Динамика численности популяции
Численность популяции — это количество особей одного вида, обитающих на определённой территории или в определённом объёме воды в данный момент времени. Она постоянно изменяется под влиянием рождаемости, смертности, иммиграции, эмиграции и условий среды.
Что такое численность и от чего она зависит
Популяция существует не изолированно: на её состояние влияют ресурсы, хищники, паразиты, конкуренты, болезни, климат и деятельность человека. Поэтому численность — не постоянная величина, а результат соотношения процессов, увеличивающих и уменьшающих количество особей.
Численность популяции \(N\) — общее число особей популяции в данный момент времени. В отличие от плотности популяции, численность не учитывает площадь или объём, на котором обитают особи.
Численность увеличивается благодаря рождению новых особей и их вселению на территорию. Уменьшается она из-за гибели особей и их ухода с территории. В экологии эти процессы называют демографическими факторами.
Здесь \(\Delta N\) — изменение численности за период, \(B\) — число родившихся особей, \(D\) — число погибших, \(I\) — число иммигрировавших, то есть вселившихся, а \(E\) — число эмигрировавших, то есть покинувших территорию.
Если рождаемость и иммиграция превышают смертность и эмиграцию, численность растёт. Если смертность и эмиграция больше рождаемости и иммиграции, численность уменьшается. При равенстве этих сумм численность сохраняется.
Рождаемость, смертность и прирост
Для сравнения разных популяций используют не только абсолютные числа, но и относительные показатели. Например, 100 рождений в популяции из 1000 особей и 100 рождений в популяции из 10000 особей означают разную интенсивность воспроизводства.
Рождаемость — число новых особей, появившихся в популяции за единицу времени. Смертность — число особей, погибших за единицу времени. Если показатели рассчитывают на всю популяцию, их называют абсолютными; если на одну особь или на определённое число особей — относительными.
В формулах \(b\) — относительная рождаемость, \(d\) — относительная смертность, \(B\) и \(D\) — числа родившихся и погибших за выбранный период, \(N\) — исходная численность популяции. Если в условии указано количество особей на 1000 особей в год, результат выражают в ‰, а не в процентах.
\(P\) — абсолютный естественный прирост, а \(r\) — относительный естественный прирост. С учётом миграций полный прирост равен \(\Delta N\) из формулы (1). При \(P>0\) или \(r>0\) популяция растёт, при отрицательном значении сокращается.
| Показатель | Что показывает | Единица измерения |
|---|---|---|
| Абсолютная рождаемость | Сколько особей родилось | особи за период |
| Абсолютная смертность | Сколько особей погибло | особи за период |
| Относительная рождаемость | Доля родившихся от исходной численности | % или ‰ за период |
| Естественный прирост | Разность рождаемости и смертности | особи за период или % |
| Полный прирост | Изменение с учётом миграций | особи за период |
Факторы и типы динамики численности
Факторы среды делят на независимые и зависимые от плотности. Независимые факторы действуют независимо от количества особей: мороз, засуха, пожар, наводнение, ураган. Зависимые факторы усиливаются при высокой плотности популяции: конкуренция за пищу и убежища, распространение инфекций, недостаток кислорода и накопление отходов.
Большое значение имеют возрастная структура и половой состав популяции. Если много молодых особей, способных вскоре размножаться, численность может быстро увеличиться. Если преобладают старые особи, а молодых мало, ожидается сокращение.
Пространственное распределение особей также влияет на выживание и размножение. Его изучают в пространственной структуре популяции. При расселении часть особей может покинуть территорию, поэтому для точного расчёта необходимо учитывать миграции.
Ёмкость среды \(K\) — максимальная численность популяции, которую среда может длительно поддерживать при имеющихся ресурсах и условиях. При приближении к \(K\) конкуренция и смертность обычно возрастают, а рождаемость снижается.
При благоприятных условиях и избытке ресурсов возможен быстрый, почти экспоненциальный рост. В природе он обычно сменяется замедлением: действует регуляция численности, и рост приближается к пределу, заданному средой. Подробные варианты описывают модели роста популяции.
В популяции было 500 особей. За год родилось 80, погибло 50, прибыло 20 и выбыло 30 особей. Как изменилась численность?
Разобранный расчёт по данным популяции
Рассмотрим типичную задачу. В начале года в популяции было 2000 особей. За год родилось 240, погибло 160, прибыло 50 и выбыло 30 особей. Найдём естественный и полный прирост, относительные показатели и конечную численность.
Сначала выписываем исходные данные и не смешиваем абсолютные и относительные величины.
Ответ: естественный прирост равен 80 особям, миграционный прирост — 20, полный прирост — 100, конечная численность — 2100 особей. Относительная рождаемость составляет 12%, смертность — 8%, естественный прирост — 4%.
1. Забывают про миграции, хотя в условии указаны прибывшие и выбывшие. 2. Путают рождаемость \(B\) с относительной рождаемостью \(b\). 3. Делят на конечную численность вместо исходной, если в задаче не сказано иначе. 4. Смешивают проценты и промилле: 12% = 120‰. 5. Считают, что высокая численность всегда означает быстрый рост: при дефиците ресурсов рост может замедляться.
- Определи, за какой период приведены данные.
- Отдельно выпиши рождения, смерти, иммиграцию и эмиграцию.
- Сначала найди абсолютный прирост, затем относительные показатели.
- Проверь знак ответа: положительный прирост увеличивает численность, отрицательный уменьшает.
Как интерпретировать изменение численности
Однократное увеличение численности не всегда означает устойчивый рост популяции. Например, после дождливого сезона может временно увеличиться рождаемость, а после переселения — число особей за счёт иммиграции. Чтобы сделать вывод о тенденции, сравнивают несколько последовательных периодов и анализируют причины.
Важны также отношения между популяциями в экосистеме. Изменение численности хищника может повлиять на численность жертвы, а уменьшение растений — на травоядных. Поэтому динамика одной популяции часто вызывает цепь изменений в сообществе.
Устойчивость численности обеспечивается обратными связями: рост плотности усиливает конкуренцию и смертность, а снижение плотности может уменьшить конкуренцию и повысить выживаемость. Такие механизмы называют саморегуляцией популяции.
Итоговая проверка
Главное
- Численность изменяется под влиянием рождаемости, смертности, иммиграции и эмиграции.
- Полный прирост рассчитывают по формуле \(\Delta N=B-D+I-E\).
- Естественный прирост равен разности рождаемости и смертности; миграционный — разности иммиграции и эмиграции.
- Для сравнения популяций используют относительные рождаемость и смертность: отношение числа родившихся или погибших к исходной численности.
- Плотность, ресурсы, возрастной и половой состав, конкуренция и факторы среды определяют направление динамики численности.