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高考生物二輪復習專題專練
(24)　種群“J”形和“S” 形增長模型的分析及應用
從“高度”上研究高考
[典例]　(2022·山東高考)一個繁殖周期后的種群數量可表示為該種群的補充量。某實驗水域中定期投入適量的飼料，其他因素穩定。圖中曲線Ⅰ表示該實驗水域中某種水生動物的親體數量與補充量的關系，曲線Ⅱ表示親體數量與補充量相等。下列說法正確的是(　 )
A．親體數量約為1 000個時，可獲得最大持續捕撈量
B．親體數量約為500個時，單位時間內增加的數量最多
C．親體數量大于1 000個時，補充量與親體數量相等，種群達到穩定狀態
D．飼料是影響該種群數量變化的非密度制約因素
[解析]　親體數量約為1 000個時，該種群的補充量等于親體數量，即出生率等于死亡率，是K值，根據種群的增長速率變化可知，捕撈后種群數量處于K/2時獲得最大持續捕撈量，A錯誤；種群數量處于K/2時單位時間內增加的數量最多，即親體數量約為500個時，單位時間內增加的數量最多，B正確；由圖可知，親體數量等于1 000個時，補充量與親體數量已經相等，種群達到穩定狀態，C錯誤；一般來說，食物和天敵等生物因素對種群數量的作用強度與該種群的密度是相關的，這些因素稱為密度制約因素，飼料是影響該種群數量變化的密度制約因素，D錯誤。
[答案]　B
從“深度”上提升知能
1．坐標模型中K值確認與λ值變動分析
(1)K值確認：K值即一定的環境條件所能維持的種群最大數量。實際環境中種群數量往往在K值上下波動，如圖所示：
(2)λ值變動分析：“λ”表示種群數量每年以一定的倍數增長，第二年的數量為第一年的λ倍。由此，若λ＝1，則種群數量不變(穩定)；若λ>1，則種群數量增長；λ>1且恒定時種群數量呈“J”形增長；若λ<1，則種群數量下降。如下圖所示：
2．“S”形曲線中K值的變化
分析：(1)K值不是一成不變的：K值會隨著環境的改變而發生變化，當環境遭到破壞時，K值可能會下降；當環境條件狀況改善時，K值可能會上升。 (2)在環境條件穩定、K值一定的情況下，種群數量也不是一成不變的：會在K值附近上下波動。當種群數量偏離K值時，會通過負反饋調節使種群數量回到K值。 (3)K值并不是種群數量的最大值：K值是環境容納量，種群數量所達到的最大值有時會超過K值，但這個值存在的時間很短，因為在一定的環境條件下不能維持該值
　　3.三種類型的“S”形曲線
分析：(1)t1之前，種群數量小于K/2，由于資源和空間相對充裕，種群數量增長較快；當種群數量為K/2時，出生率遠大于死亡率，種群增長速率達到最大值。 (2)t1～t2，由于資源和空間有限，當種群密度增大時，種內競爭加劇，天敵數量增加，種群增長速率下降。 (3)t2時，種群數量達到K值，此時出生率等于死亡率，種群增長速率為0
從“寬度”上拓展訓練
1.(2021·廣東高考)如圖所示為某“S”形增長種群的出生率和死亡率與種群數量的關系。當種群達到環境容納量(K值)時，其對應的種群數量是(　 )
A．a B．b C．c D．d
解析：選B　在b點時，出生率等于死亡率，種群數量不再增加，表示該種群數量已達到環境容納量(K值)。
2．(2022·洛陽一模)如圖是某草原生態系統中，甲、乙兩個種群數量變化的動態模型。下列敘述錯誤的是(　 )
A．乙進入早期，其種群數量增長大致呈“J”形曲線
B．圖中a點的縱坐標值代表乙種群的環境容納量
C．該生態系統的相對穩定與甲和乙之間的負反饋調節有關
D．甲和乙之間的信息傳遞往往是雙向的
解析：選B　乙是捕食者，乙進入早期，缺乏天敵且生存壓力小，其種群數量增長大致呈“J”形曲線，A正確；圖中a點的縱坐標值是一定時間內的乙種群的最大數量，但是環境不能維持該數量，故a點的縱坐標值不是環境容納量，B錯誤；分析題圖可知，初始時，乙的數量增加，甲的數量不斷降低，但低到一定限度又反過來抑制乙的增加，乙的數量減少，最終二者數量趨于穩定，說明二者之間存在負反饋調節，負反饋調節是生態系統的自我調節能力的基礎，可以維持生態系統的穩定，C正確；在生物和生物之間信息傳遞往往是雙向進行，甲被捕食者和乙捕食者之間的信息傳遞往往是雙向的，D正確。
