在高中生物教材中,種群增長曲線是一個重要的知識點。在種群增長曲線中,增長率不等於曲線的斜率,只有增長速率才可等於曲線的斜率。“J”型增長曲線的增長率不變,但其增長速率(等於曲線的斜率)卻逐漸增大。而呈“S”型增長曲線的種群增長率是先增後減的,且其增長速率(同於曲線斜率)也是先增後減的。
S型曲線
雖然物種具有巨大的增長潛力,但在自然界中,種群卻不能無限制地增長。因為隨著種群數量的增長,環境的制約因素的作用也在增大,環境中制約種群增長的因素稱為環境阻力。它包括同種個體之間對食物和空間的競爭加劇、疾病蔓延、捕食者因捕食對象的增多而增多等,從而導致殘廢率增長、出生率降低,最終趨向平衡。因此,在自然環境中,種群的增長曲線是一個“S”型曲線(也稱為邏輯斯蒂曲線)。種群達到環境所能負擔的最大值,稱為環境的滿載量或負載能力,用“K”表示(如圖1)。那么,種群為什麼不能無限增長而保持在相對穩定的水平?根據對很多生物種群在有限食物和有限空間條件下數量動態的研究,種群在開始時增長比較緩慢,以後逐漸加快,當種群數量達到環境所允許的最大數量的一半時,增長速度最快,但是種群所需要的資源 (食物、空間等)是有限的,隨著資源的枯竭,環境阻力將隨著種群的增長而成正比例增加,種群增長速度逐漸緩慢下來,直到停止增長,此外,種群內部的相互關係和其他一些環境因素,如氣候、食物、空間、營巢地、天敵、疾病、種間競爭等環境阻力都會抑制種群數量無限增長。當種群增加到“K”值,會因為食物不足、空間有限、天敵增加等因素而使種群數量逐漸降低,降到基準線以下,又會因空間、食物的充裕而數量上升,所以,種群的數量會在一定範圍內(基準線上下)波動,保持在一個相對恆定的水平上(如圖2)。K值的套用 種數數量在達到K/2時(如圖3中的A點),種群數量幾乎呈直線上升,這一時期稱指數生長期,A點是影響種群數量的關鍵點。該值可直接用於解釋文中有關“種群數量變化的意義”中的幾個實例問題。實例
實例:研究種群數量變化的規律,有利於對野生生物資源的合理利用和保護。
釋義:一般野生動植物種群的數量控制在環境容納量的一半,即K/2值時,此時種群增長速度最快,可提供的資源數量也最多,而又不影響資源的再生,當種群數量大於K/2值,種群增長的速度將開始下降。所以在開發動植物資源時,種群數大於K/2值時就可以獵取一定數量的該生物資源,而且獲得的量最大,當過程獵取導致種群數量小於K/2值時,種群增長的速度將會減慢,獲取的資源數量將減少,而且還會影響資源的再生。
知識拓展
種群變化規律,對於控制世界人口增長,解決環境危機同樣具有重要的指導意義。人類目前面臨的生存危機,其根源就在於人口種群的急速增長與有限的環境資源之間的矛盾。世界人口長期以來呈指數增長趨勢,主要是由於人類能夠不斷的開發新能源,並通過工業革命、農業革命等手段,適當地提高了自然界對人類的最大負荷量(K值)。但環境資源畢竟有限,假如人口數量增加到K值,將會引起生物圈的崩潰,後果不堪構想。所以科學的控制人口增長率,是解決環境問題的根本措施。