Факторы вызывающие изменение численности популяции способы ее регулирования

Численность и рост популяции: факторы регуляции численности популяции

Содержание:

Численность популяций любого вида в природе не остаётся неизменной. Колебания численности в первую очередь связаны с пищей, убежищами, местами для размножения. Неограниченному росту численности популяции препятствует нехватка ресурсов для существования на любой территории. Отклонения показателей численности от оптимального (среднего) уровня вызывают многие факторы окружающей среды. Возвращение к среднему показателю в биологии называется регуляцией.

Популяции

Для характеристики популяции используются такие показатели, как численность (общее число организмов данного вида в местообитании), рождаемость, смертность. Один из основных параметров — плотность или количество особей на единицу поверхности (в единице объёма).

Важны и другие показатели:

• динамика численности (увеличение или уменьшение);
• скорость роста;
• структура (возрастная, половая, пространственная).

При изучении конкретной популяции обращают внимание на её численность и плотность. Пример: численность волков может быть ограничивающим фактором для зайцев. Волк питается травоядными животными, а при высокой численности хищников им требуется больше корма. Численность популяции зайцев может сильно сократиться. И наоборот, сокращение численности хищников ведёт к увеличению численности популяции жертв — размножению грызунов, распространению среди них инфекционных заболеваний.

При чрезмерном увеличении численности и плотности популяции возрастает сила давления, оказываемая на среду обитания и другие живые организмы. При сокращении численности существует опасность исчезновения данного вида, сокращения биоразнообразия. Кроме того, экологическую нишу исчезающего вида может занять более агрессивный.

Если условия оптимальные для популяции, то численность организмов данного вида увеличивается с максимальной скоростью. Так происходит при обилии пищи, отсутствии врагов и перенаселении самой популяции. Примеры таких изменений: «цветение» воды в стоячих водоёмах из-за усиленного размножения водорослей, вспышки размножения саранчи.

Неоднородность популяции — это фактор благоприятный для выживания. Наоборот, внутри- и межвидовая конкуренция в условиях нехватки ресурсов приводят к замедлению роста популяций. В какой-то момент времени численность достигает уровня, когда рождаемость равна смертности. Такое состояние называется равновесной плотностью популяции.

Как регулируется численность популяции

В природе никогда не происходит неограниченный рост численности. Действуют лимитирующие факторы, поэтому виды не размножаются бесконечно. Суммарные потребности особей одного вида в определённом ресурсе могут превышать его количество в экосистеме. Организмы начинают конкурировать за ресурс, а те, что его недополучают, слабеют, перестают размножаться либо гибнут.

Рассмотрим факторы, влияющие на численность популяций: не зависящие и зависящие от её плотности. Не зависящими от плотности считаются такие факторы, на действие которых не влияет изначальная численность и плотность популяции. К этой группе относятся сильные морозы, засухи, ураганы, наводнения. Число погибших и выживших особей в результате природной стихии не зависит от первоначальной численности и плотности популяции.

Разберём задание: «Какой абиотический фактор среды вызывает миграцию птиц?»

Перелёты пернатых связаны не с одним фактором, а с природным механизмом регуляции сезонных изменений в жизни птиц. Уменьшается количество корма, его становится недостаточно для всех особей, усиливаются внутри- и межвидовая конкуренции. Сигналом к началу миграции является изменение длины дня, что приводит к гормональным изменениям в организме перелётных птиц.

Факторы, зависящие от плотности, сильнее влияют на популяцию по мере роста её численности и увеличения плотности. К этой группе относятся биотические факторы — внутри- и межвидовые. Чем выше плотность особей, тем сильнее действуют эти факторы.

Зависят от плотности:

• внутривидовая конкуренция;
• перенаселённость;
• межвидовая конкуренция за одни и те же ресурсы;
• пресс хищников, паразитов, инфекционных заболеваний.

Действие этих факторов повышается по мере увеличения плотности, что препятствует в дальнейшем неблагоприятному росту численности популяции. Наблюдается отрицательная зависимость или обратная связь.

