Грузоподъемность - Carrying capacity

В грузоподъемность из среда максимальный размер популяции биологического разновидность которые могут поддерживаться в этой конкретной среде, учитывая пищу, среда обитания, воды, и другие Ресурсы имеется в наличии. В экология населения, грузоподъемность определяется как среда максимальная нагрузка, отличная от концепция равновесия населения, которое может быть намного ниже потенциальной емкости окружающей среды.^[1] Влияние несущей способности на динамика населения можно смоделировать с помощью логистическая функция.

Конкретная причина, по которой население перестает расти, известна как ограничение или же регулирующий фактор.^{[нужна цитата ]}

Достижение пропускной способности за счет кривой логистического роста

Разница между уровень рождаемости и смертность 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.^{[нужна цитата ]}

Размер популяции уменьшается выше грузоподъемности из-за ряда факторов, зависящих от разновидность обеспокоены, но могут включать недостаточное Космос, поставка продовольствия, или же Солнечный свет. Грузоподъемность среда может отличаться для разных видов.^{[нужна цитата ]}

Первоначально грузоподъемность использовалась для определения количества животных, которые могли пастись на участке земли. Эта идея недавно была применена к людям в контексте защита окружающей среды.^[2] Для человеческое население переменные, такие как санитария и медицинская помощь иногда рассматриваются как часть окружающей среды.^{[нужна цитата ]}

Происхождение

Что касается динамики населения, концепция несущей способности не использовалась в 1838 г. бельгийский математик Пьер Франсуа Верхюльст когда он впервые опубликовал свои уравнения, основанные на исследованиях по моделированию роста населения,^[3] но был популяризирован в 1920 году американцами биостатисты Раймонд Перл и Лоуэлл Рид.^{[нужна цитата ]}

Происхождение английского термина «грузоподъемность» неясно, и исследователи по-разному заявляют, что он использовался «в контексте международного перевозки "^[4] или что он был впервые использован во время лабораторных экспериментов 19 века с микроорганизмами.^[5] Недавний обзор обнаружил первое использование этого термина в отчете 1845 г. Госсекретарь США к Сенат США.^[4]

Факторы

В стандартной экологической алгебра как показано на упрощенном Модель Verhulst из динамика населения, грузоподъемность представлена ​​постоянной K:

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

куда N это численность населения размер, р это максимум скорость роста, K - несущая способность местной окружающей среды, и дН / дт, то производная из N относительно времени т, - скорость изменения численности населения во времени. Таким образом, уравнение связывает темпы роста населения N к текущему размеру населения, включая эффект двух постоянные параметры р и K. (Обратите внимание, что уменьшение - это отрицательный рост.) Выбор буквы K пришел из Немецкий Kapazitätsgrenze (ограничение мощности).

Это уравнение является модификацией исходной модели Ферхюльста:

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

В этом уравнении грузоподъемность K, ${\displaystyle N^{*}}$, является

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

Это график численности населения по модели логистической кривой. Когда популяция превышает допустимую, она уменьшается, а когда она ниже допустимой, она увеличивается.

Когда модель Ферхюльста представлена ​​в виде графика, изменение численности населения с течением времени принимает форму сигмовидная кривая, достигая наивысшего уровня в K. Это кривая логистического роста и рассчитывается с помощью:

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

куда

${\displaystyle e}$ = the натуральный логарифм база (также известная как Число Эйлера ),

${\displaystyle x_{0}}$ = the ${\displaystyle x}$ значение средней точки сигмовидной кишки,

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

${\displaystyle k}$ = скорость логистического роста или крутизна кривой ^[6] и

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

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 по мере того, как численность популяции приближается к пропускной способности, рост уменьшается и достигает нуля при K.^[7]

То, что определяет пропускную способность конкретной системы, включает: ограничивающий фактор это может быть что-то вроде имеющихся запасов еда, воды, гнездовые площади, пространство или количество напрасно тратить которые могут быть поглощены. Если ресурсы ограничены, например, для населения Оседакс на кит или бактерии в чаше Петри, популяция вернется к нулю после того, как ресурсы будут исчерпаны, а кривая достигнет своего апогея при K. В системах, в которых ресурсы постоянно пополняются, популяция достигнет своего равновесия при K.^{[нужна цитата ]}

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

Люди

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 Мир3.

Применение концепции несущей способности для человеческое население, который существует в неравновесный, был подвергнут критике за неспособность успешно моделировать процессы между людьми и окружающей средой.^[10]

Смотрите также

• Пропускная способность туризма
• Точка перегиба
• Оптимальная популяция
• Перенаселение у диких животных
• Превышение (экология)
• Экология населения
• Рост населения
• р/K теория отбора
• Токсическая емкость

Рекомендации

1. Хуэй, К. (2006). «Несущая способность, равновесие населения и максимальная нагрузка на окружающую среду». Экологическое моделирование. 192 (1–2): 317–320. Дои:10.1016 / j.ecolmodel.2005.07.001.
2. "Грузоподъемность". Проект устойчивого масштаба. Получено 16 февраля 2017.
3. Верхюльст, Пьер-Франсуа (1838). "Notice sur la loi que la population poursuit dans son accroissement" (PDF). Соответствие Mathématique et Physique. 10: 113–121. Получено 3 декабря 2014.
4. Сейр, Н. Ф. (2008). «Происхождение, история и пределы пропускной способности». Летопись Ассоциации американских географов. 98: 120–134. Дои:10.1080/00045600701734356. S2CID  16994905.
5. Циммерер, Карл С. (1994). «Человеческая география и« новая экология »: перспективы и перспективы интеграции» (PDF). Летопись Ассоциации американских географов. 84: 108–125. Дои:10.1111 / j.1467-8306.1994.tb01731.x.
6. Верхюльст, Пьер-Франсуа (1845). "Recherches mathématiques sur la loi d'accroissement de la Population" [Математические исследования закона увеличения роста населения]. Nouveaux Mémoires de l'Académie Royale des Sciences et Belles-Lettres de Bruxelles. 18: 1–42. Получено 2013-02-18.
7. Сваффорд, Анджела Линн. «Логистический рост населения: уравнение, определение и график». Study.com. N.p., 30 мая 2015 г. Web. 21 мая 2016 г. «Логистический рост населения - безграничный открытый учебник». Безграничный. N.p., n.d. Интернет. 21 мая 2016.
8. Мартир, Сальваторе; Кастеллани, Валентина; Сала, Серенелла (2015). «Оценка несущей способности лесных ресурсов: Повышение экологической устойчивости при производстве энергии в местном масштабе». Ресурсы, сохранение и переработка. 94: 11–20. Дои:10.1016 / j.resconrec.2014.11.002.
9. "Доклад ООН о народонаселении в мире 2001" (PDF). п. 31 год. Получено 16 декабря 2008.
10. Клигетт, Лиза (2001). «Новый облик несущей способности: народные модели для публичных дебатов и лонгитюдного исследования экологических изменений». Африка сегодня. 48: 3–19. Дои:10.1353 / ат.2001.0003. S2CID  143983509.

дальнейшее чтение

• «Переносная способность человека определяется доступностью продуктов питания» (PDF). Рассел Хопфенберг, Отдел психиатрии и поведенческих наук, Университет Дьюка, СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ.