第4章種群和群落第1節種群的特徵
1．種群的概念
在一定自然區域內，同種生物的全部個體的總和叫種群。
種群概念中的內涵：
（1）兩個要素：「同種」即同一物種的生物。種群是物種在自然界中存在和繁殖的基本單位。
「總和」不等於同種個體的簡單相加，同種個體之間相互聯絡表現出個體不具有的特徵。個體只能具有性別、年齡、出生、死亡等特徵。
（2）兩個條件：「時間」和「空間」，即種群具有時空限制。
（3）兩個方面：進化觀點看——種群是生物進化的基本單位。
生態觀點看——種群是生物群落的基本組成單位。
2．數量特徵
（1）種群密度
定義：在單位面積或單位體積中的個體數就是種群密度。
種群密度變動的原因一般認為是出生率和死亡率、遷入率和遷出率綜合作用的結果。因此，凡影響出生率和死亡率、遷入率和遷出率的因素都會影響種群密度的大小。
種群密度的調查方法：樣方法和標誌重捕法
方法一：樣方法
（1）使用範圍：多用於植物或活動範圍比較小的動物
（2）含義：在被調查種群的分布範圍內，隨機選取若干個樣方，通過計數每個樣方內的個體數，求得每個樣方的種群密度，以所有樣方種群密度的平均值作為該種群密度的估計值。
（3）樣方大小的選取：草本植物：1m×1m；灌木：5m×5m；喬本：10m×10m。
（4）取樣方法：
①五點取樣法
如左下圖所示，當調查的總體為非長條形時，可用此法取樣。在總體中按梅花形取5個樣方，每個樣方的長和寬要求一致。這種方法適用於調查植物個體分布比較均勻的情況。
②等距取樣法
當調查的總體為長條形時，可用等距取樣法，如右下圖所示，先將調查總體分成若干等份，由抽樣比率決定距離或間隔，然後按這一相等的距離或間隔抽取樣方的方法,叫做等距取樣法。例如，長條形的總體為100 m長，如果要等距抽取10樣方，那麼抽樣的比率為1/10，抽樣距離為10 m，然後可再按需要在每10 m的前1 m內進行取樣，樣方大小要求一致。
（5）計數原則。若有正好長在邊界線上的，應遵循「數上線不數下線，數左線不數右線的原則。同種植物無論大小都應計數。各小組計數都要如實，不能多報或少報。
（6）調查誤差分析。對調查物件認識不准，統計偏差；樣方的數目、大小不統一；調查地段種群分布不均勻；計數時對各生長期的個體統計不全。
方法二：標誌重捕法
（1）使用範圍：動物（活動範圍比較大的）
（2）含義：在被調查種群的活動範圍內，捕獲一部份個體，做上標記後再放回原來的環境，經過一段時間後進行重捕，根據重捕到的動物中標記個體數占總數的比例，來估計種群密度。
（3）計算公式：種群數量＝（標記個體數 ×重捕個體數）/重捕標記數
（4）標誌重捕法的適用條件
①標誌個體在整個調查種群中分布均勻；
②未標誌個體和被標誌個體都有同樣**獲的機會；
③調查期中沒有遷入和遷出；
④調查期中沒有新個體的出生和死亡
（5）操作注意事項：
①標誌物和標記方法必須對動物的身體不會產生傷害；
②標誌不能過分明顯；
③標誌物必須能夠維持一定的時間。
（6）計算公式
（2）出生率和死亡率
①概念：在單位時間內新產生（或死亡）的個體數目占該種群個體總數的比率。
②分析出生率和死亡率與種群密度的關係：若出生率＞死亡率，種群密度增大；若出生率＜死亡率，種群密度減小；若出生率＝死亡率，種群密度不變 。
因此，出生率和死亡率是決定種群大小和種群密度的的直接引數。
③意義：出生率和死亡率是種群數量及密度改變的直接表現。種群的內部和外界因素影響都以改變出生率和死亡率來體現。
（3）遷入率和遷出率
概念：在單位時間內遷入或遷出的個體，占該種群個體總數的比率，稱為遷入率或遷出率。
意義：遷入率和遷出率在研究城市人口變化中具有重要意義，也是決定種群大小和種群密度的的直接引數。
（4）年齡組成
①年齡組成分為三種型別：增長型、穩定型和衰退型。
②分析圖中a、b、c三種年齡組成的種群，並思考種群的年齡組成與種群的數量變化的關係。
由此分析可以看出，通過分析種群的年齡組成可以**該種群密度的變化趨勢。年齡組成是決定種群密度的次級引數。
（5）性別比例：
概念：種群中雄性個體和雌性個體所佔的比例。
型別：（一般分三種型別）
雌雄相當型：特點是雌性和雄性個體數目大體相等。這種型別多見於高等動物。
雌多雄少型：特點是雌性個體顯著多於雄性個體。這種型別常見於人工控制的種群、如奶牛等。象海豹等群體動物。
雌少雄多型：特點是雄性個體明顯多於雌性個體。這種型別較為罕見，如蜜蜂、螞蟻等營社會性生活的動物。
性別比例的應用：農業生產上，利用人工合成的性引誘劑誘殺某種害蟲的雄性個體，破壞害蟲種群正常的性別比例，從而達到殺蟲效果。
