РЕБЯТ Почему экосистема не может быть высокопроизводительной и устойчивой одновремено?

Общее число особей в популяции, называется ее численностью. Абсолютную численность популяции можно определить только для самых крупных животных или редких видов растений, число которых ограничено. В других случаях численность популяции вычисляют путем умножения занимаемой ею площади на плотность популяции – число ее особей на единице площади.

В зависимости от размера особей и биологического пространства плотность популяции может быть измерена в разном масштабе: 1 мм2 (микроорганизмы), 1 м2 (почвенные беспозвоночные), 1 км2 (мелкие грызуны) и даже 100 км2 (крупные хищники). Плотность популяции мхов можно определить на площади 25 см2, травянистых растений – 100 м2, деревьев – 200 м2.

Плотность популяции отражает соотношение ее биотического потенциала к размножению и выживанию взрослых особей), определяемого жизненной стратегией, и сопротивления среды – ограниченного количества ресурсов, влияния неблагоприятных абиотических условий и биотических факторов (рис. 21).

У неподвижных организмов (растения, прикрепленные моллюски) плотность популяции регулируется соотношением скорости рождения и смерти особей. По мере взросления слабые особи погибают и размер популяции приходит в соответствие с количеством ресурсов. Наглядный пример – самоизреживание деревьев в лесу. Часто этому процессу содействуют лесники, вырубающие слабый подрост деревьев и тем самым ускоряющие формирование древостоя из крупных сильных деревьев.

У некоторых видов растений при ухудшении жизненных условий уменьшается не плотность популяции, а размер особей. Этот регулирования плотности представлен у растений-«шакалов» (эксплерентов). Чем выше плотность популяции, тем мельче растения (рис. 22). Так, в разных по плотности популяциях мари белой по размеру растения могут различаться в 20 тысяч раз.

У подвижных организмов, (большинство животных) она регулируется также за счет перемещения особей – их вселения в популяцию (или ту ее часть, где выполнен учет) и выселения из нее. Таким образом, у подвижных организмов возможностей для регулирования плотности популяции всегда больше, чем у неподвижных.

Имеется множество примеров, показывающих как повышение плотности популяции оказывает влияние на рождаемость, выживание молодых особей и сокращение длительности жизни взрослых организмов. Так, у вредителя таежных лесов сибирского шелкопряда при высокой плотности популяции происходит снижение плодовитости самок с 300 до 100 яиц, и в 2,5 раза снижается выживаемость личинок.

У африканских слонов при плотности 2–3 животных на 250 га интервал между родами составляет 3 года, и молодые животные достигают взрослого состояния, когда могут «завести семью», к 12 годам.

При повышении плотности до 6–7 голов на ту же площадь, слонихи дают потомство лишь один раз в 5–6 лет, а молодые слоны «вступают в брак» только в 18 лет.
В некоторых популяциях при повышении плотности возрастает доля мужских особей. В других популяциях происходит увеличение доли экотипов, которые медленно размножаются или склонны к миграции.

Примером такой изменчивости популяции является наличие двух экотипов у большинства видов саранчи (рис. 23). Формы одиночной и стадной саранчи настолько резко различаются, что раньше их относили даже к разным видам. Стадная саранча отличается от одиночной не только внешним видом, но и поведением – высокой двигательной активностью, склонностью собираться в стаи и редкой прожорливостью. Летящие по ветру гигантские стаи могут переноситься на тысячи километров.

Появление стадной формы саранчи происходит в годы с плохим развитием травостоя при засухе. Таким образом, именно неблагоприятные климатические условия подталкивают саранчу к опустошительным миграциям. (В южных районах России саранча нанесла ущерб посевам в засушливых 1998-1999 гг.)

Поскольку факторы среды, как биотические, так и абиотические, изменчивы, изменчива и плотность (а также численность) популяции. При улучшении условий численность популяции увеличивается, при ухудшении – уменьшается. В итоге численность популяции постоянно колеблется.

Справочный материал

У культурных растений смешанный тип регулирования плотности популяций: при загущении посевов происходит и уменьшение размера особей, и самоизреживание. Плотность посева формируюся с таким расчетом, чтобы в нем поддерживался режим конкуренции, благоприятный для культурных растений и неблагоприятный – для сорняков. Это не распространяется на пропашные культуры с широкими междурядьями, в которых плотность популяций сорных растений регулируется агротехническими или химическими методами.

Зависимость урожайности и плотности популяции культурного растения имеет параболический характер: при увеличении плотности урожайность вначале увеличивается, затем выходит на "плато" и при сильном загущении начинает снижаться (рис. 24). Для подавления сорных растений выбирают плотность посева несколько выше, чем это целесообразно при полном отсутствии засоренности (например, при интенсивной химической прополке).

Совокупность всех живых организмов на нашей планете и общей природной среды их обитания составляет биосферный уровень. На биосферном уровне современная биология решает глобальные проблемы, например определение интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли или изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, связанные с деятельностью человека. Главную роль в биосферном уровне выполняют "живые вещества", т. е. совокупность живых организмов, населяющих Землю. Также в биосферном уровне имеют значение "биокосные вещества", образовавшиеся в результате жизнедеятельности живых организмов и "косных" веществ (т. е. условий окружающей среды. На биосферном уровне происходит круговорот веществ и энергии на Земле с участием всех живых организмов биосферы.