Основными экологическими характеристиками популяции являются следующие. Понятие о популяции и ее основные групповые характеристики. Тема: популяциионная экология

Популяции и их экологическая характеристика.

В пределах ареала определœенного вида условия для существования организмов неодинаковы, следовательно, будут иметь место различия между структурными группировками вида. К примеру, вид окуня речного имеет прибрежную и глубоководную популяции. Количество популяций зависит в основном от величины ареала и разнообразия условий существования. Группы пространственно-смежных популяций могут образовывать географическую расу, или подвид. Единство особей популяции обеспечивает свободное скрещивание-панмиксию . Каждая популяция характеризуется определœенными признаками, которые подчеркивают ее экологические особенности. Раздел экологии, изучающий условия формирования, структуру и динамику развития популяций отдельных видов принято называть популяционной экологией .

Экологическая характеристика популяций - это перечень особенностей, которые описывают взаимодействие популяций с комплексом экологических факторов определœенной среды обитания.

Любая популяция вида занимает определœенную территорию, которая принято называть популяционным ареалом . Ареал популяции может иметь разную величину, зависит во многом от степени подвижности особей. Каждая популяция характеризуется численностью -числом особей, которая входит в состав популяции и занимает определœенную площадь или объём в биоценозе. Любая популяция теоретически способна к неограниченному росту численности, но ее ограничивают ресурсы, которые необходимы для нормального функционирования. Численность особей в популяции колеблется в определœенных пределах, однако она не должна быть ниже некоторой границы. Сокращение численности ниже этого предела может привести к вымиранию популяции. Численность популяции определяется рождаемостью, смертностью, их соотношением в виде естественного прироста͵ а также иммиграцией (всœелœения) и эмиграцией (выселœение). Рождаемость -количество особей популяции, рождается в единицу времени, а смертность -число особей популяции, которые погибают за это же время. В случае если рождаемость преобладает над смертностью, то, будет наблюдаться положительный естественный прирост и численность популяции, будет увеличиваться. В соответствии с величиной ареала популяции и численности особей вычисляется плотность популяции . Плотность популяции определяется средним количеством особей, приходящаяся на единицу площади или объёма. Для каждого комплекса условий среды обитания есть определœенная оптимальная густота популяции , определяемая емкостью среды обитания. Плотность популяции можно отобразить через такой показатель, как биомасса. Биомасса популяции - масса особей популяции, приходящаяся на единицу площади или объёма.

2. Структура популяции .

В пределах популяции можно выделить группы, которые определяют ее характерную структуру .

Структура популяции - делœение популяции на группы особей, которые отличаются по тем или иным свойствам (размеры, пол, местоположение, особенности поведения и т.д.).

Различают следующие виды структуры популяций:

1) половая структура - соотношение особей разных полов;

2) возрастная структура - распределœение особей популяции по возрастным группам;

3) пространственная структура - распределœение особей популяции по территории, которую она занимает;

4) этологическая структура - система взаимосвязей между особей, что проявляется в их поведении; так, основными формами организации популяций животных есть единичный образ жизни (к примеру, большинство пауков, утка-кряква) и групповой образ жизни в виде семей (правд львов), колоний (у диких кроликов, береговых ласточек), стай (у саранчи, волков), табунов (у копытных животных, китообразных).

3.Популяцийни волны .

Популяционные волны - это периодические или непериодические изменения численности популяций под влиянием различных факторов. Это понятие ввел С.С.Четвериков. Популяционные волны - одна из причин дрейфа генов, вызывает следующие явления : рост генетической однородности (гомозиготности) популяции; изменение концентрации редких аллелœей, сохранение аллелœей, снижающих жизнеспособность особей; изменение генофонда в разных популяциях. Все эти явления ведут к эволюционным преобразованиям генетической структуры популяции, а в дальнейшем и к изменению вида .

Популяционные волны бывают сезонными и несезонными :

Сезонные популяционные волны – обусловлены особенностями жизненных циклов или сезонной сменой климатических факторов;

Несезонные популяционные волны – вызваны изменениями различных экологических факторов.

Популяция сама по себе может поддерживать свою численность неограниченное время. На уровне популяции существуют процессы саморегуляции, приводящие в соответствие плотность популяции к емкости среды обитания и проявляются в виде волн жизни.

Основными механизмами регуляции численности популяции являются :

1) регуляция взаимосвязями с популяциями других видов (к примеру, численность рыси зависит от численности зайцев);

2) регуляция расселœением (миграции белок);

3) регуляция общественным поведением (у общественных насекомых в размножении участвуют отдельные самки-матки и самцы, количество которых регулируется в процессе размножения);

4) регуляция территориальным поведением (мечения территории у медведей, зубров, тигров)

5) регуляция перенаселœением и стрессовым поведением (явление каннибализма у чаек).