性別比例的意義：影響種群密度的變動，是決定種群密度的次級引數。
3．空間特徵
（1）概念：組成種群的個體在其生活空間中的位置狀態或布局叫做種群的空間特徵。
（2）舉例：如農作物的均勻分布 、雜草的散亂分布和瓢蟲的集群分布 。
小結：種群數量特徵的相互關係
第2節種群數量的變化
1．構建種群增長模型
（1）描述、 解釋和**種群數量變化。常常需要建立數學模型。
（2）數學模型的概念：用來描述乙個系統或它的性質的數學形式 。
（3）建立數學模型的步驟：提出問題→提出假設→建立數模→檢驗或修正
觀察研究物件，提出問題——→提出合理的假設 ——→根據實驗資料，用適當的數學形式對事物的性質進行表達 ——→通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正 。
（4）數學模型的表現形式：①數學方程——精確但不直觀 ②曲線圖——直觀但不精確
2．種群增長曲線
（1）種群增長的「j」型曲線
定義：在理想條件（ 食物和空間條件充裕、氣候適宜，沒有敵害等）下種群數量增長的形式，如果以時間為橫座標， 種群數量為縱座標畫出的曲線，大致呈「j」型。
數學模型：，n0:起始數量、t:時間、nt表示t年後種群數量、λ：種群的數量是一年前數量的倍數。
產生原因/產生條件：a.理想條件;b.實驗室條件；c. 食物充足，空間不限，氣候適宜，沒有敵害等幾個條件
同時滿足；d.外來物種入侵的早期階段；e.無環境阻力狀況。
特點：種群數量指數型增長:「j」型曲線無k值.
種群增長率：不變，是一定值; 種群增長速率：隨種群密度上公升而上公升
（2）種群增長的「s」型曲線
含義：指在自然資源和空間有限的自然條件下，種群經過一定時間的增長後，數量趨於穩定的增長曲線，呈「s」型。
產生原因：有限的環境。
特點：有k值
種群增長率：隨種群密度上公升而下降; 種群增長速率：剛開始隨種群密度上公升而上公升，1/2k值後下降
k值：即環境容納量 ，指在環境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數量。種群數量達到環境所允許的最大值（k值）後，將停止增長並在k值左右保持相對穩定。
a、k值不是個固定值。
b、k／2值時種群的增長速率最快，可提供的資源數量也是最多的，而且又不影響資源的再生。所以是對資源利用的最佳時間。
「s型增長曲線」的k值與k/2在實踐中的應用: k/2(達到最大增長率):
a.有利於對有害動物的防治——在殺滅害蟲同時應降低有害動物的環境容納量如：滅鼠後，防止鼠的種群數量
在k/2附近，這樣鼠的種群數量會迅速增加，無法達到滅鼠效果
b.有利於對野生生物資源的保護和利用---使**種群的數量保持在k/2水平(既能使人們獲得最大生物資源,
又能使生物資源保持可持續增長)。如：捕撈後，使魚的種群數量維持在k/2，這樣魚的種群數量會迅速回公升
k(環境容納量)：降低k值，改變環境條件，使之不適合有害生物的生存
提公升k值，還有利於對瀕危動物的拯救和恢復。
(3)「s」型增長曲線的開始部分是「j」型增長曲線嗎？
答案是否定的。（1）「s」型增長曲線的種群增長率是隨種群密度而下降，而「j」型增長曲線的種群增長率是始終保持不變的。（2）「j」型增長曲線是一種理想條件下的種群數量增長曲線，種群遷入的是乙個食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害的理想環境，遷入後種群數量馬上就會呈指數形式增長，不存在適應過程；而「s」型增長曲線的前段是種群對新環境的乙個適應階段。
(4)「j」型曲線與「s」型曲線的比較
3．影響種群數量的變化因素
（1）影響因素：
直接因素：出生率 、 死亡率 、遷入、遷出。
自然因素： 氣候 、食物、 天敵 、傳染病等。
人為因素：人類活動的影響。
（2）研究意義:有害動物的防治 、野生生物資源的保護和利用 ，以及瀕危物種的拯救和恢復 。
4．**培養液中酵母菌種群數量變化的實驗
該課題的實驗假設是：開始一段時間酵母菌呈 「j」型增長，隨著時間的推移，由於環境資源和空間有限 ，酵母菌呈 「s」型增長。本實驗沒有另設定對照實驗，原因是該實驗時間上形成前後自身對照 。
為提高實驗的準確性，實驗時應進行重複實驗 。在吸取培養液計數前，要輕輕振盪幾次試管的目的是使酵母菌分布均勻 。如果乙個小方格內酵母菌過多，難以數清，應當採取的措施是稀釋菌液 。
**培養液中酵母菌種群數量的變化
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