Источник

*§ 39—2. Механизмы регуляции и поддержания численности природных популяций

Сайт:	Профильное обучение
Курс:	Биология. 10 класс
Книга:	*§ 39—2. Механизмы регуляции и поддержания численности природных популяций
Напечатано::	Гость
Дата:	Четверг, 18 Ноябрь 2021, 06:19

Оглавление

Преамбула

Рост численности популяций любого вида в природе никогда не бывает бесконечным, потому что ресурсы, за счет которых существуют виды (пища, убежища, подходящие места для размножения), на любой территории имеют пределы. Эти пределы ресурсов определяют емкость среды для конкретных популяций.

Когда под воздействием факторов окружающей среды происходит отклонение от оптимальных показателей численности (среднего уровня), говорят о процессе модификации численности. Возвращение к среднему уровню численности называется регуляцией. При этом воздействие на организмы экологических факторов, которые позволяют регулировать численность популяции, зависит от ее плотности. Под воздействием таких факторов происходит регуляция численности. К ним относятся биотические взаимоотношения и факторы-ресурсы абиотической среды.

Всякое значительное отклонение численности особей в популяциях от оптимальной связано с отрицательными последствиями для ее существования. В связи с этим популяции обычно имеют адаптационные механизмы, способствующие как снижению численности, если она значительно превышает оптимальную, так и ее восстановлению, если она уменьшается ниже оптимальных значений.

В природных системах с низким уровнем видового разнообразия численность популяций подвержена сильному воздействию абиотических и антропогенных факторов. Она зависит от погоды, химического состава среды и степени ее загрязнения. В системах с высоким уровнем видового разнообразия колебания численности популяций в основном контролируются биотическими факторами.

Все экологические факторы в зависимости от характера влияния на численность популяции можно разделить на две группы:

Факторы, независимые от плотности популяции

Факторы, независимые от плотности популяции, изменяют численность популяций в одном направлении, независимо от количества особей в них. Абиотические и антропогенные (за исключением природоохранной деятельности человека) факторы влияют на численность особей независимо от плотности популяции — это модифицирующие факторы. Так, суровые зимы снижают численность популяций пойкилотермных животных (змей, лягушек, ящериц). Толстый слой льда и отсутствие подо льдом достаточного количества кислорода снижают численность популяций рыб зимой. Сухие лето и осень с последующей морозной зимой уменьшают численность популяций жука колорадского. Неконтролируемый отстрел животных или отлов рыбы снижают восстановительные возможности их популяций. Высокие концентрации загрязнителей в окружающей среде отрицательно сказываются на численности всех чувствительных к ним видов.

Факторы, зависимые от плотности популяции

Факторы, зависимые от плотности популяции, изменяют ее численность в сторону оптимального уровня и предотвращают перенаселение, поэтому их еще называют регулирующими факторами. К ним относятся биотические и природоохранные антропогенные факторы. Зависимыми от плотности популяции факторами являются: запасы кормовых ресурсов, наличие естественных врагов, конкурентов, различные виды природоохранной деятельности. На рисунке видно, что изменение количества кормовых ресурсов приводит к синхронному изменению численности популяции. Как вы думаете, какие свойства популяции и в каком направлении будут при этом изменяться?

Так, численность популяций снижается пропорционально количеству хищников, паразитов, возбудителей болезней и возрастает пропорционально запасу кормовых ресурсов. Таким образом, их наличие в среде обитания сглаживает резкие колебания численности популяции и способствует ее поддержанию в равновесном состоянии.

Когда численность популяции приближается к емкости среды, возникает нехватка корма вследствие его усиленного выедания. И тогда приводится в действие механизм регуляции численности популяции через внутривидовую конкуренцию за лимитирующие ресурсы. Если плотность популяции высокая, ее регулирует повышение смертности в результате обострения конкуренции. Часть особей погибает либо из-за нехватки корма (травоядные животные), либо в результате физического или химического воздействия особей друг на друга. Повышение смертности приводит к снижению плотности. Если плотность популяции низкая, происходит ее пополнение за счет увеличения рождаемости вследствие возобновления кормовых ресурсов и ослабления конкуренции.

