12. Динамика численности и биомасса популяций
Численность и биомасса популяций обычно подвержены большим колебаниям во времени. Изменение численности, биомассы организмов во времени называют динамикой популяций. Существуют два основных типа динамики численности:
Периодические колебания происходят главным образом под влиянием закономерно изменяющихся факторов среды. У некоторых видов млекопитающих, птиц, рыб, насекомых наблюдаются четкие периодические изменения численности, то есть ее вспышки чередуются со спадами. Однако численность особей в популяциях может колебаться во времени без определенной периодичности. Большое влияние на популяции, такие их свойства как продолжительность жизни особей, плодовитость, которые определяют численность, оказывают температура, освещенность, влажность. Действие многих факторов становится более жестким с увеличением плотности популяций: это – трофические условия, в том числе обостряющиеся конкуренция, хищничество, паразитизм, заболеваемость. Почти всегда вызывают изменения численности популяций антропические воздействия: в сельском и лесном хозяйствах, при рыболовстве и других видах промысла, при разрушении местообитаний человек способствует уменьшению их численности; при охране каких-то видов, наоборот, их численность возрастает. Эти колебания («волны жизни») вызываются, таким образом, многими воздействиями со стороны как живой, так и неживой природы.
Динамика численности популяций складывается при взаимодействии основных популяционно-динамических процессов:
- рождаемости,
- смертности,
- скорости роста,
- иммиграции новых особей из других популяций,
- эмиграции некоторых особей за пределы ареала данной популяции.
Рождаемость характеризует частоту появления новых особей. Под рождаемостью понимают количество особей (яиц, семян, эмбрионов), производимых в единицу времени в расчете на одну самку. Различают максимальную (абсолютную, физиологическую, предельно-возможную) рождаемость и реализуемую (экологическую) рождаемость, или просто рождаемость. Максимальная рождаемость – это образование теоретически максимально возможного количества новых особей в идеальных условиях, когда отсутствуют лимитирующие факторы и размножение ограничивается лишь физиологическими факторами. Реализуемая рождаемость – это увеличение популяции за счет появления на свет новых особей при фактических, реальных условиях среды.
Показатель смертности характеризует гибель особей в популяциях. По определению, смертность – это количество особей, умирающих в единицу времени в расчете на особь в популяции. Учитываются все погибшие особи независимо от причины смертности (старость, элиминация хищниками, болезнями и т. д.) Представляет интерес величина, связанная со смертностью, обратная ей – выживаемость, т. е. число или доля выживших особей.
Разность между рождаемостью и смертностью есть некий результирующий параметр, который определяет реальную динамику численности у данной популяции. Популяция может находиться в состоянии динамического равновесия, если естественная убыль особей равна их возобновлению. Существенно то, что антропические воздействия на популяцию могут изменять как рождаемость, так и смертность (например, увеличивать смертность особей данного вида).
Величина прироста популяции за единицу времени в расчете на одну особь представляет скорость роста популяции. По мере роста популяции происходит снижение доступных каждой особи ресурсов среды. При истощении ресурсов рост популяции тормозится и в конце концов прекращается. Популяции разных видов обладают удивительной способностью к быстрому росту численности.
Кроме рассмотренных характеристик – рождаемости, смертности, скорости роста на величину популяцию влияют эмиграция, иммиграция и общая миграция.
Миграция – это особый случай перемещения особей, когда почти вся популяция на время уходит из определенного района. Сезонные или суточные миграции позволяют организмам использовать оптимальные условия среды в таких местах, где они не могли бы жить постоянно. Перебираясь с места на место вслед за перемещением оптимальных условий, такие виды могут сохранять высокую активность, поддерживать большую плотность популяции и в те периоды, когда немигрирующие виды переходят в неактивное состояние (в состояние диапаузы или зимней спячки).
В динамике численности популяций большую роль играют межвидовые отношения — взаимоотношений конкурирующих видов, хищника и жертвы, паразита и хозяина. Изучение хищничества, паразитизма как факторов, регулирующих численность популяций, влияющих на их величину, показывает, что отрицательное влияние хищников, паразитов обычно не велико, если оба вида – хищник и его жертва, хозяин и паразит – существуют совместно уже на протяжении длительного времени. Серьезные последствия возникают, в частности, когда хищник и жертва (или паразит и хозяин) встречаются друг с другом впервые. Если экосистема, в которую они входят, будет выведена из равновесия, хищники и паразиты могут вызвать резкие изменения численности популяции.
В природе действуют другие факторы, влияющие на динамику численности популяций. Связано это со следующими причинами. Для некоторых видов решающее значение имеют физические факторы. Численность особей в популяциях могут лимитировать такие факторы, как нехватка природных ресурсов (например, пищи или мест, пригодных для размножения), недоступность этих ресурсов и недостаток времени для размножения (короткий влажный сезон, короткий день, например, в Арктике).
У крупных организмов, жизненные циклы которых довольно продолжительны, размеры популяций определяются не столько физической средой, сколько взаимодействием между отдельными особями или взаимоотношениями их с конкурентами, хищниками и паразитами.
