种群增长率与种群增长速率的辨析
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高中生物中有关种群数量增长率和增长速率的比较作者:姜文珺来源:《文学教育·中旬版》2017年第01期种群数量变化曲线是高中生物选修三《稳态与环境》中的重要考查内容,常见的题型一般有根据图像判断种群变化所对应的曲线模型,或者判断种群增长率与种群增长速率之间的区别与联系。
种群增长率与种群增长速率之间虽然只相差一个字,但是其所表示的内容却完全不同,高中考生往往很容易将两者概念混淆,导致在做题与日常学习中犯不该犯的错误。
而有关种群的增长,在理想和自然条件下,建立了两种不同的模型,本文将从两种模型分析和讨论增长率与增长速率之间的联系与区别,使大家更好的辨析这两种概念。
一.种群增长率与种群增长速率1.种群增长率的定义与计算公式。
种群增长率:种群在一定的时间内,增加的个体数量占原有数量的比例,称为增长率。
一般还可以认为是出生率与死亡率的差值。
计算公式=(现在的种群个数-原来的种群个数)/原来的种群个数=出生率-死亡率特点:增长率只是数值,不存在“单位”。
其意义在于看新增加个体数的占比。
2.种群增长速率。
增长速率:指新增加的个体数与时间的比值,即在单位时间内种群新增加的个数。
单位一般为“个/年”或者“个/分钟”。
计算公式=(现在的种群个数-原来的种群个数)/增长所用时间特点:种群的增长速率是数量-时间曲线上各个时间点的斜率,有单位,并且在不同的种群模型曲线中,变化不同,其意义在于看数量在单位时间内的变化。
3.联系与区别。
增长率与增长速率都与种群数量变化相关,两者的关系有点类似于高中物理中所学的速度与加速度的关系,增长率始终都是数值,而增长速率是一个比值。
二.J型曲线模型1.模型假设条件。
在理想的条件下,空间条件充裕,气候适宜,食物富足,没有任何天敌的情况下,种群个体数量在一定的时间内将以倍数的形式增长,设定增长倍数为a,而a在理想条件下为定值,保持不变。
在自然界中,一般不存在该种情况,可能会在种群迁入新环境的前期发生。
种群增长率与种群增长速率浅析作者:李红军来源:《新校园(下)》2015年第03期增长率和增长速率这两个概念虽然只有一字之差,内涵却完全不同。
然而在日常学习训练中,很多资料将增长率误认为增长速率,将两个定义混为一谈,这给学生的学习带来很多困扰。
现在我以“J型曲线”和“S型曲线”为例,分析增长率与增长速率的区别。
一、种群增长率1.概念种群增长率是指一定数量的个体在单位时间内新增加的个体数。
从这个定义中我们可以知道种群增长率是种群在单位时间内净增加的个体数占个体总数的比率(即出生率—死亡率)。
种群增长率没有单位,只是个比率,其计算公式为(M—N)/N×100%。
其中N为现有种群数量,M为一年后种群数量。
2.“J型曲线”的增长率3.“S型曲线”的增长率在以“S型曲线”增长的种群中,由于种群个体生活在有限的资源和空间中,随着种群数量的增加,种群增长的阻力也会随之增大,由此导致种群的出生率逐渐降低,死亡率逐渐增加,两者之间的差值(出生率—死亡率)越来越小,也就是说增长率是在逐渐减小的。
当种群出生率和死亡率相等时,增长率为0,此时种群数量达到最大值停止增加。
因此增长率曲线坐标图应为下图:二、种群增长速率1.概念种群增长速率是指单位时间内种群内个体增长的数量。
种群增长速率有单位,如个(株)/年。
其计算公式为(M—N)/1个/年(其中N为某种群现有数量,M为一年后该种群数量)。
2.“J型曲线”的增长速率由于一段时间内种群内个体基数不断增大,因此这段时间内净增加的个体数(用公式表示为:(N0λt-N0λ(t-1))不断增多,这个净增加量除以时间即为增长速率,因此“J型曲线”的增长速率是不断增大的。