Биологическая война — это умерщвление конкурентов внутри популяции путем прямого нападения (хищники одного вида). Резкое снижение кормовых ресурсов может приводить к возникновению каннибализма (поедание себе подобных). Химическая война — это выделение химических веществ, задерживающих рост и развитие или убивающих молодых особей (растения, водные животные). Проявление химической войны можно наблюдать на примере развития головастиков. При высокой плотности более крупные головастики выделяют в воду вещества, которые подавляют рост мелких особей. Поэтому завершают свое развитие только крупные головастики. Лишь после этого начинают расти мелкие головастики.

Регуляция численности популяции через количество кормовых ресурсов четко прослеживается на примере взаимодействия популяций хищника и жертвы. Они оказывают взаимное влияние на численность и плотность друг друга, вызывая повторяющиеся подъемы и спады численности обеих популяций, причем в этой системе колебаний увеличения численности хищника отстают по фазе от увеличений численности жертвы.

Примерно по тому же механизму осуществляется взаимная регуляция численности популяций паразита и хозяина при паразитизме. При повышении плотности популяции хозяина облегчается передача возбудителей от одной особи к другой, так как увеличивается частота контактов. В результате возникает вспышка заболевания, приводящая к увеличению смертности. Снижение плотности популяции хозяина препятствует переносу возбудителя, и здоровые особи начинают размножаться. Следовательно, хищники и паразиты в природе играют регулирующую роль, препятствуя чрезмерному росту численности других популяций. Полное их уничтожение может привести к нарушению равновесия в природных системах.

Важным механизмом регуляции численности в переуплотненных популяциях является стресс-реакция. Повышение плотности популяции приводит к увеличению частоты встреч между особями, что вызывает у них такие физиологические изменения, которые ведут либо к снижению рождаемости, либо к увеличению смертности. Это является причиной уменьшения численности популяции. Стресс не вызывает необратимых изменений в организме, а лишь приводит к временному блокированию некоторых функций. При устранении перенаселения способность к размножению быстро восстанавливается.

Все зависимые от плотности популяции механизмы регуляции численности включаются до того, как произойдет полное исчерпание ресурсов среды. Благодаря этому в популяциях сохраняются и поддерживаются оптимальные свойства и структура, что позволяет им длительно находиться в равновесном состоянии. Сохранение многочисленности популяций в пределах ареала обеспечивает сохранение и эволюцию вида.

Повторим главное. Факторы среды, влияющие на численность популяций, разделяют на: факторы, независимые от плотности популяции, и факторы, зависимые от плотности популяции. Регуляция численности популяций в природе осуществляется преимущественно через конкуренцию за ресурсы, хищничество, паразитизм. Благодаря регуляторным механизмам популяции сохраняют свое существование, а значит, и существование вида в целом.

Проверим знания

1. Почему в природе численность популяции не может быть слишком высокой или слишком низкой?
2. Что происходит с численностью популяции жертвы, если хищники отлавливают жертву медленнее, чем она успевает размножаться?
3. Как влияют на численность популяций факторы, независимые от их плотности? Приведите конкретные примеры.

1. Используя материал параграфа и дополнительную информацию, охарактеризуйте механизмы регуляции численности популяции жука короеда, вспышка численности которого представляет угрозу для лесов Беларуси. Поможет ли вырубка пораженных деревьев справиться с этой проблемой?
2. Если вас попросят разработать программу биологической борьбы с насекомым-вредителем, выберете ли вы для этого неспециализированных или специализированных хищников? Приведите аргументы в пользу своего выбора.
3. У хищных рыб — щуки, окуня, трески, наваги встречается такое редкое явление, как каннибализм, то есть поедание себе подобных. В чем биологический смысл этого явления?

Индивидуальное домашнее задание. Составьте экологический прогноз для популяций смешанного леса, в котором был проведен полный отстрел популяции волков.

Источник

Регуляция численности популяций.

Численность любой популяции складывается в результате ее взаимодействия с различными факторами внешней среды, которые по влиянию делят на:

— Факторы модификаторы, которые вызывая изменение численности, сами не испытывают обратного влияния этих изменений. К ним относятся все абиотические факторы и некоторые биотические (количество и качество корма), не связанные с плотностью популяции;

— факторы регуляторы. Это внутрипопуляционные факторы, зависящие от плотности, которые обеспечивают стабилизацию численности, приводя ее после очередного отклонения к оптимальному уровню. Среди них обычно выделяют:

— инерционные механизмы — зависящие главным образом от плотности (численности) предыдущих поколений;

— безинерционные, зависят от численности текущих поколений (действие хищников).

