1、普通高中教科书生物学选择性必修2生物与环境刘恩山杭州市体育场路347号邮政编码： 310006办公室电话： 0571-85176593销售部电话： 0571-85176040网址： E-mail： 杭州兴邦电子印务有限公司浙江新华数码印务有限公司89012401/16印张7.75160 0002021年3月第1版印次2021年3月第1次印刷ISBN 978-7-5341-8677-6定价9.56元浙江科学技术出版社书名主编出版发行排版印刷开本字数版次书号版权所有翻印必究（图书出现倒装、 缺页等印装质量问题， 本社销售部负责调换）定价批准文号： 浙发改价格 2019 319号、2020 331号
2、举报电话： 12345、 12315责任编辑顾旻波曹梦洁责任校对赵艳装帧设计金晖责任印务田文主编刘恩山副 主 编朱立祥李晓辉本册执行主编周初霞本册编写人员 （按姓氏笔画排序）包玉娟李红菊周初霞赵沛荣鲍毅新致同学们同学们：现在，我们就要开始学习选择性必修生物与环境模块了。本模块是在我们学习了高中生物必修模块的基础上开设的。生物的生存与它周围的环境有着密切的关系。生物与环境是相互影响、相互作用的。例如，生物的尸体经过微生物的分解，成为二氧化碳、水等物质，这些物质又被绿色植物吸收利用，而绿色植物制造的有机物又被动物所摄取。正是由于自然界的植物、动物、微生物之间有着密切的相互关系，从而保证了自然界中氧
3、气、二氧化碳、水等物质的循环，为生物的生存创造了必要条件。1生态学是研究生物与环境之间相互关系的科学。面对日益严重的全球环境问题，为了人类的生存与发展，维持生物与环境之间的平衡，生态学越来越受到人们的重视。生态学是从宏观和微观两个方面来研究生命现象的。传统的生态学主要从宏观的方面探索生态系统的奥秘，着重研究个体、种群、群落、生态系统四个层次。随着科学技术的不断进步，生态学除了继续研究宏观方面外，正朝着微观方面迅速发展。例如，作为新兴学科的分子生态学，主要是用分子标志、核酸指纹图谱等方法研究生物进化、遗传和物种多样性、生物对环境变化的相应对策、转基因生物的环境释放等问题。生态学的研究方法主要包括
4、野外观察、实验研究和理论研究三大类。从生态学研究发展历史来看，野外观察是最基本的研究方法。要了解动物的种群数量变动，首先要在自然环境中观察和收集资料。随着科学技术的发展，野外观察也可利用无人机在开阔地区调查动物种群密度等。利用电子仪器和遥测技术对动、植物种群进行取样和测量，用以确定动、植物种群数量的变动，就是采用了实验研究的方法。利用数学模型进行模拟研究是理论研究最常用的方法，这种方法已在种群增长和种间竞争等研究方面取得了丰硕成果。尤其是电子计算机在生态学领域中的应用，不仅解决了生态系统中各变量之间关系分析的困难，而且还直接促进了生态系统的建模和系统生态学的发展。人类活动导致全球环境问题日益突
5、出。目前，人类面临着全球气候变暖、臭氧层耗损与破坏、生物多样性减少、酸雨蔓延、土地荒漠化、森林锐减、大气污染、水污染、海洋污染、危险性废物越境转移等十大环境问题。这些环境问题不仅影响生物的多样性，破坏了生态平衡，也严重危害人类的生活与健康。自然界是人类社会产生、存在和发展的基础和前提，人类可以通过社会实践活动有目的地利用自然、改造自然。对于自然界，我们不能只讲索取不讲投入，只讲利用不讲保护。生态文明建设需要生态学理论知识。生态文明是人类社会进步的重大成果，是实2现人与自然和谐发展的必然要求。建设生态文明，要以资源环境承载能力为基础，以自然规律为准则，以可持续发展、人与自然和谐共处为目标，树立和
6、践行“绿水青山就是金山银山”的理念。我国是一个发展中的大国，要正确处理好经济发展同生态环境保护的关系；要更加自觉地推动绿色发展、循环发展、低碳发展，决不能以牺牲环境、浪费资源为代价来换取一时的经济增长；要按照生态系统的规律来建设生态文明，切实把能源资源保护好，把环境资源治理好，把生态环境建设好。在必修课程的基础上， 生物与环境模块选取生态学较为核心的基础知识，围绕一个关于生态系统的结构、功能及其自我调节的大概念组织学习和研究，帮助我们运用系统分析法来认识生物与环境是一个统一的整体，从而形成结构与功能、物质与能量、稳态与变化、信息与调控等生命观念，并为我们树立人与自然和谐共处的观念，形成生态意识
7、、环保意识和践行绿色低碳生活方式奠定基础。同时，本模块涉及的系统分析、建立数学模型、负反馈调节的概念模型和取样调查等科学方法，让它在发展生物学核心素养方面有着不可替代的重要作用。因此，我们应当认真学好本课程。学好本课程要有正确的学习方法。首先，要结合初中所学的相关知识及生活中的实例来理解生态学的基本概念，厘清概念之间的逻辑关系，将知识融会贯通。其次，要积极参与观察、调查等实践活动和以问题解决为特点的探究活动，通过活动来帮助我们建构生态学相关的概念，领悟研究生态学的取样调查、模型建构、系统分析等方法。再次，要将所学的生态学知识应用到生产实践中，参与生活中所遇到的如雾霾的产生原因及治理办法等问题的
