Что такое демографические характеристики популяций
Демографические характеристики популяции
Свойства популяции определяются не признаками особей, входящих в нее, а свойствами целостной группы, т.е. групповыми характеристиками, такими как рождаемость, смертность, выживаемость, численность и плотность. Эти свойства популяции часто именуют демографическими и динамическими характеристиками. С их помощью оценивается интенсивность процессов, происходящих в популяции.
Рождаемость — это способность популяции к увличению численности. Теоретически возможная скорость нарастания численности с появлением на свет новых особей из яиц, икры или семян, спор, или путем деторождения, называется «максимальной рождаемостью». Этим термином обозначают возможную рождаемость, когда отсутствуют какие-либо лимитирующие факторы. Однако в природе обычно наблюдается так называемая «реализованная рождаемость», свидетельствующая о состоянии популяции в зависимости от условий окружающей среды.
Величина рождаемости зависит от многих причин, в том числе от видовых физиологических особенностей, от соотношения полов и возрастных групп в популяции. Имеются виды, дающие одну или несколько генераций за год; плодоносящие один раз в жизни (монокарпики) или с многократным и многолетним размножением (поликарпики). Обычно для видов, которые не охраняют свое потомство, не заботятся о нем, характерна высокая потенциальная и низкая реализованная рождаемость; у видов, оберегающих и выкармливающих свое потомство, плодовитость резко понижена. По реализованной рождаемости характеризуется состояние популяции в данных условиях.
Смертность — как антитеза рождаемости, отражает естественную и случайную гибель особей в популяции. Экологическая или «реализованная смертность» — это показатель гибели особей в данных конкретных условиях. Это величина, как и рождаемость не постоянна и изменяется в зависимости от условий окружающей среды и состояния популяции. Характерно, что величина смертности меняется в зависимости от возраста организмов.
Смертность особей в разных возрастных группах является, с одной стороны, свойством вида, с другой — показателем неблагополучия условий существования в данной среде обитания.
Выживаемость — это разница между рождаемостью и смертностью. Она характеризуется долей выживших особей популяции. Для одних популяций свойственна высокая выживаемость взрослых особей, у других — в начале жизни, у третьих она является равномерной на всех стадиях развития.
Плотность — это величина популяции, соответствующая некоторой единице пространства или объема. Обычно она выражается средним числом особей на единицу площади или объема. При оценке плотности важно знать не только конкретную величину, характерную для популяции, а ее динамику в сторону возрастания или уменьшения.
Численность — это показатель абсолютного количества особей популяции на единицу площади или объема. Поддержание оптимальной численности, обеспечивающей относительное постоянство внутренней структуры и нормальной плотности называют гомеостазом. Поддержание гомеостаза популяции зависит от многих факторов, в том числе от биологических свойств самого вида, биологического потенциала популяции, от взаимоотношений особей, взаимодействия с другими видами, а также от экологической емкости биотопа.
В естественных условиях численность популяции всегда лимитирована целым рядом факторов среды, в том числе абиотических (неоптимальная температура или влажность и др.) и биотических (присутствие хищников, паразитов, нехватка кормов и пр.). Совместное влияние этих факторов, называют «сопротивлением среды», а совокупность всех факторов, способствующих увеличению численности популяции, вида (рождаемость, способность к расселению, устойчивость к болезням и пр.) называют «биотическим потенциалом».
5. Гомеостаз и саморегуляция популяций
Гомеостаз популяции. Логистическая модель роста численности популяции предполагает, что в каждом конкретном случае имеется определенный равновесный уровень численности (и плотности), при котором рождаемость равна смертности и обновление популяции происходит за одно поколение. Однако такое равновесное состояние популяции в природе бывает редко, так как зависит от многих абиотических, биотических факторов внешней среды и от физиологического состояния самой популяции в разное время, а также от ее плотности. Поддержание популяцией такого равновесия со средой и составляет ее гомеостаз.
