Грузоподъемность

Пропускная способность из среды максимального размера популяции биологического вида , которые могут быть понесены этой конкретной средой, учитывая питание, среда обитание , воду и другие ресурсы доступны. В популяционной экологии несущая способность определяется как максимальная нагрузка окружающей среды , что отличается от концепции равновесия популяции, которая может быть намного ниже несущей способности окружающей среды. ^[1] Влияние пропускной способности на динамику популяции можно смоделировать с помощью логистической функции .

Конкретная причина, по которой популяция перестает расти, известна как ограничивающий или регулирующий фактор . ^{[ необходима цитата ]}

Достижение пропускной способности за счет кривой логистического роста

Разница между рождаемостью и смертностью - это «естественный прирост». 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, несущая способность - это максимальное количество особей вида, которое может поддерживать среда. ^{[ необходима цитата ]}

Размер популяции уменьшается выше емкости из-за ряда факторов, зависящих от рассматриваемого вида , но может включать недостаточное пространство , запасы пищи или солнечный свет . Пропускная способность окружающей среды может различаться для разных видов. ^{[ необходима цитата ]}

Термин грузоподъемность первоначально использовался для обозначения вопросов, связанных с международным судоходством в 1840-х годах. ^[2] Затем он стал термином, используемым в управлении животноводством в 1870-х годах, прежде чем, наконец, стал основным термином, используемым для определения биологических пределов естественной системы, связанных с размером популяции в 1950-х годах. ^[2]

Истоки [ править ]

Что касается динамики популяции, концепция несущей способности не использовалась явно в 1838 году бельгийским математиком Пьером Франсуа Ферхюльстом, когда он впервые опубликовал свои уравнения, основанные на исследовании моделирования роста населения ^[3], но была популяризирована в 1920 году американцами. биостатисты Раймонд Перл и Лоуэлл Рид . ^{[ необходима цитата ]}

Происхождение английского термина «грузоподъемность» неясно, исследователи по-разному заявляют, что он использовался «в контексте международного судоходства » ^[4] или что он был впервые использован во время лабораторных экспериментов 19 века с микроорганизмами. ^[5] В недавнем обзоре Находит первое использование термина в докладе 1845 года по Госсекретарю США в сенат США . ^[4]

Факторы [ править ]

В стандартной экологической алгебре , как показано в упрощенном Ферхюльсте модели в динамике популяций , пропускная способность представлена константа К :

${\ displaystyle {\ frac {dN} {dt}} = rN \ left (1 - {\ frac {N} {K}} \ right)}$

где N - размер популяции , r - максимальная скорость роста , K - пропускная способность окружающей среды, а dN / dt , производная от N по времени t , - это скорость изменения популяции во времени. Таким образом, уравнение связывает скорость роста населения в N к текущей численности населения, включая эффект два постоянных параметров R и К . (Обратите внимание, что уменьшение - это отрицательный рост.) Буква K выбрана из немецкого Kapazitätsgrenze (ограничение мощности).

Это уравнение является модификацией исходной модели Ферхюльста:

${\ displaystyle {\ frac {dN} {dt}} = rN- \ alpha N ^ {2}}$^[3]

В этом уравнении, пропускная способность К , является${\ Displaystyle N ^ {*}}$

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

Когда модель Ферхюльст изображена в виде графика, изменение с течением времени население принимает форму сигмовидной кривой , достигнув самого высокого уровня в K . Это кривая логистического роста, рассчитанная с помощью:

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

куда

e - основание натурального логарифма (также известное как число Эйлера ),

x ₀ - этозначение x средней точки сигмовидной кишки,

L - максимальное значение кривой,

K - логистическая скорость роста или крутизна кривой ^[6] и

${\ displaystyle f (x_ {0}) = L / 2.}$

Кривая логистического роста показывает, как взаимосвязаны темпы роста населения и пропускная способность. Как показано в модели кривой логистического роста, когда размер популяции невелик, популяция растет экспоненциально. Однако, поскольку размер популяции приближается к пропускной способности, рост уменьшается и достигает нуля при K . ^[7]

То, что определяет пропускную способность конкретной системы, включает ограничивающий фактор, которым может быть что-то вроде доступных запасов пищи , воды , гнездовий, пространства или количества отходов, которые могут быть поглощены. Если ресурсы ограничены, например, для населения оседакса на кит падения или бактерий в чашке Петри, население кривой вниз до нуля после того, как ресурсы были исчерпаны, с кривым достигают свой апогей в K . В системах , в которых ресурсы постоянно пополняются, население достигнет равновесия в K . ^{[ необходима цитата ]}

Имеется программное обеспечение, помогающее рассчитать несущую способность данной природной среды. ^[8]

Люди [ править ]

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. ^[9] 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 состоянии , подвергалось критике за неспособность успешно моделировать процессы между людьми и окружающей средой. ^[10]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• «Переносимость человека определяется наличием продуктов питания» (PDF) . Рассел Хопфенберг, Департамент психиатрии и поведенческих наук, Университет Дьюка , США .