“J型曲线”的增长速率曲线如下图:3.“S型曲线”的增长速率在以“S型曲线”增长的种群中,在前半部分(即种群增长的前半段时间)由于增长速率下降的幅度小于死亡率增加的幅度,所以种群增长速率不断增大,在种群数量为K/2时,增长率的下降幅度等于死亡率的增加幅度,增长速率达到最大值。
种群增长率与种群增长速率的区别种群增长率与种群增长速率的区别种群增长率与种群增长速率虽一字之差,但内涵完全不同。
增长率是指:单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数占个体总数的比例,其计算公式为:(本次总数-上次总数)/上次总数*100%=增长率。
如某种群现有数量为a,一年后,该种群数为b,那么该种群在当年的增长率为(b-a)/ a。
增长速率是指单位时间内增长的数量。
其计算公式为:(本次总数-上次总数)/ 时间=增长速率。
同样某种群现有数量为a,一年后,该种群数为b,其种群增长速率为:(b-a)/1年。
即增长率=出生率—死亡率。
故增长率不能等同于增长速率。
因此,“J”型曲线的增长率是不变的,而增长速率是逐渐变大的。
“S”型曲线的增长率是逐渐下降的,增长速率是先上升,后下降。
【问题解答】1.种群中“S”型曲线中,当种群的数量为K/2时,增长率最大。
这句话为什么不对?解答:这是因为“增长速率≠增长率”。
“K/2”时有一个拐点,此时“增长速率”最大,之后增长变慢。
“增长速率”是该曲线上“某点”的切线的斜率,斜率越大,增长速率就越大,且斜率最大时在“K/2”。
“增长率”不是一个点的问题,是某两端相比较。
不能把增长速率等同于增长率。
2.在“J”型曲线增长的种群中,增长速率是怎样变化的呢?解答:应该是逐渐增大。
增长速率是增长的数量除以时间。
在“J”型增长曲线中也就是曲线的斜率。
从课本图中可发现曲线的斜率在不断增大,而每年的增长率(λ)是不变的。
【典型例题】【例1】(2007全国理综Ⅰ)下列有关种群增长的S型曲线的叙述,错误的是A.通常自然界中的种群增长曲线最终呈S型B.达到k值时种群增长率为零C.种群增长受自身密度的影响D.种群的增长速度逐步降低【答案】 D【例2】(2005年山东)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型曲线,应该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.种群数量稳定 B.种群增长量最大C.种群数量最大 D.环境条件所允许的种群数量最大[解析]本题考查种群“S”型增长曲线的生物学意义。
种群增长率与种群增长速率的辨析摘要:种群增长率、增长速率是生态学重点考查的内容,但是当今中学生物教材没有明确的解析,在平常的教学和练习中,经常混为一谈,错误百出,作者从不同层面进行了辨析。
关键词:种群增长率种群增长速率时间种群数差种群增长率与种群增长速率虽一字之差,但内涵完全不同,在练习题甚至高考题中没有很好地区分开。
在中学生物教材中处理较模糊,不少教辅资料的解读或解析都存在偏差。
对此,从以下几方面进行辨析,以期学生全面理解种群增长率和增长速率。
一、从概念上辨析1.增长率:增长率是指单位数量群体在单位时间内种群数量变化率,即种群在单位时间内净增加的个体数占个体总数的比率。
计算公式:增长率=出生率-死亡率=出生数-死亡数)/(单位时间×单位数量)*100%。
如某种群现有数量为a,一年后,该种群数为b,那么该种群在当年的增长率为(b-a)/a*100%。
2.增长速率:增长速率是指种群在单位时间内变化的数量,计算公式:增长速率=(出生数-死亡数)/单位时间,即增长速率=(现有个体数-原有个体数)/增长时间。
上述例子,增长速率为(b-a)/1年。
增长率是个百分率,没有”单位”,而增长速率有“单位”,“个(株)/年、个(株)/月”。
增长率和增长速率没有大小上的相关性。
