周泉
摘要 種群增長率是高中階段分析種群數量變化的重要參數,以2017年高考生物新課標卷I第5題為例,聯系常見解析及文獻資料的釋疑,提出有關種群增長率的兩點疑問。通過設定種群增長率隨時間的變化模型,反向分析種群數量的變化,獲得種群增長率種群數量關系曲線并對疑問做出解答。
關鍵詞 種群增長率種群數量變化反向分析
中圖分類號 Q-49
文獻標志碼 E
1 2017年高考生物新課標卷I第5題的分析與思考
原題:假設某草原上散養的某種家畜種群呈“S”型增長,該種群的增長率隨種群數量的變化趨勢如圖所示。若要持續盡可能多地收獲該種家禽,則應在種群數量合適時開始捕獲,下列四個種群數量中合適的是( )
A.甲點對應的種群數量
B.乙點對應的種群數量
C.丙點對應的種群數量
D.丁點對應的種群數量
參考答案:D。
分析:由題圖所示種群增長率與種群數量的關系曲線可知,該家畜種群的數量增長方式為“S”型,具有K值,則應在種群數量超過K/2時開始捕獲,即種群數量為丁點對應值。
針對原題及其常見解析:
教師普遍存在的質疑是:由題圖是否能得出該家畜種群的數量為“S”型增長?在《對2017年高考生物新課標卷I第5題示意圖的釋疑》一文中,白榮宣對題圖的科學性進行了肯定,認為該家畜種群具有阿利氏效應,強調“當種群數量Ⅳ小于種群增長所必須的起始密度M時,種群增長率r為負值,種群數量下降”。該文主觀引入起始密度M,提出改進的邏輯斯諦方程,略缺乏說服力。
思考:聯系原題解析及釋疑,筆者對于種群增長率仍存有疑問,可總結歸納為以下兩點:
①“S”型增長種群的種群增長率是先增后減還是不斷減???
②丁點對應的種群數量值可表示超過K/2的值嗎?
在考慮“S”型增長種群的種群增長率時,因難以根據種群數量的變化對種群增長率的變化情況進行定量分析,故有關“種群增長率”的問題往往會引發爭議。在此,筆者將通過反向論證,對種群增長率與種群數量的關系進行定量分析,從而對上述兩點疑問作出解答。
2 由種群增長率分析種群數量變化
種群增長率是由種群的出生率和死亡率相減得到,用r來表示。生態學家將種群增長率r表示為:r=InRo/T。其中,T為世代時間,指種群中子代從母體出生到子代再產子的平均時間;Ro為世代的凈增值率,由存活率lx與生殖率mx相乘并累加獲得。在高中階段,種群增長率是分析種群數量變化的相關因素,未用于種間的數量變化比較,僅以時間為單位,考慮種群數量的增加部分占初始數量的比例,即r=(Nt-Nt-1)/Nt-1。當r>0,種群數量上升;當r=0,種群數量穩定;當r<0,種群數量下降。
由種群增長率反向分析種群數量變化時,將僅考慮種群增長率大于或等于0時,種群增長率與種群數量的關系。筆者的分析思路是:
①構建隨時間變化的種群增長率模型;
②根據種群增長率的變化情況,獲取種群增長曲線;
③由所得種群增長曲線對種群增長率變化情況進行歸納。此外,在已知種群增長率的基礎上,獲取種群數量增長曲線時,筆者采用的種群數量變化模型是高中階段通用的簡化模型,即見表1。
在構建種群增長率模型時,表1中展示了種群增長率隨時間變化的五種典型情況:
①逐漸增大;②先減后增;③恒定不變;④先增后減;⑤逐漸減小。
設定種群起始數量No為1,在已知種群增長率r的情況下,計算出各年份相應的種群數量值,進而運用Excel工具可分別獲得五種典型情況下,種群數量隨時間的變化曲線(表2)。同時,根據原題分析的需要,還可獲得種群增長率隨種群數量的變化曲線(表2)。此外,對種群數量的計算從第一年開始,即第0年種群增長率皆未用于計算。
3 總結與反思
通過對種群數量變化進行反向分析,比較表2中五種情況下的時間一種群數量關系圖,可對前文所提疑問①作出解答,即“‘S型增長種群的種群增長率既可以是先增后減也可以是不斷減小”。針對前文所提疑問②,由表2中情況③對應的種群數量一增長率關系圖可知,對于種群增長率先增后減的種群,當種群增長率達到最大值時,種群數量常小于K/2。原題圖中橫坐標軸并未標明具體數值,故僅可判定“只有丙點對應的種群數量值可能是大于K/2的值”。
綜上所述,筆者認為原題的設定不存在科學性問題,但嚴謹性不足。此外,在由種群增長率反向分析種群數量的變化時,筆者對種群增長率變化情況的設定、種群數量的計算進行了簡化,未能做到全面概述,僅提供反向分析的思路。
參考文獻:
[1] 白榮宣.對2017年高考生物新課標卷I第5題示意圖的釋疑[J].生物學教學,2017,42(10):76-77.
[2]劉翠娟,婁安如等.基礎生態學(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2007:75-76.