Пропускная способность

Максимальный размер популяции вида, который среда может поддерживать бесконечно

вместимость среда - это максимальный размер популяции биологического вида, который может поддерживаться в этой конкретной среде с учетом пищи, среды обитания, воды и других ресурсы доступны. В популяционной экологии несущая способность определяется как максимальная нагрузка окружающей среды, что отличается от концепции равновесия популяции, которая может быть намного ниже несущая способность окружающей среды. Влияние пропускной способности на динамику популяции можно смоделировать с помощью логистической функции.

Конкретная причина, по которой популяция перестает расти, известна как ограничение или регулирующий фактор.

Достижение пропускной способности через логистическую кривую роста

Разница между коэффициентом рождаемости и коэффициентом смертности является «естественным приростом». Если популяция данного организма ниже пропускной способности данной среды, эта среда может поддерживать положительный естественный прирост; если он окажется выше этого порога, популяция обычно уменьшится. Таким образом, вместимость - это максимальное количество особей вида, которое может поддерживать окружающая среда.

Размер популяции уменьшается сверх допустимой емкости из-за ряда факторов, зависящих от рассматриваемого вида, но может включать недостаточное пространство, запас пищи или солнечный свет. Пропускная способность окружающей среды может различаться для разных видов.

Переносная способность первоначально использовалась для определения количества животных, которые могли пастись на участке земли. Эта идея недавно была применена к людям в контексте защиты окружающей среды. Для человеческой популяции такие переменные, как санитария и медицинское обслуживание, иногда рассматриваются как часть окружающей среды.

• 1 Происхождение
• 2 Факторы
• 3 Люди
• 4 См. Также
• 5 Ссылки
• 6 Дополнительная литература

С точки зрения динамики популяции, концепция несущей способности явно не использовалась в 1838 г. бельгийским математиком Пьером Франсуа Ферхюльстом, когда он впервые опубликовал свои уравнения, основанные на исследованиях по моделированию роста населения, но в 1920 году он был популяризирован американцами биостатисты Раймонд Перл и Лоуэлл Рид.

Происхождение английского термина «несущая способность» неясно, и исследователи по-разному заявляют, что он использовался «в контексте международного судоходство "или что он впервые был использован во время лабораторных экспериментов 19 века с микроорганизмами. В недавнем обзоре было обнаружено первое использование этого термина в докладе 1845 года Государственного секретаря США Сенату США.

в стандартном экологическом алгебры как показано в упрощенной модели Ферхульста из динамики популяции, несущая способность представлена ​​константой K:

$d\; N\; dt\; =\; r\; N\; (1\; -\; NK)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{dN\}\; \{dt\}\}\; =\; rN\; \backslash \; left\; (1\; -\; \{\backslash \; frac\; \{N\}\; \{K\}\}\; \backslash \; right)\}$

, где N - размер населения, r - максимальная скорость роста, K - пропускная способность локальной среды, а dN / dt, производная N по времени t, - скорость изменения популяции с время. Таким образом, уравнение связывает скорость роста популяции N с текущей численностью популяции, включая влияние двух постоянных параметров r и K. (Обратите внимание, что уменьшение - это отрицательный рост.) Выбор буквы K происходит от немецкого Kapazitätsgrenze (предел вместимости).

Это уравнение является модификацией исходной модели Ферхюльста:

$d\; N\; dt\; =\; r\; N\; -\; \alpha \; N\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{dN\}\; \{dt\}\}\; =\; rN-\; \backslash \; alpha\; N\; ^\; \{2\}\}$

В этом уравнении несущая способность K, $N\; \ast \; \{\backslash \; displaystyle\; N\; ^\; \{*\}\}$, равна

$N\; \ast \; =\; r\; \alpha .\; \{\backslash \; displaystyle\; N\; ^\; \{*\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{r\}\; \{\backslash \; alpha\}\}.\}$

Это график численности населения по модели логистической кривой. Когда популяция превышает пропускную способность, она уменьшается, а когда она ниже пропускной способности, она увеличивается.

Когда модель Ферхюльста наносится на график, изменение численности населения во времени принимает форму сигмовидной кривой., достигая наивысшего уровня в K. Это кривая логистического роста, и она рассчитывается по формуле:

$f\; (x)\; =\; L\; 1\; +\; e\; -\; k\; (x\; -\; x\; 0),\; \{\backslash \; displaystyle\; f\; (x)\; =\; \{\backslash \; frac\; \{L\}\; \{1\; +\; e\; ^\; \{-\; k\; (x-x\_\; \{0\})\}\}\},\}$

где

$e\; \{\backslash \; displaystyle\; e\}$= натуральный логарифм с основанием (также известное как число Эйлера ),

$x\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; x\_\; \{0\}\}$= $x\; \{\backslash \; displaystyle\; x\}$значение средней точки сигмоида,

$L\; \{\backslash \; displaystyle\; L\}$= максимальное значение кривой,

$k\; \{\backslash \; displaystyle\; k\}$= скорость логистического роста или крутизна кривой.

Кривая логистического роста отображает взаимосвязь между темпами роста населения и пропускной способностью. Как показано в модели кривой логистического роста, когда население размер населения невелик, численность населения растет в геометрической прогрессии. Однако по мере того, как размер популяции приближается к допустимой, прирост уменьшается и достигает нуля при K.

Пропускная способность конкретной системы определяется ограничивающим фактором, который может быть чем-то вроде имеющихся запасов. пищи, воды, мест гнездования, пространства или количества отходов, которые могут быть поглощены. Если ресурсы ограничены, например, для популяции оседакс при падении кита или бактерий в петритише, популяция вернется к нулю после того, как ресурсы будут исчерпаны, при этом кривая достигает апогея при K. В системах, в которых ресурсы постоянно пополняются, население достигает своего равновесия при K.

Имеется программное обеспечение, помогающее рассчитать пропускную способность данной природной среды.

Было сделано несколько оценок несущей способности Земли для людей с широким диапазоном численности населения. В отчете ООН за 2001 год говорится, что две трети оценок попадают в диапазон от 4 до 16 миллиардов с неопределенными стандартными ошибками со средним значением около 10 миллиардов. Некоторые из этих проблем были изучены с помощью компьютерных имитационных моделей, таких как World3.

Применение концепции несущей способности для человеческой популяции, которая существует в неравновесном, был подвергнут критике за то, что не смог успешно смоделировать процессы между людьми и окружающей средой.

• «Человеческое ношение. Вместимость определяется наличием продуктов питания " (PDF). Рассел Хопфенберг, Департамент психиатрии и поведенческих наук, Университет Дьюка, США.