8、分析与讨论，探讨人类活动对生态系统动态平衡的影响，并尝试提出可持续发展的合理化建议。3目 录第二章群落/23第一节不同种群组成群落/25第二节群落具有垂直、 水平和时间结构/33第三节地球上分布着不同类型的群落/39第四节群落随时间变化有序地演替/45本章小结/54第一章种群/1第一节种群具有一定的特征/3第二节不同条件下种群的增长方式不同/10第三节生态因素影响种群数量波动/15本章小结/221第一节人口增长对生态环境造成压力/93第二节全球性生态环境问题日益突出/98第三节保护生物多样性意义重大/105第四节可持续发展是人类的必然选择/110本章小结/116第四章人类与环境/91第三章生态
9、系统/55第一节群落与非生物环境组成生态系统/57第二节食物链和食物网形成生态系统的营养结构/61第三节生态系统中的能量单向递减流动/66第四节生态系统中的物质能被循环利用/75第五节生态系统中存在信息传递/81第六节生态系统通过自我调节维持稳态/85本章小结/902第 一 章种群大熊猫种群的数量变动大熊猫是我国的国宝，被誉为“活化石” ，属于国家一级保护动物。2015年公布的第四次全国大熊猫调查结果显示，截至2013年年底，全国野生大熊猫种群数量为1864只，其中74.4%分布于四川境内。在四川卧龙自然保护区内，1974年大熊猫种群数量调查结果为145只；1983年由于大面积的冷箭竹开花使大
10、熊猫的主要食物供应不足，其数量下降至72只；到1988年再次调查时，这一种群数量又回升到150只。由于自然保护区的建立和完善，大熊猫的种群数量逐渐趋向于稳定。那么，什么是种群？为什么大熊猫种群会发生数量变动？群 （population）是指占有一定空间和时间的同一物种所有个体的集合体。种群的边界可以是自然的，也可以是由人为划定的。种群通常由不同性别和不同年龄的个体组成。种群是物种的具体存在单位、繁殖单位和进化单位，也是群落的基本组成单位。要了解群落乃至生态系统，必须首先学习种群的基本特征、增长方式及其数量波动的影响因素等内容。种学习目标1. 举例说出种群的主要特征，阐明影响种群密度的主要因素。
11、2. 尝试建立数学模型解释种群的数量变动。3. 概述种群增长方式的类型与特点，并能将其应用于生产实践。4. 简述种群数量波动的类型及其调节因素。本章学习应聚焦的关键能力1. 通过学习标志重捕法，掌握调查种群数量的思路和方法。2. 认识建立数学模型是解释种群数量变化的重要方法，通过尝试建立指数增长和逻辑斯谛增长模型，学会数学建模的方法。3. 尝试用模型表征不同物种种群的数量波动。第一章种群一个种群不是个体的简单累加，而是具有一定的种群特征，是一个能够自我调节、动态变化和发展的有机整体。种群的最基本特征是种群数量特征。影响种群数量变动的因素有哪些？小资料藏羚羊除了雄性藏羚羊 （图1-1） 偶尔有单
12、独活动外，一般情况下藏羚羊是以几只到几十只甚至几百只组成大小不等的群体活动的。每个群体经常会有同种个体迁入或迁出，以调节该群体的数量等特征。藏羚羊群体大小和结构会随季节发生变化，通常春季较小，繁殖期达到最大。藏羚羊的交配期从每年 11 月初开始到次年1月结束，12月份是交配的高峰期。交配初期成年雄性藏羚羊间开始角斗，并分散到各个群体中去，到交配中期各自寻找并组成自己的临时家庭，完成一年一度的交配行为。雌性藏羚羊的妊娠期为6个多月。到每年67月份，雌性与雄性个体分开，集群长途迁徙到人迹罕至的青藏高原产仔，每胎产仔1只。藏羚羊寿命较短，一般为78岁，雌性最长可达12岁。第一节种群具有一定的特征本节
13、要点种群密度出生率和死亡率迁入率和迁出率年龄结构性别比例标志重捕法图1-1藏羚羊3生 物 学选择性必修 2生物与环境种群密度是某个物种在单位面积或单位体积内的个体数量种群密度 （population density） 是指某个物种在单位面积或单位体积内的个体数量，是反映种群大小的最常用指标。种群密度的变化是研究种群动态的基础。种群密度的大小可作为人类判断生物有益或有害、保护或防治的依据，也可作为评价保护和防治效果的指标。种群密度的调查方法有很多，对于小型哺乳类、鸟类、鱼类等动物，常采用标志重捕法。这一方法是根据重捕取样中标志个体比例与样地个体总数中标志个体比例相等的假设来估算样地中被调查动物总
14、数的。计算公式为：NMn / m。N表示动物总个体数；M表示总数中被标志的个体数；n表示重捕个体数；m表示重捕中被标志的个体数。例如，在一个面积为0.055 km2的小岛上第一次捕到社鼠15只，经标志后在原捕获地放回，一周后进行重捕，所捕获的16只个体中有6只是被标志的。通过计算得出，该小岛上社鼠的估算值为40只，种群密度约为727.27只 / km2。出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定种群数量的动态变化种群密度是由出生率 （natality） 、死亡率 （mortality） 、迁入率 （immigration rate）和迁出率 （emigration rate） 直接决定的。出生和迁入使