Изменчивость условий жизни, их циклично повторяющийся характер обусловливают формирование лабильных функциональных адаптаций, способствующих стабилизации популяционных функций и поддержанию гомеостаза популяции. Механизмы таких адаптаций основаны на эколого-физиологических, лабильных процессах. Лабильные (неустойчивые, подвижные) адаптации популяционного уровня действуют по принципу обратной связи: в ответ на внешние, и внутрипопуляционные изменения вызываются адекватные сдвиги во внутрипопуляционных отношениях, длящиеся до тех пор, пока не восстановятся «уравновешенные» отношения между популяцией и средой.
Саморегуляция популяций. Гомеостаз предполагает возможность процессов саморегуляции численности и плотности популяций, т.е. любая популяция способна регулировать свою численность так, чтобы не подрывались возобновляемые ресурсы местообитания и не требовалось вмешательство каких-либо внешних факторов, например, хищников или неблагоприятной погоды.
Предполагается, что по мере роста плотности популяции изменяется не только качество внешней среды, но и качество самих особей, составляющих эту популяцию. При этом происходящие изменения направлены на то, чтобы затормозить дальнейший рост численности и плотности популяции. Чаще всего это осуществляется путем снижения плодовитости, удлинения сроков полового созревания, возрастания смертности (как непосредственного результата стрессового состояния и массовости заболеваний), изменения поведенческих реакций у животных и развития у них миграционной активности.
К числу механизмов, обеспечивающих саморегуляцию, относятся генетические свойства популяций, определяющие и физиологические процессы в отдельных организмах, и адаптации на уровне популяции в целом (характер внутрипопуляционных отношений, пространственную структуру, уровень и динамику роста численности и пр.), приводящие популяцию в соответствие с условиями ее существования. Изменение качества особей может быть как фенотипическим, так и генотипическим.
Среди механизмов, обеспечивающих саморегуляцию, видное место занимают особенности поведения отдельных особей, сказывающиеся на величине рождаемости и смертности. Отмечается также роль стрессового состояния особей, обусловленного высокой плотностью (вследствие неспособности удержать собственную территорию от иммигрантов, нехватки пищи и мест укрытия): необходимость миграции в новые места, где часто происходит гибель от непривычных факторов среды. Таким образом, саморегуляция проявляется в виде изменения качества самих особей и повышение уровня смертности из-за хищников и паразитов.
Демографические характеристики популяции
Плотность эммиграции определяется плотностью населения.
2)динамические показатели.
1.Рождаемость (плодовитость) – число новых особей появившихся в рез-те размножения за единицу времени.
2.Смертность – показатель отражающий кол-во погибшей особей популяций за определенный промежуток времени.
3.Прирост популяции – разница между рождаемостью и смертностью (как положительный так и отрицательный).
4.Динамический показатель – темп роста популяций – средний прирост популяций за единицу времени.
Динамика популяций.
В процессе изменения её основных биологических показателей (численности, биомассы) во времени зависимости от экологических факторов.
1. Рост популяций – любая популяция теоретически способна к неограниченному росту численности если её не лемитируют факторы внешней среды. В этом случае скорость роста популяции будет определяться величиной биотического потенциала.
Скорость роста популяций при отсутствии каких либо экологических ограничений описывает дифференциальное уравнение dn/dt=rN
n- число особей популяции
т – время
r- биотический потенциал
Если r больше 0 то со временем численность популяции возростает сначала медленно, а затем стримительно, согласно экспонинциальному закону.
Первоначально экспонинциальный рост в исходно благоприятных условиях со временем продолжаться не может, и постепенно замедляется. Плотность популяции регулирует истощение пищевых ресурсов и накопление токсикантов, таким образом рост плотность популяции влияет на рост численности.
J-образная роста популяции.
Экспонинциальный рост продолжается до внезапного падения плотности популяции в рез-те исчерпания ресурсов среды. Тай рост не зависит от плотности.
