WikiDer > Экология населения

Population ecology
Карта динамики популяций аборигенных и инвазионных видов медуза[1]
  Увеличение (высокая достоверность)
  Увеличение (низкая достоверность)
  Стабильный / переменный
  Снижаться
  Нет данных

Экология населения является подполе экология что касается динамики разновидность население и как эти популяции взаимодействуют с среда, Такие как рождение и уровень смертности, и по иммиграция и эмиграция).[2]

Дисциплина важна в биология сохранения, особенно в развитии анализ жизнеспособности популяции что позволяет предсказать долгосрочную вероятность сохранения вида на данном участке среда обитания.[3] Хотя популяционная экология - это подполе биология, он предоставляет интересные задачи для математики и статистики кто работает в динамика населения.[4]

История

В 1940-х годах экология была разделена на аутэкологию - изучение отдельных видов по отношению к окружающей среде - и синекология- изучение групп видов по отношению к окружающей среде. Термин аутэкология (от Древнегреческий: αὐτο, авто, "себя"; οίκος, ойкос, "семья"; и λόγος, lógos, "знание") относится примерно к той же области исследования, что и такие концепции, как жизненные циклы и поведение как адаптации отдельных организмов к окружающей среде. Евгений Одум, писавший в 1953 г., считал, что синекологию следует разделить на популяционную экологию, общественная экология и экосистема экология, переименовав аутэкологию в «экологию видов» (Одум считал «аутэкологию» архаичным термином), таким образом, было четыре подразделения экологии.[2]

Терминология

Термины, используемые для описания естественных групп людей в экологических исследованиях[5]
СрокОпределение
Видовая популяцияВсе особи вида.
МетапопуляцияНабор пространственно разобщенных популяций, среди которых есть некоторая миграция.
численность населенияГруппа особей определенного вида, которая демографически, генетически или пространственно отделена от других групп индивидуумов.
АгрегацияПространственно сгруппированная группа людей.
ДемеГруппа особей, более похожих друг на друга генетически, чем на других особей, обычно с некоторой степенью пространственной изоляции.
Местное населениеГруппа особей в пределах ограниченного исследователем района, меньшего, чем географический ареал вида, и часто в пределах популяции (как определено выше). Местное население тоже могло быть разобщенным.
СубпопуляцияПроизвольное пространственно ограниченное подмножество особей из популяции (как определено выше).

Динамика населения

Основная статья: Динамика населения

Развитие популяционной экологии во многом обязано математическим моделям, известным как динамика населения, которые изначально были формулами, полученными из демография в конце 18 - начале 19 века.[6]

Начало динамики численности населения считается делом Мальтус,[7] сформулированы как Мальтузианская модель роста. Согласно Мальтусу, предполагая, что условия (окружающая среда) остаются постоянными (при прочих равных условиях), население будет расти (или сокращаться) экспоненциально.[6]:18 Этот принцип лег в основу последующих предсказательных теорий, таких как демографический исследования, такие как работа Бенджамин Гомпертц и Пьер Франсуа Верхюльст в начале 19 века, который уточнил и скорректировал мальтузианскую демографическую модель.[8]

Более общая формулировка модели была предложена Ф. Дж. Ричардс в 1959 г.,[9] далее расширен Саймон Хопкинс, в котором модели Gompertz, Verhulst, а также Людвиг фон Берталанфи рассматриваются как частные случаи общей формулировки. В Уравнения Лотки – Вольтерра хищник-жертва еще один известный пример, а также альтернатива Уравнения Ардити – Гинзбурга.

Рыболовство и управление дикой природой

Основная статья: Динамика численности рыбного промысла
Смотрите также: Матричные модели населения

В рыболовство и управление дикой природой, на популяцию влияют три динамические функции скорости.

  • Натальность или уровень рождаемости, часто вербовка, что означает достижение определенного размера или репродуктивной стадии. Обычно относится к возрасту, в котором рыба может быть поймана и учтена в сетях.
  • Статистика роста населения, который измеряет рост людей в размере и длине. Более важно в рыболовстве, где популяция часто измеряется в биомассе.
  • Смертность, который включает смертность урожая и естественную смертность. Естественная смертность включает нечеловеческое хищничество, болезни и старость.

Если N1 количество особей в момент времени 1, тогда

куда N0 количество особей в момент времени 0, B количество родившихся особей, D число, которое умерло, я номер, который иммигрировал, и E число, которое эмигрировало между временем 0 и временем 1.

Если мы измеряем эти показатели на многих временных интервалах, мы можем определить, как плотность населения изменяется с течением времени. Иммиграция и эмиграция присутствуют, но обычно не измеряются.