15、种群密度增大，死亡和迁出使种群密度减小。出生率一般用单位时间内出生个体数占种群总个体数的百分比或千分比表示。例如，每年每1000人出生了20个人，则出生率就是2%或20。不同种类动物由于性成熟的时间、每次产仔 （卵） 数和每年生殖次数不同，因而出生率会存在差异，通常高等动物的出生率要低于低等动物。例如，上述小资料中藏羚羊的出生率较低；在自然条件下，东北虎大约4岁性成熟，每次产仔24只，23年生殖一次，因而其出生率也较低；库蚊每次产卵 150300 粒，可连续产卵 23次，一生平均产卵8001000粒 （图1-2） ，其图1-2库蚊产卵4第一章种群出生率就较高。与出生率相反的是死亡率。死亡率用单
16、位时间内死亡个体数占种群总个体数的百分比或千分比表示。例如，在一个有200万人口的城市中一年死亡1.2万人，其死亡率就是0.6%或6。个体死亡对该种群来说未必不利，只有衰老的个体不断死去，新的个体不断产生，才能保持物种的延续和遗传的多样性，从而使种群不断适应变化着的环境。生物个体的生理寿命是决定死亡率的内在因素，疾病、饥饿、寒冷、干旱、被捕食和意外死亡等是造成死亡率升高的外在因素。当种群密度过大时，其死亡率也会升高。在种群中，有些个体会从外种群迁入本种群，也有些个体从本种群迁出。迁入率或迁出率用单位时间内迁入或迁出的个体数占种群总个体数的百分比或千分比表示。种群数量变化可用自然增长率（natu
17、ral growth rate）来表示。计算公式为：自然增长率 出生率死亡率。年龄结构和性别比例影响种群数量的动态变化年龄结构（age structure）是指各年龄组个体数量在种群中所占的比例关系，可用年龄金字塔来表示。生态学家通常把种群分成生殖前期、生殖期和生殖后期三个年龄组。生殖前期指尚无生殖能力的年龄阶段，生殖期指具有繁殖能力的年龄阶段，生殖后期指丧失了生殖能力的年龄阶段。有些昆虫生殖前期较长，生殖期极短，生殖后期等于零，如蜉蝣和蝉等。年龄金字塔一般可分为增长型、稳定型和衰退型三种类型（图1-3） 。图中每块面积代表不同年龄组个体数在整个种群中所占的比例，中线把每一个年龄组分为左右两半
18、，分别代表雄性和雌性个体数所占的比例。年龄结构能影响种群的出生率和死亡率等。增长型表示种群中有大量处于生殖前期的个体，而处于生殖后期的个体数较少，出生率大于死亡率，种群数量趋向于增长。稳定型表示种群中处于生殖前期的个体与图1-3年龄金字塔的三种类型5生 物 学选择性必修 2生物与环境处于生殖后期的个体数大致相等，出生率与死亡率基本相等，种群数量较为稳定。衰退型表示种群中处于生殖前期的个体数少而处于生殖后期的个体数多，出生率小于死亡率，种群数量趋向于减少。因此，通过分析年龄结构可预测种群数量的变化趋势。性别比例（sex ratio）是指种群内两性个体数量的相对比例。大多数高等动物的种群，其性别比
19、例基本保持11，人类也是如此。在一雌一雄婚配方式的种群中，生殖期性别比例越接近11，出生率就越高，所以性别比例影响着种群的出生率。也有一些种群的性别比例并非11，如蜜蜂雄性多于雌性。在生产实践中，人们常采用干扰和破坏害虫自然性别比例的方法来降低害虫的数量。活 动模拟用标志重捕法进行种群数量的调查标志重捕法是指在被调查种群的生存环境中，随机捕获一部分个体，将这些个体进行标志后在原捕获地放回，一段时间后再进行重捕，并根据公式NMn / m估算该种群的总数量。目的要求1. 初步学会标志重捕法。2. 体验运用该方法调查种群数量的过程。材料用具装有大于50粒黄豆的纸袋，记号笔，培养皿，镊子，药匙等。方法
20、步骤1. 从纸袋中取出20粒黄豆。2. 用记号笔标记这20粒黄豆（图1-4） ，晾干后放回纸袋，晃动纸袋使黄豆混合均匀。3. 从纸袋中每次随机取出 1粒黄豆放入培养皿，共取30粒。4. 计数有标记的黄豆，并记录。5. 估算原纸袋中黄豆总数量。6. 将纸袋中剩余的黄豆倒出，并计数。7. 在模拟活动结束后，将黄图1-4标记黄豆6第一章种群豆回收。讨论1. 将黄豆总数的估算值与实际总数作比较，两者差异如何？与其他组同学作比较，各组得到的数据是否也存在较大差异？若差异较大，其主要原因可能是什么？2. 为使实际调查数据更加准确，应注意哪些事项？3. 标志重捕法只适用于调查某些动物种群密度的原因是什么？建
21、议活动用样方法调查某草地中双子叶植物的种群密度样方法是调查种群密度的常用方法。在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过对每个样方内的个体计数，求得其种群密度。以所调查样方的平均值作为该种群密度的估算值。取样方法常采用“五点取样法”或“等距取样法” （图1-5） 。目的要求1. 初步学会样方法。2. 体验运用样方法对某双子叶植物进行种群密度调查的过程。材料用具皮尺，绳子，植物标本，植物分类图鉴等。方法步骤1. 设计调查记录表。调查表中包括取样方法、样方面积、样方数量、调查时间和地点、样方编号、植株数及种群密度等调查项目。2. 确定调查对象（如蒲公英） ，并在表格中写上调查种群名称。3.
