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种群

AP 环境科学 · 知识点 3

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7:45

种群

1944年,二十九只驯鹿被释放到一个岛上。没有捕食者,地面长满了厚厚的苔藓。不到二十年,就有……

英语旁白 · 英中内嵌字幕

3.1

广适性物种与特化物种

教学大纲

持久性理解 (ERT-3): 种群会因多种因素随时间发生变化。

学习目标 ERT-3.A: 识别泛化种与特化种之间的差异。

  • ERT-3.A.1 特化种往往在保持恒定的栖息地中占据优势,而泛化种往往在变化的栖息地中占据优势。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

A generalist 广适性物种 can live in many habitats 栖息地 and eat many foods (raccoon, cockroach) – flexible, so it copes well with change. A specialist 狭适性物种 needs specific conditions or foods (panda, koala) – efficient in a stable habitat but very vulnerable 脆弱的 if that habitat changes.

Generalists have broad niches; specialists have narrow niches and are more vulnerable
Generalists have broad niches; specialists have narrow niches and are more vulnerable
探索

广适性还是特化?

按照每个物种使用广泛的资源(广适性)还是狭窄的资源(特化),给它们分类。

词汇 训练
English 中文 拼音
generalist/ˈdʒenərəlɪst/ 广适性物种 guǎng shì xìng wù zhǒng
habitats/ˈhæbɪtæts/ 栖息地 qī xī dì
specialist/ˈspeʃəlɪst/ 狭适性物种 xiá shì xìng wù zhǒng
vulnerable 脆弱的 cuì ruò de
3.2

K对策物种与r对策物种

教学大纲

持久理解(ERT-3): 种群会因多种因素随时间发生变化。

学习目标 ERT-3.B: 识别K-选择和r-选择物种之间的差异。

  • ERT-3.B.1 K-选择物种通常体型较大,每次繁殖产生的后代数量少,生活在稳定的环境中,对每个后代会投入大量能量,经过多年漫长的幼年期及亲代抚育后才成熟,寿命长/预期寿命长,一生中可多次繁殖。K-选择物种栖息地中的资源竞争通常相对较高。
  • ERT-3.B.2 r-选择物种通常体型较小,产仔量大,对每个后代的能量投入或花费极少,成熟早,寿命短,一生中可能仅繁殖一次。r-选择物种栖息地中的资源竞争通常相对较低。
  • ERT-3.B.3 生物潜能是指在理想条件下种群的最高繁殖率。
  • ERT-3.B.4 许多物种的繁殖策略并非单纯属于r-选择或K-选择,或者它们在不同条件、不同时期会发生改变。
  • ERT-3.B.5 K-选择物种通常比r-选择物种更容易受到入侵物种的不利影响,而r-选择物种受入侵物种的影响极小。大多数入侵物种属于r-选择物种。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

Two reproductive strategies 繁殖对策:

  • r-selected r选择 species produce many offspring 后代 with little care, mature 成熟 fast, and have short lives (insects, weeds). They colonize 定殖 quickly and boom-and-bust.
  • K-selected K选择 species produce few offspring with much care, mature slowly, and live long (elephants, humans). They do well near carrying capacity 环境容纳量 in stable environments but recover slowly from losses.
An adult elephant walking with its single small calf across grassland
An elephant with its single calf: a K-selected species has few young but invests heavily in each one, so it recovers slowly if numbers fall
A young rabbit: r-selected species produce many offspring quickly with little parental investment
A young rabbit: r-selected species produce many offspring quickly with little parental investment
探索

许多后代还是少数?

按照繁殖策略给每个物种分类——许多后代但少照顾(r),还是少数但重照顾(K)。

词汇 训练
English 中文 拼音
reproductive strategies 繁殖对策 fán zhí duì cè
r-selected/ɑː sɪˈlektɪd/ r选择 r xuǎn zé
offspring/ˈɒfsprɪŋ/ 后代 hòu dài
mature 成熟 chéng shú
colonize 定殖 dìng zhí
K-selected/keɪ sɪˈlektɪd/ K选择 K xuǎn zé
carrying capacity/ˈkæriɪŋ kəˈpæsɪti/ 环境容纳量 huán jìng róng nà liàng
3.3

