عوامل محدود کننده جمعیت

جمعیت با وجود منابع نامحدود با نرخ هندسی یا نمایی رشد می کنند. جمعیت هندسی از طریق تولید مثل پالس (به عنوان مثال ، تولید مثل سالانه گوزن ، که دارای یک فصل جفت گیری و تولید مثل محدود هستند) رشد می کنند. جمعیت نمایی به طور مداوم رشد می کند ، با تولید مثل در هر زمان ، مانند انسان. همه جمعیت رشد نمایی را در محیط های مطلوب و در تراکم جمعیت پایین شروع می کنند. به همین دلیل ، رشد نمایی ممکن است در مورد جمعیت هایی که محیط های جدیدی را ایجاد می کنند ، در شرایط گذرا ، مطلوب و جمعیتی که دارای تراکم جمعیت اولیه پایین هستند ، اعمال شود.

با این حال ، رشد هندسی یا نمایی نمی تواند به طور نامحدود ادامه یابد. در طبیعت ، رشد جمعیت در نهایت باید کند شود و اندازه جمعیت افزایش می یابد. با کاهش منابع ، سرعت رشد جمعیت کند می شود و در نهایت متوقف می شود: این به عنوان رشد لجستیک شناخته می شود. اندازه جمعیتی که در آن توقف رشد به طور کلی ظرفیت حمل (k) نامیده می شود ، که تعداد افراد یک جمعیت خاص است که محیط می تواند از آن پشتیبانی کند. در ظرفیت حمل ، از آنجا که اندازه جمعیت تقریباً ثابت است ، تولد باید با میزان مرگ و میر برابر باشد و رشد جمعیت صفر است.

جمعیت بدون محدودیت رشد نمی کنند

شکل 1: تعداد جمعیت لیممینگ در دوره 1988-2002 (گیلگ و همکاران 2003). Lemmings به دنبال ذوب برف بهاری توسط به دام انداختن زنده و در طول تعداد لانه های زمستانی اسیر شد.

© 2011 آموزش طبیعت کلیه حقوق محفوظ است.

هیچ جمعیتی بدون محدودیت نمی تواند افزایش یابد. در عوض ، جمعیت در اکوسیستم های طبیعی در پاسخ به تغییرات در عواملی که رشد را محدود می کنند افزایش یا کاهش می یابد. بسیاری از عوامل بر تراکم جمعیت و رشد تأثیر می گذارند و این عوامل ممکن است منجر به نوسانات در اندازه جمعیت با گذشت زمان شود. همچنین اغلب تعیین کننده رشد دقیق فاکتور دشوار است. بسیاری از عوامل مختلف ممکن است برای تولید نتایج غیر منتظره ترکیب شوند.

یکی از ارگانیسم هایی که در پاسخ به عوامل محدود کننده رشد نوسانات سریع در تراکم جمعیت را تجربه می کند ، Lemming است. Lemmings جوندگان کوچکی هستند که در تندرا پر زرق و برق گرینلند و سایر محیط های قطب شمال در سراسر جهان زندگی می کنند. یک گونه ، Collard Lemming (Dycrostonyx groenlandicus) ، جوندگان چاق و چاق است که در قطب شمال آمریکای شمالی و گرینلند زندگی می کند. این ماده غذایی برای تعدادی از شکارچیان مهره داران ، از جمله استوات (یک پارچه کوتاه) ، روباه قطب شمال ، جغد برفی و Skua با دم بلند (یک دریای دریایی) است. به دلیل سادگی این سیستم ، پویایی جمعیت Lemming یک مطالعه موردی عالی را برای بررسی عوامل تنظیم رشد جمعیت انجام می دهد. گیلگ و همکاران.(2003) این سیستم را در دره Karup در شمال شرقی گرینلند مورد مطالعه قرار داد. جمعیت لمینگ در یک چرخه چهار ساله منظم در طول دوره مطالعه ، 2002-2002 افزایش یافته و کاهش یافته است (شکل 1). تعداد لمسی ها به ده هکتار افزایش یافته است. گیلگ و همکاران.(2003) دریافت که مهمترین عامل محدود کننده اندازه جمعیت Lemming ، فشار شکار است که بر آن جمعیت تأثیر می گذارد. جغد ، فاکس و اسکووا با افزایش تعداد لیممینگ ، از رشد سریع جمعیت جلوگیری کردند و از رشد سریع جمعیت جلوگیری کردند. از آنجا که Lemmings غذای اضافی را برای غذای اضافی فراهم می کند ، موفقیت تولید مثل آنها افزایش می یابد و باعث افزایش جمعیت استوات می شود. گسترش جمعیت استوات سرانجام رشد جمعیت را تحت الشعاع قرار داد و جمعیت لیممینگ فروپاشید ، به زودی پس از فروپاشی در جمعیت استوات ، و چرخه خود را تکرار کرد.