Все они измеряются для определения излишка урожая, который представляет собой количество особей, которые могут быть добыты из популяции, не влияя на долгосрочную стабильность популяции или средний размер популяции. Урожай в составе излишков урожая называется «компенсирующей» смертностью, когда гибель урожая заменяет смерти, которые произошли бы естественным путем. Урожай выше этого уровня называется «аддитивной» смертностью, потому что он увеличивает количество смертей, которые произошли бы естественным путем. Эти термины не обязательно оцениваются как «хорошие» и «плохие» соответственно при управлении популяцией. Например, агентство по рыболовству и охоте может стремиться уменьшить размер популяции оленей за счет аддитивной смертности. Самцы могут быть нацелены на усиление конкуренции с оленями, или же могут быть нацелены на сокращение воспроизводства и, следовательно, общей численности популяции.

При управлении многими рыбными и другими популяциями диких животных часто целью является получение максимально возможного долгосрочного устойчивого вылова, также известного как максимальная устойчивая урожайность (или MSY). С учетом динамической модели популяции, такой как любая из вышеперечисленных, можно рассчитать размер популяции, которая дает наибольший излишек урожая при равновесии.[10] Хотя использование динамических моделей популяции вместе со статистикой и оптимизацией для установления ограничений вылова рыбы и дичи вызывает споры среди некоторых ученых,[11] было показано, что это более эффективно, чем использование человеческого суждения в компьютерных экспериментах, где как неверные модели, так и студенты, изучающие управление природными ресурсами, соревновались за максимизацию вылова в двух гипотетических промыслах.[12][13] Чтобы привести пример неинтуитивного результата, рыболовство дает больше рыбы, когда поблизости есть убежище от человеческого хищничества в виде естественный запас, что приводит к более высоким уловам, чем если бы весь район был открыт для рыбалки.[14][15]

выбор r / K

Основная статья: выбор r / K
На самом элементарном уровне межвидовая конкуренция включает в себя два вида, использующих схожие ресурс. Это быстро усложняется, но, если избавить это явление от всех его сложностей, это основной принцип: два потребителя потребляют один и тот же ресурс.[16]:222

Важным понятием популяционной экологии является выбор r / K теория. Первая переменная р (внутренняя скорость естественного прироста численности населения, не зависящая от плотности), а второй переменной является K (вместимость населения в зависимости от плотности).[17]An р-отобранные виды (например, многие виды насекомых, такие как тля[18]) имеет высокий уровень плодовитости, низкий уровень родительских вложений в молодняк и высокий уровень смертности до того, как особи достигнут зрелости. Эволюция способствует продуктивности r-отобранных видов. Напротив, K-отобранные виды (например, люди) имеют низкие показатели плодовитости, высокий уровень родительского вклада в молодь и низкие показатели смертности по мере взросления особей. Эволюция в K-отобранные виды способствуют эффективности преобразования большего количества Ресурсы на меньшее количество потомков.[19][20]

Метапопуляция

Основная статья: Метапопуляция

Популяции также изучаются и концептуализируются с помощью "метапопуляцияКонцепция. Концепция метапопуляции была введена в 1969 году:[21]

«как популяция популяций, которые вымирают на местном уровне и повторно заселяются».[22]:105

Экология метапопуляции - это упрощенная модель ландшафта, разбитая на участки разного уровня качества.[23] Патчи либо заняты, либо нет. Мигранты, перемещающиеся между пятнами, структурируются в метапопуляции либо как источники, либо как приемники. Исходные участки - это продуктивные участки, которые создают сезонную приток мигрантов в другие участки. Раковины - это непродуктивные сайты, которые принимают только мигрантов. В терминологии метапопуляции есть эмигранты (особи, покидающие участок) и иммигранты (особи, которые переходят на участок). Модели метапопуляции исследуют динамику участков во времени, чтобы ответить на вопросы о пространственной и демографической экологии. Важным понятием в экологии метапопуляций является спасательный эффект, где небольшие участки более низкого качества (т.е. раковины) поддерживаются сезонным притоком новых иммигрантов. Структура метапопуляции меняется из года в год, где некоторые участки являются стоками, например, в засушливые годы, и становятся источниками, когда условия более благоприятны. Экологи используют смесь компьютерных моделей и полевых исследований для объяснения структуры метапопуляции.[24]

Журналы

Первое журнальное издание Общества экологии населения под названием Экология населения (первоначально назывался Исследования по экологии населения) был выпущен в 1952 году.[25]