Вследствие длительного приспособления к условиям существования у популяций выработались механизмы, позволяющие избежать неограниченного роста численности, и способствуют поддержанию плотности популяции на относительно постоянном уровне.

4.Гомеостаз популяции - ϶ᴛᴏ поддержание численности популяции на определœенном, оптимальном для данной среды обитания уровне. На гомеостаз популяции влияют абиотические факторы, а также межвидовые и внутривидовые взаимосвязи. 5.Екосистемы, их структура и свойства.

Экосистема- совокупность организмов разных видов и среды их обитания, связанные обменом вещества, энергии и информации. Домашний аквариум, озеро на окраинœе села, степной балка, лесной массив, кабина космического корабля, целая наша планета всœе это экосистемы единой биосферы. Понятие ʼʼэкосистемаʼʼ предложил в 1935 году А.Тесли. Функционирования экосистемы обеспечивает ʼʼвнутреннийʼʼ биологический кругооборот веществ между абиотическими и биотическими частями. Экосистемы являются открытыми биосистемами, и в связи с этим для существования во времени нужны ʼʼвнешниеʼʼ потоки энергии, вещества и информации в составе общего геологического круговорота.

Близкими к экосистемам является биогеоценозы.

Биогеоценоз- это определœенная территория с однородными условиями существования, населœенная взаимосвязанными популяциями разных видов, объединœенных между собой круг воротом веществ и потоком энергии. Понятие о биогеоценозе введено В.М.Сукачовым (1940). Основой подавляющего большинства биогеоценозов являются фотосинтезирующие организмы, которые образуют растительные группировки. Биогеоценоз, в отличие от экосистемы, является конкретным, территориальным понятием, потому что он занимает ограниченный участок с однородными условиями существования и с соответствующим фитоценозом (растительным группировкам).

В экосистеме выделяют биотические и абиотические части . Биотическая часть экосистемы является совокупностью взаимосвязанных живых организмов, образующих биоценоз. Биоценоз -это группировка взаимосвязанных между собой популяций организмов разных видов, населяющих участок местности с однородными условиями существования. Это понятие предложил немецкий гидробиолог К.Мьобиус. Основой биоценозов является фитоценоз (растительные группировки), с которыми связаны зооценозы (группировки животных) и микробиоценозы (группировка микроорганизмов). Биоценозы существуют на определœенном участке среды, которая принято называть биотопом.

Биотическую часть экосистемы составляют различные экологические группы организмов, объединœенные между собой пространственными и трофическими связями - продуценты, консументы и редуценты .

Продуценты - популяции автотрофных организмов, способных синтезировать органические вещества из неорганических. Это зелœеные растения, цианобактерии, фотосинтезирующие и хемосинтезирующие бактерии. В водных экосистемах основными продуцентами являются водоросли, а на суше – семена растения.

Редуценты – популяции гетеротрофных организмов, которые в процессе жизнедеятельности разлагают мертвые органические вещества до минœеральных, которые затем используются продуцентами. Это гетеротрофные сапрофитные организмы – бактерии и грибы, выделяющие ферменты и органические остатки и поглощающие продукты их расщепления. В процессах разложения органических соединœений участвуют детритофаги (потребляют измельченную органику, к примеру, дождевые черви, личинки мух), сапрофаги поедают помет животных и человека, к примеру, жуки-навозники), некрофаги (поедают трупы животных, к примеру, жуки-навозники) .

В состав абиотической части биогеоценоза входят следующие компоненты:

Неорганические вещества -соединœения, которые включаются в биогенную миграцию веществ (к примеру, СО 2 , О 2 , азот, вода, сероводород и др.);

Органические вещества -соединœения, которые связывают между собой абиотическую и биотическую части экосистемы;

Микроклимат , или климатический режим-совокупность условий, определяющих существование организмов (освещенность, температурный режим, влажность, рельеф местности и т.п.).

