Раздел 11. ПОПУЛЯЦИЯ КАК ОБЪЕКТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Основные термины и понятия: флуктуации, осцилляции, средняя и специфическая скорость роста популяции, коэффициент прироста популяции.

11.1. Оценка состояния и перспективы развития популяций

Исследования популяции должно базироваться на следующих основных положениях:

1) популяция - сложная биологическая система надорганізмового уровня, динамическая, способная к саморегуляции;

2) она функционирует только в пределах определенных экосистем;

3) структура, особенности функционирования и развития ее определяются типичными биологическими свойствами вида и своеобразием каждой особи и адаптацией к конкретным условиям среды;

4) популяция развивается как за биологическими закономерностями, так и под действием экологических факторов среды.

В предыдущих разделах было отмечено, что основными показателями, которые характеризуют размер популяции, ее состояние и направление развития является, прежде всего, численность и плотность и способность к их воспроизведение.

Изучая популяцию, эколог-исследователь должен проанализировать все процессы, которые отражают особенности ее развития в конкретных условиях и, в частности, структуру, темпы и скорость роста или сокращения размеров.

Если число организмов, начисляются в данной популяции, через определенные промежутки времени откладывать на оси ординат (у), а время периодических подсчетов (за каждый день, неделю, месяц, год) - на оси абсцисс (х), получаем кривую определенной конфигурации, которая будет показывать изменения численности популяции, ее размер, тенденцию развития.

Размер популяции свидетельствует численность, которую определяют подсчетом особей с использованием различных методов.

Рост популяции вида определяется присущими ему скоростью, что предопределяется как биологией размножения, так и влиянием экологических факторов.

Динамика изменения численности особей в популяциях может иметь разный характер, в зависимости от вида организмов и условий среды.

Как уже упоминалось в предыдущих разделах, в природных популяциях рост чаще происходит по типу сигмовидной кривой. Численно она определяется максимально возможным числом особей в данных условиях.

В случае, когда N >K скорость роста популяции отрицательная величина и число особей в ней уменьшается. При N K скорость роста популяции положительная, число особей в ней прогрессивно растет. При N = K размеры популяции не меняются.

В природе имеет место и другой тип роста численности популяции - в виде j-образной кривой, которая описывается уравнением:

Такой рост популяции иногда называют ростом типа "бум-крах". В этом случае рост численности особей в популяции идет быстро, но потом в момент истощения ресурсов начинается резкий спад. Стабилизация численности особей в популяции за этого типа роста не наблюдается.

Устойчивое существование популяции обеспечивается определенной специфической для вида оптимальной плотностью и численностью. При разреженном заселении популяционной территории усложняются встречи партнеров для размножения, территорию трудно оберегать от вторжения конкурентов. Поэтому при исследовании популяции важно учитывать не абсолютную плотность, что выражает общую насыщенность ее особями всей территории, а экологическую, которая указывает насколько густо заселена доступна часть этой территории. Эту особенность четко определил Элтон (1933), назвав экологическую плотность экономической, поскольку она свидетельствует об эффективности использования популяцией территории для своего роста.

При изучении плотности необходимо также учитывать площадь для одной особи, образ жизни и характер распределения на территории.

Численность и плотность - изменчивые признаки, они могут возрастать или уменьшаться под воздействием различных лимитирующих факторов до определенного предела. Колебания численности особей, которые являются типичными для многих видов растений и животных, называются флуктуациями.

Каждому виду организмов свойственна определенная верхняя и нижняя граница величины популяции в конкретных условиях среды. Эти границы определяются размерами особей, особенностями размножения и местом в пищевой цепи. Чем более низкий трофический уровень, тем больше плотность особей, связано с потоком энергии.

Средняя скорость роста популяции определяет среднее изменение числа особей за определенное время. Ее величина свидетельствует о темп роста популяции. Она зависит от специфической скорости, которая определяется как скорость роста популяции разделенной на число организмов, что были в начале. Следовательно, она указывает на то, сколько новых особей приходится на одну материнскую особь или одну семью.