Научные статьи по популяционной экологии также можно найти в Журнал экологии животных, Ойкос и другие журналы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бротц, Лукас; Cheung, William W. L; Клейснер, Кристин; Пахомов, Евгений; Поли, Дэниел (2012). «Увеличение популяций медуз: тенденции в крупных морских экосистемах». Гидробиология. 690 (1): 3–20. Дои:10.1007 / s10750-012-1039-7.
  2. ^ а б Одум, Евгений П. (1959). Основы экологии (Второе изд.). Филадельфия и Лондон: W. B. Saunders Co., стр. 9, 546. ISBN 9780721669410. OCLC 554879.
  3. ^ Атлас населения и окружающей среды AAAS
  4. ^ Кингсленд, С. (1995). Моделирование природы: эпизоды истории популяционной экологии. Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0-226-43728-6.
  5. ^ Wells, J. V .; Ричмонд, М. Э. (1995). «Популяции, метапопуляции и популяции видов: что они собой представляют и кого это должно волновать?» (PDF). Бюллетень Общества дикой природы. 23 (3): 458–462. Архивировано из оригинал (PDF) 4 ноября 2005 г.
  6. ^ а б Турчин, П. (2001). «Есть ли общие законы в популяционной экологии?». Ойкос. 94 (1): 17–26. Дои:10.1034 / j.1600-0706.2001.11310.x. S2CID 27090414.
  7. ^ Мальтус, Томас Роберт. Очерк принципа народонаселения: Библиотека экономики
  8. ^ Верхюльст, П. Х. (1838). "Notice sur la loi que la population poursuit dans son accroissement". Корресп. Математика и телосложение. 10: 113–121.
  9. ^ Ричардс, Ф. Дж. (Июнь 1959 г.). «Гибкая функция роста для эмпирического использования». Журнал экспериментальной ботаники. 10 (29): 290–300. Получено 16 ноября 2020.
  10. ^ Кларк, Колин (1990). Математическая биоэкономика: оптимальное управление возобновляемыми ресурсами. Нью-Йорк: Вили. ISBN 978-0471508830.[страница нужна]
  11. ^ Финли, К; Орескес, Н. (2013). «Максимальный устойчивый урожай: политика, замаскированная под науку». Журнал морских наук ICES. 70 (2): 245–50. Дои:10.1093 / icesjms / fss192.
  12. ^ Холден, Мэтью H; Элльнер, Стивен П. (2016). «Человеческое суждение против количественных моделей управления экологическими ресурсами». Экологические приложения. 26 (5): 1553–1565. arXiv:1603.04518. Дои:10.1890/15-1295. PMID 27755756. S2CID 1279459.
  13. ^ Стандарт, Тихий океан (2016-03-11). «Иногда даже плохие модели принимают лучшие решения, чем люди». Тихоокеанский стандарт. Архивировано из оригинал на 2017-04-28. Получено 2017-01-28.
  14. ^ Чакраборти, Кунал; Дас, Кунал; Кар, Т. К (2013). «Экологический взгляд на морские заповедники в динамике хищников и жертв». Журнал биологической физики. 39 (4): 749–76. Дои:10.1007 / s10867-013-9329-5. ЧВК 3758828. PMID 23949368.
  15. ^ Lv, Юньфэй; Юань, Ронг; Пей, Юнчжэнь (2013). «Модель жертва-хищник с выловом рыбных ресурсов с резервной площадью». Прикладное математическое моделирование. 37 (5): 3048–62. Дои:10.1016 / j.apm.2012.07.030.
  16. ^ Vandermeer, J. H .; Гольдберг, Д. Э. (2003). Популяционная экология: первые принципы. Вудсток, Оксфордшир: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-11440-8.
  17. ^ Бегон, М .; Townsend, C. R .; Харпер, Дж. Л. (2006). Экология: от людей к экосистемам (4-е изд.). Оксфорд, Великобритания: Blackwell Publishing. ISBN 978-1-4051-1117-1.
  18. ^ Уизем, Т. Г. (1978). "Выбор среды обитания тлей пузырчаткой в ​​ответ на ограничение реакции и конкуренцию". Экология. 59 (6): 1164–1176. Дои:10.2307/1938230. JSTOR 1938230.
  19. ^ MacArthur, R .; Уилсон, Э. О. (1967). «Теория островной биогеографии». Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  20. ^ Пьянка, Э. Р. (1972). «Выбор r и K или Выбор b и d?». Американский натуралист. 106 (951): 581–588. Дои:10.1086/282798. S2CID 83947445.
  21. ^ Левинс, Р. (1969). Некоторые демографические и генетические последствия неоднородности окружающей среды для биологического контроля. Бюллетень энтомологического общества Америки. 15. Издательство Колумбийского университета. С. 237–240. Дои:10.1093 / besa / 15.3.237. ISBN 978-0-231-12680-9.
  22. ^ Левинс, Р. (1970). Герстенхабер, М. (ред.). Вымирание. В: Некоторые математические вопросы биологии.. Книжный магазин AMS. С. 77–107. ISBN 978-0-8218-1152-8.
  23. ^ Ганский, И. (1998). «Динамика метапопуляции» (PDF). Природа. 396 (6706): 41–49. Дои:10.1038/23876. S2CID 4405264. Архивировано из оригинал (PDF) 31 декабря 2010 г.
  24. ^ Hanski, I .; Гаджотти, О. Э., ред. (2004). Экология, генетика и эволюция метапопуляций. Берлингтон, Массачусетс: Elsevier Academic Press. ISBN 978-0-12-323448-3.
  25. ^ «Экология населения». Джон Вили и сыновья.

дальнейшее чтение

  • Карейва, Питер (1989). «Возобновление диалога между теорией и экспериментом в популяционной экологии». В Рафгардене Дж., Р.М. Мэй и С.А. Левин (ред.). Перспективы экологической теории. Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. п. 394 с.