高中生物种群的增长曲线与K值应用

用心爱心专心高中生物种群的增长曲线与K值应用常卿在高中生物教材中，种群增长曲线是一个重要的知识点，并在近年的生物高考试卷中都有所体现。但笔者在教学中发现，由于受到教材篇幅的限制，这一知识内容一上来起点就很高，学生一下子很难理解。本文从理解的角度出发，对种群增长曲线进行释疑，同时释义其具体应用。一、种群增长的S型曲线虽然物种具有巨大的增长潜力，但在自然界中，种群却不能无限制地增长。因为随着种群数量的增长，环境的制约因素的作用也在增大，环境中制约种群增长的因素称为环境阻力。它包括同种个体之间对食物和空间的竞争加剧、疾病蔓延、捕食者因捕食对象的增多而增多等，从而导致残废率增长、出生率降低，最终趋向平衡。因此，在自然环境中，种群的增长曲线是一个“S”型曲线（也称为逻辑斯蒂曲线）。种群达到环境所能负担的最大值，称为环境的满载量或负载能力，用“K”表示（如图1）。那么，种群为什么不能无限增长而保持在相对稳定的水平？根据对很多生物种群在有限食物和有限空间条件下数量动态的研究，种群在开始时增长比较缓慢，以后逐渐加快，当种群数量达到环境所允许的最大数量的一半时，增长速度最快，但是种群所需要的资源（食物、空间等）是有限的，随着资源的枯竭，环境阻力将随着种群的增长而成正比例增加，种群增长速度逐渐缓慢下来，直到停止增长，此外，种群内部的相互关系和其他一些环境因素，如气候、食物、空间、营巢地、天敌、疾病、种间竞争等环境阻力都会抑制种群数量无限增长。当种群增加到“K”值，会因为食物不足、空间有限、天敌增加等因素而使种群数量逐渐降低，降到基准线以下，又会因空间、食物的充裕而数量上升，所以，种群的数量会在一定范围内（基准线上下）波动，保持在一个相对恒定的水平上（如图2）。二、K值的应用种数数量在达到K/2时（如图3中的A点），种群数量几乎呈直线上升，这一时期称指数生长期，A点是影响种群数量的关键点。该值可直接用于解释文中有关“种群数量变化的意义”中的几个实例问题。实例1：研究种群数量变化的规律，有利于对野生生物资源的合理利用和保护。释义：一般野生动植物种群的数量控制在环境容纳量的一半，即K/2值时，此时种群用心爱心专心增长速度最快，可提供的资源数量也最多，而又不影响资源的再生，当种群数量大于K/2值，种群增长的速度将开始下降。所以在开发动植物资源时，种群数大于K/2值时就可以猎取一定数量的该生物资源，而且获得的量最大，当过程猎取导致种群数量小于K/2值时，种群增长的速度将会减慢，获取的资源数量将减少，而且还会影响资源的再生。实例2：具体说明种群数量变化的规律在鱼类的捕捞、放养过程中的应用。释义：在湖泊中放养鱼虾，如果一次投放的幼苗过多或延迟捕捞，由于环境负载能力限制，都不能达到增产的目的；相反，如果大肆捕捞，使鱼虾数量大大减少，降到K/2值以下，其种群往往要经过相当长的延滞期才能进入指数生长期，对生产极为不利。实例3：举例说明种群的增长规律在害虫害兽防治方面的应用。释义：例如，许多地区常采用投药灭鼠的方法，如果在一次行动中，毒杀的约一半的老鼠，而活下来的老鼠数量正相当于其种群指数生长期（K/2）的数量，老鼠数量将迅速增长，很快就恢复到原来的水平。显然，简单的投药灭鼠效果并不好，更为有效的方法努力降低环境对老鼠的环境负载能力（K值），如严密封储粮食，清除生活垃圾，保护老鼠天敌等，这样才能从根本上限制老鼠种群的数量。知识拓展：种群变化规律，对于控制世界人口增长，解决环境危机同样具有重要的指导意义。人类目前面临的生存危机，其根源就在于人口种群的急速增长与有限的环境资源之间的矛盾。世界人口长期以来呈指数增长趋势，主要是由于人类能够不断的开发新能源，并通过工业革命、农业革命等手段，适当地提高了自然界对人类的最大负荷量（K值）。但环境资源毕竟有限，假如人口数量增加到K值，将会引起生物圈的崩溃，后果不堪设想。所以科学的控制人口增长率，是解决环境问题的根本措施。下面图4所示曲线，表示在南海某岛上迁入一些农户，那里土地肥沃，气候宜人，若干年后，岛上人口增长的情况。请回答：（1）该岛在m年内，人口增长呈____________曲线。当人口数量接近n线时，环境阻力越来越大，n线是该环境____________。（2）当人口数量强行增长到0点时，就会很快下降至P点，原因是人口剧增后，岛上生活资源发生短缺，各种人为因素使____________遭到破坏，加上人们为争夺生活资源而发生____________（如有人被迫离岛）等。（3）若干年后岛上人口数又以P点上升到Q点并稳定在n线上，以上说明该岛上生态环境的____________能力是有限的，人类发展必须遵循生态系统的____________实现生态系统的良性循环。评析：在m年内，从图中可看出，人口增长呈“J型”曲线。当到n线时，种群数量达到环境条件所允许的最大值（K值）。如果人口数量强行增长，个体间对有限的空间、食物和其他生活条件的种内竞争必然加剧，这样就会使生态系统的稳定性遭到破坏，若干年后岛上人口数量又从P点上升到Q点，并稳定在n线上，这说明此岛上生态环境的自动调节能力是有限的。参考答案：（1）“J型”允许的最大值（2）生态系统的稳定性竞争用心爱心专心（3）自动调节自身发展规律