Колебания численности популяции по достижению заключительного роста размеры популяции продолжают колебаться от поколения к поколению около более или менее постоянной величины. При этом численность одних видов изменяется не регулярно с большой амплитудой колебаний (насекомые, вредители и сорняки)
Мелкие млекопитающие имеют относительный период, а в популяции 3-х видов численность колеблется от года к году незначительно (долгоживущие крупные животные).
1-я кривая – скачкообразная, 2-я циклическая 3-я стабильная.
Сопротивление среды – совокупность всех факторов популяций.
Структура сообществ.
1)Видовая структура
2)Пространственная
3)Экологическая структура – которая вкл в себя различные группы организмов с разным видовым составом, но занимающий сходные экологические ниши.
4)Пограничная. Экотон – пограничная полоса между двумя экосистемами, где сочетаются св-ва граничящих экосистем где много разнообразий и организмов.
Эдификатор – доминантный вид в биоценозе, который создает среду во всём обществе, и без которого существование невозможно.
Экологические ниши – совокупность факторов среды в пределах которой возможно существование вида в природе. Она показывает функциональное положение вида, который тот занимает в системе, комплекс его биотических связей и требований к абиотическим факторам среды.
Экологические ниши отличаются типами питания.
Реализована эк ниша
Закон конкурентного исключения – один вид всегда вытесняет другой.
Динамика Экосистемы.
Экологическая сукцессия – смена одной экологической сменой другой. Развитие системы в пределах которой одной и той-же территории смена одной территорией другим.
Первичная сукцессия и вторичная.
Демографические характеристики популяции
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Сентября 2014 в 21:14, контрольная работа
Краткое описание
Популяцию в целом характеризуют демографические характеристики: рождаемость; смертность; структура популяций по возрастному составу; численность особей (их обилие) [1, С. 88].
Демографические характеристики отражают скорость процессов, происходящих в популяции. Они имеют смысл только для группы особей: нельзя говорить о рождаемости и смертности применительно к отдельной особи. Знание демографических характеристик популяции важно для прогнозирования возможных изменений, как в самой популяции, так и во всем сообществе в целом.
Прикрепленные файлы: 1 файл
экология вариан 1.docx
1. Демографические характеристики популяции
Популяцию в целом характеризуют демографические характеристики: рождаемость; смертность; структура популяций по возрастному составу; численность особей (их обилие) [1, С. 88].
Демографические характеристики отражают скорость процессов, происходящих в популяции. Они имеют смысл только для группы особей: нельзя говорить о рождаемости и смертности применительно к отдельной особи. Знание демографических характеристик популяции важно для прогнозирования возможных изменений, как в самой популяции, так и во всем сообществе в целом.
Численность популяции – это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. В период размножения происходит рост популяции. Смертность же, наоборот, приводит к сокращению ее численности [2, С. 37].
Плотность популяции определяется количеством особей или биомассой на единицу площади либо объема, например: 400 деревьев на 1 га, 0,5 г циклопов в 1 м3 воды. Нередко важно различать среднюю плотность, т. е. численность или биомассу на единицу всего пространства, кудельную или экологическую плотность – численность или биомассу на единицу обитаемого пространства, доступной площади объема, которые фактически могут быть заняты популяцией.
Плотность популяции отличается изменчивостью и зависит от ее численности. При возрастании численности не наблюдается увеличение плотности лишь в том случае, когда возможно распределение популяции, расширение ее ареала. Особи, составляющие популяции, имеют различные типы пространственного распределения, выражающие их реакции на различные влияния, например, добычу и благоприятные физические условия или конкурентные реакции. Различают три типа распределения или расселения особей внутри популяции: равномерное, случайное и групповое [2, С. 38].
Динамика численности и плотности популяций находится в тесной зависимости от рождаемости или плодовитости и смертности.
Рождаемость – это способность популяции к увеличению численности. Характеризует частоту появления новых особей в популяции. Различают рождаемость абсолютную и удельную. Абсолютная (общая) рождаемость – число новых особей, появившихся за единицу времени. Удельная рождаемость выражается в числе особей на особь в единицу времени [4, С. 245].