二、从数学模型上辨析1.与密度无关的种群离散增长模型2.与密度无关的种群连续增长模型3.与密度有关的种群连续增长模型(逻辑斯谛增长)三、从种群增长曲线上辨析曲线斜率的含义是指的是单位时间内增加的数量,因此,“j”型和“s”型两种增长曲线图像中的斜率都可表示增长速率。
在“j”型增长曲线中,每年的增长率不变(如图5);由于“j”型增长曲线的切线斜率是在不断增大,直至无穷,所以其增长速率也就不断增大(如图5)。
在“s”型增长曲线中,曲线的斜率变化规律是在最大值之前,种群增长速率逐渐增大,增大的过程遵循“慢→快→慢”的“s”型变化规律,在最大值之后,种群增长速率逐渐减小,减小的过程遵循“慢→快→慢”的反“s”型变化规律。
种群数量变化中的“率”和“速率”作者:刘正旺来源:《中学生物学》2018年第06期高中生物“种群的数量变化”涉及数学知识与生物学科知识的高度整合,对学生的综合素质有较高的要求,是教学的重点和难点。
该知识点也是一个高考的热点,不管是在各省高考题还是全国卷中都是一个高频考点。
其中,“率”和“速率”的问题在中学生物教学中存在很多区分不清的情况,这一点更是一线生物教师的争议点。
下面从高考真题出发,就“种群的数量变化”中的“种群增长率和种群增长速率”以及“出生率、死亡率和出生速率、死亡速率”进行一些辨析,以期与广大同行交流。
1高考例题分析1.1将种群增长率等同于种群增长速率[例1](2017·全国Ⅰ卷)假设某草原上散养的某种家畜种群呈S型增长,该种群的增长率随种群数量的变化趋势如图1所示。
若要持续尽可能多地收获该种家禽,则应在种群数量合适时开始捕获,下列四个种群数量中合适的是()A.甲点对应的种群数量B.乙点对应的种群数量C.丙点对应的种群数量D.丁点对应的种群数量答案:D。
解析:本题考查种群数量的“S”型增长模型。
学生需要将种群增长率的曲线转换为种群数量的增长曲线(“S”型曲线),种群增长率在种群数量达到K/2时达到最大值,由此可以判断甲乙丙丁4个种群对应的位置如图2所示。
而获得持续捕获量要求种群数量接近K/2且捕获后达到K/2,即种群数量略高于K/2,只有丁种群符合题目要求,答案选D。
该题在高考后引起了一线教师的广泛争议。
笔者认为,出题者就是用题目给的曲线代表种群增长率,并未对种群增长率和增长速率做严格的区分。
按照题干的情境,做出正确的判断并不存在分析上的障碍。
1.2将出生率、死亡率等同于出生速率、死亡速率[例2](2010·山东省高考)如图3表示出生率、死亡率和种群密度的关系,据此分析得出的正确表述是()A.在K/2时控制有害动物最有效B.图示规律可作为控制人口增长的依据C.该图可用于实践中估算种群最大净补充量D.在K/2时捕捞鱼类最易得到最大日捕获量答案:C。
议一议种群增长率和增长速率【摘要】研究种群数量增长时,涉及到两个非常重要的概念,即增长率和增长速率,本文针对这两个概念再进行讨论一下,以供同行参考。
【关键词】增长率;增长速率【中图分类号】g623.58【文章标识码】c 【文章编号】1326-3587(2011)11-0020-02关于增长率和增长速率的争论,从来就没有停止过,很多资料说法不一,就连高考题中,也把它们混为一谈,给广大教师及考生带来不便,下面针对这两个概念笔者谈谈自己的看法。
一、两个概念的定义种群增长速率是指种群在单位时间内的增长量,而增长率是指在单位时间内单位数量上的增长量,也就是出生率减去死亡率。
不妨设种群在t1时数量为n1,在t2时数量为n2,则t1→t2这段时间内种群的增长速率为(n2﹣n1)/(t2﹣t1),种群的增长率为(n2﹣n1)/〔n1(t2﹣t1)〕,很明显两者的关系是:增长速率除以增长前的种群数量就是增长率。
二、几种种群增长理论模型下的增长率与增长速率1、种群的指数增长。
在无限环境(环境中的空间、食物等资源是无限的)或近似无限环境条件下,一些种群的数量按指数增长,其增长曲线像”j”型,也叫“j”型增长。