Вместе с тем, действие всех этих факторов проявляются лишь при определенных условиях:

— численность любой популяции не может состоять из меньшего числа особей, чем это необходимо для обеспечения устойчивости популяции к факторам внешней среды (принцип минимального размера популяции);

— при слабом сопротивлении среды регуляторные механизмы включаются задолго до достижения максимального уровня численности. Это обусловлено снижением обеспеченности пищей, которая влияет на плодовитость (она падает), предотвращающую дальнейший рост численности. Отсюда следует правило лимитов популяционной численности Х. Т. Андреварты — Л. К. Бэрча (1954). Оно гласит, что численность естественных популяций ограничивает истощение пищевых ресурсов и условий размножения, недоступность этих ресурсов и слишком короткий период ускорения роста популяции. Это обобщение дополняется т.н. теорией биоценотической регуляции численности популяции, согласно которой численность популяции есть результат комплексного воздействия абиотической и биотической среды в местообитании вида.

Ограничение колебаний численности популяций имеет большое значение не только для их собственного воспроизведения, но и для устойчивого существования сообществ. Поэтому естественным отбором выработаны самые разнообразные заслоны на пути катастрофического увеличения численности популяции (т.е. регуляторные механизмы имеют множественный характер). Так, по схеме предположенной Н. А. Викторовым (1967) регуляция численности насекомых осуществляется следующим образом:

— при низкой численности насекомых и невысоких темпах ее роста дальнейшее увеличение численности могут сдерживать даже неспециализированные многоядные хищники, у которых эти насекомые составляют лишь часть рациона;

— при увеличении темпов роста численности начинается массовое размножение специализированных энтомофагов;

— при еще более быстром темпе роста популяции, когда и специализированные энтомофаги теряют регулирующую роль, резко возрастает вероятность вспышки инфекционных заболеваний (эпизоотий), приостанавливающих рост численности;

— при высокой численности и плотности включаются также внутрипопуляционные механизмы, поддерживающие гомеостаз.

Вместе с тем, при характеристике регуляторных способностей нужно учитывать, что:

— большинство регуляторных механизмов начинает действовать с некоторым опозданием, в ответ на уже произошедшее изменение численности и, следовательно, полной и абсолютной стабилизации численности достичь невозможно. Регулирующие механизмы срабатывают лишь при выходе численности за определенные пределы и, кроме того, они лишь уменьшают размах возможных колебаний;

— регуляция способствует лишь ограничению роста численности популяции — т.е. она действует одностороннее. Рост же популяции происходит пассивно, при уменьшении действия регулирующих факторов.

Таким образом, как масштабы, так и ход колебания численности любого вида в природных сообществах зависит от особенностей его биологии, характера внутривидовых связей и межвидовых отношений, к которым приспособлен тот или иной вид.

Темпы роста популяции.

Изучения совместного действия рождаемости, смертности и миграции показывает, что у разных видов рост численности идет неодинаково. У одних видов темп роста с самого начала бывает высоким, лавинообразным (по экспоненте) и не зависит от нарастающей плотности. Однако, при достижении определенной плотности (численности) и исчерпании ресурсов среды воспроизводство прекращается и популяция распадается. Такой тип динамики численности отражает j- образная кривая («бум-крах»). Этот тип использования ресурсов наблюдается у видов для которых жизненно важна скорость овладения ресурсами, как, например, у жуков навозников.

У других видов темп роста популяции зависит от ее плотности или численности, причем здесь наблюдается несколько вариантов:

— у некоторых ракообразных разряженная популяция в благоприятных условиях быстро наращивает свою численность, но чем больше становится в ней особей, тем меньше доля приплода, пока она не сравняется со смертностью, что приводит к стабилизации численности;

— у большинства видов при небольшой исходной численности рост идет медленно. Однако по достижению определенного уровня и далее в некотором интервале плотности даже небольшое увеличение доли производителей вызывает стремительный рост популяции. В дальнейшем темп роста замедляется и на определенном уровне стабилизируется. Кривую такого типа называют S- образной или сигмоидной. Первую её фазу называют лаг-фазой, вторую — логарифмической, следующую — замедления, а затем — стационарной (плато).