محدودیت وابسته به چگالی

شکل 2: مرگ و میر گوزن قرمز نوجوانان از صفر تا 24 ماهگی (حلقه های توخالی) و مرگ و میر بزرگسالان بین 5 تا 10 سال (Clutton-Brock et al. 2002).

© 2011 آموزش طبیعت کلیه حقوق محفوظ است.

محدودیت در رشد جمعیت یا وابسته به چگالی یا مستقل از چگالی است. عوامل وابسته به چگالی شامل بیماری ، رقابت و شکار است. عوامل وابسته به چگالی می توانند همبستگی مثبت یا منفی با اندازه جمعیت داشته باشند. با یک رابطه مثبت ، این عوامل محدود کننده با اندازه جمعیت افزایش می یابد و با افزایش اندازه جمعیت ، رشد را محدود می کند. با یک رابطه منفی ، رشد جمعیت در تراکم کم محدود است و با رشد آن محدود می شود.

عوامل وابسته به چگالی ممکن است با تغییر در تولید مثل یا بقا ، اندازه جمعیت را تحت تأثیر قرار دهد. Wauters & Lens (1995) بررسی کرد که چگونه در دسترس بودن مواد غذایی و چگالی ترکیب می شود تا نرخ تولید مثل سنجاب قرمز را محدود کند. سنجاب قرمز (Sciurus vulgaris) یک جنگل جوندگان کوچک است که در اروپا و آسیا ساکن است. آنها سنجاب ها را در جنگلهای مخروطی و برگریز مورد مطالعه قرار دادند و بررسی کردند که چگونه محدودیت های غذایی منجر به محدودیت در تولید مثل با افزایش تراکم جمعیت می شود. آنها دریافتند که وقتی تراکم سنجاب زیاد است ، سرزمین برخی از زنان را به سرزمین با کیفیت پایین منتقل می کند که به نوبه خود موفقیت تولید مثل آنها را کاهش می دهد. هنگامی که تراکم سنجاب کم بود ، هیچ زن قلمرو کم کیفیت را اشغال نکرد. بنابراین ، این همه افراد از کاهش توانایی تولید مثل (به عنوان مثال ، باروری) به دلیل افزایش چگالی رنج نمی برند. درعوض ، بخش بیشتری از جمعیت در زیستگاه با کیفیت پایین زندگی می کردند ، در حالی که کسانی که هنوز در زیستگاه خوب زندگی می کردند همچنان به موفقیت خود ادامه می دادند. این به نوبه خود منجر به کاهش میزان تولد سرانه ، محدودیت در رشد جمعیت به عنوان تابعی از تراکم جمعیت شد.

عوامل وابسته به چگالی همچنین ممکن است بر مرگ و میر جمعیت و مهاجرت تأثیر بگذارد. Clutton-Brock و همکاران.(2002) این کنترل های وابسته به چگالی را در جمعیت گوزن قرمز (Cervus elaphus) در ارتفاعات اسکاتلند یافت. مرگ و میر نوجوانان و بزرگسالان به طور قابل توجهی تحت تأثیر چگالی جمعیت قرار گرفتند و مرگ و میر نوجوانان به شدت تحت تأثیر مرگ و میر بزرگسالان قرار گرفتند (شکل 2). علاوه بر این ، آنها دریافتند که این اختلافات در بین مردان نسبت به زنان قوی تر است ، به طوری که افزایش تراکم جمعیت باعث تغییر نسبت جنسی زنان به مردان شد. این اثر با کاهش مهاجرت مرد و افزایش مهاجرت مردان افزایش یافته است. بنابراین ، کنترل های وابسته به چگالی بر رشد جمعیت نه تنها با افزایش چگالی افزایش می یابد ، بلکه مردان و زنان در جمعیت نیز تحت تأثیر متفاوت قرار می گیرند.

محدودیت مستقل چگالی

عواملی که باعث کاهش رشد جمعیت می شوند می توانند به عنوان استرس محیطی از جمله محدودیت در مواد غذایی ، شکار و سایر عوامل وابسته به چگالی تعریف شوند (Sibley & Hone 2002). با این حال ، بسیاری از منابع استرس محیطی صرف نظر از تراکم جمعیت ، بر رشد جمعیت تأثیر می گذارد. عوامل مستقل از چگالی ، مانند عوامل استرس زا محیطی و فاجعه ، تحت تأثیر تغییر چگالی جمعیت قرار نمی گیرند. در حالی که فاکتورهای وابسته به چگالی که قبلاً ذکر شد ، اغلب بیوتیک هستند ، اما عوامل مستقل از چگالی اغلب غیر زنده هستند. این عوامل مستقل از چگالی شامل محدودیت مواد غذایی یا مواد مغذی ، آلاینده های موجود در محیط و افراط آب و هوا ، از جمله چرخه های فصلی مانند موسمی است. علاوه بر این ، عوامل فاجعه بار همچنین می توانند بر رشد جمعیت مانند آتش سوزی و طوفان تأثیر بگذارند.