指数增长又分为世代分离种群的指数增长和世代重叠种群的指数增长。
1.1 世代分离种群的指数增长。
如果所研究的种群为世代不重叠的生物,即一个世代只生殖一次,那么有公式nt =n0λt式中:n0为该种群的起始数量,是个定值;t为世代,是个变量;λ为世代的净繁殖率,是个定值;nt为t世代种群大小,是个随t 变化而变化的变量。
种群的增长速率等于(nt+1-nt)/〔t+1)-t〕= n0λt+1-n0λt = n0λt(λ-1),而种群增长率等于增长速率除以增长前的种群数量,即n0λt(λ-1)/ n0λt =λ-1。
很明显种群的增长速率随t的增大而增大,但增长率是不变的。
1.2 世代重叠种群的指数增长。
大多数种群的繁殖都要延续一段时间并且有世代重叠,就是说在任何时候,种群中都存在不同年龄的个体。
种群的增长率和增长速率有什么区别?在教学过程中,涉及到种群数量变化的“J”型曲线和“S”型曲线中有关增长率和增长速率的问题,有些老师讲不清楚,学生也感到困惑。
那么增长率和增长速率到底是怎么一回事?我谈下自己的一些看法。
一、两个概念之间的比较1、种群增长率是指单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数,计算公式:种群增长率=(Nt2-Nt1)/Nt1。
如某种群现有数量为a,一年后,该种群数量为b,那么该种群在当年的增长率为(b-a)/a,设一年后出生的个体数为c,死亡的个体数为d,则b=a+c-d,增长率=(b-a)/a=(a+c-d-a)/a=c/a-d/a,根据出生率和死亡率的概念,c/a,d/a分别为出生率和死亡率,即增长率=出生率-死亡率。
2种群增长速率是指单位时间内新增加的个体数,计算公式:种群增长速率==(Nt2-Nt1)/t2-t1。
同样,如果某种群现有数量为a,一年后,该种群数量为b,其种群增长速率为:(b-a)/年。
由此可知,增长速率≠增长率。
二、对两种曲线的理解1、种群增长的“J”型曲线—指数级增长(1)环境条件:没有任何限制因素。
在这种条件下,影响种群数目变动的因素只有自然出生率和死亡率,由于环境能提供足够的充裕的生活条件(这种条件的环境在自然界几乎不存在),种群内不同个体的生理寿命长,因而出生率远大于死亡率,其种群数目连续增长而没有下降。
(2)“J”型数量增长的两种情况A、实验室条件下;B、当一种种群刚迁入一个新的适宜环境时。
(3)种群数量的变化表达式数学表达式:Nt=N0λt2、种群增长的“S”型曲线(1)产生的原因:在自然界中,食物有限,空间有限,又存在该种生物的天敌,还有疾病,自然灾害等,也就是是所谓的“环境阻力”,这些因素的存在都会使一个自然的种群不可能按“J”型曲线增长,(2)环境容纳量——K值一定空间中所能维持的种群的最大数量称为K值。
当种群数量达到环境条件所允许的最大值时,种群数量将停止增长,并维持在K值范围附近。
种群增长率与种群增长速率有何区别
(1)种群增长率是指单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数,
计算公式:种群增长率=(N t-N t-1)/N t-1。
(2)种群增长速率是指单位时间内新增加的个体数,
计算公式:种群增长速率==(Nt-Nt-1)/t-(t-1).
(3)种群增长率=出生率-死亡率。
在有限的环境中,随着种群数量的增加,导致环境阻力增加,出生率会逐渐减小,而死亡率逐渐增加,可见种群增长率一直减小。
(4)种群增长速率即过S型曲线某点所作切线的斜率,很明显它是先增大后减小。
另外,可列出以种群数量为自变量的种群增长速率方程式:种群增长速率=rN(1-N/k),它是一个一元二次方程,曲线的开口向下,中轴线为N=k/2,分析曲线走向同样可得出种群增长速率先增大后减小的结论。
其实,在实际调查过程中,造成误差的原因更多,请分析以下因素造成的误差是偏大还是偏小?