22、 划分样方。确定取样方法，然后划分样方。4. 计数。在划定的样方内，小组成员调查数量，把计数结果记录在调查表上。5. 计算种群密度。计算各样方种群密度的平均值，并记录在调查表上，然后通过计算得出该种群密度的估算值。B. 等距取样法示意图A. 五点取样法示意图图1-5样方分布图7生 物 学选择性必修 2生物与环境活动注意事项： （1） 取样面积大小一般为1 m2； （2） 样方的数量一般为5个，统计样方个数越多，调查结果就越接近真实情况； （3） 个体数量统计时，对于压线的植物个体要遵照“计上不计下，计左不计右”的原则。讨论1. 为什么要对植株采取随机取样，并且要取多个样方？2. 如何提高调查结
23、果的准确率？种群分布型课外读组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局，称为种群分布型（population distribution pattern） ，一般可分为集群分布、均匀分布和随机分布三种（图1-6） 。集群分布是最常见的分布型，形成原因主要是资源分布不均，如草原上的斑马等动物的集群行为（图1-6A） 。均匀分布主要是种内竞争结果或人工种植行为所致，如农田中种植的水稻 （图 1-6B） 。随机分布比较少见，在环境资源分布较为均匀，种群内个体间没有彼此吸引或排斥的情况下，容易产生随机分布，如森林里的狼蛛（图1-6C） 。B. 均匀分布C. 随机分布图1-6种群的三种分布型A. 集群分
24、布8第一章种群与练习思考一、选择题1. 某个池塘中，生活着水草、水葫芦、水绵、鱼、虾等生物。下列可以称为种群的是（）A. 该池塘中所有的鱼B. 该池塘中所有的虾及虾卵C. 该池塘中所有的水葫芦D. 该池塘与另一池塘中的所有水绵2. 致乏库蚊由于具有繁殖力强和生命周期短，以及对环境变化敏感等特点，其种群密度很容易受环境因素的影响而发生较明显的变化。下列选项中,与种群密度变化无直接关系的是（）A. 出生率B. 死亡率C. 年龄结构D. 迁入率3. 右图为某地人口出生率和死亡率的变化曲线图。该地区在整个时间段内的人口年龄结构为（）A. 由稳定型变为增长型B. 由衰退型变为稳定型C. 由增长型变为稳定
25、型D. 由稳定型变为衰退型二、简答题1. 栖息在澳大利亚的红袋鼠经常以单独或小群方式生活，每个小群一般有210只。它们不允许外来红袋鼠进入，即使从本种群迁出后要再迁入的个体，也要经过一段时间的适应才能重新融入原种群中。请你分析种群的特征与个体特征具有哪些不同之处。2. 某城市卫生部门组织了一次灭鼠活动，基本消灭了该城市居民区的褐家鼠。但灭鼠3年后，该城市又开始出现大量的褐家鼠。右图为灭鼠后7年内该城市褐家鼠的数量变化。请分析回答：（1） 灭鼠后第 3年上半年、第 4年下半年，鼠的年龄结构分别属于哪种类型？（2） 灭鼠后第2年，该城市褐家鼠的数量开始少量增多的原因可能有哪些？9生 物 学选择性必
26、修 2生物与环境研究种群的核心问题是种群数量的变化规律。不同条件下种群的增长方式不同，可通过建立数学模型对种群数量的变动进行研究。那么，种群是如何增长的？研究种群的数量变化有何意义？小资料果蝇果蝇体型较小，繁殖力强，生活史短，饲养管理简单，并且容易计数和保存。果蝇主要以附生在水果上的酵母菌等真菌为食。果蝇的性别可以通过肉眼观察判断。雌果蝇个体较大，腹部末端尖且色浅，有产卵管，腹背面有5条黑色条纹。雄果蝇个体较小，腹部末端圆钝，颜色呈深黑色，有交尾器，腹背面有3条黑色条纹（图1-7） 。活 动探究果蝇种群的增长在实验条件下，用水果培养果蝇，其种群数量会增加。用数学方法分析果蝇数量的增长规律，可得
27、出其种群增长的数学模型。目的要求1. 学会培养果蝇的方法与技能。本节要点指数增长逻辑斯谛增长环境容纳量第二节不同条件下种群的增长方式不同图1-7雌果蝇 （左） 和雄果蝇 （右）10第一章种群2. 分析果蝇的数量变化，绘制果蝇增长的曲线图，学会数学建模的方法。探究问题1. 不同环境条件下果蝇种群是以什么方式增长的？2. 果蝇种群的这种增长方式有何规律？材料用具500 mL广口瓶，纱布，橡皮筋，毛笔，白纸，乙醚，棉花团，香蕉，放大镜等。方法步骤1. 取500 mL广口瓶3个，先在每个广口瓶底部铺一层厚约2 cm的棉花，然后放入大小相等且熟透了的半根香蕉、2只雌果蝇和2只雄果蝇，最后用双层纱布盖住瓶