Основными свойствами экосистем являются: целостность, самовоспроизведение, устойчивость, саморегуляция и др... Взаимосвязи между популяциями в экосистемах . Состав и структура группировок, их устойчивость и изменение зависит от сложных взаимосвязей между популяциями разных видов. Выделяют следующие типы связей между отдельными популяциями разных видов в экосистемах :

Косвенные - популяции одного вида влияют на популяцию другого опосредованно, через популяции третьего (хищники, поедая добычу, влияют на популяции растений);

Трофические - это связи питания (хищник-добыча);

Топические - это пространственные связи (орхидеи на стволах деревьев);

Антибиотические взаимосвязи (хищничество, конкуренция, выедание) - каждая из взаимодействующих популяций разных видов испытывает негативное влияние другой;

Нейтральные взаимосвязи - существование на общей территории популяции разных видов не влечет для каждой из них никаких последствий (хищники разных видов);

6.Саморегуляция экосистем. Агроценозы. Саморегуляция – способность к восстановлению внутреннего равновесия после какого-либо природного или антропогенного воздействия. Колебания количественных и качественных показателœей, характеризующих экосистемы, происходит вокруг определœенных средних (оптимальных) значений. Стабильность экосистемы предполагает постоянство (гомеостаз) популяций каждого ее вида. Регулирующими факторами, которые сглаживают колебания численности отдельных видов, является внутривидовые и межвидовые связи . Состояние равновесия популяции определяется соотношением лимитирующих факторов, предопределяющие сопротивление среды, с одной стороны, и биотический потенциал размножения - с другой. Экосистема только стремится к устойчивости, но никогда ее не достигает: во-первых, меняются внешние условия, во-вторых, виды изменяют среды обитания.

Контроль знаний и умений:

1) Что такое структура популяции?

2) Какие различают виды структуры популяции?

3) Как регулируется численность популяции?

4) Какой главный фактор, влияющий на гомеостаз популяции?

5) в чем отличие экосистемы от биогеоценоза?

Домашнее задание: пересказ конспекта͵ §28,29, (30-33,47) подготовить сообщения, Лек.№ 25.

Популяции и их экологическая характеристика. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Популяции и их экологическая характеристика." 2017, 2018.

Любая популяция характеризуется показателями, присущими только им, имеет определенную организацию и структуру. Такие признаки могут выражаться статистическими функциями, т.е. популяцию и ее свойства можно описать с использованием математического аппарата. Таковы, например, структура, плотность, численность, рождаемость, смертность. Некоторые характеристики популяций взаимосвязаны: смертность определяет структуру, рождаемость - плотность и т.д.

Следует подчеркнуть, что между отдельным организмом и популяцией организмов существует принципиальная разница. Как капля воды не отражает свойства реки, озера, океана, так и организм, взятый в отдельности, не может характеризовать всю популяцию в целом.

Единственным носителем признаков популяции является группа особей, но не отдельные особи в этой группе. Отдельный организм в популяции рождается, живет, умирает, но экологов это интересует только как возможность посредством исследования поведения отдельного индивидуума познать свойства группы в целом. Особые свойства, присущие популяции, отражают состояние ее как группы организмов в целом, а не отдельных особей, т.е. свойство популяции как группы организмов не есть механическая сумма свойств каждой слагающей ее особи.

Советский эколог С.С.Шварц в работе «Принципы и методы современной экологии» исходит из постулата, что «популяция – основная, а для высших животных – единственная форма существования вида. Так же как существование клетки многоклеточного организма немыслимо вне организма, так и немысленно существование особей вне популяции. Это не означает, конечно, что популяция – организм высшего порядка, но это значит, что она – определенная организация (структурное целое) особей, вне которой они существовать не могут».

Популяция как биологическая система обладает структурой и функциями. Структура популяции характеризуется составляющими ее особями (численность) и их распределением в пространстве. Функции популяции аналогичны функциям других биологических систем. Им свойствен рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях.

Одним из важных параметров, определяющих пространственную структуру, является численность особей в популяции. Наблюдая за свойствами различных популяций, будь то популяции животных или растений, можно видеть, что численность их бывает очень различной. Это может быть и сотня деревьев, встречающихся на гектаре соснового леса, и миллионы одноклеточных водорослей в экосистеме пруда или озера, и несколько грифов, живущих на недоступных скалах, и тучи скворцов над только что засеянным ржаным полем.

Под численностью популяции понимается общее количество особей в популяции. Численность популяции не может быть постоянной и зависит от соотношения интенсивности размножения и смертности.

Плотность популяции определяется как количество особей вида на единице площади (главным образом земной поверхности) или же в единице объема (водная среда, экспериментальная культура), например, 200 деревьев на 1 га, 50 человек на 1 км 2 , 20 головастиков на 1 м 3 воды. Максимальная плотность для различных видов организмов и условий существования сильно варьирует. На одном гектаре земли может обитать значительно больше особей подорожников, чем, скажем, оленей или кабанов. Некоторые виды птиц (пингвины, чайки) образуют так называемые «птичьи базары». Нередки огромные скопления розовых фламинго на некоторых озерах экваториальной Африки. В то же время многие виды среднеевропейских лесных певчих птиц никогда не достигают и 1/10 такой плотности.

