Динамика численности популяции

Цель: На примере популяций человека научиться строить возрастные пирамиды и кривые роста численности, понять, при каких показателях рождаемости и смертности наблюдается демографический взрыв, как влияет на рост численности увеличение продолжительности жизни.

Вопросы для самостоятельного изучения

1) Что такое демографический взрыв, в каких странах он наблюдается и каковы его причины?

2) Какова демографическая ситуация в России и связана ли она с экологией и экономикой?

3) Рост народонаселения и возможности биосферы.

4) Каковы пути регулирования роста народонаселения?

Методика выполнения расчета численности популяции

Предположим, что две популяции людей с одинаковым возрастным составом начинают заселять две необжитые области. Исходные данные для своего варианта возьмите в таблице 5. В одной популяции суммарный коэффициент рождаемости СКР (число детей, приходящихся на одну женщину) составляет 4, а в другой популяции - 2. Продолжительность жизни всех людей в каждой популяции составляет 60 лет, соотношение полов 1:1, репродуктивный возраст (возраст, когда у людей родятся дети) – от 20 до 29 лет, все женщины в каждой популяции рождают одинаковое количество детей.

Таблица 5 Исходные данные возрастной структуры популяции

по вариантам

Возрастные группы

Число людей разных возрастов для 12 вариантов (тыс. чел.)

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

0-9 лет

10-19 лет

20-29 лет

Построение возрастных пирамид. При построении возрастных пирамид по вертикали откладывается возраст (в масштабе: 1 клетка = 10 годам), а по горизонтали количество людей в данной возрастной группе (в масштабе 1 клетка = 1 тыс. чел.). Помните, что основание пирамиды составляют организмы младших возрастов, а вершину - старшие особи. Таким образом, нижняя ступень пирамиды соответствует возрастной группе 0-9 лет. Через 10 лет все люди переходят в следующую возрастную группу. Поэтому чтобы построить возрастную пирамиду, для этого момента времени, прежнюю пирамиду поднимают на 1 клетку вверх, а снизу пристраивают новую ступень, соответствующую численности вновь родившихся детей.

Число новорожденных (b) в популяции за каждые 10 лет будет определяться по формуле: b=1/2 N_20-29 СКР, где N_20-29 – число людей, находившихся в течение предыдущего десятилетия в репродуктивном возрасте, ½ - доля женщин в популяции, а СКР - суммарный коэффициент рождаемости, т.е. 2 или 4, в зависимости от популяции. Смертность в популяциях наступает только после 60 лет. значит, возрастная группа 20-29 лет исходной пирамиды попадает в разряд умерших через 40 лет. Заштрихуйте ее на соответствующей пирамиде и больше не изображайте. Через 50 лет умирает следующая возрастная группа и т.д.

Построение кривых роста численности популяции. Составьте для обеих популяций таблицы динамики численности населения (таблица 6), пользуясь своими возрастными пирамидами.

Таблица 6 Динамика численности населения

Годы, прошедшие от заселения	Рождаемость (b)	Смертность (d)	Прирост (r = b – d)	Численность (N)
				N0 =
				N10 = N0 + r10 =
				N20 = N 10 + r20 =
…				и т.д.

Затем по данным первого и последнего столбцов постройте графики изменений численности во времени. При этом годы откладывайте по горизонтальной оси, а численность людей - по вертикальной.

Задания

Задание 1 Постройте исходную возрастную пирамиду для обеих популяций и возрастные пирамиды, которые будут иметь место через каждые 10 лет, на 60 лет вперед, каждый раз внимательно определяя число людей в репродуктивном возрасте. Сравните форму возрастных пирамид обеих популяций.

Задание 2 Заполните таблицы динамики численности для обеих популяций и постройте на одних координатных осях графики изменения их численности. Сравните рост численности двух популяций, сделайте прогноз на будущее для каждой популяции и письменно ответьте на вопросы.

а) Какой характер роста численности имеет популяция с СКР, равным 4? Какова форма кривой роста? Как она называется? Прекратится ли рост этой популяции, пока ей будет хватать ресурсов?

б) Каким типом роста характеризуется популяция с СКР, равным 2? Прекращается ли рост этой популяции?

в) Какая кривая отражает рост численности населения в мире? При каком СКР демографический взрыв прекратится?

Задание 3 Сейчас в развитых странах наблюдается увеличение продолжительности жизни людей. Проанализируйте, как оно воздействует на рост численности населения. Дня этого постройте новые таблицы для обеих популяций при условии, что продолжительность жизни всех людей увеличивается до 90 лет (следовательно, смертность в популяциях наступает на 30 лет позже, чем в первом случае). Новые таблицы заполните до 90 лет и представьте результаты графически на тех же координатных осях, что и в первом случае (все графики должны быть подписаны). Письменно ответьте:

а) Изменился ли характер роста популяций при увеличении продолжительности пострепродуктивной жизни?

б) За счет чего, главным образом, растет население: за счет увеличения продолжительности жизни или коэффициента рождаемости? Как влияет увеличение продолжительности жизни на проблему перенаселения?