存活曲线

教学大纲

持久性理解 (ERT-3): 种群会因多种因素随时间发生变化。

学习目标 ERT-3.C: 解释存活曲线。

  • ERT-3.C.1 存活曲线是一条显示某一群落(同一年龄段的个体组)在种群中从出生到该群落成员所达最大年龄期间的相对存活率的线条。存在 I 型、II 型和 III 型曲线。
  • ERT-3.C.2 K-选择和 r-选择物种的存活曲线不同,K-选择物种通常遵循 I 型或 II 型曲线,而 r-选择物种遵循 III 型曲线。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

A survivorship curve 存活曲线 plots how many individuals survive at each age (on a log scale 对数刻度). Type I (humans): most survive to old age, then die – a convex 凸的 curve. Type II (many birds): a constant death rate 死亡率 at all ages – a straight line. Type III ($r$-selected: fish, insects): most die young, a few survive – a concave 凹的 curve.

Type I, II, and III survivorship curves on a log scale
Type I, II, and III survivorship curves on a log scale
探索

哪种存活类型?

按照大多数成员在生命的什么时候死亡——晚期(I)、稳定(II),还是早期(III)——给每个物种分类。

词汇 训练
English 中文 拼音
survivorship curve/səˈvaɪvəʃɪp kɜːv/ 存活曲线 cún huó qū xiàn
log scale 对数刻度 duì shù kè dù
convex/kɒnˈveks/ 凸的 tū de
death rate/deθ reɪt/ 死亡率 sǐ wáng lǜ
concave/kɒnˈkeɪv/ 凹的 āo de
3.4

环境容纳量

教学大纲

持久性理解 (ERT-3): 种群会因多种因素随时间发生变化。

学习目标 ERT-3.D: 描述环境容纳量。

  • ERT-3.D.1 当种群数量超过其环境容纳量(环境容纳量可表示为 ⟦KEEP1⟧)时,会发生超调现象。种群超调会产生环境影响,包括资源枯竭。

学习目标 ERT-3.E: 描述环境容纳量对生态系统的影响。

  • ERT-3.E.1 种群超调的一个主要生态效应是种群的衰退(通常严重甚至灾难性),因为可用资源的缺乏会导致饥荒、疾病和/或冲突。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English
Predator & prey populations cycle
Exponential vs logistic growth

The carrying capacity ($K$) is the maximum population an environment can support long-term. A population may overshoot 超出 $K$ when resources 资源 are temporarily plentiful, then crash (dieback 种群骤减) as resources run out. Populations tend to fluctuate 波动 around $K$.

Population growth levels off at the carrying capacity of the environment
Population growth levels off at the carrying capacity of the environment
A deer herd: when a population approaches carrying capacity, resources limit further growth
A deer herd: when a population approaches carrying capacity, resources limit further growth
探索

直至环境容纳量的增长

种群向其资源所能支持的 环境容纳量 $K$ 增长,然后趋于平稳。提高增长率并观察其超调后稳定下来。

词汇 训练
English 中文 拼音
overshoot/ˌəʊvəˈʃuːt/ 超出 chāo chū
resources/rɪˈzɔːsɪz/ 资源 zī yuán
dieback 种群骤减 zhǒng qún zhòu jiǎn
fluctuate/ˈflʌktʃueɪt/ 波动 bō dòng
3.5

种群增长与资源可获得性

教学大纲

持久理解(ERT-3): 种群会因各种因素而随时间发生变化。

学习目标 ERT-3.F: 解释资源可用性如何影响种群增长。

  • ERT-3.F.1 种群增长受环境因素限制,尤其是可用资源和空间。
  • ERT-3.F.2 从所有时间尺度来看,资源的可用性和总资源基础都是有限的、非无限的。
  • ERT-3.F.3 当种群增长所需的资源丰富时,种群增长通常会加速。
  • ERT-3.F.4 当种群的资源基础缩减时,资源分配不均的可能性增加,最终会导致死亡率上升、繁殖率下降或两者兼有,从而使种群增长下降至环境容纳量水平或低于环境容纳量。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

With abundant resources a population grows exponentially 指数增长 ($J$-curve). As resources become limited, growth slows to logistic 逻辑斯蒂增长 ($S$-curve), leveling at $K$. Limiting factors 限制因素 (food, water, space, disease) set the ceiling.

