Динамика популяции
Динамика популяции — это изменение численности и других характеристик популяции во времени. Чтобы объяснить подъём или спад графика, нужно учитывать рождаемость, смертность, миграции, наличие ресурсов и действие факторов среды.
Что изучает динамика популяции
Численность популяции \(N\) — количество особей одного вида, обитающих на определённой территории или в определённом объёме. Динамика показывает, как \(N\) изменяется за выбранный промежуток времени: месяц, год, сезон или несколько поколений.
Важно отличать численность от плотности популяции. Плотность — это число особей, приходящееся на единицу площади или объёма. Если территория увеличилась, численность может остаться прежней, а плотность уменьшиться.
Динамика популяции — изменение численности, плотности, возрастного состава и других свойств популяции во времени под действием внутренних и внешних факторов.
За изменение числа особей отвечают четыре процесса: рождение, гибель, вселение и выселение. Первые два процесса изменяют численность внутри территории, а миграции связывают соседние популяции.
Здесь \(\Delta N\) — изменение численности, \(B\) — число родившихся особей, \(D\) — число погибших, \(I\) — число вселившихся, \(E\) — число выселившихся. Если миграциями можно пренебречь, используют упрощённую жазба \(\Delta N=B-D\).
Численность увеличивается, если число рождений и вселений больше числа смертей и выселений. Она уменьшается при обратном соотношении; при равенстве этих величин численность сохраняется.
Причины роста и снижения численности
Рождаемость — число жаңа особей, появившихся в популяции за определённое время. Смертность — число особей, погибших за тот же период. Для сравнения популяций используют также относительные показатели: долю родившихся или погибших от общей численности.
- Благоприятные причины роста: достаток пищи и воды, подходящая температура, наличие убежищ, низкая конкуренция, успешное размножение.
- Причины снижения: нехватка ресурсов, болезни, хищники, загрязнение, засуха, морозы, пожары и разрушение местообитаний.
- Миграции могут временно увеличить численность на одной территории и одновременно уменьшить её на другой.
- Сезонные изменения не всегда означают устойчивый рост или вымирание: например, весеннее увеличение численности может смениться зимним спадом.
Факторы, зависящие от плотности, усиливаются при увеличении числа особей. При высокой плотности возрастает конкуренция за пищу и места, быстрее распространяются инфекции, хищникам легче находить добычу. К таким причинам относят зависимые от плотности факторы.
Факторы, почти не зависящие от плотности, действуют независимо от количества особей. Это сильный мороз, наводнение, извержение, засуха или лесной пожар. На практике оба типа факторов могут действовать одновременно.
Рост численности не бывает бесконечным: ресурсы ограничены, поэтому рано или поздно усиливаются конкуренция, болезни и другие ограничивающие факторы.
Модели и графики роста
На графике по горизонтальной оси обычно откладывают время, а по вертикальной — численность или плотность. Направление кривой показывает изменение численности, а крутизна — скорость изменения: чем круче участок, тем быстрее происходит рост или снижение.
При неограниченных ресурсах возможен экспоненциальный рост: сначала численность увеличивается медленно, затем всё быстрее. Такой график имеет J-образную форму. Он возможен лишь временно, например при заселении нового местообитания.
В этой модели \(N_0\) — начальная численность, \(r\) — темп роста, \(t\) — время. При \(r>0\) численность растёт, при \(r<0\) уменьшается.
В реальных условиях ресурсы ограничены. Поэтому чаще наблюдается кривая роста популяции S-образной формы: сначала рост ускоряется, затем замедляется, а численность колеблется около предельного уровня \(K\), называемого ёмкостью среды.
Если \(N\) намного меньше \(K\), множитель \(1-\frac{N}{K}\) близок к единице, и рост быстрый. Если \(N\) приближается к \(K\), рост замедляется. При \(N=K\) прирост равен нулю.
На графике численность сначала быстро растёт, затем линия становится почти горизонтальной. Какое объяснение наиболее вероятно?
Как анализировать график на экзамене
Сначала определите, что изображено на осях и в каких единицах измеряется время. Затем разделите график на участки и для каждого установите: численность растёт, снижается или почти не меняется. После этого найдите максимумы, минимумы, точки перелома и периодичность.
- Прочитайте подписи осей и масштаб делений.
- Сравните численность в начале и конце наблюдения.
- Опишите каждый участок кривой, не подменяя наблюдение догадкой.
- Свяжите изменение с подходящим фактором: ресурсами, хищниками, болезнями, погодой или миграцией.
- Если спрашивают скорость, сравните крутизну участков: более крутой участок соответствует большему изменению за единицу времени.
Не говорите «численность увеличилась из-за голода». Голод обычно ограничивает рост и вызывает снижение численности. Сначала назовите, что видно на графике, затем — фактор, который это объясняет.
Разобранный пример
В таблице указана численность зайцев: в начале года — 120 особей, весной — 180, летом — 240, осенью — 210, зимой — 150. Определите период наибольшего роста и возможную причину зимнего снижения.
Показать Шешім Шешім
Сравним соседние значения численности.
Наибольший рост наблюдался в двух периодах: от начала года до весны и от весны до лета, по 60 особей. Зимнее снижение составило 60 особей. Возможные причины — уменьшение доступной пищи, холод и увеличение смертности. Точный фактор можно назвать только при наличии дополнительных данных.
1. Путать численность и плотность. 2. Считать любой спад доказательством вымирания. 3. Называть причиной графика фактор, о котором нет данных. 4. Игнорировать миграции. 5. Сравнивать высоту точек без учёта масштаба оси. 6. Путать скорость роста с самой численностью: высокая точка не означает самый быстрый рост.
Регуляция и устойчивость популяции
Регуляция численности — поддержание численности около некоторого уровня благодаря взаимодействию популяции и среды. Если особей становится слишком много, нехватка ресурсов и болезни снижают рождаемость и повышают смертность. Если численность мала, конкуренция ослабевает, а доступность ресурсов может улучшить выживание.
Колебания вокруг среднего уровня не обязательно опасны. Популяция считается более устойчивой, если после нарушения способна восстановиться и не переходит к длительному сокращению. На состояние популяции влияют связи с другими видами, входящими в биоценоз, и условия экосистемы.
Итоговая проверка
Главное
- Динамика популяции определяется рождениями, смертями и миграциями: \(\Delta N=B-D+I-E\).
- Численность и плотность — разные показатели; плотность учитывает площадь или объём местообитания.
- Экспоненциальный рост возможен при избытке ресурсов, а S-образный рост учитывает ограниченность среды и уровень \(K\).
- При анализе графика сначала читают оси, затем описывают участки, скорость изменений, максимумы и минимумы.
- Зависимые от плотности факторы усиливаются при увеличении числа особей и участвуют в регуляции численности.