کیفیت مواد مغذی (به عنوان مثال ، کیفیت مواد غذایی ، میزان مواد مغذی خاص گیاهی) در یک محیط بر توانایی یک ارگانیسم برای زنده ماندن ، رشد و تولید مثل تأثیر می گذارد. هرچه کیفیت مواد مغذی پایین تر باشد ، استرس محیطی بیشتر می شود. در دریاچه های بزرگ لوران ، به ویژه در دریاچه اری ، عامل محدود کننده رشد جلبک فسفر بود. دیوید شیندلر و همکارانش در منطقه آزمایشگاه دریاچه ها (انتاریو ، کانادا) نشان دادند که فسفر عامل محدود کننده رشد در دریاچه های معتدل آمریکای شمالی با استفاده از درمان و کنترل کامل دریاچه است (شیندلر 1974). این کار ، تصویب توافق نامه کیفیت آب دریاچه های بزرگ سال 1972 را تشویق می کند (GLWQA 1972)-پیش بینی شده است که کاهش بار فسفر از منابع شهرداری منجر به کاهش مربوط به زیست توده جلبک و شکوفه های مضر سیانوباکتریایی (جلبک های آبی-سبز) شود.(مک گکن 2000 ؛ شکل 3). از آنجا که بارهای سالانه فسفر در اواسط دهه 1980 کاهش یافت (Dolan 1993) ، برخی از نشانه ها نشان می دهد که دریاچه اری از نظر کاهش کل فیتوپلانکتون (جلبک های فتوسنتزی و سیانوباکتری) در حال بهبود است (Makarewicz 1993). پیشرفت بیشتر تا اواسط دهه 1990 ادامه یافت ، تا زمانی که یک گونه معرفی شده ، صدف گورخر ، شروع به تغییر پویایی فسفر داخلی دریاچه با کانی سازی (دفع) جلبک های هضم شده کرد (شکل 3 ؛ Conroy et al. 2005).

شکل 3: پویایی زمانی بار کل فسفر سالانه دریاچه (Conroy et al. 2005)

(الف) بار فسفر به سمت بار سالانه هدف (11 ktonnes) کاهش یافته است.(ب) زیست توده فیتوپلانکتون متوسط فصلی دریاچه اری (MG/L-1) به عنوان تابعی از بارگذاری کل فسفر سالانه در کل دریاچه (Ktonnes) برای حوضه مرکزی (شیب = 0. 0972 ، R2 = 0. 49 ، P = 0. 007). ج) تغییر در زیست توده فیتوپلانکتون متوسط فصلی دریاچه اری در مرکز.

© 2011 آموزش طبیعت کلیه حقوق محفوظ است.

آلاینده ها همچنین به استرس محیطی کمک می کنند و نرخ رشد جمعیت را محدود می کنند. اگرچه هر گونه تحمل خاصی برای سموم محیطی دارد ، اما به طور کلی دوزیستان به ویژه در معرض آلاینده های موجود در محیط هستند. به عنوان مثال ، سموم دفع آفات و سایر سموم مختل کننده غدد درون ریز می توانند رشد دوزیستان را به شدت کنترل کنند (بلوستین و همکاران 2003). از این مواد شیمیایی برای کنترل آفات کشاورزی استفاده می شود ، اما همچنین در جریان آب شیرین و استخرهای موجود در آن قرار می گیرد که دوزیستان در آن زندگی و پرورش می یابند. آنها دوزیستان را با افزایش مستقیم مرگ و میر و محدودیت غیرمستقیم در رشد ، توسعه و کاهش باروری تحت تأثیر قرار می دهند. روهر و همکاران.(2003) ، در میان بسیاری از مثالهای دیگر ، دریافت که این ترکیبات بر بقای جنین سمندر در استخرهای آسیب دیده ، افزایش ناهنجاری ها و تاخیر در رشد و رشد تأثیر می گذارد و با باقی ماندن در اندازه های کوچک ، آسیب پذیری آنها را نسبت به شکارچیان طولانی تر می کند. این اثرات رشد جمعیت را صرف نظر از اندازه جمعیت دوزیستان محدود می کند و به سموم دفع آفات محدود نمی شود بلکه شامل pH و آلودگی حرارتی ، علف کش ها ، قارچ کش ها ، آلودگی های فلزات سنگین و غیره نیز می شود.