3．(2022·全國甲卷)在魚池中投放了一批某種魚苗，一段時間內該魚的種群數量、個體重量和種群總重量隨時間的變化趨勢如圖所示。若在此期間魚沒有進行繁殖，則圖中表示種群數量、個體重量、種群總重量的曲線分別是(　 )
A．甲、丙、乙 B．乙、甲、丙
C．丙、甲、乙 D．丙、乙、甲
解析：選D　分析題圖可知，隨著時間變化，甲曲線先增加后減少，乙曲線呈“S”形，丙曲線下降，在池塘中投放一批魚苗后，由于一段時間內魚沒有進行繁殖，而且一部分魚苗由于不適應環境而死亡，故種群數量下降，如曲線丙；存活的個體重量增加，如曲線乙，種群總重量先增加后由于捕撈而減少，如曲線甲。綜上可知，D正確。
4.(2021·山東高考，改編)種群增長率是出生率與死亡率之差，若某種水蚤種群密度與種群增長率的關系如圖所示。下列相關說法正確的是(　 )
A．水蚤的出生率隨種群密度增加而降低
B．水蚤種群密度為 1 個/cm3時，種群數量增長最快
C．單位時間內水蚤種群的增加量隨種群密度的增加而降低
D．若在水蚤種群密度為 32 個/cm3時進行培養，其種群的增長率會為正值
解析：選A　隨著種群密度的增加，種內競爭加劇，由于資源和空間是有限的，所以出生率降低，A正確；水蚤種群密度為 1 個/cm3 時，種群增長率最大，但由于個體數量少，所以此時不是種群數量增長最快的時刻，B錯誤；單位時間內水蚤種群的增加量隨種群密度的增加不一定降低，如當種群密度為1 個/cm3 ，種群增長率約為30%，增加量為0.3，而當種群密度為8 個/cm3時，增長率大約為20%，增加量為1.6，C錯誤；從圖中看出當種群密度達到24 個/cm3時，種群增長率為0，說明其數量達到最大，可以推測當種群密度為 32 個/cm3 時，種內競爭進一步加劇，出生率將小于死亡率，增長率為負值，D錯誤。
[微課微練·一點一評]
一、選擇題
1．(2022·海口模擬)圖1、2為種群數量變化曲線圖，下列相關分析正確的是(　 )
A．野生動物保護的最佳效果是種群數量發生圖1中③到①的變化
B．圖2中三條曲線對應環境的優越程度的大小關系是②＞①＞③
C．漁業捕撈后該種群的數量要維持在圖1中P點對應的種群數量
D．有害動物防治就是使其種群數量發生圖2的②到③的變化直至為0
解析：選C　野生動物保護的最佳效果是提高種群的K值，即實現種群數量發生圖1中③到②的變化，A錯誤；圖2中①曲線的種群數量呈“J”形增長，環境最優越，而③曲線的種群數量最少，故圖2中三條曲線對應環境的優越程度的大小關系是①＞②＞③，B錯誤；漁業捕撈后種群的數量要維持在K/2，即圖1中P點對應的種群數量，因為此時種群增長速率最大，有利于種群的恢復，C正確；有害動物防治的最終目的是使種群K值降低，而不是降為0，這樣不利于生物多樣性的保護，D錯誤。
2．如圖表示一生態系統中某植食性動物種群的個體數量變化。不考慮該系統內個體的遷移，下列有關該種群數量變化的說法，錯誤的是(　 )
A．a時間前該種群的環境容納量為K1
B．若在b點時出生率提高，該種群數量也不會大幅度超過K1
C．天敵大量捕食可使該種群數量出現a時間后的變化
D．年齡結構變化會導致該種群數量的波動
解析：選A　結合圖示可以看出，a時間前該種群的種群數量圍繞K2波動，因此該種群的環境容納量為K2，A錯誤；由圖示可知，a時間前該種群的環境容納量為K2，因此，即使在b點時出生率提高，由于受到了資源和空間等的制約，該種群數量也不會大幅度超過K1，B正確；天敵大量捕食會使該種群的K值降低，即出現a時間后的變化，C正確；年齡結構不僅影響出生率，還會影響死亡率，而出生率和死亡率是決定種群數量變化的因素，因此年齡結構的變化會導致該種群數量的波動，D正確。
3.