Особи живых организмов (растения, животные, микроорганизмы) обычно распределены в пространстве неравномерно. Каждая популяция занимает пространство, обеспечивающее средствами к жизни лишь определенное число особей.

В общем виде можно выделить три типа распределения особей: случайное, регулярное (равномерное) и групповое (пятнистое, скученное, агрегированное).

Случайное распределение характерно популяциям, численность особей которых невелика и потенциальная возможность конкуренции мала. При этом среда обитания организмов должна быть более или менее однородной. В этом случае сила и направление воздействия абиотических и биотических факторов случайно изменяются во времени и пространстве. Случайное распределение встречается в природе не очень часто, хотя само действие случайных природных факторов само по себе не редкость. Такое случайное распределение характерно, к примеру, для пауков, обитающих в лесной подстилке.

Наиболее часто в природе распространено групповое (пятнистое) распределение. Оно свойственно многим организмам, обитающим не только в наземных, но и в водных экосистемах. При данном типе распределения организмы образуют разнообразные группировки. Образование таких групп происходит по разным причинам: неоднородность среды, локальные различия в местообитаниях, влияние суточных и сезонных изменений погодных условий; особенности процесса размножения, и т.д.

Примеров группового распределения можно привести множество. Огромными косяками передвигаются с место на место многие рыбы. В большие стаи собираются водоплавающие птицы, готовящиеся к дальним перелетам Северо-американские северные олени карибу в условиях тундры образуют огромные стада.

Такие же примеры можно привести и для растений: пятнистое размещение растений клевера на лугу, пятна мхов и лишайников в тундре, скопление кустарничков брусники в сосновом лесу, обширные пятна кислицы в еловом лесу, земляничные поляны на светлых лесных опушках и т.п.

Регулярное (равномерное) распределение может наблюдаться при сильном антагонизме особей (конкуренции), когда вероятность нахождения одной особи рядом с другой крайне мала. В природе такой тип распределения встретить трудно, хотя нередко можно встречать размещение организмов, отклоняющееся от случайного в сторону большей регулярности.

Регулярное распределение чаще всего можно наблюдать в искусственно созданных человеком сельскохозяйственных системах – садах, огородах. Так, при посадке, равномерно можно распределить яблоневые деревья в саду, используя мерную ленту. В огороде таким образом можно высадить кусты ягодных культур, некоторые овощные растения.

Важной характеристикой при исследовании популяции является ее возрастная структура . Возрастная структура отражает соотношение различных возрастных групп в популяции и определяет ее способность к размножению. В быстрорастущих популяциях молодые особи составляют большую долю. Поэтому состояние популяции по прошествии определенного промежутка времени будет зависеть от ее нынешнего полового и возрастного состава.

Если в популяции размножение происходит постоянно, то по возрастной структуре устанавливают – сокращается или увеличивается численность.

В большинстве популяций способность к размножению их членов (репродуктивная способность) изменяется с возрастом. В современной экологии при исследовании возрастного состава популяции выделяют три экологические возрастные группы:

■ пререпродуктивную (до размножения);

■ репродуктивную (в период размножения);

■ пострепродуктивную (после размножения).

Длительность этих возрастов по отношению к общей продолжительности жизни сильно варьирует у разных организмов.

При благоприятных условиях в популяции имеются все возрастные группы и поддерживается сравнительно стабильный уровень численности. На возрастной состав популяции, помимо общей продолжительности жизни, влияют длительность периода размножения, число генераций в сезон, плодовитость и смертность разных возрастных групп. К примеру, у полевок взрослые особи могут давать потомство три раза в год или более, а молодые особи способны размножаться через 2-3 месяца.

Обычно в начальный период роста (пререпродуктивная стадия) организмы размножаться не способны. Длительность этого периода у различных видов сильно варьирует - от нескольких минут у микроорганизмов до нескольких лет у человека, многих млекопитающих, деревьев. Пререпродуктивный период может продолжаться большую часть жизни, как, например, у поденок (личиночное развитие в воде занимает от года до нескольких лет из-за длительного развития личинок) и 17-летней цикады (пререпродуктивная стадия достигает нескольких лет). Однако, характерно, что репродуктивный период у этих видов очень короток (у поденок несколько дней, у цикады менее одного сезона), а пострепродуктивный период и вовсе практически отсутствует, как у многих других видов.

