Регуляция численности популяции
Численность популяции не остаётся постоянной: она изменяется из-за рождаемости, смертности, вселения и выселения особей. Регуляция численности — это действие факторов среды и взаимодействий организмов, благодаря которому рост популяции ограничивается, а её численность колеблется около определённого уровня.
Что регулирует численность популяции
Численность популяции \(N\) определяется соотношением процессов, увеличивающих и уменьшающих её размер. К увеличивающим относятся рождение новых особей и их вселение, к уменьшающим — гибель и выселение. Поэтому за некоторый промежуток времени изменение численности можно представить так:
Здесь \(B\) — число родившихся особей, \(D\) — число погибших, \(I\) — число вселившихся, \(E\) — число выселившихся. Для закрытой популяции, в которую особи не прибывают и из которой не уходят, формула упрощается: \(\Delta N = B-D\).
Регуляция численности популяции — это совокупность процессов, ограничивающих рост или поддерживающих восстановление численности под действием факторов среды и взаимоотношений организмов.
Факторы регуляции делятся на плотностно-зависимые и плотностно-независимые. Плотностно-зависимое действие усиливается при увеличении плотности популяции: возрастает конкуренция, быстрее распространяются инфекции, хищникам легче находить добычу. Подробнее этот механизм разобран на странице плотностно-зависимая регуляция численности.
Плотностно-независимые факторы действуют независимо от плотности. К ним относят мороз, засуху, наводнение, пожар, ураган, резкое изменение солёности или загрязнение среды. Один и тот же фактор может иметь разное значение для разных видов: мороз ограничивает численность теплолюбивых организмов, но почти не влияет на морозоустойчивые.
Плотность и ёмкость среды
Плотность популяции — это число особей, приходящееся на единицу площади или объёма. Например, 40 рыб в пруду и 40 рыб в озере имеют одинаковую численность, но разную плотность. При высокой плотности особи чаще используют одни и те же ресурсы, поэтому усиливается конкуренция за пищу, воду, убежища и места размножения.
Ёмкость среды — максимальная численность популяции, которую среда может длительно поддерживать при имеющихся ресурсах и условиях. Она обозначается \(K\). Ёмкость среды не является постоянной: она меняется при изменении климата, кормовой базы, площади местообитания и деятельности человека.
Если \(N<K\), ресурсов обычно достаточно, поэтому популяция может увеличиваться. Если \(N>K\), возникает дефицит ресурсов, усиливаются смертность и выселение, а рождаемость снижается. В результате численность возвращается к уровню, близкому к \(K\).
Основные механизмы саморегуляции
Саморегуляция — способность популяции изменять интенсивность рождаемости и смертности так, чтобы численность не возрастала неограниченно. Важнейшие механизмы связаны с плотностью.
- Конкуренция: при нехватке пищи, воды или пространства особи тратят больше энергии на поиск ресурсов; часть из них погибает или не размножается.
- Хищничество: увеличение численности добычи создаёт больше пищи для хищников, поэтому численность хищников возрастает, а добычи затем уменьшается.
- Паразитизм и болезни: при скученном размещении возбудители легче передаются, что повышает смертность.
- Территориальность: защита участка ограничивает число размножающихся особей и препятствует чрезмерному использованию ресурсов.
- Стресс и снижение плодовитости: при высокой плотности у животных может уменьшаться образование половых клеток, ухудшаться забота о потомстве и повышаться агрессивность.
Чем выше плотность популяции, тем сильнее обычно проявляются конкуренция, распространение болезней и нехватка ресурсов; поэтому рождаемость снижается, а смертность и выселение увеличиваются.
Какой фактор является плотностно-зависимым?
Регуляция может быть не только отрицательной. Если численность слишком мала, встречи особей становятся редкими, труднее найти партнёра, хуже работает совместная защита или охота. Это может дополнительно снижать рождаемость и повышать смертность. Такое явление называют эффектом Алlee; оно особенно важно для редких видов.
Модель логистического роста
При отсутствии ограничений небольшая популяция способна расти почти экспоненциально: чем больше особей, тем больше рождается новых. Но ресурсы среды ограничены, поэтому скорость роста уменьшается при приближении к \(K\). Упрощённая модель описывается логистическим уравнением:
\(r\) — потенциальная скорость роста популяции, \(N\) — текущая численность, \(K\) — ёмкость среды. Множитель \(\left(1-\frac{N}{K}\right)\) показывает, насколько далеко популяция находится от предела среды.
| Соотношение | Состояние популяции | Изменение численности |
|---|---|---|
| \(N \ll K\) | ресурсов много | быстрый рост |
| \(N \approx K/2\) | рост наиболее интенсивен | максимальный прирост за единицу времени |
| \(N \approx K\) | ресурсы ограничены | рост почти прекращается |
| \(N>K\) | перенаселение | численность уменьшается |
В заповеднике численность зайцев равна 800 особей, а ёмкость среды — 1000 особей. Определим, будет ли популяция расти по логистической модели.
Следовательно, численность зайцев будет увеличиваться, но по мере приближения к 1000 особей рост замедлится. Если бы численность была равна 1200, то \(1-N/K<0\), и численность начала бы уменьшаться.
Колебания численности и влияние адам
В природе численность редко точно равна \(K\). Она колеблется из-за сезонности, запаздывания реакции хищников и добычи, изменения погоды и количества пищи. Например, после увеличения численности мышей хищники не сразу дают потомство: требуется время. Поэтому численность добычи может сначала превысить обычный уровень, а затем резко снизиться.
Человек может нарушать регуляцию: уничтожать местообитания, вылавливать особей, завозить чужеродные виды, применять ядохимикаты и загрязнять среду. Охрана популяций включает сохранение местообитаний, создание охраняемых территорий, восстановление кормовой базы и контроль промысла. Эти меры рассматриваются также в теме охраны биологического разнообразия.
1. Не путайте численность и плотность: численность — общее количество особей, плотность — количество особей на единицу площади или объёма. 2. Не считайте любой фактор плотностно-зависимым: мороз и пожар обычно не зависят от плотности. 3. Ёмкость среды \(K\) — не постоянное свойство вида; она зависит от конкретных условий среды. 4. При \(N=K\) рождаемость и смертность не обязательно равны для каждой группы, но в среднем прирост популяции близок к нулю.
Проверь себя
Главное
- Численность изменяется под влиянием рождаемости, смертности, иммиграции и эмиграции.
- Плотностно-зависимые факторы усиливаются при скученности; к ним относятся конкуренция, болезни и хищничество.
- Ёмкость среды \(K\) — деңгей численности, который среда может длительно поддерживать.
- Логистический рост замедляется при приближении численности к \(K\); при \(N>K\) численность обычно снижается.
- Плотностно-независимые факторы включают погоду, стихийные бедствия и загрязнение среды.