Понятие популяции в экологии. Пространственная и демографическая структура популяций. Динамика численности популяций.

Экологи изучая экосистему в целом пользуются термином популяция для обозначения любой совокупности особей данного вида, входящей в состав данной экосистемы и занимающей экосистемой территории. Основные показатели структуры П.:

* Численность и плотность

* Распределение в пространстве

* Соотношение разнокачественных особей

Численность и плотность. Численность – общее количество особей данного вида на данной территории или в данном объеме. Считают с помощью аэрофотосъемки, метода мечения и др. В большинстве случаев невозможно определить абсолютную численность. Тогда экологи отбирают отдельные пробы и подсчитывают число особей в пробах – плотность – т.е число особей данного вида на единицу S или V.

Пространственное распределение.

1)Равномерное (полихеты на литорали)

2)Неравномерное – проявляется в 2х крайних вариантах и всевозможных переходах между ними.

а)Случайное (диффузное) – встречается среди различных групп, если члены популяции относительно независимы др от др и обитают в однородной для них среде(личинки поденок в ручьях).

b)Пятнистое – встречается чаще всего, выражается в виде скопления особей с незанятным пространством м/у скоплениями. Размер скопления и концентрация особей в них варьирует. Причины такого распределения:

* Градиенты абиотических факторов (температура, влажность и т.д)

* Способы размножения и расселения молодых особей

* Поведенческие причины (образование стад и т.д)

* Биотические факторы (конкуренция, выедание хищниками и др)

В каждом конкретном случае тип распределения оказывается приспособительным, т.е позволит максимально использовать имеющиеся ресурсы.

Соотношение разнокачественных особей.

Половая структура П. Чаще всего самки и самцы отличаются характером питания (самки клещей и комаров питаются кровью). У многих видов самки с детенышами часть года проживают отдельно от самцов. Различаются и размеры участков, занимаемых самками и самцами. Очень сложная половая система у общественных насекомых: муравьи, пчелы, термиты. Самцы и самки очень сильно различаются по экологическим потребностям. Если образ жизни самца и самки сходен, они различаются по физиологическому признаку.

Соотношение особей по полу, особенно доля размножающихся самок, имеют большое значение для динамики численности П.

Возрастная структура П. Возрастные различия усиливают экологическую неоднородность П. Следовательно при резких изменениях среды в П. сохраняется часть особей и П. сможет продолжить существование.

Возрастная структура формируется на основе биологических свойств вида, но зависит также от воздействия факторов внешней среды. В самом общем виде в П. можно выделить 3 возрастные группы:

1)пре- 2)репродуктивная 3)пост-

Длительность их сильно варьирует у разных особей по отношению к общей длительности жизни.

По соотношению этих возрастных групп в П. можно прогнозировать ее численность в будущем.

Динамические характеристики П.

П. очень изменчива по своей сути. Все характеристики П. изменяются по мере того как вид приспособляется к сезонам, абиотическим факторам и т.д. Основные динамические характеристики П. – рождаемость и смертность.

Рождаемость характеризует способность П. к увеличению численности:

* Абсолютная – какое то число особей, родившихся на отрезок времени: ∆No/∆t

* Удельная – более информативная: ∆No/N∆t, где N- число самой П.

Величина рождаемости зависит от доли особей, способных размножаться в данный момент. Это определяется соотношением полов и возрастных групп, частотой последовательных генераций.

Поскольку в течение исследовательского периода (дельта t) величина рождаемости может меняться, чем меньше этот отрезок, тем достоверней информация (дельта t →0)

При изучении динамики П. используют дифференциальные исчисления, т.е раздел математики, оперирующий не величинами, а скоростью их изменения.

При дельта t →0 dNo/Ndt = b – мгновенная удельная рождаемость

Смертность также делится на:

* Абсолютную: ∆Nm/∆t

* Удельную: ∆Nm/N∆t, где N- число самой П.

Смертность, как и рождаемость, зависит от свойств самой популяции и от состояния среды. Даже в лучших условиях особи будут умирать от старости. Возраст, в который это произойдет, определяется физиологической продолжительностью жизни, которая значительно больше, чем экологическая продолжительность жизни.

dNm/Ndt = d – мгновенная удельная смертность

Разность рождаемости и смертности – это скорость изменения численности популяции.

Основное уравнение динамики численности П.: b-d=r

Но скорость изменения численности П. может измериться и непосредственно:

r = dN/Ndt, отсюда dN/dt = rN, где r- коэффициент мгновенного роста П. или биотический потенциал

Любая П. теоретически способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы окружающей среды. Биотический потенциал характеризует наследственно обусловленную способность П. к росту. Кривая, отражающая подобный рост называется экспоненциальной.

В природе биотический потенциал никогда не реализуется полностью. Плотность П. быстро увеличивается по экспоненте, но затем как П. исчерпывает какой либо ресурс, рост прекращается (планктон во время цветения водоемов, однолетние растения).