種群增長率為現有個體數與原有個體數的差值占原有個體數的比率。如圖為某草原上一段時間內兔子種群死亡率和出生率比值的變化曲線圖，下列敘述正確的是(　 )
A．圖中d點和f點時的種群自然增長率相等
B．b點年齡結構為增長型，be段種群數量先增加后減少，c點達到最大值
C．死亡率是指單位時間內種群減少的個體數占種群個體總數的比率
D．死亡率和出生率是影響種群數量變化的直接因素，也是種群最基本的數量特征
解析：選B　圖中d點和f點兔子種群的死亡率與出生率比值相等，但由于種群數量不相同，所以種群自然增長率不一定相等，A錯誤；b點時死亡率和出生率的比值小于1，出生率大于死亡率，種群數量增加，年齡結構為增長型，c點之后死亡率和出生率的比值大于1，種群數量下降，即bc段種群數量逐漸增加，ce段種群數量逐漸減少，c點達到最大值，B正確；死亡率是指種群在單位時間內死亡的個體數目占該種群個體總數的比值，C錯誤；死亡率和出生率是影響種群數量變化的直接因素，而種群最基本的數量特征是種群密度，D錯誤。
4.
某種群的數量呈“S”形增長，它的環境容納量(K值)為200，該種群的(K－種群數量)/K隨種群數量變化的曲線如圖。下列分析不合理的是(　 )
A．該種群出生率和死亡率的差值在種群數量達到200時約等于0
B．在S1點時，不存在影響種群增長的環境阻力
C．在S2點和S4點時，種群的年齡結構均為增長型
D．為獲得最大的持續捕獲量，應在種群數量高于S3點時捕獲
解析：選B　該種群的K值為200，當種群數量達到200時，種群數量會穩定在一定水平，此時出生率和死亡率大致相等，A正確；該種群數量呈“S”形增長，環境阻力始終存在，B錯誤；在S2點和S4點時，種群的增長速率＞0，年齡結構均為增長型，C正確；漁業捕撈應在種群數量高于S3點時進行，捕撈后需控制剩余量在S3點，即K/2時，此時種群增長速率最快，利于獲得最大的持續捕獲量，D正確。
二、非選擇題
5．研究人員從物種適應性出發，認為物種總是面對兩個相互對立的進化途徑，各自只能擇其一才能在競爭中生存下來：一種是高生育力但無親代撫育(r選擇)：一種是低生育力但有親代撫育(K選擇)。有人用圖解(如圖)表述了它們的區別，圖中橫坐標為某物種在時間t的個體數量Nt，縱坐標為時間t＋1的個體數量(Nt＋1)，虛線表示Nt＋1/Nt＝1。回答下列問題：
(1)在自然界，當一種生物遷入一個條件適宜的新分布地時，初始階段一般會出現較快增長，但由于____________________總是有限的，當種群密度增大時，__________就會加劇，這就會使種群的出生率降低，死亡率升高。K選擇物種對種群數量調節的機制稱為________________。
(2)K選擇曲線與虛線有兩個交點(X和S)，S處的兩個收斂箭頭表示個體數量高于或低于S點時，都要趨向于S，故該點可視為種群的____________。X處的兩個發散箭頭表示個體數量高于X時還可回升到S，但低于X時，則必然走向滅亡。據此解釋目前地球上很多珍稀動物瀕臨滅絕的原因：______________________________________________。
(3)r選擇物種的種群死亡率主要是由環境變化引起的；K選擇物種的種群死亡率主要是由密度制約因素引起。由此推測：細菌、昆蟲及小型的哺乳動物如鼠類等，屬于________選擇物種。對于r選擇物種來說，生物防治手段如天敵因素對控制種群數量所起的作用是________(填“顯著”或“不顯著”)的。
解析：(1)自然條件下，新遷入適宜分布地的物種，初始階段由于資源相對充裕，會出現較快增長，但隨著種群密度的增大，對資源空間的競爭加大，由于資源空間有限，就會因種內競爭導致出生率降低，死亡率升高。由圖可以看出，K選擇物種是典型的“S”形增長，對種群的數量調節機制為負反饋調節。(2)由圖可知，K選擇物種種群數量呈“S”形曲線增長，其種群數量高于或低于S點時，都會趨向該平衡點，因此種群通常能穩定在一定數量水平上，即環境所能容納的該種群的最大值，稱為環境容納量。只有K選擇有X點，瀕危動物會走向滅絕，說明其屬于K選擇物種，生育力低，但有親代撫育，當種群數量一旦低于X，就不可能再恢復，從而種群數量不可避免地繼續下降，直到滅亡。(3)細菌、昆蟲及小型的哺乳動物如鼠類等主要由環境變化影響種群的死亡率，故屬于r選擇物種。對于r選擇物種來說，生物防治手段不能影響環境因素，對控制其種群數量所起的作用不顯著。
答案：(1)資源和空間等環境條件　種內競爭　負反饋調節　(2)環境容納量　瀕危動物屬于K選擇物種，生育力低，當種群數量一旦低于X，就不可能再恢復，從而種群數量不可避免地繼續下降，直到滅亡　(3)r　不顯著

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