①标志物易脱落
②标志物影响动物的活动,导致更容易被捉到
③标志物过于醒目,该动物天敌容易发现
④使用诱捕法捕捉动物,会使动物变得狡猾,不易再次捕捉
答案:①偏大;②偏小;③偏大;④偏大。
标志重捕法注意事项
1、标志个体与未标志个体在重捕时的概率相等
2、标志物和标志方法必须对动物的身体不产生伤害
3、标志不能过分醒目,以防改变与捕食者之间的关系
4、标志符号必须能够维持一定时间,在调查研究期间不能消失
5、调查期间没有大规模迁出和迁入,没有外界因素的强烈干扰
若某一种群年初时的个体数为100,年末时为110,其中新生个体数为20,死亡个体数为10,则该种群的出生率和死亡率分别是多少?。
③当反应达到平衡时ꎬX气体被消耗0.05Vꎻ④当反应达到平衡时ꎬY气体被消耗0.05V.A.②③㊀B.②④㊀C.①③㊀D.①④解析㊀首先ꎬ教师们可以引导学生们根据题意ꎬ列出相应反应关系式:X(g)+3Y(g) 2Z(g)㊀ΔV起始量/L1302变化量/L0.05V0.15V0.1V0.1V根据差量法对题目以及化学反应式进行分析可以知道气体X在反应的过程中被消耗了0.05Vꎬ即③正确.同时ꎬ也可以知晓当反应达到平衡状态时ꎬ气体的体积减少了0.1V.从而可以知道反应前的混合气体体积为V+0.1V=1.1V.故②正确.故该题目答案选A.㊀㊀三㊁守恒法守恒法是化学解题过程中较为常用的方法ꎬ主要根据个数守恒㊁电子个数守恒㊁质量守恒㊁浓度守恒㊁物质的量等对物质进行化学反应的某一特定的量保持不变或成比例进行列式计算并求解.守恒法的运用能够有效省去复杂的计算过程ꎬ提高学生化学解题的能力.例3㊀有amolN2和bmolH2进行反应并达到平衡时ꎬ生成了cmol的NH3ꎬ请问当反应达到平衡后ꎬ混合气体中氨(NH3)的质量分数为多少?解析㊀在该例题的求解中ꎬ运用质量守恒的定理进行求解可以知道平衡时混合气体的质量等于起始N2和H2的质量之和为(28a+2b)g.进而根据题意的关系式为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ꎬ从而可以得到w(NH3)=17c28a+2bˑ100%.除了质量守恒外ꎬ教师们还可以在课堂中指导学生们运用物料守恒㊁电子守恒㊁电荷守恒对相应的题目进行求解.总之ꎬ平衡计算题的解题技巧有很多ꎬ除了三步法㊁差量法㊁守恒法以外ꎬ教师们也可以教授学生们估算法㊁赋值法㊁极端假设法等多种解题方法ꎬ帮助学生掌握解题的技巧ꎬ促使学生们能够提升相应的解题能力ꎬ从而使得学生们能够在类似题型中能够灵活运用这些方法.㊀㊀参考文献:[1]罗孟军.高中化学等效平衡探究[J].高中数理化ꎬ2017(10):51-52.[2]王宏斌.高中化学中对化学平衡的巧用探究[J].考试周刊ꎬ2019(44):27.[责任编辑:季春阳]种群增长曲线中增长率和增长速率的辨析刘㊀松(广东省珠海市实验中学金湾学校㊀519000)摘㊀要:对中学生物的种群增长曲线中增长率和增长速率的概念进行了分析.关键词:增长率ꎻ增长速率ꎻ曲线ꎻ高中生物中图分类号:G632㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1008-0333(2020)28-0104-02收稿日期:2020-07-05作者简介:刘松(1985.10-)ꎬ男ꎬ安徽省凤台人ꎬ本科ꎬ中学一级教师ꎬ从事高中生物教学研究.