Так, для популяций человека как показатель удельной рождаемости используют число детей, родившихся в год на 1000 человек. В живых организмах заложена огромная возможность к размножению и подтверждается правилом максимальной рождаемости (воспроизводства): в популяции имеется тенденция к образованию теоретически максимально возможного количества новых особей. Оно достигается в идеальных условиях, когда отсутствуют лимитирующие экологические факторы и размножение ограничено лишь физиологическими особенностями вида.
Численность и плотность популяции зависит и от ее смертности. Смертность популяции – это количество особей, погибших за определенный период. Абсолютная (общая) смертность – это число особей, погибших в единицу времени. Удельная смертность выражается отношением абсолютной смертности к численности популяции. Абсолютная и удельная смертность характеризуют скорость убывания численности популяции вследствие гибели особей от хищников, болезней, старости и т. д. [4, С. 246]
Рождаемость и смертность, динамика численности напрямую связаны с возрастной структурой популяции. Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. Для каждого вида, а иногда и для каждой популяции внутри вида характерны свои соотношения возрастных групп. На эти соотношения влияют общая продолжительность жизни, время достижения половой зрелости, интенсивность размножения – особенности, вырабатываемые в процессе эволюции как приспособления к определенным условиям. По отношению к популяции обычно выделяют три экологических возраста: предрепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный.
Возрастная структура ценопопуляции в значительной степени определяется биологическими особенностями вида: периодичностью плодоношения, числом продуцируемых семян и вегетативных зачатков, способностью вегетативных зачатков к омоложению, скоростью перехода особей из одного возрастного состояния в другое, длительностью возрастного состояния, способностью образовывать клоны и др. [3, С. 98]
2. Свет как абиотический фактор и адаптация к нему организмов
Свет – лучистая энергия солнца, которая складывается из нескольких составляющих: видимое излучение (50%); ультрафиолетовое излучение (1%); инфракрасное излучение (45-47%); рентгеновское излучение (излучение с длинами волн в области радиодиапазона). Все эти виды излучения оказывают влияние на живые организмы. Инфракрасное излучение воспринимается всеми организмами, а лучи с длиной волны 1,05 мкм принимают участие в теплообмене растений. Ультрафиолет с длиной волны 0,25-0,3 мкм стимулирует образование витамина D у животных; с длиной волны 0,2-0,3 мкм губительно действует на некоторые микроорганизмы, в том числе болезнетворные; с длиной волны 0,38-0,4 мкм необходимо для фотосинтеза у растений. В целом видимый свет влияет на скорость роста и развития растений, на интенсивность фотосинтеза, на активность животных, вызывает изменение влажности и температуры среды, является важным сигнальным фактором, обеспечивающим суточные и сезонные биоциклы [1, С. 45].
Световой режим – один из ведущих абиотических факторов, определяющий особенности распределения и изменения интенсивности солнечной радиации, которая поступает к природным и искусственным экосистемам. Световой режим любого места обитания определяется различными факторами.
Показатели светового режима – интенсивность света, его количество и качество. Интенсивность (сила света) – определяется количеством солнечной энергии, приходящейся на 1 см2 горизонтальной поверхности в 1 минуту. Для прямых солнечных лучей этот показатель почти не зависит от географической широты, однако на него влияют особенности рельефа местности. Например, на южных склонах интенсивность света всегда больше, чем на северных.
Количество света – суммарная солнечная радиация, измеренная за астрономический год. Увеличивается от полюсов к экватору, сопровождается изменением его качества. Для светового режима также имеет значение количество отражаемого света. Альбедо земной поверхности – величина, характеризующая ее способность отражать (рассеивать) падающее на нее излучение и равное отношению количества отраженного света к общему количеству падающего. Выражается в процентах (%) и зависит от угла падения солнечных лучей и свойств отражающей поверхности [4, С. 51].
