Модели динамики популяций

Динамика популяций

Динамика (изменение численности) популяций определяется в основном двумя противоположными явлениями – рождаемостью и смертностью. К ним следует добавить такие явления как эмиграцию (вселение) и иммиграцию (выселение). Кроме того, изменение численности популяций зависит от действия целого ряда факторов внешней среды. Рассмотрим варианты кривых изменения численности.

Если представить, что популяция существует в нелимитированной какими-либо факторами среде, рождаемость стремится к максимуму, смертность к минимуму, то возникнет ситуация беспредельного роста численности. Подобный рост популяции на графике показывает кривая А. Такая экспоненциальная кривая отражает биотический потенциал вида, то есть потенциальную способность живых организмов увеличивать численность в геометрической прогрессии вследствие размножения.

1. J-образная кривая.

При неограниченных ресурсах и идеальных природных условиях виды реализуют максимальную рождаемость. Такой рост популяции начинается медленно и затем стремительно нарастает по экспоненте, то есть кривая роста популяции принимает J-образный вид.

dN/dt = rN

r – выраженная скорость роста численности популяции, связана с максимальной скоростью размножения; чем выше скорость размножения, тем выше r.

r > 0, N ↑ экспоненциально (бум и крах популяции)

r < 0, N ↓ экспоненциально (бум и крах популяции)

размеры не стабилизируются

2. S-образная кривая.

При ограниченных ресурсах размеры популяции того или иного вида также ограничены, и смертность начинает расти, когда численность популяции достигает или временно превышает емкость экосистемы. Когда это случается, J­-образная кривая роста популяции начинает плавно изгибаться и принимает вид S-образной кривой.

Рисунок 12.2.1.3. K - и r -стратегии популяций

Виды, которые быстро размножаются со скоростью, не зависящей от плотности вида, называют r-стратегами. Размеры r-популяций не стабилизируются и в течение некоторого времени могут превышать поддерживающую ёмкость среды. Как правило, r-стратеги имеют небольшие размеры и малую продолжительность жизни. Среди них много микроорганизмов, мелких насекомых и однолетних растений. Обычно r-стратеги быстрее заселяют новые местообитания, однако через некоторое время их вытесняют более конкурентноспособные K-стратеги.

K-стратеги размножаются относительно медленно. Скорость их размножения зависит от плотности популяции. Численность популяций K-стратегов через некоторое время стабилизируется на определенном значении. Среди K-стратегов обычно встречаются крупные и долгоживущие виды: деревья, крупные птицы и звери, человек.

R и K – стратегии популяций.

r-виды

К-виды

Размножение быстро (высокая плодовитость, короткое время генерации)   Скорость размножения не зависит от плотности популяции   Энергия и вещество распределяются между многими потомками     Размеры популяции некоторое время могут превышать емкость среды   Вид не всегда устойчив на данной территории   Расселяются быстро   Размножение идет с относительно большими затратами энергии и вещества   Малые размеры особей   Малая продолжительность жизни особей   Местообитания сохраняются недолго   Слабые конкуренты   Защитные приспособления развиты слабо   Лучше приспособлены к изменениям окружающей среды (менее специализированы) Например: бактерии, тли, одуванчики

Размножение медленно (низкая плодовитость, продолжительное время генерации)   Скорость размножения зависит от плотности популяции   Энергия и вещество концентрируются в немногих потомках, родители заботятся о потомках   Размеры популяции близки к равновесному уровню   Вид устойчив на данной территории   Расселяются медленно   Размножение идет с относительно небольшими затратами энергии; много энергии расходуется на рост и поддержку жизнеспособности отдельной особи   Крупные размеры особей   Большая продолжительность жизни особей   Местообитания устойчивые   Сильные конкуренты   Хорошие защитные механизмы   Высокая специализация для жизни в устойчивых местообитаниях Например: крупные тропические бабочки, альбатрос, деревья, человек.

В природе беспредельный экспоненциальный рост численности популяции невозможен. Прежде всего, это связано с тем, что коэффициент прироста обычно не остается неизменным, так как плодовитость и смертность изменяются в зависимости от условий среды, возрастной структуры популяции, пищевых ресурсов. Всегда существуют верхний и нижний пределы численности популяции. Возможны два варианта динамики популяции.

Первый вариант, когда при достижении верхнего предела к численность популяции стабилизируется и её динамика характеризуется логической S-образной кривой (Б). На графике линия между кривыми А и Б показывает сопротивление среды.

Под сопротивлением среды понимают совокупность факторов, препятствующих неограниченному росту численности популяции.

Второй вариант, когда после достижения предела К наступает массовая гибель особей, возвращающая численность популяции к некоторому нижнему пределу (кривая В на графике). Наиболее частый случай. Один из случаев был отмечен на о-ве Св. Матвея в Беринговом море. В 1944 г. на остров было выпущено 29 особей северного оленя. К 1963 их численность возросла до 6000 особей. Однако сразу произошел резкий спад численности. В результате в популяции осталось не более 50 оленей. После этого численность медленно возросла, пока не достигла стабильной уровня.

Биотический потенциал: рождаемость, способность к расселению, способность к захвату, новых мест обитания, защитные механизмы, способность адаптироваться к неблагоприятным условиям среды.

Сопротивление среды: нехватка питания, нехватка воды, нехватка подходящих местообитаний, неблагоприятные погодные условия, хищники, болезни, паразиты, конкуренты.

Примеры:

· Бактерия в кишечнике делится при благоприятных условиях каждые 20 минут – за 36 часов может покрыть весь земной шар.

· Одна самка листовой тли за год дает 10²⁵ особей – может создать кокон 2 метра в высоту, который может окутать земной шар.

Теоретически огромный потенциал, но природа не дает его осуществить: капустная белянка, из 100 % яиц, 100 гусениц:

57,17% - болезни, 34,38 % - заражают паразиты, 4,25 % съедают птицы

Куколки:

2,7 % - болезни, 1,14 % - паразиты.

Всего: 99,64%. Осталось тех, кто выживает: 0,36 %.

Существует два основных типа подобной динамики численности: периодический; непериодический.

Периодические колебания численности популяций имеют более или менее постоянную цикличность с интервалом в несколько лет, но в, то же время, амплитуда всплеска численности может быть различной. Периодичность вспышек связана в первую очередь с первичными периодическими факторами, а именно с космическими явлениями, с солнечной активностью (цикл солнечной активности – 11,1 лет), которые влияют на гидрометеорологические явления на Земле.

Например, у зайца – беляка период колебаний численности близок к циклу солнечной активности и составляет 9,6 лет. Любопытно, что колебание численности рыси в Канаде, основной пищей которой является заяц, имеет интервал в 10 лет

С этим явлением связана и периодическая динамика численности одного из опасных хвоегрызущих вредителей сосновой пяденицы, период колебаний численности которой составляет 12 лет.

Пример: саранча, колебания численности через 11 лет, образует огромные скопления, до 180 м², это до 30 тыс. особей, им нужно около 60 тонн растительной пищи.

Непериодические колебания численности происходят, как правило, под влиянием динамики сезонных или непериодических (стихийных) абиотических факторов, а также в результате антропогенных воздействий, которые могут стать решающими.

Примеры:

· 1976 г. В США на побережье Атлантики произошло нашествие медуз, они даже забили турбины электростанций. В 1996 это явление повторилось. Механизм не известен.

· В Черном море больше не ловят хамсу, ее численность резко снизилась из-за того, что весь планктон, ее корм, съедал гребневик (это двухслойное студневидное животное), и численность его растет. Его завезли из Карибского моря с балластными водами

Дата добавления: 2014-11-18