28、口，并用橡皮筋扎紧，作为果蝇培养瓶。2. 将培养瓶置于温度适宜 （2025 ） 的环境中培养（图1-8） 。3. 每天观察、记录培养瓶中的果蝇个体数，持续3周。若培养瓶内的果蝇数量不易直接观察计数时，另取一洁净广口瓶作为果蝇的麻醉瓶，放入滴有12滴乙醚的棉花团，并将其与培养瓶的瓶口对接，轻拍培养瓶把果蝇赶入麻醉瓶 （图1-9） 。待果蝇麻醉后，将其全部倒在白纸上，用毛笔进行计数（图1-10） 。计数结束后再将这些果蝇放回培养瓶中培养。图1-8培养果蝇图1-10对果蝇计数图1-9将果蝇赶入麻醉瓶11生 物 学选择性必修 2生物与环境讨论1. 处理实验数据，绘制果蝇种群增长曲线图。2. 分析果蝇种
29、群增长曲线的特点及其形成的原因。3. 如果你想研究温度对果蝇种群增长的影响，该如何设计实验？你还想研究哪些与种群增长有关的问题？建立数学模型是解释种群数量变化的重要方法数学模型是用来描述现实系统或其性质的一个抽象简化的数学结构。建立数学模型是解释生物种群数量动态变化的重要方法。例如，在探究果蝇种群的增长活动中，通过观察和记录培养瓶中果蝇种群的数量变化，统计处理实验数据，以建立数学模型，并进一步通过数学模型来分析果蝇种群数量变化的特点及其原因。种群在无限环境条件下呈指数增长在资源无限、空间无限和不受其他生物制约的理想条件下，种群就会呈指数增长 （exponential growth） 。在实验条
30、件下，细菌每 20 min 分裂繁殖一次，每小时可繁殖 3 代。如果从1个细菌开始，那它就会按以下数列倍增：1、2、4、8、 16、 32、 64、128、256、512照这样下去，36 h以后，细菌将完成 108 个世代，总数将达到 2108个 （图 1-11） 。由于增长曲线很像英文字母 J，因而又称“J”形增长。指数增长的特点是：起始增长很慢，但随着种群基数的增大，增长会越来越快，每单位时间都按种群的一定百分数或倍数增长。达尔文在物种起源中描述了这样一个事例：在所有的动物中，大象被认为是繁殖最慢的。我曾仔细估算过大象的最低自然增长率，最可靠的假设是它在30岁开始生殖，到90岁停止生殖，在
31、此期间生6头幼象，寿命为100岁。如果照此繁殖下去，那么经过图1-11细菌的指数增长曲线12第一章种群740750年之后，由一对大象繁殖产生的后代将达到1900万头。不难想象，地球上哪怕只有一种生物按指数方式无限增长下去，这种生物最终就会把其他生物从地球上排挤掉，同时该物种也将走向毁灭。种群在有限环境条件下呈逻辑斯谛增长逻辑斯谛增长 （logistic growth） 是指在空间有限、资源有限和受到其他生物制约条件下的种群增长方式（图1-12） 。其增长曲线很像英文字母S，因而又称“S”形增长。逻辑斯谛增长是自然界生物种群增长的普遍方式，它总是会受到环境容纳量（carrying capacit
32、y）的限制。环境容纳量是指长时期内环境所能维持的种群最大数量，用字母 K表示。由于种群数量高于K时可能下降，低于K时可能上升，所以K值只代表种群数量的一个平均值。逻辑斯谛增长曲线常划分为五个时期：开始期（a） ，种群的个体数很少，种群密度增长缓慢；加速期（b） ，随着个体数的增加，种群密度增长逐渐加快；转折期（c） ，种群个体数达到K/2时，种群密度增长最快；减速期（d） ，种群个体数超过K/2以后，种群密度增长逐渐变慢；饱和期 （e） ，种群个体数接近或达到K时，种群不再继续增长或在K值上下波动。例如，大约在1800年，人们把绵羊种群引入塔斯马尼亚岛。在此后的60年间，绵羊种群是按照“S”形
33、曲线增长的，直到1860年才稳定在170万头左右。这就是塔斯马尼亚岛长期所能养活的绵羊最大数量K值。1860年以后，岛上绵羊的数量基本上保持在环境容纳量的水平，只是因为气候的改变而发生了一些小的波动。研究种群的增长方式具有十分重要的实际意义，能更好地利用和保护生物资源，防治有害生物。例如，根据逻辑斯谛增长曲线在转折期增长最快的特点，可预知草原上放牧量为多少时既能保护草原，又能获得最好的经济效益。对于濒危野生动物的保护，则可通过改善生存环境来增大环境容纳量以促进其增长。相反，对于有害生物的防治，则应通过限制环境因素来降低环境容纳量以抑制其增长。图1-12逻辑斯谛增长曲线13生 物 学选择性必修