㊀㊀在高中生物教学中在种群增长曲线的教学是一个重难点ꎬ现存教辅资料中多将增长率和增长速率混为一谈ꎬ尤其是2017年新课标全国Ⅰ卷第5题的出现使得该争议更加频繁出现.现尝试对上述概念进行辨析ꎬ为教学提供建议.㊀㊀一㊁明晰概念增长率:种群在单位时间内单位个体净增加的个体数ꎬ即:(Nt+1-Nt)/(NtˑΔt)ꎻ增长速率:种群在单位时间内增加的个体数ꎬ即:(Nt+1-Nt)/Δtꎻ部分资料书认为增长率就是个百分值ꎬ在此教师可以通过银行存款年利率和月利率的对比来加以解释ꎬ学生便很好理解增长率的分母中需要考量时间因素.通过比较易知:增长速率=增长率ˑNt.401㊀㊀二㊁种群在资源无限条件下的增长在食物㊁空间无限的条件下大多数生物可以连续生殖ꎬ存在世代重叠且没有特定的生殖期ꎬ此情况下ꎬ种群数量动态变化可用下列微分方程表示:dNdt=(b-d)N=rN其积分式为Nt=N0ert其中b和d分别代表种群中个体的瞬时出生率㊁死亡率ꎬN代表种群数量.在理想条件下种群瞬时增长率等于出生率减去死亡率ꎬ即r.r与λ的关系为:λ=er当λ>1ꎬ则r>0ꎬ种群数量上升ꎻ当λ=1ꎬ则r=0ꎬ种群数量稳定ꎻ当λ<1ꎬ则r<0ꎬ种群数量下降.此时种群的增长速率为dNdt=rN增长率为1NdNdt=r即:在J型曲线中增长率为定值ꎻ增长速率逐渐增大.㊀㊀㊀三㊁种群在资源有限条件下的增长因自然界食物和空间等总是有限的ꎬ随着种群密度增大ꎬ生存斗争加剧ꎬb减小㊁d增大ꎬ即r值会随着种群密度的增大而减小ꎬ直至稳定下来ꎬ种群增长曲线大致呈S型ꎬ也就是经典的逻辑斯蒂曲线(经典S型曲线).该曲线假设环境条件对种群增长的阻滞作用随着种群密度的增加而按比例增加且存在环境容纳量K值.种群增长曲线微分方程修正为:dNdt=rN(K-NK).其中K-NK就是逻辑斯谛系数ꎬ易知:增长速率dNdt同时受到N㊁K共同影响ꎬ先增大后减小ꎬ增长率为1NdNdt=r(K-NK)ꎬ逐渐减小.㊀㊀四㊁种群的最低起始密度经典S型曲线成立的前提是在种群密度最低时种群增长率最大.事实上ꎬ一定的种群密度对于有效寻找配偶和逃离敌害都是必要的ꎬ有些生物在种群密度很低时ꎬ种群数量不断下降ꎬ且会因增长率的下降走向灭绝(阿利氏效应).为改进经典S型曲线ꎬ将M(种群增长所必需的起始密度)引入上述方程之中ꎬ使方程进一步修正为dNdt=rN(K-NK)(N-MN)分析可知:当N<M时ꎬ新系数[(N-M)/N]是负值ꎬ种群下降ꎻ只有当N>M时ꎬ[(N-M)/N]是正值ꎬ种群才能上升.此时增长率为1NdNdt=r(K-NK)(N-MN)绘制曲线如图:当K=580和r=0.18时ꎬ具有最小起始密度(M=80)的种群的增长率高考原题㊀假设某草原上散养的某种家畜种群呈S型增长ꎬ该种群的增长率随种群数量的变化趋势如图所示.若要持续尽可能多地收获该种家禽ꎬ则应在种群数量合适时开始捕获ꎬ下列四个种群数量中合适的是.上述高考题为在真实情境下的种群增长曲线ꎬ该种群存在最小起始密度和K值ꎬ种群增长率先增大后减小.本题为结合 S 型曲线的转换图来考查种群的数量变化ꎬ主要考查学生的图形转换能力和综合运用能力.根据题图ꎬ种群数量约为K/2时ꎬ种群增长率最大ꎬ种群有最大持续产量.与甲㊁乙㊁丙点相比ꎬ在丁点时捕获ꎬ捕获后种群处于最大增长率附近ꎬ可以达到预期目的.在后期教学中ꎬ对于类似真实情境的题目ꎬ应该引导学生根据已有知识和题干信息进行综合分析而不是纠结于题目中不熟悉的知识点ꎬ这样才能更好理解高考命题者的命题意图.㊀㊀参考文献:[1]尚玉昌.普通生态系:第三版[M].北京:北京大学出版社ꎬ2010.[责任编辑:季春阳]。