Относительное световое довольствие – освещенность в данном месте, выраженная в процентах от общего количества света, поступающего извне. Минимальное световое довольствие – среднее световое довольствие на границе облиствения во внутренней части кроны. Используется для оценки потребности растения в свете, для фотосинтеза и обмена веществ. Например, минимальное световое довольствие для лиственницы, сосны, березы – 10-20%; для ели, пихты, бука – 1-3%.
У растений возникают различные морфологические и физиологические адаптации к световому режиму местообитаний.
По требованию к условиям освещения принято делить растения на следующие экологические группы:
1) светолюбивые (световые), или гелиофиты, – растения открытых, постоянно хорошо освещаемых местообитаний;
2) тенелюбивые (теневые), или сциофиты, – растения нижних ярусов тенистых лесов, пещер и глубоководные растения; они плохо переносят сильное освещение прямыми солнечными лучами;
3) теневыносливые, или факультативные гелиофиты, – могут переносить большее или меньшее затенение, но хорошо растут и на свету; они легче других растений перестраиваются под влиянием изменяющихся условий освещения [5, С. 64].
Световой режим как экологический фактор приводит к возникновению многоярусности растительного покрова, так как это позволяет лучше использовать солнечную радиацию. У растений ориентация на свет осуществляется в результате фототропизмов – направленных ростовых движений органов растений. Если движение направлено в сторону светового раздражителя, то это – положительный фототропизм; если в противоположную – отрицательный.
У животных ориентация на свет осуществляется в результате фототаксисов – двигательных реакций животных в ответ на одностороннее световое излучение. При положительном фототаксисе животное перемещается в сторону наибольшей освещенности, при отрицательном – в сторону наименьшей освещенности. Свет необходим животным для зрительной ориентации в пространстве. Начиная с кишечно-полостных животных, у них развиваются сложные светочувствительные органы, имеющие различное строение – глаза. По отношению к световому режиму среди животных различают ночные и сумеречные виды и виды, живущие в постоянной темноте и не выносящие яркого солнечного света. Световой режим оказывает влияние и на географическое распространение животных. Сигнальное значение в жизни животных имеет биолюминесценция – видимое свечение живых организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности. Возникает в результате окисления сложных органических соединений (люциферинов) при участии ферментов (люциферазов) в ответ на раздражение, поступающее из внешней среды. Энергия, выделяющаяся в результате этих реакций, не рассеивается в виде тепла, а превращается в энергию электронного возбуждения молекул, способных выделять ее в виде фотонов. Свечение может испускать вся поверхность тела или специальные органы свечения. Используется животными для освещения и приманки добычи (глубоководные рыбы), для предостережения, отпугивания или отвлечения хищников (некоторые креветки), для привлечения особей другого пола в брачный период (светлячки), для ориентации в стае. Некоторые животные светятся в ответ на механическое раздражение (светящиеся иглокожие на мелководьях коралловых рифов Карибского моря) [5, С. 68].
Таким образом, растениям свет необходим прежде всего для фотосинтеза, благодаря которому в биосфере создается органическое вещество и накапливается энергия, для животных он имеет в основном информационное значение.
3. Функции живого вещества биосферы
Живое вещество в биосфере выполняет такие планетарные функции:
1. Энергетическая функция живого вещества заключается в трансформации более 99% энергии, поступающей на поверхность Земли, от Солнца. Преимущественно эта энергия идет на химические и физические процессы в гидросфере, литосфере и атмосфере. На Земле существует только один процесс, когда энергия Солнца связывается и запасается (иногда на довольно продолжительное время) в виде энергии органических соединений. Это фотосинтез. Сжигая уголь, мы используем солнечную энергию, которую запасли растения сотни миллионов лет назад. Для современной биосферы характерны залежи угля и других органических веществ, которые образовались в палеозое, мезозое и кайнозое [2, С. 15].