Задание 4 Повторите работу для одной популяции с учетом того, что в первые 30 лет суммарный коэффициент рождаемости равен 4, а затем, в связи с перенаселением, его снижают до 2. Постройте таблицу и кривую роста численности населения на период до 100 лет (продолжительность жизни 60 лет). Письменно ответьте на вопрос, может ли население быстрорастущей популяции стабилизироваться сразу после введения ограничений рождаемости? Сколько лет прошло до стабилизации в рассмотренном вами случае?

Контрольные вопросы

1) Что такое популяция? Применим ли термин «популяция» к человеку?

2) Что такое возрастная пирамида? Можно ли прогнозировать будущее развитие популяции по характеру возрастной пирамиды?

3) Какие демографические свойства популяции оказывают влияние на динамику ее численности?

4) Назовите два типа кривых роста численности. Какие причины их обусловливают?

5) Сколько детей должна иметь средняя семья в России, чтобы численность ее населения была стабильна?

6) Какие упрощения допущены в рассмотренной Вами модели? Как отразится на кривой роста численности детская смертность?

 

Практическое занятие 5

Биоценоз (Решение задач)

Цель: Изучить количественные соотношения между компонентами биоценоза и закономерности их взаимодействий.

Вопросы для самостоятельного изучения

1) Из каких элементов состоит биоценоз? Что их объединяет?

2) Какие существуют биотические связи в биоценозе?

3) Какие биотические факторы вносят наибольший вклад в регуляцию численности популяции на разных уровнях плотности?

Задачи

1) В одном из опытов мелкие насекомые-паразиты искали и заражали своими яйцами куколки-пупарии комнатной мухи. В разных вариантах опыта 40 паразитам предлагали разное число куколок: 25, 50, 100, 200, 300. Число зараженных куколок оказалось соответственно: 18, 32, 48, 54, 62. Рассчитайте и представьте графически число зараженных пупариев, приходящихся на 1 паразита, и эффективности паразитов (% зараженных пупариев) при разной численности потенциальных жертв. В каком из вариантов опыта паразиты наиболее эффективно могут регулировать численность жертв?

2) В одном из лесхозов ежегодно в течение 10 лет учитывали гусениц вредителя, хвойной листовертки, приходящихся на 1 дерево, а среди них - число здоровых и зараженных паразитами. Используя данные таблицы 7, рассчитайте % зараженных гусениц во всех поколениях, представьте результаты графически. Сравните и объясните ход кривых численности вредителя, числа зараженных гусениц и эффективности паразита. Могут ли паразиты сдерживать рост численности хвойной листовертки?

Таблица 7 Результаты учета гусениц хвойной листовертки

Поколения
Всего гусениц (шт.)
Заражено (шт.)
% зараженных гусениц

3) В лесу площадью 5000 га обитают 1000 белок с ежегодной удельной рождаемостью 60% и смертностью 20% и 10 куниц с удельной рождаемостью 40% и смертностью 60%. Куница съедает за год 4 белок. Определите значения численности и плотности (на 1000 га) белок и куниц на ближайшие 10 лет.

4) Долгое время у нас поощрялась охота на волков, и за каждого убитого волка давали премию. Затем отстрел волков полностью запретили. В настоящее время часть волков разрешают отстреливать. С чем связана такая «непоследовательность» в распоряжениях природоохранных органов?

5) На одном из морских мелководий существовало сообщество из 8 видов малоподвижных животных: моллюсков мидий, морских блюдечек, сидячих рачков, морских желудей и др. Всеми ими питался 1 вид хищника – крупная морская звезда, которая больше всего поедала мидий. Желая защитить сообщество, всех морских звезд выловили. Через некоторое время на участке не осталось никаких видов, кроме мидий. Объясните, как это могло произойти? Какова была роль хищника в данном примере?

6) Назовите виды растений и животных, которые конкурируют с человеком в его сельскохозяйственной, лесохозяйственной и промысловой практике. Следует ли стремиться полностью уничтожать конкурирующие с человеком виды?

7) Одновидовые посевы культурных растений менее эффективны с экологической точки зрения, чем многовидовые. С чем это связано?

8) Создавая лесополосы, парки, сады, поля человек подбирает только небольшое число основных видов. В природных биоценозах видов во много раз больше. Значит ли это, что мы не можем создать устойчивое сообщество?

9) Как рациональнее провести посадку леса с учетом возрастания конкуренции между деревьями по мере роста: сразу на расстояние, соответствующее площади питания взрослого дерева или гуще с последующим прореживанием?

Контрольные вопросы

1) Какое значение имеет разнообразие видов в сообществе? Какие процессы могут отражать изменения видового состава сообщества?

2) Всегда ли присутствие сорняков на полях вредно для культурных растений?

3) Чем можно объяснить длительное сосуществование конкурирующих видов в природе? Какова роль конкуренции в жизни отдельной особи и вида в целом?

4) Какие факторы ограничивают воздействие хищника на жертву или фитофага на популяцию растения? При каких условиях хищник может полностью уничтожить популяцию жертвы, а фитофаг свой растительный корм?

5) Какова роль хищника и паразита в биоценозе?

Практическое занятие 6