فاجعه های محیطی مانند آتش سوزی ، زمین لرزه ، آتشفشانها و سیل می توانند از طریق مرگ و میر مستقیم و تخریب زیستگاه بر رشد جمعیت تأثیر بگذارند. یک فاجعه طبیعی در مقیاس بزرگ در سال 2005 رخ داد که طوفان کاترینا بر مناطق ساحلی خلیج مکزیک در جنوب ایالات متحده تأثیر گذاشت. کاترینا با واریز بیش از 5 سانتی متر رسوب در کل منطقه تالاب ساحلی ، زیستگاه را برای پوشش گیاهی ساحلی تغییر داد. در این مناطق ، بهبود قابل توجهی در کیفیت تالابها برای رشد گیاهان پس از سالها از بین رفتن تالاب به دلیل کنترل جریان رودخانه می سی سی پی رخ داده است (ترنر و همکاران 2006). در همین زمان ، با این حال ، تقریباً 100 کیلومتر 2 تالاب از بین رفت و به دریای آزاد تبدیل شد و پوشش گیاهی تالاب را کاملاً از بین برد (Day et al. 2007). اخیراً نشت نفت خلیج فارس در سال 2010 دوباره روی پوشش گیاهی تالاب ساحلی تأثیر گذاشته است. اگرچه از انسان مشتق شده است ، این فاجعه زیست محیطی در مقیاس بزرگ تأثیر طولانی مدت بر رشد جمعیت نه تنها پوشش گیاهی بلکه همه ارگانیسم های موجود در تالابها و مناطق اطراف آن در خلیج مکزیک خواهد داشت.

منابع و خواندن توصیه شده

Blaustein ، A. R. et al. تابش ماوراء بنفش ، مواد شیمیایی سمی و جمعیت دوزیستان کاهش می یابد. تنوع و توزیع 9 ، 123-140 (2003).

Clutton-Brock ، T. H. et al. تفاوت های جنسی در مهاجرت و مرگ و میر بر مدیریت بهینه جمعیت گوزن تأثیر می گذارد. طبیعت 415 ، 633-637 (2002).

Conroy ، J. D. et al. افزایش اخیر در زیست توده دریاچه اری پلانکتون: نقش بارگذاری فسفر خارجی و صدف های dreissenid. مجله تحقیقات دریاچه های بزرگ 31 (مکمل 2) ، 89-110 (2005).

روز ، J. D. و همکاران. ترمیم دلتای می سی سی پی: درسهایی از طوفان های کاترینا و ریتا. علوم 315 ، 1679-1684 (2007).

گیلگ ، ا. و همکاران. دینامیک چرخه ای در یک جامعه درنده مهره داران ساده. Science 302 ، 866-868 (2003).

glwqa"توافق نامه کیفیت آب دریاچه های بزرگ ، با ضمیمه ها ، متون و شرایط مرجع بین ایالات متحده و کانادا."در معاهدات و سایر اقدامات بین المللی ، سری 7312. واشنگتن ، دی سی: دفتر چاپ دولت ، 1972.

Makarewicz ، J. C. زیست توده فیتوپلانکتون و ترکیب گونه ها در دریاچه اری ، 1970 تا 1987. مجله تحقیقات دریاچه های بزرگ 19 ، 258-274 (1993).

McGucken ، W. Lake Erie توانبخشی: کنترل اتوروفیسم فرهنگی ، 1960 - 1990. Akron ، OH: University of Akron Press ، 2000.

Rohr ، J. R. et al. اثرات کشنده و زیرزمینی آترازین ، کاربریل ، اندوسولفان و اکتیلفنول در سمندر رودخانه (Ambystoma barbouri). سم شناسی و شیمی زیست محیطی 22 ، 2385-2392 (2003).

Schindler ، D. W. Eutrophication و بازیابی در دریاچه های آزمایشی: پیامدهای مربوط به مدیریت دریاچه. علوم 184 ، 897-899 (1974).

Sibley ، R. M. & Hone J. نرخ رشد جمعیت و عوامل تعیین کننده آن: یک مرور کلی. معاملات فلسفی جامعه سلطنتی B 357 ، 1153–1170 (2002).

ترنر ، R. E. و همکاران. رسوب تالاب از طوفان های کاترینا و ریتا. Science 314 ، 449-451 (2006).

Wauters ، L. A. & Lens ، L. تأثیر در دسترس بودن مواد غذایی و چگالی بر روی سنجاب قرمز (Sciurus vulgaris) تولید مثل. اکولوژی 76 ، 2460–2469 (1995).< Pan> Rohr ، J. R. et al. اثرات کشنده و زیرزمینی آترازین ، کاربریل ، اندوسولفان و اکتیلفنول در سمندر رودخانه (Ambystoma barbouri). سم شناسی و شیمی زیست محیطی 22 ، 2385-2392 (2003).