В противоположность такому типу роста, есть другой тип, когда действие неблагоприятных факторов (сопротивление среды) нарастает постоянно с увеличением плотности П. Такой тип называется логистическим и отражается логистической кривой.

dN/dt = rmax(K-N)/ К, где К – максимальная численность П.

Константы K и r дали название двум типам ЕО: r-отбор и К-отбор (виды соответственно:

r-стратебельные и к-стратебельные).

r-стратегия направлена на увеличение скорости роста П. в начальный период численности, когда плотность еще мала. С т.з Е происходит следующее: Е=М+Р, где Р-размножение, М-метаболизм.

Каждый организм может размножаться или расти только в том случае, если получает Е больше чем нужно для поддержания метаболизма.

У r-стратегов и к-стратегов разное соотношение Е поддержания (М) и размножения (Р).

У r-стратегов основная Е направлена на размножение, это виды с высоким биотическим потенциалом (полевка, белка). Для них характерна низкая устойчивость к факторам внешней среды, короткая жизнь, высокая плодовитость и смертность.

У к-стратегов основная Е направлена на поддержание метаболизма, соответственно это виды с низким биотическим потенциалом, но с высокой выживаемостью (слоны). Для таких видов характерны крупные размеры, забота о потомстве, групповое поведение, низкая плодовитость и смертность.

Еще один показатель динамики популяции – выживаемость – величина обратная смертности. На основании эмпирических данных о смертности в разных возрастных группах в П. строят кривые выживаемости, позволяющие прогнозировать в сходных условиях состояние очередных поколений.

Возможны 3 основных варианта:

Кроме рождаемости и смертности на численность П. влияют миграционные процессы – эмиграция (выселение, аналогична смертности) и иммиграция (вселение, аналогична рождаемости).

Регуляция численности П. Различают 2 варианта популяционной динамики: модификация и регуляция.

Модификация – случайное отклонение численности, возникающее под действием факторов, не зависящих от плотности популяции. Это все абиотические факторы.

Регуляция – возврат П. после отклонение в исходное состояние, которое совершается под воздействием регулирующих факторов. Сила их действия определяется плотностью П. Чем выше их плотность, тем выше воздействие.

Динамика численности П. – это саморегулируемый процесс. Регуляция осуществляется по принципу отрицательной обратной связи: что-то воздействует на то, что действует на него.

 

45. Биоценоз – совок-ть популяций разн видов совместно насел-щие общую терр и взаимод-щие м/у собой.

1) Видовая (экологич) стр-ра биоценоза –разнообразие видов в биоц и соотнош-е их числ-ти и биомассы. Она зависит от:

а) Биотич условий: там где 1 или неск ф-ров уклон-ся от сред уровня сообщ-ва обеднены (пустыня, тундра)

б) Разнородн-ти ср обит-я: в более разнообраз-х по эко условиям биотопах формир-ся более богатые по видов составу сообщ-ва. (краевой эффект, экотон)

в) Биотич ф-ров: кажд вид создает условия для закрепл-я в биоценозе др видов связ с ним (хищники)

г) Истории биоц-за: молодые сообщ-ва имеют меньший набор видов чем сформиованные

д) Влияния чел-ка: Сильное возд-е ведет к сокращ-ю видов.

2) Пространств стр-ра биоц-за характериз-ся вертикальной ярусностью. Выделяют: Древесный ярус, Кустарниковый ярус, Кустарниково-травяной ярус, Мохово-лишайниковый ярус.

Вертик ярусн-ть у животных:

Геобии (обитатели почв), Герпетобии (обитатели поверхностного слоя), Бриобии (обитатели мхов), Филлобии (обитатели травостоя), Аэробии (обитатели более высоких ярусов).

Горизонтальная стр-ра: (мозаичность, неоднородность) вызвана рядом неск ф-ров:

Абиогенная мозаич-ть (ф-рами нежив природы: органич/неорганич в-ва,климат)

Фитогенная (растит орг-ми, в част-ти эдификаторами)

Эолово-фитогенная (мозаич-ть вызв как абиотич ф-рами так и фитогенными)

Биогенная (мозаич-ть вызв животными (роющие))

Экологическая ниша — место, занимаемое видом в биоц-зе, включ-щее комплекс его биоценотич связей и требований к ф-рам среды.

Эко ниша мб:

фундаментальной — определяемой сочет-ем условий и рес-сов, позволяющ виду поддерж-ть жизнеспособную популяцию;

реализованной — св-ва кот обуслов конкурирующими видами.

Эко ниша включ 3 аспекта:

1) Пространств ниша – физич пр-во заним видом, его местообит-е.

2) Трофическая ниша – функц роль вида в биоц-зе. Положение его в пищевых цепях.

3) Многомерная ниша – совок-ть требов-ий вида к t, освещ-ти и др абиотич ф-рам.

Экологич ниша не мб пустой. Если ниша пустеет в рез-те вымир-я какого-то вида, то она тут же заполн-ся другим видом.