在一个较长时期内维持着一种动态平衡，这种相对稳定是通过自我调节来实现的 群落的空间结构： 生态位：指一个种群在自然生态系统中，在时间、空间上所占据的位置及与相关种群之间的功能关系与作用。 空间结构：在群落中，各个生物种群分别占据不同的空间，是群落形成一定的空间结构。 （1） 垂直结构 1. 植物分层：群落中植物的分布与对光的利用有关（群落中的光照强度自上而下逐渐减弱） 意义：植物的分层分布提高了群落利用阳光等环境资源的能力。 2. 动物分层：群落中的植物为动物提供了多种多样的食物和栖息地→植物的分层状况决定了动物的分层状况。 3. 水生生物：具有分层现象（有关因素：不同水层的温度、阳光、食物和含氧量） （2） 水平结构 在水平方向上，由于光照强度的不同，地形的变化、土壤湿度和盐碱度的差异、生物自身生长特点的不同，以及人与动物的影响等因素，不同地段上分布着不同的生物种群，同一地段上的生物种群密度也有差别，常呈镶嵌分布。 第4节 群落的演替 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。 基本观点： （1） 演替是群落组成向一定方向，具有一定规律，随时间而变化的有序过程，因而它往往是能预见的或可预测的。 （2） 演替是生物和环境反复相互作用，发生在时间和空间上的不可逆变化。 （3） 顶级群落是演替达到的最终稳定状态。 【注意】 1. 演替的本质是优势物种的代替，是优势种的取代而不是彻底取代。 2.群落演替是一个漫长而非永无休止的过程，当群落演替到与环境处于平衡状态时，就以相对稳定的群落为发展的顶点。 原因： （1） 环境的不断变化为群落中某些物种提供有利的繁殖条件，而对于另一些物种的生存产生不利影响。 （2） 生物本身不断进行繁殖、迁移和迁徙。 （3） 生物的生命活动造成群落内部环境的改变。 （4） 种内和种间关系在不断发生变化。 （5） 人类活动的干扰。 演替的类型（根据起始条件分类）： （1） 初生演替 概念：在一个从来没有植被覆盖的地面上，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。 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 实例：裸岩、沙丘、火山岩、冰川泥上发生的演替 特点：演替缓慢，经历的时间长 （2） 次生演替 概念：原油植被虽已不存在，但原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体的的地方发生的演替。 过程：一年生杂草→多年生杂草→小灌木→灌木丛→森林 实例：火灾过后的草原、过度砍伐的森林、弃耕的农田 特点：演替较快，经历的时间短 人类活动对演替的影响： 人类的生产活动可以对生物之间、人类与其他生物之间、生物与环境之间的相互关系加以控制，甚至可以改造或重建起新的关系→人类活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行。 （1） 砍伐森林等：使群落向不良方向演替，不利于生态系统稳定性的维持。 （2） 封山育林等：使群落向良好方向演替，对改善生态环境、可持续发展具有重要的现实意义。 群落演替的三个阶段： 1. 侵入定居阶段：一些物种侵入裸地，定居成功并改良了环境，为以后侵入的同种或异种生物创造了有利条件。 2. 竞争平衡阶段：通过种内斗争或种间竞争，优势物种和优良个体定居并繁殖后代，劣势物种和个体被排斥，竞争过程中生存下来的物种和个体，在资源利用上相对平衡。 3. 相对稳定阶段：物种通过竞争，平稳地进入协调进化过程，资源利用更为充分有效，群落结构更加完善，有比较固定的物种组成和数量比例，群落结构复杂层次多样。 【注意】 1.演替顺序不可改变：只有地衣才可以在裸岩上生存；植物高度依次增加；土壤层不断加厚为更高大的植物提供生存条件。 2. 演替的最终阶段不一定都是森林：在干旱的自然地带，最后阶段是草原；在冰冻的北极苔原，地衣是主力生产者。 群落演替过程的变化： （1） 从能量上看，群落总生产量不断增加、净生产量逐渐降低： 表现为群落内有机物质总量增多，无机营养物质从生物体外转移到生物体内。 （2） 从结构上看，群落的营养结构更复杂，物种更丰富，空间结构更复杂，稳定性更强。 （3） 从生活史上看，生物个体增大，生活周期由短变长，从简单到复杂，生态位变窄。 （4） 演替的趋势：生物数量越来越多，种类越来越丰富，群落的结构也越来越复杂，稳定性增强。 但群落的演替过程并不都是群落结构有简单到复杂的过程，如黄土高原的形成、沙漠化。 群落、环境与顶极群落的关系： （1） 每个群落在发展的过程中，既适应环境，又改造环境，变化的环境对群落存在选择作用。 它将越来越不利于原有群落的生存和发展，但却为下一个群落的形成与发展创造了条件。 （2） 群落演替是一个长期的过程，通常向着结构相对稳定的方向发展，最终达到顶极群落。 （3） 顶级群落是对环境的高度适应，它的物质循环和能量流动均处于相对稳定状态。 （4） 群落演替与生物进化是一个协同的过程，其间穿插着生物多样性的变化。