探索

先指数后逻辑斯谛增长

J 形曲线,然后在 K 处变为 S 形曲线

资源无限时增长是指数的(J);有限制时它变成逻辑斯谛的(S),在 K 处趋平。

词汇 训练
English 中文 拼音
exponentially/ˌekspəˈnenʃəli/ 指数增长 zhǐ shù zēng zhǎng
logistic/ləˈdʒɪstɪk/ 逻辑斯蒂增长 luó jí sī dì zēng zhǎng
Limiting factors/ˈlɪmɪtɪŋ ˈfæktəz/ 限制因素 xiàn zhì yīn sù
3.6

年龄结构图

教学大纲

持久理解 (EIN-1): 人类种群会对包括社会和文化因素在内的各种因素做出反应而发生变化。

学习目标 EIN-1.A: 解释年龄结构图。

  • EIN-1.A.1 可以根据年龄结构图的形状来解读种群增长率。
  • EIN-1.A.2 一般来说,快速增长的种群中年轻人的比例会高于稳定或衰退的种群。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

An age-structure diagram 年龄结构图 shows the proportion 比例 of a population in each age group. A wide base (many young) predicts rapid growth; even bars predict a stable population; a narrow base predicts decline 衰退. They forecast a country's future population.

Population pyramids of a developing and a developed country
Population pyramids of a developing and a developed country
探索

这个形状预测什么?

按照种群会增长、保持稳定还是缩小,给每个年龄结构形状分类。

词汇 训练
English 中文 拼音
age-structure diagram/eɪdʒ ˈstrʌktʃə ˈdaɪəɡræm/ 年龄结构图 nián líng jié gòu tú
proportion/prəˈpɔːʃn/ 比例 bǐ lì
decline/dɪˈklaɪn/ 衰退 shuāi tuì
3.7

总和生育率

教学大纲

持久理解 (EIN-1): 人类种群会因各种因素(包括社会和文化因素)而发生变化。

学习目标 EIN-1.B: 解释影响人类种群总和生育率的因素。

  • EIN-1.B.1 总和生育率 (TFR) 受女性初育年龄、女性受教育机会、计划生育的可及性以及政府法案和政策的影响。
  • EIN-1.B.2 如果生育率处于更替水平,该人口被认为相对稳定。
  • EIN-1.B.3 与婴儿死亡率相关的因素包括母亲是否能获得良好的医疗保健和营养。这些因素的变化会导致婴儿死亡率随时间发生变化。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

The total fertility rate 总和生育率 (TFR) is the average number of children per woman. A replacement level 更替水平 of about 2.1 keeps a population steady; above it grows, below it shrinks. TFR falls with education, access to family planning 计划生育, and lower infant mortality 婴儿死亡率.

Total fertility rate compared with the replacement level of about 2.1 (illustrative countries)
Total fertility rate compared with the replacement level of about 2.1 (illustrative countries)
探索

增长、稳定,还是缩小?

按照每个生育率高于、等于还是低于约 2.1 的替代水平,给它们分类。

词汇 训练
English 中文 拼音
total fertility rate/ˈtəʊtl fɜːˈtɪlɪti reɪt/ 总和生育率 zǒng hé shēng yù lǜ
replacement level/rɪˈpleɪsmənt ˈlevl/ 更替水平 gēng tì shuǐ píng
family planning/ˈfæmɪli ˈplænɪŋ/ 计划生育 jì huà shēng yù
infant mortality 婴儿死亡率 yīng ér sǐ wáng lǜ
3.8

人口动态

教学大纲

持久理解 (EIN-1): 人类种群会因多种因素(包括社会和文化因素)而发生变化。

学习目标 EIN-1.C.1: 解释人类种群如何经历增长和衰退。

  • EIN-1.C.1 出生率、婴儿死亡率、总体死亡率、计划生育的获取途径、良好营养的获取途径、教育的获取以及推迟结婚都会影响人类种群是处于增长还是衰退状态。
  • EIN-1.C.2 限制全球人类种群的因素包括地球的承载能力,以及马尔萨斯理论所阐述的限制人类种群增长的基本因素。
  • EIN-1.C.3 种群增长既受密度无关因素的影响,如大型风暴、火灾、热浪或干旱;也受密度相关因素的影响,如清洁水和空气的获取、食物供应、疾病传播或领地大小。
  • EIN-1.C.4 “70法则”指出,用数字70除以百分比人口增长率,可近似估算出种群的翻倍时间。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

Human population growth depends on birth rate 出生率, death rate, and migration 迁移. Rapid growth strains resources and increases the ecological footprint 生态足迹. Factors lowering birth rates include education (especially of women), urbanization 城市化, and economic development 经济发展.