34、2生物与环境与练习思考一、选择题1. 为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，根据种群增长的“S”形曲线，应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平。这是因为在这个水平上（）A. 种群数量最大B. 单位时间内种群增长量最大C. 种群数量相对稳定D. 环境条件所允许的种群数量最大2. 右图表示在理想状态和在自然环境条件下某生物的种群数量变化曲线。下列关于两条曲线间的阴影部分的解释，正确的是（）A. 环境中允许种群增长的最大值B. 其数量表示种群内迁出的个体数C. 其数量表示种群内出生的个体数D. 为种群在自然环境中增长所受到的环境阻力3. 某地乌鸦连续10年的种群数量增长情况如右图所示，
35、后一年的种群数量是前一年的倍。下列叙述正确的是（）A. 第3年乌鸦种群数量最大B. 第3年以前乌鸦种群呈指数增长C. 第6年以前乌鸦种群呈逻辑斯谛增长D. 第5年和第7年的乌鸦种群数量相同二、简答题1. 右图为某藻类在不同环境温度下的种群增长曲线。请分析回答：（1）哪种温度条件下环境容纳量最小？（2）除温度外，环境容纳量还受哪些主要因素影响？（3）藻类在什么时期繁殖最快？可采取哪些措施加以遏制？2. 请你根据自然环境条件下种群的增长特点，谈谈在草原上如何才能获得最大可持续的放牧量。14第一章种群生态因素是环境中影响生物形态、生理和分布等的因素，一般可分为非生物因素和生物因素。由于受到生态因素的
36、影响，种群数量总是处在动态变化之中。种群数量波动一般有哪些类型？调节种群数量波动的因素有哪些？小资料棉盲蝽种群数量的波动棉盲蝽 （图 1-13） 是一种体型较小、一年可繁殖多次的昆虫，在我国南、北方均有一定数量的分布。受气候变化影响，棉盲蝽种群数量会发生一定的波动。根据陕西关中棉区 19561964 年连续八年对棉盲蝽种群数量的调查分析，在干旱年份，棉盲蝽种群数量高峰会出现在7月中旬，该时间段与棉花的蕾期和铃期错开，因此棉区受害较轻（图1-14A） ；洪涝灾害之年，棉花在7月上旬的蕾期和8月中旬的铃期都会出现棉盲蝽的危害高峰（图1-14B） ；在先涝后旱的年份，棉盲蝽对棉花的危害高峰出现在7月
37、上旬的蕾期（图1-14C） ；在先旱后涝的年份，棉盲蝽对棉花的危害高峰则出现在8月中旬的铃期（图1-14D） 。因此，农业专家可根据当地有关气象数据来预测、预报，以减轻棉盲蝽对棉花的危害。第三节生态因素影响种群数量波动本节要点周期性波动非周期性波动外源性因素内源性因素图1-13棉盲蝽15生 物 学选择性必修 2生物与环境图1-14棉盲蝽种群数量的波动ABCD种群的数量总是在波动中种群是一个动态系统，种群中的个体数量是随着时间而变化的，这就是种群的数量波动。任何一个特定环境中种群的生存资源总是有限的，周围的环境条件在不断发生着变化，从而引起种群出生率、死亡率、迁入率和迁出率的改变，使其种群个体数
38、量不断发生变化。即使种群数量达到了环境容纳量，也是在K值上下波动。种群数量波动包括周期性波动和非周期性波动。严格地说，任何波动只要在两个相邻波峰之间相隔的时间基本相等就可称之为周期性波动，反之为非周期性波动。不同种群数量变化的周期长短是不一样的。在一些无脊椎动物中，周期性波动的周期往往是几天，甚至几小时，这主要与其生活史较短有关。周期性波动主要表现为季节性波动和年间波动。季节性波动主要由环境的周期性季节变化所决定，种群数量随季节变化而改变，年年如此。例如，某地一年生草本植物北点地梅5年间的种群数量波动（图1-15） 。年间波动则是指种群数量的变动是以多年为一个周期的重复波动，这种波动的周期常常
