Пропускная способность - Википедия - 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

Рекомендации

дальнейшее чтение

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