Из внутренних факторов на величину популяции могут оказывать влияние различные физиологические или поведенческие факторы, а иногда те и другие одновременно. Если, например, плотность популяции какого-нибудь грызуна чрезмерно возрастает, то животные чаще встречаются между собой. Возникают драки, условия жизни в целом становятся более напряженными («стрессовыми»), и это ведет к увеличению надпочечников; связанное с этим нарушение гормонального баланса отрицательно сказывается на спаривании и размножении; кроме того, при скученности возрастает смертность.
Регуляция численности популяций осуществляется факторами внешней среды и внутрипопуляционными факторами, преимущественно через рождаемость и смертность, представляя собой результат взаимодействия их со всеми условиями существования.
Способность популяции поддерживать устойчивость благодаря способности к саморегулированию через собственные регулирующие механизмы называется гомеостазом популяции. Так, рост численности популяции приводит к истощению запасов пищи, за которым следует снижение рождаемости организмов, увеличение их смертности (отрицательные связи), а, следовательно, и снижение численности. Последнее, в свою очередь, увеличивает запасы пищи, что вызывает рост рождаемости и численности популяции (положительные связи). Равновесное состояние популяции (состояние динамического равновесия) является кратковременным и достигается за счет быстрого чередования положительных и отрицательных обратных связей.
Для оптимизации отношений человека с природой важно учитывать численность популяции, принимать во внимание то, что на численность популяции может повлиять истощение нужных ей ресурсов из-за сокращения кормовой базы, конкуренция со стороны домашних животных, вытаптывание почвы и ухудшение ее аэрации, снижение кислорода в воде при загрязнении и евтрофировании. Человек может искусственно регулировать численность популяций, например, животных путем запрещения охоты или ограничения ее сроков на некоторые виды, ввода лицензий. В целом, численность популяции, скорость ее роста (в более общем смысле – скорость ее изменения, динамика численности) являются весьма лабильными параметрами, высокочувствительными к воздействию абиотических, биотических, антропических факторов. Поэтому человек должен хорошо представлять все особенности той популяции, которая эксплуатируется, чтобы обеспечить воспроизводство, стабильное длительное ее существование. Сложность этой задачи увеличивается в силу многочисленных связей между популяциями разных видов, населяющих одну территорию.
Источник
Сезонные изменения в жизни растений
Ежегодные перемены погодных условий приводят к сезонным изменениям в жизни растений. Растения реагируют на смену факторов среды трансформацией биологических ритмов. В течение года на нашей планете меняется световой день, температура и влажность. Для многих процессов, протекающих у растений, важна продолжительность светового и температурного периода. Изменения факторов среды приводят к формированию у растений сезонных и суточных ритмов.
Ритмы в жизни растений
Смена времен года, влекущих изменение климатических условий, приводит к сезонным ритмам у растений. При этом меняется внешний вид, изменяются процессы развития и роста растений, проявляется приспособленность к новым условиям среды. Особенности жизнедеятельности растений, связанные с сезонами, изучает наука фенология.
Изменение состояния растения в течение суток называется суточным ритмом. Кроме того, что цветы растений открываются утром, а к вечеру закрываются, еще происходит много процессов, невидимых глазу. Среди них такие процессы, как: деление клеток, фотосинтез, испарение влаги и др. Периодичность этих процессов напрямую зависит от влияния природных условий.
Растения каждый год в начале весны проходят такие этапы жизненного развития:
Весь ход развития растения зависит от внешних факторов. Наступление того или иного этапа и его продолжительность в большой мере зависит от температуры.
Значение светового дня для растений
Растения всегда реагируют на изменения длительности дня и ночи. Этот процесс называется фотопериодизмом. Длина светового дня в определенный день года, всегда постоянна, тогда как другие факторы (влажность, температура) могут меняться ежедневно. Растения реагируют на продолжительность дня своими сезонными изменениями, которые иногда называют «биологическими часами».
Также в зависимости от длительности освещения меняется процесс роста и развития. В зависимости от реакций на продолжительность дня и ночи различают следующие типы растений:
• растения короткого дня, которые цветут при продолжительности дня до 12 часов (астра, соя, рис);
• растения длительного дня, зацветающие только при продолжительности дня 12-14 часов (картофель, свекла, укроп);
• нейтральные растения, цветение которых не зависит от продолжительности светового дня (помидор, гречка).
Значит, свет представляет собой основной регулятор роста и развития растений.
Колебания численности растений
В природе численность популяции постоянно колеблется. Она может зависеть от сезонности или цикличности (периодичности).
Сезонные изменения численности популяций растений характерны для многих видов. В какой-то период из-за засухи может уменьшиться популяция, но в следующий период при нормальной влажности численность может полностью восстановиться. Такие колебания могут происходить циклично на протяжении длительного времени.
Реагирование растений на смену сезонов на протяжении года в зависимости от продолжительности дня дает возможность приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды, чтобы сохранить популяцию.
Источник