39、是几年，甚至更长。例如，北美地区雪16第一章种群兔和猞猁这两种动物都极其明显地表现出每隔910年出现一次数量高峰（图1-16） ，波动原因主要涉及植物、雪兔、猞猁三者之间的数量互动关系。种群数量的周期性年间波动主要发生在成分比较简单的高纬度环境中，如北方针叶林和苔原地带。猞猁数量 （1000）120100806020402001850186018701880189019001910192019301940012010080604020140160180200雪兔猞猁年份图1-16雪兔和猞猁的种群数量波动雪兔数量 （1000）大多数种群的年间数量动态变化表现为非周期性波动，例如，东亚飞蝗种群的数
40、量波动（图1-17） 。图1-17东亚飞蝗种群的数量波动2004006008001000019711972197319741975成熟株数幼苗数种子萌发数个体数量/ （株m2）年份图1-15北点地梅5年间种群数量波动17生 物 学选择性必修 2生物与环境外源性因素调节种群数量波动外源性因素 （exogenous factors） 是指影响种群密度的外部因素，主要包括气候、食物、捕食、疾病、寄生等。气候因素会影响种群密度的变化。昆虫的早期死亡80%90%是由气候变化引起的，因为气候因素会影响昆虫的发育与存活。例如，本节小资料中棉盲蝽种群的数量波动就是由于气候变化引起的。又如，连续几天38高温常可
41、引起蚜虫种群数量急剧下降；沙漠地区啮齿动物和鸟类的种群数量总是与降雨量有着直接的关系。食物是调节种群数量的重要因素。在食物不足时，种群内部必然会发生激烈的竞争，使很多个体不能生殖或不能存活。例如，在雪兔数量很少的年份，只有20%的长耳鸮能孵窝，但在雪兔数量最多的年份，100%的长耳鸮都能孵窝。捕食也能将被捕食者的种群密度制约在一定水平。捕食者种群数量会随着被捕食者数量的增加而增加，也会因自身受到天敌的捕食而减少。生产上常利用这种关系进行生物防治。例如，原产巴西的槐叶萍首次在澳大利亚出现后，短时间内大量增殖，严重地危害了航运、农业灌溉和渔业生产。随后，政府先后两次从巴西引进了专食槐叶萍的象鼻虫，
42、才使槐叶萍数量迅速下降而得以控制。另外，我国利用七星瓢虫防治蚜虫 （图1-18） 和利用灰喜鹊防治松毛虫 （图1-19） ，也是利用天敌控制害虫种群密度的成功案例。图1-18利用七星瓢虫防治蚜虫图1-19利用灰喜鹊防治松毛虫病原体和寄生生物的致病力和传播速率是随着种群密度的增加而增加的。例如，禽流感易发生在候鸟聚集区，禽流感病毒的大量增殖和快速蔓延会导致候鸟大量死亡，这对候鸟的种群密度起着重要的调节作用。18第一章种群在大多数情况下，上述这些因素并不是单独起调节作用，而是多种因素综合在一起共同影响种群数量波动。英国鸟类学家大卫 拉克（David Lack，19101973）研究表明，幼鸟的死亡
43、率始终高于成鸟，有的幼鸟死亡率高达82%92%，而成鸟死亡率约为40%60%。他认为，幼鸟死亡率高是由于食物短缺、捕食、疾病等多种因素共同调节的结果，其中食物是决定性的。内源性因素调节种群数量波动内源性因素（endogenous factors）包括领域行为和内分泌等种群内部的影响因素。领域行为是指动物有选择地占据、保卫一定的空间，不允许同类其他个体进入这一空间的行为。鸟类的领域行为非常强，尤其是种群密度高且在繁殖季节时，只有优势雄鸟才能占有相应的领域（图1-20） ，得到更多的交配繁殖机会和生存资源，而竞争力较弱的雄鸟则无领域可占，因而失去繁殖后代的机会。生活在杨树上的一种蚜虫也有明显的领域
44、行为。一只雌性蚜虫落在嫩叶上，如果另一只雌性蚜虫也落到此叶片上，这两只蚜虫就会发生激烈的争斗（图1-21） ，最后可能只有其中一只蚜虫独占这一叶片。图1-20鸟驱赶外来入侵者图1-21蚜虫的领域行为内分泌因素也会对种群数量起到一定的调节作用。当种群数量上升时，种群内个体经受的社群压力增加，会增强对中枢神经系统的刺激，进而引发内分泌失调，使种群数量增长停止或被抑制，继而又降低了社群压力。例如，啮齿类动物在种群密度过大时，会引起雌鼠内分泌功能失调，改变了体内原有激素的平衡，导致排卵功能减退，容易流产，母鼠泌乳过程受到抑制，对幼鼠照顾不良，行为反常而好斗等。这些生理变化会使雌鼠生殖力下降，幼鼠死亡率