где N₀ - число особей в начале опыта,

N_и - число особей в настоящее время,

∆N - изменение числа особей за определенное время (t),

v_cn. - число новых особей, приходящаяся на одну самку или семью по настоящее время.

Выяснение механизмов, которые лежат в основе изменения численности популяций, очень важная экологическая проблема. Флуктуации возникают под влиянием внешних условий и под действием внутренних факторов. Стоит напомнить о сезонных изменениях величины популяции в москитов, комаров, бурьяна амброзии полыннолистной.

Определенный интерес вызывает изменение плотности популяции, не связана с сезонностью, но имеет четкую периодичность. Такие изменения численности называют осцилляцией. Это циклы изменения численности, что отмечаются пиками и спадами, которые повторяются периодически через каждые несколько лет. На основе них можно заблаговременно прогнозировать величину популяции у некоторых видов насекомых-вредителей поля или леса, грызунов, птиц, а также рыб и растений.

Известно, что численность популяции рыси достигает максимума через каждые 9-10 лет, после чего в течение нескольких лет встречается редко. Для мышей, полевок, леммингов характерные 3-4-летние циклы. Известны вспышки численности саранчи до необычных размеров через каждые 40 лет, когда она переселяется на поля и массово уничтожает посевы. Описаны случаи спряженої осцилляции численности грызунов и злаковых культур, плодоношение хвойных и белки, хищников и их жертв.

Учитывая то, что скорость роста популяции и ее увеличения зависят от рождаемости, важно знать реализованную рождаемость по сравнению с максимальной, т.е. теоретически возможной, которую могла бы достичь, способная к размножению часть популяции в идеальных условиях.

Такое сопоставление будет свидетельствовать о то, насколько конкретные условия существования популяции обеспечивают возможности реализации ее биотического потенциала и плодовитости особей.

Конечно ни величину популяции, ни ожидаемые изменения в ней (в сторону увеличения или уменьшения) нельзя определить на основе рождаемости или смертности. Важным признаком является выживание и специфическая смертность разных возрастных групп или на разных стадиях онтогенеза. Реальным приростом популяции считается число новых особей, появившихся в составе популяции в результате размножения. Коэффициент прироста популяции, т.е. чистая величина репродукции, будет ставить:

R₀ = Σl_x • m_x, (11.4)

где l_x - число особей данной популяции, выживают в определенной возрастной группе из расчета на 1000 особей (l_x касается только самок);

m_x - показатель специфической возрастной рождаемости, что означает, сколько способна родить самка в определенном возрасте.

Если перемножить показатели l_x на m_x в каждой возрастной группе и произведения добавить, получаем чистую величину репродукции популяции. В природе, в стабильных условиях величина R₀ для популяции должна составлять 1, что указывает на равновесие между смертностью и рождаемостью.

Очень важным для оценки популяции является данные об стабильное распределение в ней организмов по половозрастным группах, об их специфическую плодовитость на разных этапах жизни с учетом условий конкретного региона.

В быстрорастущих популяциях преобладают молодые особи. Преимущество в составе популяции старых, утративших способность к размножению, является лимитирующим фактором ее роста.

Все вышеуказанные характеристики популяции имеют непосредственное практическое использование.

Так, в промышленных птиц, млекопитающих соотношение числа животных первого года жизни и старше, которое определяют в конце охотничьего сезона, служит показателем того, в каком направлении развивалась популяция. Высокий процент молодых особей по сравнению с взрослыми, указывает на то, что сезон был удачным и при условии, что смертность молодых не будет высокой, популяция в следующем году вырастет.

Следовательно, определять численность популяции и ее динамику необходимо с учетом основных параметров, от которых она зависит в конкретной среде.

Для подсчета общей численности и оценки состояния популяции в конце года (сезона) можно воспользоваться уже упоминавшейся формуле:

N = N_t + B - D + I - Е, (11.5)

где N - число особей популяции в конце года (сезона);

N_t - число особей, популяции в начале года (сезона);

В - число особей, которые родились за это время;

D - число особей, умерших за этот время;

И - число особей, иммигрировавших из других популяций;

Е - число особей, эмигрировавших в другие популяции.