Worked example. A country has a birth rate of $30$ per $1000$ and a death rate of $10$ per $1000$. The natural growth rate is $\dfrac{30-10}{10}=2.0\%$ per year (dividing the per-thousand difference by $10$ converts it to a percent). By the rule of 70, the population doubles in about $\dfrac{70}{2.0}=35$ years. If development cut the growth rate to $1.0\%$, the doubling time would stretch to $\dfrac{70}{1.0}=70$ years.

A crowded city crossing: human population dynamics depend on birth rates, death rates and migration
A crowded city crossing: human population dynamics depend on birth rates, death rates and migration
探索

人口增长

增长率 = 出生数 - 死亡数 (+ 迁移)

增长取决于出生率与死亡率之间的差距;一个小的增长率随时间仍然使人口翻倍。

词汇 训练
English 中文 拼音
birth rate/bɜːθ reɪt/ 出生率 chū shēng lǜ
migration/maɪˈɡreɪʃn/ 迁移 qiān yí
ecological footprint/ˌekəˈlɒdʒɪkl ˈfʊtprɪnt/ 生态足迹 shēng tài zú jì
urbanization/ˌɜːbənaɪˈzeɪʃn/ 城市化 chéng shì huà
economic development/ˌiːkəˈnɒmɪk dɪˈveləpmənt/ 经济发展 jīng jì fā zhǎn
3.9

人口转变

教学大纲

持久理解(EIN-1): 人类群体会对多种因素做出反应而发生变化,这些因素包括社会和文化因素。

学习目标 EIN-1.D: 定义人口转变。

  • EIN-1.D.1 人口转变是指随着发展进程,一个国家或地区从较高出生率和死亡率向较低水平过渡的过程;这一过程发生在一个国家或地区从前工业化经济体系向工业化经济体系转型期间。这种转变通常通过四个阶段的人口转变模型(DTM)来展示。
  • EIN-1.D.2 发展中国家的特征包括较高的婴儿死亡率以及比发达国家更多的儿童参与劳动工作。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

The demographic transition 人口转变 describes how a country's growth changes as it develops, in stages: (1) high birth and death rates (slow growth); (2) death rate falls (rapid growth); (3) birth rate falls (slowing growth); (4) both low (stable). Developed nations are in later stages; many developing nations are in the rapid-growth stages.

The four stages of the demographic transition
The four stages of the demographic transition

The population grows fastest in stages 2 and 3 – the gap between a still-high birth rate and an already-fallen death rate. That lag is why a country's population keeps climbing long after its death rate drops.

词汇 训练
English 中文 拼音
demographic transition/ˌdeməˈɡræfɪk trænˈsɪʃn/ 人口转变 rén kǒu zhuǎn biàn
3.9

考试技巧

English
  • Use the rule of 70 七十法则: doubling time 倍增时间 ≈ 70 ÷ growth-rate(%); a growth rate is (births − deaths) per 1000 ÷ 10.
  • Read age-structure diagrams: a wide base predicts rapid growth, even bars a stable population.
  • Contrast r-selected (many offspring, little care) and K-selected (few, much care) strategies.
  • Know the demographic transition stages and what lowers birth rates (education, family planning, development).
  • A falling growth rate 增长率 still means growth — the population only shrinks when deaths exceed births.
词汇 训练
English 中文 拼音
rule of 70 七十法则 qī shí fǎ zé
doubling time/ˈdʌblɪŋ taɪm/ 倍增时间 bèi zēng shí jiān
growth rate/ɡrəʊθ reɪt/ 增长率 zēng zhǎng lǜ

该知识点的互动课程

逐步完成,配合即时检查练习。

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