Однако стабилизация вовсе не означает, что в популяциях больше не происходит количественных изменений. Изменения сезонные, многолетние происходят, но они намного меньше теоретически возможных. К тому же они происходят вокруг какой-то средней величины, и после некоторого ( у разных видов разного) подъема численности, обязательно произойдет ее спад или сокращение. Безграничное размножение опасно для любой популяции, так как может привести к быстрому исчерпанию ресурсов среды, что повлечет за собой общее ослабление или гибель популяции. Перенаселенность настолько неблагоприятна для любого вида, что в ходе эволюции у них выработались разнообразные механизмы, способствующие предотвращению избытка особей и поддержанию определенного уровня плотности (численности) популяции.

3.Типы динамики численности популяции.

Все многообразие динамики численности живых организмов можно отнести к трем основным типам:

— стабильный — отличается небольшим (обычно 2-5 раз) размахом колебаний. Он характерен для видов с большой продолжительностью жизни (крупных млекопитающим, птиц, некоторых беспозвоночных), хорошо развитой заботой о потомстве, высокой выживаемостью, хорошо выраженными механизмами популяционного гомеостаза, поддерживающими плотность популяции в определенных пределах;

— флюктуирующий — с колебанием численности в один-два порядка величин. При этом четко определяются 3 фазы цикла: нарастания, максимума и разрежения. Однако возврат к стабильному состоянию происходит довольно быстро, поскольку регуляторные механизмы увеличивают свою эффективность вслед за увеличением плотности. Такой ход численности распространен в разных группах животных. Эти два типа по сути дела являются периодическими, они совершаются в течение одного сезона или нескольких лет. Такие циклы с подъемом численности в среднем через 4 года известны у обитающих в тундре грызунов – леммингов и питающихся ими песцов и полярных сов, у зайца и рыси и некоторых других видов;

— взрывной тип — со вспышками массового размножения. В нем выделяют 5 обязательных фаз: нарастания численности, максимума, разряжения, депрессии и восстановления. Такой ход динамики наблюдается у видов с малой продолжительностью жизни, высокой плодовитостью и быстрым оборотом поколений, как, например, мер, у саранчи, многих вредителей леса (короедов, усачей), мышевидных грызунов и некоторых других видов. Резкий подъем численности довольно часто наблюдается у популяций, оказавшихся в новых местообитаниях (кролики в Австралии, колорадский жук в Европе и др.).

Вместе с тем, у широко распространенных видов популяции из разных местообитаний могут отличаться ходом динамики численности. Это объясняется тем, что среди регулярных механизмов большую роль играют межвидовые отношения (хищничество), которые в разных частях ареала вида могут быть разными и проявляются с разной степенью напряженности.

В естественных условиях численность популяции определяется нескольким абиотическими и биотическими факторами, которые в совокупности формируют сопротивление среды и ограничивают масштабы изменения численности (лимитируют ее пределы). Сопротивление среды сильнее всего действует на молодых особей, больше других страдающих от пресса хищников, болезней и других неблагоприятных условий.

Эта закономерность получила название «принципа изменения популяции», который можно сформулировать следующим образом: изменение численности любого вида есть результат нарушения равновесия между между её биотическим потенциалом (определяющим рождение новых особей) и сопротивлением окружающей среды (вызывающим их гибель). Такое равновесие называются динамическим, или непрерывно регулирующимся, так как факторы сопротивления среды довольно быстро изменяются. В результате в какой-то год популяция может снизить свою численность, например, из-за засухи, а в последующие годы с нормальным увлажнением, полностью восстановить ее и подобные колебания могут продолжаться неопределенно долго. Эта закономерность получила название «правила максимума размера колебаний плотности популяционного населения». Оно гласит, что существуют определенные верхние и нижние пределы для средних размеров популяции, которые соблюдаются в природе или теоретически могли бы существовать в течение сколь угодно длительного отрезка времени.

Источник