45、增加，鼠的迁出率上升，最终导致种群数量迅速下降。19生 物 学选择性必修 2生物与环境与练习思考一、选择题1. 欧亚大陆寒带地区，许多小型鸟类和兽类由于冬季停止繁殖，在春季繁殖前其种群数量最低，开始繁殖后数量不断上升，到秋季其种群数量达到一年中的最高峰。下列哪一选项是影响这些种群数量波动的主要外源性因素（）A. 疾病和寄生B. 捕食C. 食物和激素D. 领域行为2. 下列属于内源性因素调节种群数量的实例是（）A. 农业上用七星瓢虫防治蚜虫B. 狼群因得不到猎物而数量减少C. 雄性黄腹角雉在生殖季节拥有自己的繁殖区域D. 某年我国南方百年一遇的雪灾冻死了许多动物3. 研究人员调查19281977
46、年欧洲灰鹭种群数量变化，结果如下图所示。下列叙述正确的是（）A. 欧洲灰鹭种群的数量波动具有周期性B. 欧洲灰鹭种群的环境容纳量约为5000对C. 不同年份欧洲灰鹭数量变化主要是由气候变化引起的D. 不同年份欧洲灰鹭数量变化主要是由内源性因素调节引起的20第一章种群二、简答题1. 蓟马是靠吸取植物汁液生存的昆虫。下图是澳大利亚昆虫学家连续6年对玫瑰园中蓟马种群数量的调查结果曲线图。据此分析，蓟马种群的数量变动是非周期性波动还是周期性波动，为什么？2. 为防治鼠害，某地开展了对田鼠种群数量变化的调查，绘制成如下曲线图。请你分析哪些因素会影响这一种群数量波动的调节作用，并谈谈如何有效地防治鼠害。9
47、000800070006000500040003000200010000123456789101115161214种群数量/只时间/年1321生 物 学选择性必修 2生物与环境占有一定空间和时间的同一物种个体的集合体称为种群。反映种群大小的最常用指标是种群密度，即某个物种在单位面积或单位体积内的个体数量，常采用标志重捕法进行估算。种群密度一般处于动态变化和发展之中，其直接决定因素是出生率、死亡率、迁入率和迁出率，年龄结构和性别比例通过影响出生率和死亡率间接影响种群密度。不同条件下种群的数量变化规律不同，建立数学模型是研究生物种群数量变化的重要方法之一。在建模过程中，渗透了模型与建模的科学思维与
48、方法。在资源无限、空间无限和不受其他生物制约的理想条件下，种群会呈现指数增长，增长曲线为“J”形。在自然条件下，指数增长一般不可能发生。逻辑斯谛增长是自然界生物种群增长的普遍方式，即种群在空间有限、资源有限和受到其他生物制约的条件下，种群的增长受到环境容纳量（K值）的限制，增长曲线为“S”形。逻辑斯谛增长常划分为五个时期，最终种群数量将在环境容纳量（K值）上下波动。种群数量受到生态因素的影响，呈现周期性或非周期性波动。气候、食物、捕食、疾病、寄生等外源性因素，种群内个体间的领域行为和内分泌等内源性因素，是调节种群数量波动的两种方式，渗透了稳态与平衡的观点。研究种群的特征、增长方式及种群数量波动
49、具有重要的实践意义，能更好地了解、利用和保护生物资源，防治有害生物等，以提升社会责任意识。在本章学习中，通过“探究果蝇种群的增长”建立数学模型，探讨及阐释种群数量变化的规律，运用科学的思维方法认识事物并解决实际问题，逐步发展科学思维和科学探究能力。本章知识结构图本 章 小 结22第 二 章群落珊瑚礁群落在热带海洋中，生活着非常古老且生长缓慢的珊瑚礁。珊瑚礁的主体结构是珊瑚。形态多样、颜色鲜艳的造礁珊瑚主要由珊瑚虫分泌的碳酸钙外骨骼构成。珊瑚礁为珊瑚虫和藻类等生物的生长提供了环境。珊瑚礁在由小逐渐增大的过程中，其他生物会不断入侵，使得单种珊瑚群体发展为镶嵌状的珊瑚礁。当珊瑚礁继续增大，旧的礁体会
50、部分崩塌，而新的更多的珊瑚在它的上面蔓生，从而形成更为复杂的珊瑚礁，鱼类等生物也随着礁体的增大而增多。在某些浅海区域，覆盖着大面积的珊瑚礁，这些珊瑚礁非常脆弱，海洋污染和人类对海洋的开发都会使其受到破坏。当然，人类的科学干预也能创造新的人工珊瑚礁。那么，珊瑚礁群落的结构、特征及演替规律是怎样的？人类研究群落又有什么现实意义？落 （community）是指在一定时间内聚集在一定空间内的所有生物种群的集合体。组成群落的生物种群不是随意组合的，而是不同种群的生物在长期适应环境和彼此相互适应的过程中形成的动态结构。随着时间的推移，环境的变化，一个群落可被另一个群落所替代，并且在环境条件相似的区域可以重