Иное положение наблюдается в популяциях человека, а также животных, которые содержатся в искусственно созданных условиях (комнатные, домашние животные, обитатели зоопарков). Особи в таких популяциях доживают до пострепродуктивного периода. У современного человека три эти «возраста» примерно одинаковы, на каждый из них приходится около трети жизни. У первобытных людей пострепродуктивный период был намного короче.

В настоящее время соотношение возрастных экологических групп в популяции людей меняется. Увеличивается число детей, подростков и пенсионеров, т.е. непроизводительных слоев населения. Доля детей до 15 лет в большинстве развивающихся стран увеличилась до 50%, пожилых людей старше 65 лет - до 15%. Такое изменение соотношения возрастных групп приводит к увеличению нагрузки на трудоспособную часть населения.

Естественные популяции это не раз и навсегда застывшая совокупность особей, а динамическое единство находящихся во взаимоотношениях организмов. Изменение в численности, структуре и распределении популяций как реакция на условия окружающей среды называется динамикой популяции.

Динамика популяций в упрощенном варианте может быть описана такими показателями как рождаемость и смертность. Это наиболее важные популяционные характеристики, на основании анализа которых можно судить об устойчивости и перспективном развитии популяции.

Рождаемость – одна из основных характеристик популяции и определяется как число особей, рожденных в популяции за некоторый промежуток времени (час, день, месяц, год). При этом термин «рождаемость» характеризует появление особей любых видов, независимо от способов появления их на свет: будь это прорастание семян подорожника или овса, появление детенышей из яиц у курицы или черепахи, рождение потомства у слона, кита, либо человека.

Экологи различают максимальную рождаемость в условиях отсутствия лимитирующих экологических факторов (добиться этого практически весьма сложно, если даже не невозможно). Под максимальной рождаемостью понимается теоретически возможный максимум скорости образования новых особей в идеальных условиях. Размножение организмов сдерживается только их физиологическими особенностями. Например, теоретическая скорость размножения различных видов во многих случаях может быть довольно высокой. Если мы примем за основу такой показатель, как время захвата видом всей поверхности Земли, то для бактерии холеры Vibrio cholerae он будет составлять 1,25 суток, для диатомовой водоросли Nitschia putrida - 16,8, для домашней мухи Musca domestica - 366, для курицы - около 6000, для слона - 376000 суток. Таким образом, максимальная рождаемость является теоретическим показателем и постоянна для данной популяции.

В отличие от максимальной, экологическая, или реализованная, рождаемость рождаемость (или просто рождаемость) характеризует прирост или увеличение численности популяции при фактических и специфических условиях среды.

Число особей, родившихся за определенное время, называется абсолютной или общей рождаемостью .

В связи с тем, что величина абсолютной рождаемости находится в прямой зависимости от численности популяций, экологи определяют удельную рождаемость. Удельная рождаемость определяется числом особей, родившихся за определенное время в расчете на одну особь в популяции.

Единица времени может быть различной в зависимости от темпов и скорости размножения организма. Для бактерий это может быть час, для насекомых - сутки или месяц, для большинства млекопитающих этот процесс растягивается на месяцы. Предположим, что в городе с населением 100 000 появилось 8000 новорожденных. Абсолютная рождаемость составит 8000 в год, а удельная - 0,08, или 8%.

Различие между абсолютной и удельной рождаемостью легко проиллюстрировать на примере. Популяция из 20 простейших в некотором объеме воды увеличивается путем деления. Через час ее численность возросла до 100 особей. Абсолютная рождаемость при этом составит 80 особей в час, а удельная рождаемость (средняя скорость изменения численности на особь в популяции) - 4 особи в час при 20 исходных.

Смертность - величина, обратная рождаемости. Это число погибших в популяции особей за единицу времени . Подобно рождаемости, смертность можно выразить числом особей, погибших за данный период (число смертей в единицу времени) или же в виде удельной смертности для всей популяции или ее части. При определении смертности популяции учитываются все погибшие особи независимо от причины смерти (умерли ли они от старости или погибли в когтях хищника, отравились ядохимикатами или замерзли от холода и т.д.).

7.2. Экологические характеристики популяции

Каждая популяция имеет ряд признаков, формирующих ее структуру и отсутствующих у отдельных ее особей, обладает, таким образом, групповыми свойствами. Популяции имеют определенные экологические характеристики. К ним относятся: статические – пространство (ареал, местообитания), занимаемое популяциями; возрастной и половой состав, плотность, численность и биомасса популяции; динамические характеристики – рождаемость, скорость роста, смертность, миграция.