2. Редуцентная функция заключается в том, что за счет жизнедеятельности огромного количества гетеротрофов, в основном грибов, животных и микроорганизмов, происходит работа по разложению органических остатков. Органические соединения разлагаются до углекислого газа, аммиака, воды, а в анаэробных условиях – еще и к водорода и углеводов. Продукты минерализации вновь используются автотрофами. Так осуществляется круговорот веществ в природе. Кроме того, в почве часть веществ ароматической природы, которые высвобождаются, под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, опять сконденсируется с образованием сложного комплекса соединений – почвенного гумуса. Этот процесс стимулируется деятельностью многих почвенных групп гетеротрофов. Гумус является основой плодородия почвы.
3. Газовая функция живого вещества связана с тем, что многие газов планеты имеют органическое происхождение, то есть являются продуктами жизнедеятельности живых существ. Так, кислород в атмосфере, на долю которого приходится 21%, выделяется в результате фотосинтеза зелеными растениями. Накопление кислорода в атмосфере началось еще с докембрия. До наступления палеозоя содержание его, по некоторым данным, не превышает 10% современного. Весь имеющийся свободный кислород в атмосфере оценивается в 1,6 • 1016 г, зеленые растения могут воспроизвести его за 10 000 лет. В верхних слоях тропосферы под действием ультрафиолетового излучения из кислорода образуется озон. Существование озонового экрана также является следствием деятельности живого вещества, которое, по выражению В. И. Вернадского, «словно сама создает себе сферу жизни» [2, С. 15].
Углекислый газ является также продуктом дыхания всех живых существ планеты. Современная атмосфера содержит 0,3% СО2. Содержание СО2 в атмосфере раннего периода развития жизни был значительно выше. В течение фанерозоя он менялся в достаточно широком диапазоне. В девоне в начале карбона, а также в Перми он превышал современный уровень в 6-10 раз, а начиная с середины мела неуклонно снижается.
Азот может поступать в атмосферу за счет процесса денитрификации (восстановление окислов азота до свободного азота). Этот процесс происходит под действием микроорганизмов в почвах в анаэробных условиях.
4. Окислительно- восстановительная функция заключается в том, что за счет жизнедеятельности микроорганизмов в биосфере осуществляются такие химические процессы, как окисление и восстановление элементов с переменной валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.). К таким микроорганизмов относятся денитрифицирующие и сульфатредукуючи бактерии, которые восстанавливают из окисленных форм азот до металлов и серу из сероводорода. Микроорганизмы-окислители могут быть как автотрофами, так и гетеротрофами. Это бактерии, которые окисляют сероводород и серу, нитро – и нитрофикуючи микроорганизмы, железные и марганцевые бактерии, концентрирующих эти металлы в своих клетках.
2. Демографические показатели популяции
Теория:
Важно понимать причины изменения популяций и скорость этих изменений, а также уметь определять их групповые характеристики, т. е. демографические показатели.
Рассмотрим эти показатели подробнее.
Плотность используется, если нужно знать динамику численности популяции, т.е. изменение количества особей во времени.
Рождаемость определяет возможность развития популяции за счёт размножения населяющих её особей.
Различают максимальную рождаемость (иногда её называют физиологической, или абсолютной) и экологическую, или просто рождаемость.
Максимальная ( потенциальная ) рождаемость — это наибольшее значение скорости появления новых особей, теоретически возможное при отсутствии факторов, ограничивающих этот процесс, т. е. в идеальных условиях.
Максимальная рождаемость определяется плодовитостью самок, т. е. их способностью производить определённое количество потомства, а также общим количеством потомков (за определённый срок).
Экологическая рождаемость — это число новых особей, появившихся в популяции за единицу времени; она позволяет судить о скорости возрастания численности популяции при данных условиях жизни рассматриваемой группы особей.
Экологическая рождаемость непостоянна и изменяется в зависимости от физических условий среды и состава популяции.
Смертностью определяется средняя продолжительность жизни, характеризующая группу особей. Средняя продолжительность жизни больше в той группе, где смертность ниже.