Schémy populačného rastu v ekosystéme

Mnoho faktorov ovplyvňuje modely rastu populácie, ale jedným z faktorov je skutočná rýchlosť rastu druhov. Miera pôrodnosti mínus miera úmrtnosti bez environmentálnych obmedzení definuje mieru prirodzeného rastu druhu. V rámci ekosystému však obmedzenie zdrojov a predácia ovplyvňujú aj rast populácie. Existujú štyri hlavné vzorce populačného rastu: J-model, logistický rast, časovo kolísavý a interakcia predátor-korisť. Rast populácie podľa J-modelu zriedka pretrváva, pretože prirodzené obmedzenia nakoniec ukladajú jeden alebo viac z ďalších troch vzorcov populačných zmien druhu.

Populácia s neobmedzenými zdrojmi, bez konkurencie a bez predácie zobrazuje rast populácie v tvare J. Populárny rast, tiež známy ako exponenciálny rast, začína pomaly, keď je tu málo jednotlivcov, a potom rýchlo rastie svojou prirodzenou rýchlosťou rastu. Tempo rastu sa čoskoro stane takmer vertikálnym. Aj keď k tomu môže dôjsť po poklese populácie v dôsledku požiaru alebo chorôb, populačný rast v tvare J sa vyskytuje u väčšiny makro druhov zriedka. Inokedy nastáva rast v tvare J, keď sa druh presunie do nového prostredia, kde neexistuje konkurencia ani dravosť. Schéma rastu inváznych druhov, ako je vretenica smaragdová a ázijský kapor, demonštruje rast populácie v tvare J. Za normálnych okolností nie je možné populačný rast v tvare J udržať dlho, nakoniec ho obmedzia zdroje alebo konkurencia.

Populácie obmedzené zdrojmi alebo konkurenciou majú logistické vzorce rastu. Rast populácie začína pomaly a má exponenciálnu fázu, podobnú rastu v tvare J, musí však súťažiť o zdroje a nikdy nedosiahne svoju vlastnú mieru rastu. Nakoniec sa rýchlosť rastu zužuje do ustáleného stavu, keď prostredie už nemôže podporovať ďalších jedincov tohto druhu. Tento ustálený stav je únosnosťou prostredia. Obyvateľstvo niekedy prekročí maximálnu nosnosť, čo vedie k rýchlemu odumretiu, zvyčajne v dôsledku hladu. Populácia klesá pod únosnosť a potom sa pomaly zotavuje do únosnosti. Tieto oscilácie rastu populácie môžu nejaký čas pokračovať, najmä ak sa zmení samotná nosnosť.

Sezónne zmeny majú veľký vplyv na niektoré druhy s krátkym trvaním, ako sú rozsievky a riasy. Niektoré druhy majú veľké sezónne populačné prírastky. Akonáhle budú okolnosti riasami oslobodené, rýchly rast rias spôsobí ich kvitnutie. Iné druhy trpia sezónnym potlačením populácie, keď zasiahne chladné počasie. Diatómy v sladkovodných jazerách trpia odumieraním populácie v chladnom počasí. Diatomické druhy s rýchlymi vnútornými rýchlosťami rastu majú spočiatku exponenciálnu rýchlosť rastu populácie, ale pomalšie sa množiace druhy rozsievok nakoniec pri teplotách nahradia rýchlejšie rastúce druhy teplý. Chladiace teploty na jeseň bránia tomu, aby pomalšie rastúce rozsievky úplne eliminovali konkurenciu. Tieto rýchlo rastúce rastové vzorce rozsievok ukazujú rýchly rast na vysoké čísla, pomalý pokles späť na nízke čísla, pokles prírastku populácie nasledovaný zimným odumieraním. Únosnosť ekosystému je pre tieto organizmy neustále v pohybe, čo má za následok variácie v číselnej odpovedi druhov.

Jedným z najviac študovaných modelov rastu populácie je miesto, kde populácie dravca a koristi spoločne kmitajú; rast populácie predátorov takmer vždy zaostáva za rastom populácie koristi. Týmto oscilujúcim vzorom je model Lotka-Volterra. V týchto ekosystémoch numerická odpoveď spôsobená predáciou riadi rast populácie koristi namiesto obmedzených zdrojov obmedzujúcich rast populácie koristi. Po poklese populácie koristi klesá aj populácia predátorov; populácia koristi potom exponenciálne rastie, až kým sa populácia predátora neodskočí. V týchto modeloch pôsobia choroby a parazity ako predátori, pretože zvyšujú úmrtnosť koristi.