Возрастной состав популяции представляет собой соотношение особей разных возрастов. Выделяют три экологических возраста: пререпродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный. Длительность каждого из них варьирует в связи с продолжительностью жизни особей. В стабильных популяциях соотношение старых и интенсивно размножающихся молодых особей равно 1:1. Половой состав популяции – это соотношение особей разных полов. У многих организмов это соотношение равно 1:1, что обеспечивается генетическими механизмами определения пола.

Плотность популяции – это количество организмов (особей) на единицу площади или объема среды. Численностью является общее количество особей популяции вида на какой-либо территории (например, число особей в лесу, почве, в воде и т. д.). число особей, входящих в состав популяции, может сильно варьировать у разных организмов. Обычно численность популяций мелких организмов (например, одноклеточных) может достигать миллионов особей, а численность популяций крупных животных сравнительно невелика и составляет лишь несколько сотен особей. Однако, нужно подчеркнуть, что в связи с проблемой сохранения на планете исчезающих и редких видов, популяции с малым числом особей неустойчивы и могут исчезнуть при каких-то изменениях условий обитания. В популяционной генетике есть такое понятие как эффективная численность популяции. По современным представлениям, если эффективная численность падает ниже примерно 500 особей в пределах экосистемы (биогеоценоза), то у популяции резко возрастают шансы исчезнуть вследствие генетического вырождения и снижения жизнеспособности особей. Играют также роль случайные причины (пожар, наводнение), которые могут настолько сократить численность популяции, что рождаемость перестанет покрывать убыль.

Различают три типа распределения или расселения особей внутри популяции: равномерное, случайное и групповое (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 – Основные типы распределения особей в популяции

(по Одуму, 1975)

А – равномерное распределение; Б – случайное распределение;

В – групповое распределение

Равномерное распределение в природе чаще связано с острой конкуренцией между разными особями. Такой тип распределения отмечают у хищных рыб и у колюшек с их территориальным инстинктом и сугубо индивидуальным характером.

Случайное распределение имеет место только в однородной среде. Так на первых порах распределяется тля на поле. По мере ее размножения распределение приобретает групповой или пятнистый (конгрегационный) характер.

Групповое распределение встречается наиболее часто. Так, в сосновом лесу деревья вначале расселяются группами, а в дальнейшем их размещение становится равномерным. Популяции групповое распределение обеспечивает более высокую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям по сравнению с отдельной особью. Животные, ведущие подвижный образ жизни, как правило, распределяются активно, что приводит к интенсивному перемешиванию популяций и стиранию границ между ними. Например, очень подвижные и активно перемещающиеся песцы, другие животные, птицы имеют огромные ареалы без резких границ между популяциями.

С плотностью, численностью популяции неразрывно связана биомасса – это выраженное в единицах массы или энергии количество живого вещества тех или иных организмов, приходящееся на единицу площади или объема. Биомасса популяции является важнейшей ее характеристикой, поскольку в конечном счете именно биомассу полезных видов растений и животных человек потребляет в сельском хозяйстве, рыболовстве, охотничьем промысле и т. д. Поэтому как для организмов, так и для практических нужд человека, крайне важной оказывается скорость образования биомассы.

Предыдущая

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Понятие о популяции и ее основные групповые характеристики.

Популяция - совокупность организмов одного вида, совместно населяющих общую территорию, находящихся во взаимодействии между собой и свободно скрещивающихся. Популяция- элементарная форма существования вида в природе. В состав одного вида организмов может входить несколько, иногда много популяций, более или менее изолированных друг от друга. В популяциях в разной степени проявляются все формы связей, характерные для межвидовых отношений, но наиболее ярко выражены мутуализм и конкуренция. Есть и специфические внутривидовые взаимосвязи: а) между особями разных полов; б) между родительским и дочерним поколением. Важнейшим свойством популяции является способность к воспроизводству.

Популяция как групповое объединение особей, обладает следующими основными характеристиками:

1) численность - общее количество особей на выделяемой территории; численность не является постоянной, т.к. зависит от многих факторов (темпов размножения, гибели особей в результате старости, болезней, уничтожения хищниками, миграции); если по каким - то причинам невозможно определить численность популяции, тогда определяют ее плотность;

2) плотность популяции - среднее количество (биомасса) особей на единицу площади или объема занимаемого популяцией пространства;

3) рождаемость - число новых особей (яиц, семян), появившихся в популяции за единицу времени, в расчете на определенное число ее членов (например, число потомков, производимых одной самкой в год; у человека рождаемость обычно выражают числом рождений на 1000 человек за год); различают абсолютную иудельную рождаемость; первая характеризуется общим числом родившихся особей (например, если в популяции северных оленей, насчитывающей 16 тыс. голов в год. за год появилось 2 тыс. оленят, то это число выражает абсолютную рождаемость); удельную рождаемость вычисляют как среднее изменение численности на особь за определенный интервал времени (в данном примере она составит , т.е. один новорожденный на восемь членов популяции за год);

4) смертность - показатель, отражающий количество погибших в популяции особей за определенный отрезок времени, выражается либо в процентах от общего числа особей, либо средним числом смертей на 1000 особей в год; различают соответственно абсолютную иудельную смертность ; величиной удельной рождаемости или удельной смертности пользуются для сравнения рождаемости или смертности в различных популяциях;

5) прирост популяции - разница между рождаемостью и смертностью; прирост может быть как положительным, так и отрицательным;

6) темп роста - средний прирост популяции за единицу времени.

Исследование популяций имеет важные практические приложения: например, для контроля численности вредителей, восстановления численности диких животных, рационального использования биологических ресурсов (отлов рыб и др.), сохранения редких видов.

Структура популяции.

Популяции свойственна определенная организация (структура). Она формируется на основе общих биологических свойств вида, под влиянием популяций других видов и абиотичеких факторов среды.

Структура популяции имеет приспособительный характер. Разные популяции одного вида имеют отличительные особенности, характеризующие специфику экологических условий в местах их обитания.

Структура популяции мо­жет быть пространственной, возрастной, половой, генетической и экологической.

Прост­ранственная структура определяется размещением особей на популяционной территории. Все особи в популяции обладают индивидуальным и групповым пространством. Существуют определенные радиусы трофической (кормовой) и репродуктивной активности. В популяции идут два противоположных процесса - изоляции и агрегации. Факторы изоляции - конкуренция между особями за пищу при ее недостатке и прямой антагонизм. Это ведет к равномерному либо случайному распределению особей. Агрегация - объединение особей в группы - хотя и усиливает конкуренцию между ними, но способствует выживанию группы в целом благодаря взаимопомощи. Агрегация ведет к скученному распределению особей в популяции. Например, организмы многих видов предпочитают дер­жаться стаями (птицы) либо стадами (млекопитающие).

Возрастная структу­ра популяции определяется количеством и соотношением особей разных возрастов, отражает интенсивность размножения, уровень смертности, скорость смены поколений. В стабильной популяции разновозрастные группы находятся примерно в одинаковом соотношении, рождаемость равна смертности и численность популяции почти не меняется. Растущая популяция представлена в основном молодыми особями, здесь рождаемость превышает смертность. Если в популяции преобладают старческие особи, то ее численность уменьшается.

Половая структура - количество и соотношением самцов и самок популяции. Генетическое двухфакторное хромосомное определение пола обеспечивает равную численность полов. Но в ряде случаев соотношение полов определяется гормональными факторами, действующими после оплодотворения, а также экологическими. В результате соотношение полов в популяции колеблется по годам, отклоняясь от 1: 1.

Ге­нетическая структура определяется изменчивостью и разнообразием генотипов, частотами вариаций отдельных генов, а также разделением популяции на группы генетически близких особей, между которыми происходит постоянный обмен. Разнообразие генотипов зависит от размера популяции и внешних факторов, влияющих на ее структуру. В небольших изолированных и стабильных популяциях закономерно возрастает частота близкородственного скрещивания, что уменьшает генетическое разнообразие и увеличивает угрозу вымирания.

Экологическая структура - это подразделенность популяции на группы особей, по - разному взаимодействующие с факторами среды. Выявляются группировки по питанию (особи разного пола и возраста обладают различным пищевым предпочтением), по ориентировочному поведению, по двигательной активности. Часто наблюдается распределение функций при охоте на добычу, при уходе за потомством. Для всех популяций характерна и фенологическая дифференциация (разные сроки начала и окончания сезонных циклов развития и поведения: спячка, половая активность, линька, цветение, плодоношение, листопад и т.д.).

Динамика популяции.

Популяция не может существовать без постоянных изменений, за счет которых она приспосабливается к изменяющимся условиям окружающей среды. Изменения численности организмов во времени называют динамикой популяции. Представления о росте популяций необходимы для понимания их способностей к восстановлению численности, а также для уяснения некоторых свойств динамики.

Любая популяция теоретически способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы внешней среды. В таком случае скорость роста популяции будет зависеть только от величины биотического потенциала (б.п.), свойственного виду. Б. П. отражает теоретический максимум потомков от одной пары или особи за единицу времени. Б. П. выражают коэффициентом r и рассчитывают по следующей формуле:

где ΔN - прирост популяции;

Δt - отрезок времени, за который наблюдается прирост ΔN;

N 0 - начальная численность популяции.

В природе Б. П. популяции никогда не реализуется полностью. Обычно его величина складывается как разность между рождаемостью и смертностью в популяциях:

где: в - число родившихся,

d - число погибших особей в популяции за один и тот же период времени.

Рост популяции и кривые роста. Если рождаемость в популяции превышает смертность, то популяция будет расти (если изменения в результате миграции незначительны). Чтобы понять закономерности роста популяций, полезно вначале рассмотреть модель, описывающую рост популяции бактерий после посева их на свежую культуральную среду. В этой новой и благоприятной среде условия для роста популяции оптимальны и наблюдается экспоненциальный рост (J-образный). Кривая такого роста называется экспоненциальной , или логарифмической (рис.1).

Рис.2. Логистическая кривая роста популяции (S - образная)

В конце концов, достигается такая точка, когда по нескольким причинам, в том числе из-за уменьшения пищевых ресурсов и накопления токсичных отходов метаболизма экспоненциальный рост становится невозможным. Он начинает замедляться так, что кривая роста приобретает сигмоидную (S-образную) форму и называется логистической (рис. 2).

Сигмоидная и J-образная кривые - это две модели роста популяции. При этом предполагается, что все организмы очень сходны между собой, имеют равную способность к размножению и равную вероятность погибнуть, так что скорость роста популяции в экспоненциальной фазе зависит только от ее численности и не ограничена условиями среды, которые остаются постоянными.

В природе после экспоненциальной фазы дальнейшее развитие популяции идет по логистической модели, при этом скорость роста популяции линейно снижается по мере роста численности вплоть до нуля при некотором значении К. Величину К называют биологической емкостью среды (степень способности природного или природно - антропогенного окружения обеспечивать нормальную жизнедеятельность определенному числу организмов без заметного нарушения самого окружения).

Кривую выживания можно получить, если начать с некоторой популяции новорожденных особей и затем отмечать число выживших в зависимости от времени. По вертикальной оси обычно откладывают или абсолютное число выживших особей или их процент от исходной популяции:

Каждому виду свойственна характерная кривая выживания, форма которой отчасти зависит от смертности неполовозрелых особей. Типичные примеры приведены на рис 3.

100

Рис.3. Три типа кривых выживания

Большинство животных и растений подвержено старению, которое проявляется в снижении жизненности с возрастом после периода зрелости. Как только начинается старение, вероятность наступления смерти в определенный промежуток времени возрастает. Непосредственные причины смерти могут быть разными, но в основе их лежит уменьшение сопротивляемости организма к действию неблагоприятных факторов (например, болезням). Кривая А на рис.2 очень близка к идеальной кривой выживания для популяции, в которой старение служит главным фактором, влияющим на смертность. Примером может быть популяция человека в современной развитой стране с высоким уровнем медицинского обслуживания и рациональным питанием, где большинство людей доживает до старости. Кривая, сходная с кривой А, свойственна также однолетним культурным растениям, когда на данном поле они стареют одновременно.

Кривая типа Б характерна для популяций организмов с высокой смертностью в ранний период жизни, например, для горных овец или для популяции человека в стране, где широко распространены голод и болезни. Плавная кривая типа В может быть получена, если смертность постоянна в течение всей жизни организмов (50% за определенную единицу времени). Это может быть тогда, когда главным фактором, определяющим смертность, становится случай, причем особи гибнут до начала заметного старения. Подобная кривая характерна для популяций некоторых животных (например, гидры), не подвергающихся особой опасности в раннем возрасте. Для большинства беспозвоночных и растений тоже характерна кривая такого типа, но высокая смертность среди молодых особей приводит к тому, что начальная часть кривой спускается еще более круто.

Существуют небольшие внутривидовые различия в кривых выживания. Они могут быть обусловлены разными причинами и нередко связаны с полом. У людей, например, женщины живут несколько дольше, чем мужчины, хотя точные причины этого неизвестны.

Вычерчивая кривые выживания для различных видов, можно определять смертность для особей разного возраста и, таким образом, выяснять, в каком возрасте данный вид наиболее уязвим. Установив причины смерти в этом возрасте, можно понять, как регулируется величина популяции.

Похожая информация.